PDF de programación - Tecnologías Wi-Fi

REDES

Área de Ingeniería Telemática

Tecnologías Wi-Fi

Area de Ingeniería Telemática

http://www.tlm.unavarra.es



Redes

4º Ingeniería Informática


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Temario

Introducción a las redes

1. 
2.  Encaminamiento
3.  Transporte extremo a extremo
4.  Arquitectura de conmutadores de paquetes
5.  Tecnologías para redes de área local
6.  Tecnologías para redes de área extensa y última

milla

7.  Conmutación de circuitos

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Comunicación dentro de una red

•  Origen y destino del paquete están en la misma red

–  Dos hosts
–  Un host y un “gateway” con otra red
–  Dos “gateways”

•  La red puede ser una LAN, MAN o WAN

•  Vamos a ver el caso de LANs 802.11

Aplicación

Transporte

Red

Enlace /

Network access

Físico


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Estándar Wireless LANs

IEEE 802.11 (1999)

• 
•  LAN basada en medio inalámbrico
•  Certificación de la Wi-Fi Alliance

–  http://www.wi-fi.org/
–  Fundada en 1999 por 3com, Intersil, Lucent Tech, Nokia y Symbol Tech
–  Hoy más de 350 compañías miembro

•  Hay diferentes niveles físicos posibles
•  MAC 802.11 es común a todos ellos
•  MAC intenta ofrecer un acceso justo al medio

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

•  Emplean bandas que no requieren licencia

–  2.4 - 2.5 GHz es la C-Band Industrial, Scientific and Medical (ISM) (Por

ejemplo los hornos microondas, algunos teléfonos inalámbricos, etc)

–  Unlicensed National Information Infrastructure bands (en torno a 5GHz)

Estándar
802.11
802.11a
802.11b
802.11g
802.11n

Velocidad Máx

2 Mbps
54 Mbps
11 Mbps
54 Mbps

Frecuencia
2.4 GHz
5 GHz
2.4 GHz
2.4 GHz

300-600 Mbps

2.4 y/o 5 GHz

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

802.11b
•  HR/DSSS = High Rate Direct-Sequence Spread Spectrum (hasta 11Mbps)
•  En EEUU 11 canales (14 en Japón, 13 en Europa-ETSI)
•  BW aprox. de un canal menor de 25MHz (atenuación mayor de 30dB)
•  Separación entre canales de 5MHz
•  Canales 1-6-11 tienen ya escasa interferencia
•  Velocidades: 1, 2, 5.5 y 11 Mbps

25MHz

Canal 1

Canal 6

Canal 11

Frecuencia

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

802.11


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Nivel físico

802.11a
•  OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing
•  En torno a 23 canales (unos 12 que no se solapan)
•  Añade a las velocidades de 802.11b: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mbps
802.11g
•  Añade OFDM pero compatible con 802.11b, mismos canales
•  Añade a 802.11b velocidades de 802.11a
802.11n
•  MIMO = Multiple Input Multiple Output
•  Canales de diferente BW (20MHz, 40 MHz). Compatible con 802.11a/b/g
•  En 2.4GHz hasta 3 canales que no se solapan (solo uno de 40MHz), a 5GHz

hasta 21 (unos 9 si son de 40MHz)

Enlace

Físico

MAC
802.3
PHY
802.3

LLC
802.2

MAC
802.11

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSSS PHY

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Wireless LANs

•  Para el usuario una WLAN funciona como una Ethernet compartida
•  MAC 802.11 intenta ofrecer un acceso justo al medio
•  Las estaciones no poseen la capacidad de detectar colisiones (no
•  Los dispositivos hacen broadcast de la señal de radio (…)
•  Un receptor puede estar en el alcance de varios transmisores (…)
•  El transmisor antepone a su transmisión un Service Set Identifier (SSID

CSMA/CD)

ó BSSID)

•  El receptor usa el SSID para filtrar las señales que desea recibir

Topologías

•  Topologías:

–  Independent Basic Service Sets (IBSSs) o Ad Hoc BSS
–  Basic Service Sets (BSSs) o Infraestructure BSS
–  Extended Service Sets (ESSs)

•  Un Service Set es una agrupación lógica de dispositivos


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IBSS

Independent Basic Service Set ó Ad-hoc network

• 
•  Grupo de estaciones 802.11 comunicándose directamente entre ellas
•  Es una WLAN peer-to-peer (…)
•  Generalmente pequeñas y duran poco tiempo
•  No hay límite al número de miembros
•  En ocasiones algunos miembros no pueden comunicarse con todos los
•  BSSID es elegido al azar (número de 48bits de dirección individual

demás

local)


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BSS

Incluye una estación especializada: Access Point (AP) (Punto
de acceso)

•  Basic Service Set o Infraestructure BSS
• 
•  Los clientes no se comunican directamente sino a través del AP
•  El AP puede incluir un uplink que conecta a red cableada
•  BSSID es la MAC Wi-Fi del AP

(…)


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ESS

•  Extended Service Set
•  Varias BSS conectadas por sus interfaces de uplink
•  Todas empleando el mismo ESSID
•  Se intercomunican através del Distribution System (DS) (… …)

DS


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ESS

Distribution System)

•  El DS normalmente está creado en base a una Ethernet
•  Podría emplearse un DS inalámbrico (WDS = Wireless
•  El DS suele ser una LAN (nivel 2)
•  El AP actúa como un puente
•  El ESS no incluye al DS

DS


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Subnivel MAC

• 
• 

IEEE 802.3 (Ethernet) usa CSMA/CD
IEEE 802.11 (Wi-Fi):
–  DCF = Distributed Coordination Function

•  CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
•  Mandatory
•  Modo infraestructura o ad-hoc

LLC
802.2

Servicio con
contienda

Enlace

Físico

MAC
802.3

Distributed Coordination Function (DCF)

PHY
802.3

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSS PHY

802.11

MAC

•  ¿Detección de colisiones?

–  Puede que la trama que provoca la colisión en el receptor no

lo haga en el emisor (…)

–  Las estaciones no tienen la capacidad de detectar colisiones


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MAC


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•  El ruido es difícil de controlar (bandas libres)
•  802.11 emplea confirmaciones positivas
•  La secuencia de trama+ack es una operación

atómica (todo o nada)

•  Tramas a la MAC de broadcast no son confirmadas

(ni multicast)

Trama

ACK


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CSMA/CA

•  Carrier Sense: Si se detecta el medio
inactivo durante el tiempo suficiente
(DIFS) la estación puede enviar una
trama

•  Random Backoff: Genera un valor al
alzar de tiempo que espera (entre
CWmin y CW)

•  Si el medio sigue libre envía la trama
•  Destinatario espera un tiempo (SIFS,
c o n S I F S < D I F S ) y e n v í a u n a
confirmación

•  Si no recibe ACK duplica CW, genera
un nuevo backoff aleatorio, espera y
retransmite

sender

receiver

DIFS

Backoff

Trama

ACK

SIFS

DIFS = DCF Interframe Space
SIFS = Short Interframe Space


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Terminal oculto

Collision Avoidance
-  Reservar previamente el canal con una trama corta (menor

probabilidad de colisión)

-  Request-To-Send (RTS) (puede colisionar) (…)
-  Clear-To-Send (CTS) (nadie más transmite) (… …)

CTS

RTS

A

CTS

RTS

C

CTS

CTS

B


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CSMA/CA

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•  DIFS > SIFS
•  RTS/CTS consume capacidad
•  U t i l i z a d o e n e n t o r n o s c o n

frecuente contienda

•  Generalmente solo para tramas

grandes

•  Throughput obtenible limitado
•  Unos 4-6Mbps en 802.11b a

11Mbps

•  Unos 30Mbps en 802.11g y

802.11a a 54Mbps

sender

DIFS

Backoff

receiver

SIFS

RTS

CTS

Trama

ACK

SIFS

SIFS


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Fragmentación
•  Servicio ofrecido en el nivel de enlace
•  Divide trama grande en más pequeñas
•  Cada fragmento es confirmado por separado
•  El transmisor no libera el medio hasta enviar todos
•  Aumenta la fiabilidad en la transmisión
•  Solo se aplica a tramas unicast
•  Atención a las diferencias con la fragmentación en el

los fragmentos

nivel de red

Header

Body

FCS

Header

Body1

FCS

Header

Body2

FCS

Header

Body2

FCS


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Subnivel MAC

• 
• 

IEEE 802.3 (Ethernet) usa CSMA/CD
IEEE 802.11 (Wi-Fi):
–  PCF = Point Coordination Function

•  Solo para modo infraestructura
•  Sin contienda (hay un coordinador)
•  Poco implementada

LLC
802.2

Servicio sin
contienda

Servicio con
contienda

MAC
802.3

Point Coordination

Function (PCF)

Distributed Coordination Function (DCF)

PHY
802.3

FHSS PHY

802.11

DSSS PHY

802.11

OFDM PHY

802.11

HR/DSS PHY

802.11

Enlace

Físico


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