802.11

Estndar IEEE para redes Inalmbricas

Jos Flix Luca EmbidJos Ramn Manau Peirn

Las Redes Inalmbricas

Nuevos Dispositivos PDAs Wearable computers

Redes BAN (Body Area Network) PAN (Personal Area Network) WLAN (Wireless Large Area Network)

Las Redes Inalmbricas

MANETs (Movile Ad hoc NETworks) Ad hoc = sin infraestructura Auto-organizables dinmicamente

IEEE 802.11 Ad hoc single-hop Multi-hop Infraestructuradas

BAN (Body Area Network) (1/2)

Dispositivos que se visten Alcance de mbito corporal (mp3, cascos) Requerimientos

Conexin de elementos heterogneos Autoconfigurables Integracin de servicios (Transmisin iscrona) Interconexin con otras BAN (o PAN)

BAN (Body Area Network) (2/2)

Alcance 1 a 2 metros Problema

Interferencias Interconexionado (Cables Vs Inalmbrico)

Solucin: T.G.Zimmerman: Cuerpo=Cable Tasas 400Kbits / sec Interconexionable

PAN (Personal Area Network)

Entorno de una persona Alcance 10 metros Interconexin

Con la propia BAN Con otras BANs

Banda de 2.4Ghz ISM

WLAN (Wireless LAN)

Rangos de 500 metros Dos tipos

Infraestructurada Ad Hoc

Funcionamiento de AdHoc = Peer to Peer Redes Temporales

Arquitectura y Protocolos

Dos Estndares principales 802.11a

Banda de 5 Ghz Tasas de 54Mbits/sec

802.11b Banda 2.4 Ghz Tasas de 11Mbits/sec

Espectro de Frecuencia

Arquitectura y Protocolos

Tecnologas Infrarroja Frecuency Hopping Spread Spectrum (Saltos

de frecuencia en espectro ensanchado) Direct Sequence Spread Specturm (Secuencia

directa en espectro ensanchado)

Capa FISICA

Infrarojos

DFIR (DifFused InfRared) Entornos de habitacin Tasas

BAR (Basic Access Rate) 1Mb/s 16PPM EAR (Enhanced Access Rate) 2Mb/s 4PPM

Direct Sequence Spread Spectrum

Inventado por la actriz Hedy Lamarr y George Antheil

Idea de Mezclar una seal a traves del espectro

Fue desclasificado por los americanos a mediados de los ochenta para fines civiles.

Funcionamiento del DSSS

Multiplicar una portadora de RF con una seal de pseudo-ruido

La seal de ruido es invertida o no en funcin del bit a transmitir.

Se pierde el significado de la seal original Ahora es otra de mayor frecuencia Se desconoce la secuencia de ruido.

Funcionamiento del DSSS

Funcionamiento del DSSS

Funcionamiento del DSSS

Funcionamiento del DSSS

Efecto de una Interferencia

Frecuency Hopping Spread Spectrum

Repartir una seal a traves de pequeas bandas de frecuencia

Funciona sobre 2.4 Ghz a 78 canales Consume mucha menos potencia que el

DSSS (1/3 aproximadamente) Es menos inmune a interferencias

Funcionamiento del FHSS

Dada una seal, se parte a lo largo del tiempo

Cada trozo de seal se transmite en un momento determinado a travs de una frecuencia determinada

El emisor sabe de donde recoger el trozo de seal en funcin del tiempo.

Funcionamiento del FHSS

Protocolos MAC

Utiliza dos mtodos de acceso DCF (Distributed Coordination Function) PCF (Point Coordination Function)

El metodo de PCF no puede adaptarse a redes Ad Hoc

DFC: CSMA/CA (Carrier Sense MultipleAccess with Collision Avoidance)

Capa ENLACE

DCF (Distributed Coordination Function)

La idea es sentir el canal y transmitir si no hay nada en escucha.

Si el medio permanece en inactivo (idle) durante un intervalo superior a DIFS (Disrtributed InterFrameSpace) se transmite

Tras la recepcin se espera otro marco de tiempo denominado SIFS (Short InterFrame Space) y se transmite el paquete ACK.

ACK no es transmitido si hay errores en recepcion Lgicamente se usa un sistema de errores (CRC)

Ejemplo de transmisin

Hidden Terminals

Problema de las terminales escondidas Generacin de tramas incorrectas Introduccin del RTS/CTS

RTS: Ready To Send CTS: Clear To Send

Ejemplo

RTS/CTS

El emisor manda un paquete RTS El receptor lo recibe y si le parece

manda un paquete CTS Cuando el emisor lo recibe, manda la

informacin, para que la reciba el receptor Se introduce informacin de longitud de

datos

RTS/CTS

Este mecanismo resuelve el problema de las terminales escondidas

Como se introduce informacin acerca de la longitud de datos se pueden capturar mucho mejor las colisiones.

Ejemplo de transmision RTS/CTS

Servicios de Sincronizacin

Existen dos funciones principales para la sincronizacin: Synchronization Adquisition Synchronization Mantenience

Synchronization Adquisition

Es necesaria para aadir un nuevo nodo a la red

Escanea el medio a nivel de frecuencias Si encuentra tramas determinadas agrega

el emisor a la red

Synchronization Mantenience

Servicio de gestin de tiempo Cada red tiene su propio reloj Se usa este algoritmo para generar tramas

balizas (beacon) para conocer el flujo de datos nominal

La estacin que inicializ el IBSS decide cual va a ser el intervalo de tiempos.

Red Inalmbrica

Dispositivos almbricose inalmbricos conectados entre si, con salida opcional a Internet

Introduccin a TCP/IP en redes inalmbricas

TCP fue diseado para nodos fijos Perdida de paquetes Congestin Arquitectura para la movilidad IP:

MIP (Mobile IP) HMIP (Hierarchical Mobile IP) HAWAII (Handoff-Aware Wireless Inet Infraes.) CIP (Cellular IP)

MIP (Movilidad IP)El encaminamiento implica el uso de protocolos como BGP, RIP, y OSPF.

La direccionde IP de un anfitrionconsiste de dos partes: 1)Los numerosde mayor precedencia determinan la red donde se encuentra el anfitrion; 2)El resto de los numeros, de menor precendencia, determinan el numero asignado al anfitrion.

En MIP tenemos dos tipos de direcciones:

- Homeaddress(permanente)

- Care-ofaddress(temporal, en-cuidado-de)

Podemos encontrar 2 nodos o agentes mviles ,HA (homeagent) y FA (foreignagent), con las siguientes funciones:

* Descubrimiento: Cuando el nodo mvil se une, recibe la Care-of-addressque el FA enva en broadcastcon el modo de encapsulamientoy cabeceras.

* Registro.

* Tunneling(comunicacin).

MIP (Movilidad IP) (II)

MIP (Movilidad IP) (III)

Encapsulamiento

HMIP (Hierarchical Mobile IP)

Estudiada y desarrollada por Ericsson y Nokia. ES una jerarqua de FA, de manera que el nodo mvil se registra dentro de la regin que forma toda la estructura jerrquica. El mensaje de registro establece tneles entretodos los Fas hasta el GFA (gateway). La care-of-address solo cuando cambia cuando Salimos de la regin, si nos movemos entre los Fas de una misma regin no hay cambio de IP.

GFA

FA

FA

FA

Nodomvil

HAWAII (Handoff-Aware Wireless Access Internet

Infraestructure) La movilidad del usuario se limita dando un dominio administrativo. HAWAII crea en la red una jerarqua de dominios

CIP (CellularIP) Cada dominio CIP esta compuesto por un numero de nodos CIP en

rbol con un Gatewaytipo MIP como nodo root. Cuando el nodo mvil cambia de puntos de acceso redirigimos las

nuevas tablas de enrutamiento y la cache al nuevo punto de acceso enviando al gatewayel cambio de posicin.

Movilidad y TCP

Diseado para trabajar con cualquier capa de enlace, pero para redes inalmbricas se encuentra con bastantes problemas.

TCP causa cuellos de botella en comunicacin con redes inalmbricas, para resolverlo: TCP Reno Congestion Control Mechanism

Esta compuesto de 4 algoritmos: Slow Start Congestion Avoidance Fast Retransmit Fast Recovery

Movilidad y TCP

Se procesan uno tras otro:

Esto produce varios problemas en las redes inalmbricas:1.- Se derrocha la capacidad disponible durante la Slow Start.2.- Alta tasa de errores (BER) que produce muchos paquetes corruptos.3.- Problema de cadas de seal o desconexiones por obstculos.4.- Las desconexiones producen numerosos reenvos del mismo paquete.

SS CA FRcFRt

Extensiones TCP (para redes mviles)

Se pueden agrupar en 3 categoras Movilidad TCP inconsciente Se puede aplicar protocolos en la capa de enlace Extensiones generales

Movilidad TCP inconsciente Principalmente significa que los problemas se resuelven

localmente, por lo que el nodo fijo permanece sin modificaciones.

Tiene distintos tipos de tecnologas:

Conexin segmentada

I-TCP: La BS tiene 2 conexiones separadas por MSR que gestiona hacia el nodo fijo y el mvil.

M-TCP: Extensin de las redes celulares en forma jerrquica.

I-TCP (Protocolo indirecto)

M-TCP TCP (moderno de redes celulares)

MN BS FNTCP

modificadoTCP

estndar

Movilidad TCP inconsciente (II)

TCP Snooping: Requiere la modificacin de la estacin base (BS) mediante un modulo snoop que funciona como una cache y mantendr toda la informacin de los ack enviados por FN.

Delayed Duplicate ACKs: Se aproxima al funcionamiento del Snoop-TCP, pero sin necesidad de hacer cambios en TCP. La BS debe implementar un mecanismo para realizar las transmisiones sin necesidad de mirar la cabecera.

La ventaja con respecto a TCP-Snooping es que con paquetes en orden se espera en caso de retardo, pero en cuanto llega un paquete fuera de orden se enva un DupAck.

MN BS FNTransmisin

localBuffer de datos

ACKs Snoop

Movilidad TCP consciente La estacin fija sabe de la existencia del enlace inalmbrico y del

dispositivo mvil.

Distincin entre las perdidas por congestin o falta de bits

Tenemos tres propuestas

Fast Retransmit: Durante una cada, los paquetes se pierden, entonces se propuso que los dispositivos inalmbricos despus deuna cada, cambio posicin, etc... reinicie la comunicacin y enve 3 DupAcks, para que le remitente inicie el algoritmo Fast Retransmit.

Buena solucin para periodos cortos de desconexin.

Transmisin con Timeout Freezing

Identificar el tipo de perdida utilizando el ancho de banda estimado

Identificar el tipo de perdida utilizando Tiempos de llegada en el receptorIdentificar el tipo de perdida utilizando Realizando dos conexiones

Extensiones TCP genericas

Ventana inicial mas larga: En Start Slow se pierde tiempo cuando estamos en redes

de baja tasa de transferencia, por eso se crea una ventana inicial mayor.

Transaccin TCP: 3 mensajes para conectar y desconectar

ACK selectivo. Notificacin explcita de congestin.

Servicios y funciones

WPAN(Wireless Personal Area Network)

WLAN(Wireless Loca Area Network)

Bluetooth Home RF IEEE 802.11 Beacon Frames HiperLAN LMDS MMDS DVB Localizacin Warchalking

Bluetooth

Caractersticas de la WPAN bluetooth:

Utiliza frecuencias de 2450 MHz.Tiene un radio de alcance de 10 metrosTasa de transferencia de 1Mb/secVersin 2.0 tasa de 10Mb/s

Prxima presentacin.

Home RF (Home Radio Frecuency)

Redes inalmbricas personales utilizadas en espacios reducidos utilizando la misma frecuencia que Bluetooth y 802.11. Pueden alcanzar una tasa de hasta 16 Mb/s

IEEE 802.11Estn basadas en el protocolo CSMA/CA (CarrierSense

MultipleAccess/CollisionAvoidance).BSS (Basic Setservice)

2 tipos de serviciosIBSS (IndependentBSS)

La seguridad puede ser manejada por protocolos WEP.

1. BSS: Varios dispositivos se conectan con el AP.2. IBBS: Modo Ad-Hoc, sin AP y sin infraestructura.

HiperLAN

LDMS (Local MultiportDistributionService)

Cuatro tipos de HiperLAN:

27GHzATM155Mb/sec200 mT4

5 GHzATM20 Mb/sec5000 mT3

5 GHzATM23 Mb/sec200 mT2

5 GHz802.1123 Mb/sec50 mT1

Radio frecuenci

a

ModoTasa txonRango

Utiliza frecuencias de hasta 25GHz con una tasa de transferenciade 20Mb/s, pero con un radio de accin de 10Km.

MMDS (MultiChannel Multiport Distribution Service)

Ofrecen un servicio de 10Km de rango de transmisin unidireccional, como antenas de TV en reas rurales, a una frecuencia de 2.7GHz.

Se caracterizan por un numero limitado de canales disponibles enbaja frecuencia.

DVB/DAB (Digital Video/Audio Broadcasting)

En un futuro pueden reemplazar la radio convencional y la televisin DVB-S,DVB-T,DVB-C (satlite, terrestre y cable) MPEG2-4

Warchalking

Es un lenguaje de smbolos normalmente escritos con tiza en las paredes que informa a los posibles interesados de la existencia de una red inalmbrica en ese punto.

La sencillez del lenguaje. Los smbolos ms usados son:

Retina SSID )( Nodo abierto ,() Nodo cerrado, (W) Nodo con WEP 1.5 Ancho de Banda 1. En primer lugar se identifica el nombre del nodo, o SSID 2. En segundo lugar se identifica el tipo de red, bien sea abierta,

cerrada o con WEP. 3. En ltimo lugar se identifica la velocidad del mismo.

Seguridad

ACLs basadas en MACs: slo permitir la comunicacin con el AP a las direcciones MAC que el AP conoce (hay que aadir las MACs de los clientes que pueden tener acceso a la WLAN a mano en el AP).

No emitir Beacon Frames (o emitirlos sin el ESSID)

Utilizar WEP para cifrar los datos. OSA vs SKA. OSA (Open System Authentication), cualquier

interlocutor es vlido para establecer una comunicacin con el AP. SKA (Shared Key Authentication) es el mtodo mediante el cual ambos dispositivos disponen de la misma clave de encriptacin, entonces, el dispositivo TR pide al AP autenticarse. El AP le enva una trama al TR, que si ste a su vez devuelve correctamente codificada, le permite establecer comunicacin.

Seguridad

CNAC. Significa Closed Network Access Control. Impide que los dispositivos que quieran unirse a la red lo hagan si no conocen previamente el SSID de la misma.

SSID. Significa Service Set IDentifier, y es una cadena de 32 caracteres mximo que identifica a cada red inalmbrica. Los TRsdeben conocer el nombre de la red para poder unirse a ella.