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Last updated: 20 April  2006 Sebastian Büttrich ItrainOnline MMTK www.itrainonline.org 1 Basic Wireless Infrastructure and Topologies Developed by Sebastian Buettrich and Alberto Escudero Pascual

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Basic Wireless Infrastructure and Topologies

Developed by Sebastian Buettrich

and Alberto Escudero Pascual

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Goals

• To be aware of the most common wireless topologies

• To be able to identify and plan suitable topologies for real scenarios

• To give a brief introduction to practical setup

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Table of Contents• Basic Network Topologies

• Topologies in wireless networking

• Wireless Components (AP, clients)

• Wireless Modes (ad hoc, infrastructure)

• Practical cases (incl. setup)– Ad hoc, Star, PtP, Repeating and Mesh

• Real life examples

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Basic Network Topologies

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Topologies Relevant for Wireless Networking

• Star  Yes, standard wireless topology

• Tree Yes (a combination of star and line)

• Line Yes, with two or more elements (PtP)

• Mesh  Yes, mainly partial mesh

• Ring  Possible, but rarely found

• Bus  Not applicable. Why?

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Some General Remarks• Wireless communication needs no medium

–  EM waves travel through “nothing”

– The “line” in a network diagram is the connection that is being made

• Wireless communication is always 2­way 

– Except for passive sniffing

– Applies to transmitters/receivers, clients/masters

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Wireless Components• Access Point

– Wireless transmitter/receiver that bridges between wireless nodes and a wired network

–  IEEE 802.11 +  Wired Ethernet connection

• Wireless clients– Any computer with a wireless network adapter card 

that transmits and receives RF signals 

– Laptop, PDA, surveillance equipment, VoIP phone

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Two Basic Wireless Modes1.Ad Hoc (IBSS)

2.Infrastructure (BSS)

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Mode 1: Ad hoc (Peer­to­peer)• Independent Basic Service Set (IBSS)

• No need of central access point

• All nodes need to use the same SSID and channel

• Not scalable

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Mode 2: Infrastructure• Extended Service Set (ESS)

• Central access point is needed

• “Connects“ a WLAN to an Ethernet network

• Clients and AP's must use the same SSID

• Channel is set in AP and discovered by clients

• Scalable 

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Remarks about Wireless Modes• In both modes, the SSID identifies the network

• Consider the SSID as the “label” of a Ethernet jack on the wall 

• Modes (modes of operation) can be hidden and not noticeable in a topology

– ex: A PtP link can be ad hoc or infrastructure

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Ad hoc case 1: Point­to­point

• Connecting two wireless clients directly

• Building to building (when one has Internet connection and the other one does not)

• Inside an office

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Ad hoc Case 1: Point­to­pointSetting Node 1 Node 2

Mode ad hoc ad hoc

SSID MY_SSID MY_SSID

Channel Need to agree and know eachothers

Need to agree and know eachothers

IP address Typically fixed Typically fixed

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Infrastructure Case 1: Star

• Hotspots, Telecenters, Offices and  WISP's

• Point to Multi­point

• The most common infrastructure in wireless networking

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Infrastructure Case 1: StarSetting AP/Gateway Node x

Mode Infrastructure Infrastructure

SSID Sets MY_SSID Connects to MY_SSID

Channel Sets channel x Discovers channel from AP

IP address Typically runs DHCP server Typically gets IP via DHCP lease

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Infrastructure Case 2: Point to Point• Standard element of wireless infrastructure

• A PtP link may be part of 

– a star, a tree, a two point line or other topology

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Infrastructure Case 2: Point to PointSetting Node 1 Node 2

Mode Any Any

SSID MY_SSID MY_SSID

Channel Set the Channel Discovers the channel

IP address Typically fixed  Typically fixed 

MAC address Might be fixed to one another's MAC Might be fixed to one another's MAC

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Infrastructure Case 3: Repeating

• Necessary when direct line of sight (LOS) is obstructed

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Infrastructure case 3: Repeating• The repeating unit consist of 

• One or two physical devices 

• Two radios or one radio and “isolated antennas”

• Can be seen as a “receiving client and a re­transmitting access point” 

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Infrastructure Case 4: Mesh

• Mesh topologies are an interesting option mainly in

– dynamic environments (urban areas)

– where central infrastructure is hard to implement

– when redundancy is desired

• Typical cases are: municipal networks, campus networks and neighborhood communities

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Infrastructure Case 4: Mesh• Full mesh topology (each node is direct connected 

to all other nodes)

• Partial mesh topology (each node is direct connected to some but not all nodes)

• Nothing is necessarily dynamic in a mesh

• Used as  synonym for "ad hoc" or "mobile" network

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Infrastructure case 4: Mesh

• All mesh nodes need to run the same mesh routing protocol

• The nodes  can be of different operating

   systems and hardware types

   if they comply with the mesh

   protocol specification

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Infrastructure Case 4: MeshSetting Node x1 Node x2

Mode ad hoc ad hoc

SSID MY_SSID MY_SSID

Channel Channel x Channel x

IP address Typically static and manually set Typically static and manually set

MAC address Might be fixed to one another'sMAC

Might be fixed to one another'sMAC

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Real Life Examples of Wireless Infrastructure

• Real life wireless networks are very often combinations of more than one topology 

• Graphical representations are totally arbitrary and different from one another

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Typical office network

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Wide­area Wireless backbone

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Nepalwireless.net Backbone Topology

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Mesh Network (OLSR) Berlin Wizards of OS 2004

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Wireless Backbone, rural Nigeria

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Conclusions• Most wireless implementations are based on

– Star, tree or line topology

• In implementations we can find two modes: 

– Ad hoc or infrastructure (more common)

• The basics of any setup includes: 

– Mode, SSID, Channel + MAC/auth + IP

• Many wireless implementations are based on more than one topology