Tema 4. Redes de área local inalámbricas

Departamento de
Tecnología Electrónica
Algunas de las transparencias
tienen copyright:
Tema 4.
Redes de área local
inalámbricas
Redes de
computadoras: Un
enfoque descendente
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April
2009.
Redes de área local inalámbricas
1
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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
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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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
3
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
instalarse cables (o suponen altos costes)
Redes de área local inalámbricas
4
Introducción
Introducción
Redes de área local inalámbricas
5
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
cableadas
Problemas de seguridad
Redes de área local inalámbricas
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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, WIFI, BLUETOOTH.
2.5- 5 GHz: comunicaciones por satélite (p.e, TV)
5-50 GHz: Wi-fi, radares de policía
50-300 GHz: señales a corta distancia.
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Espectro radioeléctrico
Bandas de frecuencia ISM:
900 – 928 MHz
2,400 – 2,4835 GHz
5,725 – 5,850 GHz
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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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
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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
Promover el uso de las WLANs
Redes de área local inalámbricas
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Estándares
Normas LAN/MAN
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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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
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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
Medio inalámbrico
Redes de área local inalámbricas
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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
Redes de área local inalámbricas
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Componentes de red 802.11
Estación o cliente
Adaptadores de red inalámbricos
Son módulos de radio
Varios tipos de adaptadores Wi-Fi
Tarjetas PCI
Adaptadores USB
Redes de área local inalámbricas
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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.
Redes de área local inalámbricas
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Componentes de red 802.11
Punto de acceso (AP):
Puente: dispositivo que permite interconectar
diferentes 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 varias
redes, 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.
Redes de área local inalámbricas
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Componentes de red 802.11
Medio inalámbrico: Uso de RF para transportar las
MAC_PDUs.
Redes de área local inalámbricas
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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:
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.
Todos en el mismo canal.
SSID común o diferente.
No es estándar. No es soportado por todos los equipos
incluso pueden haber incompatibilidades.
Incompatible con algunos mecanismos de seguridad.
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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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
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Norma IEEE 802.11
Norma IEEE 802.11
LLC (802.2)
MAC
PHY
Redes de área local inalámbricas
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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
En cada banda existen un conjunto de canales
Redes de área local inalámbricas
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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
802.11n
las dos 200 Mbps
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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
(origen, destino, transmisor y receptor).
Redes de área local inalámbricas
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Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Cabecera LLC/SNAP (802.2)
Trama 802.11 de datos
Control
Trama
Duración
2 Bytes 2 Bytes
Dirección
Destino
Dirección
Origen
Dirección
3
6 Bytes
6 Bytes
6 Bytes
Seq.
Dirección
4
2 Bytes 6 Bytes
Datos
CRC
IP
0-2312 Bytes 4 Bytes
Trama Ethernet
Dirección
Destino
Dirección
Origen
6 Bytes
6 Bytes
EType
Datos
CRC
IP
2 Bytes 46-1500 Bytes 4 Bytes
Redes de área local inalámbricas
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Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Existen tres tipos de MAC_PDUs:
Datos
Control
Gestión
Redes de área local inalámbricas
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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
Redes de área local inalámbricas
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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)
• CTS lo envía el subnivel MAC como respuesta a un RTS,
indica que el subnivel MAC que envió RTS puede enviar y
la duración de la reserva (tiempo que queda de reserva)
Redes de área local inalámbricas
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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.
Otras.
Redes de área local inalámbricas
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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.
Redes de área local inalámbricas
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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
Redes de área local inalámbricas
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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
durante un tiempo igual o superior a IFS, dicha
espera queda suspendida hasta que se cumpla dicha
condición.
Redes de área local inalámbricas
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Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Llegada dato a transmitir
Espera
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio CSMA/CA
Datos IFS
IFS
IFS
IFS
CW
Datos
Estación
A
CW
B
Datos
Backoff
C
Datos
Backoff
CW
D
Backoff
Datos
CW
E
Redes de área local inalámbricas
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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.
Redes de área local inalámbricas
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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.
Nodos expuestos
Redes de área local inalámbricas
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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:
Pocas estaciones en la red.
Red muy densa. Todas las estaciones en el alcance de todos.
Tramas pequeñas.
Redes de área local inalámbricas
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Norma IEEE 802.11. Nivel de
enlace de datos
Subnivel MAC
Técnica de acceso al medio MACA
Redes de área local inalámbricas
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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
4.2.4 Topologías de red IEEE 802.11
Redes de área local inalámbricas
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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)
Existen múltiples BSS para permitir mayores áreas de cobertura
Redes de área local inalámbricas
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Topologías de red IEEE 802.11
Tipos de redes 802.11: Ad hoc
Redes de área local inalámbricas
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Topologías de red IEEE 802.11
Tipos de redes 802.11: Infraestructura (BSS)
Redes de área local inalámbricas
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Topologías de red IEEE 802.11
Tipos de redes 802.11 EBSS
BSS
BSS
EBSS
Redes de área local inalámbricas
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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 con su BSSID.
Redes de área local inalámbricas
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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
tiene asociado
Los clientes nunca se comunican directamente entre ellos
Sólo procesan MAC_PDUs que provengan del AP al que están
asociado.
Redes de área local inalámbricas
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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
Inyecta tráfico en el sistema de distribución como lo haría un
puente
El AP adaptaría el direccionamiento lógico si es necesario
P.E: sistema de distribución basado en 802.3
Redes de área local inalámbricas
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Topologías de red IEEE 802.11
Asociación
Redes de área local inalámbricas
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Topologías de red IEEE 802.11
Envío de MAC-PDU de datos
Redes de área local inalámbricas
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