Tema 4.
Redes de área local
inalámbricas
Algunas de las transparencias tienen copyright:
Redes de
computadoras: Un enfoque descendente
Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April
Departamento de Tecnología Electrónica
Tema 4: Redes de área local
inalámbricas
4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Tema 4: Redes de área local
inalámbricas
4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Introducción
Introducción
Redes sin cables
Emplean el espectro radioeléctrico
En general se integran dentro de una LAN cableada
¿Por qué?
Permiten movilidad
Permiten instalaciones en lugares que no pueden
Introducción
Introducción
Introducción
Ventajas
:
Permiten las mismas características que las LAN
cableadas pero sin la limitación de los cables.
Movilidad
Reducen tiempo/coste de instalación
Adaptabilidad
Funcionan tanto dentro de un edificio como entre
edificios
Inconvenientes
:
Requieren un medio de transmisión basado en radio
frecuencia (RF) -> Ocupación del espectro radioeléctrico Menores velocidades de transmisión que en LAN
Espectro radioeléctrico
Uso del espectro inalámbrico
0-200 MHz: Radio, televisión, controles inalámbricos,
teléfonos inalámbricos, mandos de coches, televisiones, etc.
200 MHz- 1GHz: alarmas, implantes médicos, walkie
talkies, televisión, teléfonos móviles.
1- 2 GHz: GPS, telemetría médica, teléfonos móviles
2.4 GHz: banda libre… radio satélite, teléfonos por
satélite, hornos microondas, radares meteorológicos, WI-FI, BLUETOOTH.
2.5- 5 GHz: comunicaciones por satélite (p.e, TV)
Espectro radioeléctrico
Bandas de frecuencia ISM:
900 – 928 MHz
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4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Tema 4: Redes de área local
inalámbricas
Estándares
La estandarización de las WLANs corre a cargo de
IEEE y WIFI Alliance.
IEEE en la norma 802.11 se encarga de:
Definir la especificaciones de WLANs de alta prestaciones.
Asegurar Interoperabilidad
Seguridad
Calidad del Servicio.
WIFI Alliance se encarga de:
Certificar que un producto de un fabricante puede interoperar con el de otro
Estándares
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4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Componentes de red 802.11
Las redes que cumplen la norma 802.11 están compuestas de
cuatro elementos básicos:
Sistema de distribución
Punto de acceso
Estación o cliente
Componentes de red 802.11
Estación o cliente: Dispositivo con una NIC que cumple el
estándar IEEE 802.11
PC, Portátil, PDA,…
Adaptadores de red
inalámbricos
Componentes de red 802.11
Estación o cliente
Adaptadores de red inalámbricos
Son módulos de radio
Varios tipos de adaptadores Wi-Fi Tarjetas PCI
Componentes de red 802.11
Punto de acceso (AP):
Dispositivo que realiza el “control del acceso al medio” a
los clientes de WLAN y permiten la conexión a la red
cableada (puente)
Un punto de acceso es un concentrador inalámbrico.
Debe distinguirse de un router inalámbrico, que es muy
común en el mercado actual. Un router inalámbrico es una combinación entre un punto de acceso y un router, y
puede ejecutar tareas más complejas que las de un punto de acceso.
Componentes de red 802.11
Punto de acceso (AP):
Puente:
dispositivo que permite interconectardiferentes redes, independientemente del protocolo que cada una utilice. Trabaja en los niveles físico y de enlace de datos del modelo TCP/IP
Un
router
permite también interconectar variasredes, pero a diferencia de un puente, estas
deben utilizar el mismo protocolo. (Nivel de red, p.e, IP)
Si se desea interconectar dos redes que utilizan
el mismo protocolo (p.e. IP) es recomendable utilizar un router.
Componentes de red 802.11
Medio inalámbrico: Uso de RF para transportar las
Componentes de red 802.11
Sistema de Distribución: Tecnología LAN o WLAN
utilizada para ampliar el área de cobertura de una
WLAN.
En el caso inalámbrico:
Pueden existen varios AP.
Un AP actúa como maestro, llamado WDS AP. (WDS =
Wireless Distribution System).
Los demás son AP esclavos y actúan como repetidores,
llamados WDS Stations.
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4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Norma IEEE 802.11
Norma IEEE 802.11
PHY
MAC
Norma IEEE 802.11. Nivel físico
Nivel Físico (PHY)
Topología celular.
Half-duplex
Se utilizan las bandas de frecuencia de 2,4 y 5 GHz
No requieren el uso de licencia
Norma IEEE 802.11. Nivel físico
Nivel Físico (PHY)
Topología celular.
Alternativas de nivel físico
Norma Banda Velocidad
802.11a 5 GHz 54 Mbps
802.11b 2,4 GHz 11 Mbps
802.11g 2,4 GHz 54 Mbps
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC.
Cada MAC_PDU con datos es asentida por el receptor.
Implementa algoritmos de encriptación y autenticación.
Una MAC_PDU puede contener hasta 4 direcciones MAC
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Trama 802.11 de datos Trama Ethernet Control Trama Dura-ción Dirección Destino Dirección Origen Dirección 3 Seq. Dirección 4 Datos CRC2 Bytes 2 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 6 Bytes 0-2312 Bytes 4 Bytes
Dirección Destino
Dirección Origen
EType Datos CRC
6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes
IP
IP
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Existen tres tipos de MAC_PDUs:
Datos
Control
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
MAC_PDUs de datos:
Transportan información de nivel superior
(MAC_SDU)
La MAC_PCI es de 34 bytes.
La MTU típica es de 2312 bytes.
En el caso de muchas interferencias se habilita la fragmentación/ensamblado de la MAC_SDU
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Norma IEEE 802.11
Subnivel MAC
MAC_PDUs de control:
Se usan para la “reserva” del medio y reconocimiento.
ACK lo envía el subnivel MAC para reconocer que ha recibido correctamente una MAC_PDU de datos.
• No indica que el destino de la MAC_PDU lo ha recibido
RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) para la reserva del medio
• RTS lo envía el subnivel MAC para solicitar el uso del medio y el tiempo total que lo va a necesitar (duración reserva)
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
MAC_PDUs de gestión:
Sirven para gestionar el enlace inalámbrico.
Beacon. La envía subnivel MAC periódicamente para informar de la existencia de una red inalámbrica
• Intervalo es un parámetro configurable
Probe request. Sirve para que el subnivel MAC rastree un área en busca de redes inalámbricas.
Probe response. Enviado por el subnivel MAC en respuesta a un Probe request.
Association request. Sirve para que el subnivel MAC solicite “conectarse” a una red inalámbrica.
Association response. Confirmación de la “conexión” a una red inalámbrica.
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
El Control de Acceso al Medio (MAC) presenta cambios
sustanciales para adecuarlo al medio inalámbrico.
• En Ethernet, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection - acceso múltiple por detección de portadora con detección de colisión -).
• En redes inalámbricas resulta demasiado costoso, ya que los errores de transmisión son más frecuentes.
• Se añaden un nuevos mecanismos para MAC: CSMA/CA y MACA.
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
1) Antes de transmitir una información, una estación
debe determinar el estado del medio (libre o ocupado)
2) Si el canal no está ocupado, se realiza una espera
adicional llamada
espaciado entre tramas
(IFS =InterFrame Space)
3) Si el canal se encuentra ocupado o se ocupa
durante la espera, se ha de esperar hasta el final de la transacción actual
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
4) Tras finalizar la transacción actual se ejecuta el
algoritmo de Backoff
Determina una espera adicional y aleatoria escogida
uniformemente en un intervalo llamado ventana de
contienda (CW)
Se mide en ranuras temporales (slots)
5) Si durante esta espera el medio no permanece libre
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
Estación A B C
D
IFS IFS IFS IFS
CW CW CW CW Datos Datos Datos Datos Datos Backoff Backoff Backoff
Llegada dato a transmitir Espera
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Norma IEEE 802.11
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
Problemas en WLAN:
Nodos ocultos. Canal ocupado por estación que otro nodo no oye.
Nodos expuestos. Estación cree que el canal está ocupado aunque está libre ya que el nodo que oye no interfiere en su comunicación.
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Norma IEEE 802.11
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
Problemas en WLAN:
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio MACA
Contienda con posibilidad de reserva para evitar
colisiones (CSMA/CA, CA = Collision Avoidance)
Más restrictivo que el CSMA/CA estándar:
RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send)
DIFS (Distributed IFS)/ SIFS (Short IFS)
NAV (equivalente al tiempo dado por el algoritmo de backoff).
No se emplea debido a la sobrecarga si:
Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Tema 4: Redes de área local
inalámbricas
4.1 Introducción
4.2 Estándar IEEE 802.11
4.2.1 Estándares
4.2.2 Componentes de red IEEE 802.11
4.2.3 Norma IEEE 802.11
Topologías de red IEEE 802.11
El bloque de comunicación básico de una red 802.11 es el BSS (Basic
Service Set) o celda.
Un BSS tiene un área de cobertura de tal forma que todas las
estaciones que pertenezcan al BSS pueden comunicarse entre ellas.
Se le asigna un nombre conocido como SSID (Service Set Identifier)
Según el número de BSSs y dispositivos que aparezcan existen tres
tipos de redes 802.11:
Redes Ad hoc o Independientes BSS (IBSS).
Sólo existen clientes.
Redes Infraestructura o Infraestructura BSS.
Existen clientes y un punto de acceso.
EBSS (Extended BSS)
Topologías de red IEEE 802.11
Topologías de red IEEE 802.11
Topologías de red IEEE 802.11
Tipos de redes 802.11 EBSS
Topologías de red IEEE 802.11
Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS
Cada AP tiene un BSSID (Basic Service Set Identifier), que coincide con la
MAC de su interfaz inalámbrica, y un SSID, configurado por el administrador de la red.
En EBSS cada celda tendría el mismo SSID pero se distinguiría por el BSSID de
su AP.
En la norma no se limita el número de clientes a los que un AP puede dar
servicio.
Un cliente para “conectarse” a una red inalámbrica debe conocer el BSSID y
el SSID de la celda.
Los APs envían periódicamente Beacon Frames con el BSSID y opcionalmente con
el SSID
El cliente envía un Probe request con el SSID esperando un Probe response del AP
Topologías de red IEEE 802.11
Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS
Un cliente con el BSSID y SSID de una celda solicita la
asociación (conexión) a un AP mediante Association Request
El AP, si acepta al cliente, le envía una Association Response con un
identificador de Asociación. El AP registra en su tabla de direcciones la MAC del cliente
Un AP controla la comunicación de todos los clientes que
Topologías de red IEEE 802.11
Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS
Los APs mantienen tablas de direcciones como los puentes
Aprenden del tráfico que pasa por él
Reenvían basándose en la dirección MAC destino
Un AP, conectado a un sistema de distribución, actúa como un
puente, pero
Inyecta tráfico en la interfaz wireless si el destino es uno de sus
clientes o es broadcast/multicast
