Diapositiva 1 - MicroAlcarria

REDES WIRELESS
IEEE 802.11
OLGA GARCÍA GALENDE
E. U. Ingeniería Técnica Informática de Oviedo
REDES INALÁMBRICAS
1. ¿Qué es una WLAN?
¾Wireless Local Area Network (Redes de Area Local Inalámbricas)
¾Utiliza ondas electromagnéticas para conectar equipos en red.
¾Ventajas:
¾Movilidad y flexibilidad.
¾Facilidad de instalación.
¾Escalabilidad, dinamismo en los cambios de topología.
¾Llegan allí donde no puede llegar el cable.
¾Inconvenientes:
¾Elevado coste inicial.
¾Bajas velocidades de transmisión.
¾¿Seguridad?
REDES INALÁMBRICAS
2. Orígenes y Evolución
¾1979: Experimento de ingenieros de IBM en Suiza, con enlaces de
infrarrojos para crear una red en una fábrica.
¾1985: La FCC (Federal Communications Comission) asigna las
bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 902-928 MHz, 2’4002,4825 GHz y 5,725-5,850 GHz.
¾1985-1990: Fase de desarrollo.
¾1991: WLAN ya supera tasas de transferencia de 1Mbps necesaria
para que la IEEE 802 lo considere una LAN.
¾1992-1998: 802.11 y 802.11a.
¾1999: Aparece la 3º especificación 802.11b que ya alcanza tasas de
11Mbps. Gran auge de las redes inalámbricas
¾2003: El estándar europeo HIPERLAN/2 de ETSI ve la luz. Se
obtienen tasas de 54 Mbps en la banda de los 5 GHz.
REDES INALÁMBRICAS
3. Ámbitos de aplicación
¾Edificios históricos.
¾Lugares donde, por la orografía del terreno, no puede cablearse.
¾Entornos cambiantes.
¾Usuarios en movimiento (hospitales, fábricas, oficinas…).
¾Grupos de trabajo eventuales.
¾Uso doméstico.
¾Unión de varias redes locales cableadas.
¾Ambientes industriales con severas condiciones medioambientales.
¾Y un largo, largo etcétera…
REDES INALÁMBRICAS
4. Implantación: Topología y configuraciones
¾Ad – Hoc
¾También llamada “peer to peer”.
¾ Es la configuración más sencilla.
¾Los únicos elementos necesarios son los terminales móviles
equipados con el correspondiente adaptador para redes inalámbricas
REDES INALÁMBRICAS
4. Implantación: Topología y configuraciones
¾Infraestructura
¾También conocidas como “configuracion con punto de acceso”.
¾Unión de una red cableada con terminales móviles a través de un
dispositivo llamado punto de acceso.
¾Esta topología utiliza el concepto de celda (área en el que una
señal radioeléctrica es efectiva).
¾Es posible utilizar varios puntos de acceso. Capacidad de roaming.
REDES INALÁMBRICAS
4. Implantación: Topología y configuraciones
Otras configuraciones:
¾Interconexión de redes: Unión de redes cableadas mediante el uso de
antenas direccionales.
¾Puntos de extensión: Unen puntos de acceso, pero no están
“enganchados” a la red cableada.
REDES INALÁMBRICAS
5. Capa Física
¾2 tipos de medios para la instalación de redes inalámbricas:
¾Ondas de radiofrecuencia.
¾Señales ópticas de infrarrojos.
¾IEEE 802.11 define tres posibles esquemas para la capa física :
¾DSSS: Espectro expandido por secuencia directa.
¾FHSS: Espectro expandido por salto de frecuencia.
¾Luz infrarroja en banda base (sin modular).
REDES INALÁMBRICAS
Radiofrecuencia
¾Utiliza las bandas de 2,4 GHz y de 5,7 GHz
¾No tienen problemas para propagarse a través de obstáculos.
Espectro expandido por secuencia directa (DSSS):
¾Genera un patrón de bits pseudoaleatorio (señal de chip) para cada
uno de los bits que componen la señal. Cuanto mayor sea el patrón más
resistentes son los datos a posibles interferencias. (de 10 a 100 bits).
¾A esta secuencia se la conoce como secuencia de Barker (también
llamado código de dispersión).
¾Secuencia balanceada: aprox. la misma cantidad de 1 y 0.
¾Todos los miembros conocen la secuencia utilizada.
¾Esta secuencia proporciona una ganancia de procesamiento, (para 10
bits se obtiene una G=10dB; para 100 bits, G=20dB…)
¾La ganancia ha de ser mayor o igual que SNR (factor señal/ruido).
REDES INALÁMBRICAS
Codificación
de
Barker
Modulación para DSSS:
En la banda de 2,4 GHz se utilizan variaciones en fase de una
sola portadora de amplitud constante:
¾DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying).
¾DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying).
En la banda de 5,7 GHz se utilizan variaciones de frecuencia de
múltiples portadoras:
¾OFDM (Ortogonal Frecuency Division Multiplexing).
REDES INALÁMBRICAS
División de los canales
¾En EEUU y Europa, DSSS utiliza un rango de frecuencias de 2,400
GHz – 2,4835 GHz.
¾Esto proporciona un ancho de banda de 83,5 MHz.
¾Se subdivide en canales de 5 MHz cada uno, lo que da un total de 14
canales independientes.
¾Cada país está autorizado a utilizar un subconjunto de estos canales.
¾España usa los canales 10 y 11 correspondientes a frecuencias
centrales de 2,457 GHz y 2,462 GHz respectivamente.
REDES INALÁMBRICAS
Espectro expandido por salto de frecuencia (FHSS):
¾La banda de frecuencias asignadas se divide en varias sub-bandas de
menor frecuencia, llamadas canales, con el mismo ancho de banda.
¾Cada tramo de información se transmitirá en una frecuencia distinta
durante un intervalo muy corto de tiempo (llamado dwell, menor de
400ms), saltando a continuación a otra frecuencia diferente.
¾El patrón de uso del canal es pseudoaleatorio. La secuencia de salto
se almacena en tablas que conocen tanto emisor como receptor.
REDES INALÁMBRICAS
Modulación para FHSS:
En la banda de 2,4 GHz se utilizan variaciones en frecuencia:
¾FSK (Frequency Shift Keying)
Rango de frecuencias centrales empleadas en FHSS
División de los canales
¾En la banda de 2,4 Ghz se organiza en 79 canales con un
ancho de banda de 1 MHz cada uno
¾Nº saltos/sg es regulado por cada país (EEUU: 2,5 saltos/sg).
Requisitos Españoles (GHz)
REDES INALÁMBRICAS
Infrarrojos
¾Utilizadas en entornos muy localizados, un solo área o habitación.
¾Modulaciones de 16 y 4 ppm a 1 y 2 Mbps (se ha llegado a 100 Mbps)
¾Longitudes de onda de 850 a 950 nm.
¾Frecuencias de emisión entre 3,10.1014 y 3,52.1014 Hz.
¾Comportamiento similar al de la luz (cercanía en el rango de frec.)
Inconvenientes:
¾No atraviesa objetos sólidos, por ello tiene poca capacidad de difusión.
¾Muy sensible a objetos móviles, a la luz solar directa y a lámparas.
¾Las restricciones de potencia de emisión limitan la cobertura a
decenas de metros
¾Se produce dispersión y rebotes, que provocan interferencias y limitan
la velocidad de transmisión.
REDES INALÁMBRICAS
Ventajas:
¾Es muy seguro contra receptores indeseados.
¾Debido a su alta frecuencia, ofrece una fuerte resistencia a
interferencias electromagnéticas artificiales.
¾Utiliza componentes muy económicos y de bajo consumo de energía.
Conclusión:
¾Son puramente domésticas, y para enlaces punto a punto.
REDES INALÁMBRICAS
Funcionamiento:
¾Cada terminal dispone de un emisor (LED) y un receptor
(fotodiodo PIN).
¾Los pulsos recibidos pasan a la UART (Universal
Asynchronous Receiver Transmitter), que los amplifica, y
decodifica.
¾Para la CPU del terminal este proceso es transparente.
REDES INALÁMBRICAS
6. Capa MAC
6.1 Mecanismos de Acceso
¾Protocolos con arbitraje:
¾FDMA: (Frequency Division Multiple Access).
¾TDMA: (Time Division Multiple Access).
¾Protocolos de contienda:
¾CDMA: (Code division Multiple Access).
¾CSMA/CD: (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detetection).
¾CSMA/CA: (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance).
Aunque también se han diseñado protocolos que son una mezcla de
ambos.
REDES INALÁMBRICAS
Protocolos con arbitraje:
1. TDMA: Acceso Múltiple por División de Tiempo
¾ Cada transmisor tiene un intervalo de tiempo (ranura) específico.
¾ Una vez alcanzada la ranura de tiempo, el transmisor transmite por
el ancho de banda completo durante el periodo fijo de la ranura.
¾ Normalmente se usa en redes Infraestructura con 1 punto de acceso.
¾ Las estaciones móviles solicitan al punto de acceso una ranura libre
para transmitir.
¾ El punto de acceso asigna las ranuras a las estaciones móviles
mediante transmisiones por difusión (a todos los terminales), con la
dirección de la estación a la que se concede la ranura.
¾ Este sistema también es conocido como modo Aloha ranurado con
asignación por demanda.
REDES INALÁMBRICAS
Protocolos con arbitraje:
1. FDMA: Acceso Múltiple por División de Frecuencias
¾ El ancho de banda de frecuencias total asignado se divide en varias
sub-bandas de frecuencia (canales).
¾ Una vez asignado un canal de frecuencia específico a una estación,
ésta lo utiliza durante todo el período de transmisión de una trama.
¾ Al igual que TDMA, se usa en redes Infraestructura con 1 punto acc.
¾ Los canales de frecuencia también se asignan por demanda,
mediante un canal de señalización independiente.
¾ Los puntos de acceso que usan FDMA son más complejos (y caros),
que los de sistema TDMA.
¾ Por esta razón son estos últimos los que se implementan.
REDES INALÁMBRICAS
Protocolos de contienda:
1. CDMA: Acceso Múltiple por División de Código
¾ Se aplica específicamente a los sistemas de RF de espectro
expandido, basados en salto de frecuencia (FHSS).
¾ Todos los nodos tienen una secuencia pseudoaleatoria de saltos de
frecuencia asignada, y conocerán las secuencias del resto de nodos.
¾ Para comunicarse con otro nodo, el emisor solo tiene que utilizar la
secuencia del destinatario.
¾ La división de código se corresponde con la división de frecuencia.
REDES INALÁMBRICAS
Protocolos de contienda:
2. CSMA/CD: Acceso Múltiple por Detección de Portadora /
Detección de Colisiones.
¾ Utiliza la variante peine.
¾ El nodo que quiere transmitir añade a la cabecera de la trama una
secuencia de bits llamada peine.
¾ A continuación, el nodo realiza la operación normal de detección de
portadora. Si el medio está libre, transmite el peine.
¾ Para cada bit 1 de la secuencia de peine, el nodo transmite una
señal.
¾ Para cada bit 0, el nodo escucha el medio. Si detecta otras
transmisiones, deja de competir por el canal.
REDES INALÁMBRICAS
Protocolos de contienda:
3. CSMA/CA: Acceso Múltiple por Detección de Portadora /
Evitación de Colisiones.
¾ El nodo espera un tiempo aleatorio de tiempo después de que el
medio queda inactivo.
¾ Si el medio sigue inactivo pasado ese tiempo, el nodo transmite.
¾ El nodo con tiempo de espera más corto obtendrá el acceso primero.
¾ No hay garantía de que el nodo destino reciba la información del
nodo emisor cuando se utiliza RF.
¾ Para solventar esto aparece el protocolo de MAC inalámbrico de
fundamento distribuído (DFW MAC).
¾ Consiste en enviar un saludo adicional, del que se obtendrá una
respuesta positiva en caso de que el nodo destino esté recibiendo.
¾ Este tipo de protocolo se usa tanto en Ad-Hoc como Infraestructura.
REDES INALÁMBRICAS
6.2 Seguridad
¾Los puntos de acceso se pueden configurar con un identificador del
conjunto de servicios (SSID).
¾Los clientes deben conocer ese SSID para asociarlo al punto de
acceso y poder transmitir.
¾¡Insuficiente! Se implementa sistema de autenticación y cifrado WEP
(Wired Equivalent Privacy), basado en el algoritmo RC4.
¾A cada estación de la red se le asigna una clave común, que
desordena los datos y se mezcla entre la información antes de transmitir
¾WEP utiliza claves de 40,64 o 128 bits.
¾Si una estación recibe datos que no están desordenados con la clave
correcta, los descartará.
¾WEP hace que el enlace LAN inalámbrico sea tan seguro como un
enlace con cable.
REDES INALÁMBRICAS
7. Normativa
RANGO
FREC
MAX.TASA
TRANSF.
CAPA
FISICA
CAPA
MAC
802.11
2.4 GHz
2 Mbps
DSSS/FHSS
CSMA/CA
802.11a
5 GHz
54 Mbps
OFDM
CSMA/CA
802.11b
2.4 GHz
11Mbps
DSSS
CSMA/CA
802.11g
2.4 GHz
54 Mbps
DSSS
CSMA/CA
IR
850-950
nm
HIPERLAN
2.4 GHz
10-20Mbps
PIC/PMA
CSMA/CA
HIPERLAN/2
5 GHz
54 Mbps
OFDM
DDT
ESTÁNDAR
IR DIFUSO
REDES INALÁMBRICAS
8. Aspectos importantes en WLAN
¾Cobertura.
¾Rendimiento.
¾Integridad y fiabilidad.
¾Compatibilidad con las redes existentes.
¾Interoperatividad e los dispositivos inalámbricos dentro de la red.
¾Interferencia y coexistencia.
¾Licencias.
¾Simplicidad y facilidad de uso.
¾Seguridad en la comunicación.
¾Coste.
¾Escalabilidad.
¾Alimentación en los dispositivos móviles.
¾Seguridad laboral.
REDES INALÁMBRICAS
9. Hardware
9.1 Tarjetas (clientes)
REDES INALÁMBRICAS
9.2 Puntos de Acceso
9.3 Antenas
Panel (parche)
Omni
Yagi
Parabólica
REDES INALÁMBRICAS
9.4 Accesorios
9.5 Puentes (Bridges)
REDES INALÁMBRICAS
9.6 Bricolaje
REDES INALÁMBRICAS
10. Software
REDES INALÁMBRICAS
11. Aplicaciones
Enlace de áreas físicas independientes mediante
Puntos de Acceso
Enlaces entre redes locales próximas
Redes Inalámbricas en la misma área física
REDES INALÁMBRICAS
CONCLUSIÓN:
¾Tecnología eminentemente doméstica.
¾No pretenden sustituir a las redes cableadas.
¾En plena fase de desarrollo.