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1Redes de área local inalámbricas 1

Tema 4.Redes de área local inalámbricas

Algunas de las transparencias tienen copyright:

Redes de computadoras: Un enfoque descendente

Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, April 2009.

Departamento deTecnología 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 4.2.4 Topologías de red 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

instalarse cables (o suponen altos costes)


Introducción

Introducción

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Introducción

Ventajas: Permiten las mismas características que las LAN

cableadas pero sin 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 seguridadRedes 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, WI-FI, 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.

Redes de área local inalámbricas

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Espectro radioeléctrico

Bandas de frecuencia ISM: 900 – 928 MHz 2,400 – 2,4835 GHz 5,725 – 5,850 GHz


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/Electromagnetic_spectrum-es.svg

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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 InteroperabilidadSeguridadCalidad del Servicio.

WIFI Alliance se encarga de:Certificar que un producto de un fabricante puede

interoperar con el de otroPromover el uso de las WLANs



Estándares

Normas LAN/MAN

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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


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Estación o cliente: Dispositivo con una NIC que cumple el estándar IEEE 802.11

PC, Portátil, PDA,…

Adaptadores de redinalámbricos


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Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos

Son módulos de radioVarios tipos de adaptadores Wi-Fi

Tarjetas PCI• Con antena incorporada• Con antena independiente

Adaptadores USB• Con antena interna• Con antena externa

Adaptadores PCMCIA• Con antena interna• Con antena externa


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Tarjetas PCI Con antena incorporada

• Más habituales

• Problema: son muy sensibles al lugar donde se coloque el ordenador

Con antena independiente

• Permite poner la antena en una posición en la que la señal llegue con más intensidad.

• Las tarjetas PCI compatibles con IEEE 802.11n presentan la particularidad de tener tres antenas.


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Tarjetas PCIVentajas

• Fiables, ya que una vez instalados no suelen presentar ningún problema.

Inconvenientes

• Precisan instalación de hardware

• No permite su uso nada más que en un ordenador


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Adaptadores USBCon antena interna

• Más habituales, con menor alcance y más económicos

Con antena externa

• Más ganancia y, por lo tanto, más calidad de señal

• También hay adaptadores compatibles con IEEE 802.11n con tres antenas.


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Adaptadores USB Ventajas

• Gran movilidad, lo que nos permite colocarlos en el sitio donde tengamos una mejor señal.

• Se pueden utilizar en cualquier ordenador, pues solo es necesario que tengamos un puerto USB disponible.

• En caso de necesidad es muy sencillo pasarlos de un equipo a otro (sólo hay que instalar los drivers correspondientes).

Inconvenientes• Bastante más inestables que las tarjetas PCI – Wifi• Los modelos con antena interior no suelen tener mucha

ganancia, por lo que en sitios con mala calidad de señal no suelen funcionar muy bien.


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Adaptadores PCMCIA Con antena interna

• Más prácticos para un portátil, pero tienen algo menos de alcance (ganancia menor) que los modelos con antena externa.

Con antena externa• Tienen mayor alcance que los de antena interna.

La antena no suele ser demasiado grande, y normalmente se puede plegar para el transporte, por lo que no suele ser muy molesta.

También hay adaptadores IEEE 802.11n con tres antenas, pero en este caso suelen ser internas, más que nada por razones prácticas.


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Adaptadores PCMCIA

Ventajas

• Suelen tener una mejor calidad de recepción que los adaptadores USB, prácticamente la misma que una tarjeta PCI - Wi-Fi.

Inconvenientes

• Solo se puede utilizar en ordenadores que dispongan de puerto PCMCIA.

• Todos ellos precisan la instalación de drivers.


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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.


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Punto de acceso (AP): Puente: dispositivo que permite

interconectar diferentes redes, independientemente del protocolo que cada una utilice. Trabaja en los niveles 1 y 2 del modelo OSI

Un router permite también interconectar varias redes, pero a diferencia de un puente, estas deben utilizar el mismo protocolo. (Nivel 3, p.e, IP)

Si se desea interconectar dos redes que utilizan el mismo protocolo (p.e. IP) es recomendable utilizar un router.


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Estación y AP Antenas

Antenas direccionales o directivas Orientan la señal en una dirección muy determinada

con un haz estrecho pero de largo alcance. El alcance de una antena direccional viene

determinado por una combinación de la ganancia de la antena, la potencia de emisión del punto de acceso emisor y la sensibilidad de recepción del punto de acceso receptor. Fuera de la zona de cobertura no se escucha nada.

Se suelen utilizar para unir dos puntos a largas distancias


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Estación y AP Antenas

Antenas omnidireccionalesOrientan la señal en todas direcciones con un

haz amplio pero de corto alcance Se suelen utilizar para dar una señal extensa en

los alrededores

Antenas sectorialesSon la mezcla de las antenas direccionales y las

omnidireccionales. Son más costosas Se suelen utilizar cuando se necesita llegar a

largas distancias y a la vez, a un área extensa.


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Medio inalámbrico: Uso de a RF para transportar las MAC_PDUs.


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b6/Electromagnetic_spectrum-es.svg

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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 Station.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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Norma IEEE 802.11

Norma IEEE 802.11

PHY

MAC

LLC (802.2)


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Norma IEEE 802.11. Nivel físico

Nivel Físico (PHY) Topología celular.

Half-duplexSe utilizan las bandas de frecuencia de 2,4 y 5

GHzNo requieren el uso de licenciaEn cada banda existen un conjunto de canales


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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 MbpsRedes de área local inalámbricas

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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).


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Trama 802.11 de datos

Trama Ethernet

Control

Trama

Dura-

ción

Dirección

Destino

Dirección

Origen

Dirección

3

Seq. Dirección

4

Datos CRC

2 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

Cabecera LLC/SNAP (802.2)

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Subnivel MAC Existen tres tipos de MAC_PDUs:

Datos ControlGestión


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Subnivel MAC MAC_PDUs de datos:

Transportan información de nivel superior (MAC_SDU)

La MAC_PCI es de 34 bytes.La MTU es de 2312.

En el caso de muchas interferencias se habilita la fragmentación/ensamblado de la MAC_SDU


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Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datosNorma 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)


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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.• Se informa de las velocidades soportadas

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.


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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.


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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


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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.


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Técnica de acceso al medio CSMA/CA

EstaciónA

B

C

D

E

IFS IFS IFS IFSCW

CW

CW

CW

Datos

Datos

Datos

Datos

DatosBackoff

Backoff

Backoff

Llegada dato a transmitir

Espera


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Norma IEEE 802.11 Subnivel MAC

Técnica de acceso al medio CSMA/CAProblemas 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.


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Norma IEEE 802.11 Subnivel MAC

Técnica de acceso al medio CSMA/CAProblemas en WLAN:

Nodos ocultos. Nodos expuestos


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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.


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Técnica de acceso al medio MACA


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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 aparezca 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

Existen múltiples BSS para permitir mayores áreas de cobertura


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Tipos de redes 802.11 Ad hoc


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Tipos de redes 802.11 Infraestructura BSS


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Tipos de redes 802.11 EBSS

BSS BSS

EBSS


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Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS

Cada AP tiene un BSSID (Basic Service Set Identifier), que coincide con la MAC de su interfaz Wireless, 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 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.


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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 AsociaciónEl 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.


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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


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Asociación


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Envío de MAC-PDU de datos


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