PDF de programación - Movilidad...

Nuevos Servicios de Red en Internet
Área de Ingeniería Telemática

Movilidad...

802.11

Redes inalámbricas
‣ Cada vez más importancia

ofrecen: movilidad, facilidad de instalación, flexibilidad

‣ Evolución hacia comunicaciones inalámbricas

Telefonia (GPRS,3G...), dispositivos WPAN (Bluetooth,
wirelessUSB...) y redes de datos (802.11, WiMax?...)
‣ Nos centraremos en IEEE 802.11 (vulgarmente wifi)

Wifi 802.11: Nivel físico
‣ NICs y puntos de acceso, transmiten y reciben señales de radio/

microondas a traves del aire
> Varios estándares de modulación

+ DSSS, FHSS, Luz infraroja en BB (no se utiliza)

> Y frecuencias

+ 2.4GHz, 5GHz, 3GHz

Paquete modulado sobre portadora de 2.4GHz con DSSS
La velocidad de datos en el canal es 11Mbps

Medio compartido de broadcast
Las NICs oyen el paquete y segun la cabecera lo procesan

Wifi 802.11: Nivel físico
‣ Versiones con el tiempo (definidos por diferentes estandares del IEEE)
‣ 802.11a 5GHz velocidad de datos hasta 54Mbps
‣ 802.11b 2.4GHz velocidad de datos hasta 11Mbps
‣ 802.11g 2.4GHz velocidad de datos hasta 54Mbps
‣ 802.11n 2.4,5GHz velocidad de datos hasta 248Mbps
‣ El espectro en torno a la frecuencia utilizada se divide en varios canales

utilizando frecuencias cercanas.
Permite tener varias redes en el mismo espacio

Paquete en el canal 12 (2467MHz)

Paquete en el canal 1 (2412MHz)

Wifi 802.11: Nivel físico
‣ Canales en 802.11b

> En la banda libre de

2.4GHz

> Algunos son ilegales

en algunos paises
EEUU 1-11
EMEA 1-13

Canal
1
2
3
4
5
6
7

Fracuencia
2412 MHz
2417 MHz
2422 MHz
2427 MHz
2432 MHz
2437 MHz
2442 MHz

Canal
8
9
10
11
12
13
14

Fracuencia
2447 MHz
2452 MHz
2457 MHz
2462 MHz
2467 MHz
2472 MHz
2484 MHz

‣ Aún asi los canales cercanos se interfieren
‣ De todas formas el mecanismo de acceso al medio es capaz de

soportar varias redes en el mismo canal cercanas utilizando
colisiones y CSMA

‣ Nos interesa más el nivel de enlace

2 modos de funcionamiento

‣ Base-station

> Infraestructura: estaciones

base (access point)
conectadas a una red fija

‣ Ad-hoc

> punto-a-punto

Los terminales inalámbricos
se comunican entre si
> Corren algoritmos de

enrutamiento y extienden la
red más alla del alcance de
uno

> parecido a peer-to-peer

AP

Internet

AP

Basic Service Set

‣ Al conjunto formado por

> Hosts wireless
> 1 access point
> su router de acceso

‣ Le llamaremos Basic Service Set

(BSS)

‣ Equivalentes a las celdas de la

telefonía movil

AP

BSS 1

Internet

AP

BSS 2

Extended Service Set

‣ Varios BSSs unidos para dar un

servicio común en una zona
mayor

‣ Le llamaremos Extended Service

Set (ESS)

‣ La interconexión entre puntos de
acceso puede ser por una red de
cable o incluso wireless (WDS)

‣ El ESS tiene un identificador

común de forma que el usuario
no sabe si es un BSS o un ESS
El Service Set Identifier
(SSID)

Internet

AP

AP

BSS 2

AP
BSS 3

AP

BSS 1

BSS 4

802.11 Asociación
‣ Para poder comunicarse en un BSS los hosts deben primero asociarse

a la red deseada (identificada por su SSID)

‣ ¿Como conocen el SSID?

> La estación base envía periódicamente tramas (beacon) con su

nombre (SSID) y su dirección MAC
Eso permite a los hosts escanear los canales y presentar al usuario
los SSIDs observados para que elija

> La estación base no envía tramas beacon (SSID oculto) y el

administrador es responsable de comunicar el SSID
Esto a veces se ve como una medida de seguridad pero es una
medida de seguridad muy ligera. El SSID no se protege y si observas
el canal y ves a otro host asociarse ves el SSID

802.11 Asociación
‣ Antes de transmitir un host sigue los pasos:

> Escanea permanentemente los canales en busca de tramas beacon (y los

presenta al usuario para que elija o está configurado para buscar unos SSIDs
que conoce)

> Una vez elegido el SSID realiza autentificación y asociacion

+ Pide autorización al Access Point para estar en la red

Varios protocolos que permiten comprobar si el usuario tiene acceso a la
red (con contraseña (SKA), autentificación abierta (OSA) que siempre se
concede)

+ Pide al Access Point que lo considere asociado a la red

Al completar este protocolo el host esta en el BSS

> Una vez realizada el host forma parte del BSS y puede enviar tramas (de nivel

de enlace 802.11) a otros hosts del BSS o al router.
Normalmente lo primero que hace el host es usar protocolos de
confiugracion de IP, enviar petición de DHCP para obtener IP y parámetros
de configuración IP en la red de la estación

802.11 Asociación

existe una red llamada
wifinet
y usa autentificación SKA
(shared key auth)

Peticion autentificación
challenge cifrado

Petición asociación

A partir de aqui puedo
enviar a los demas hosts
y al router

BEACON SSID: wifinet
BEACON SSID: wifinet

challenge
auth ok

Asociación ok

SSID: wifinet

802.11 Acceso múltiple
‣ Acceso múltiple con problemas propios del medio

inalámbrico

‣ Usa CSMA (carrier sense, si veo que alguien está

enviando no envío)
> No colisiona con transmisiones en curso

‣ Pero la detección de colisión es un problema

> La señal se atenúa muy rápido por lo que es difícil comparar lo enviado con lo recibido.

De hecho normalmente las NIC no pueden escuchar mientras envían

> Existe el problema de terminales ocultos

A y C no se oyen entre si
No pueden saber que B ve una colisión

C

A

A

B

C

B

A’s signal
strength

C’s signal
strength

space

802.11 Acceso múltiple
‣ Problemas de potencia:

> A oye al Access Point pero no a B

A

B

‣ En modo infraestructura el access point restransmite las tramas para

que las oigan todos los hosts del BSS
Las transmisiones host-host pasan siempre por el access point

‣ Esto no soluciona el problema del terminal oculto

CSMA/CA

‣ Collision avoidance (evitación) en lugar de detección
‣ El receptor confirma (ACK) las tramas (ante los problemas para

detectar si ha habido colisión)

‣ Se utilizan tiempos aleatorios cuando voy a transmitir

> Objetivo: evitar las colisiones causadas entre las estaciones que

esperan que el medio quede libre

A B

CSMA/CD

A B

CSMA/CA

ocupado

Colisión

C

Tiempo aleatorio

C

CSMA/CA

‣ Emisor 802.11

> Si el canal está vacío por un tiempo DIFS

+ Envia la trama entera (sin CD)

> Si el canal está ocupado

+ Inicia un temporizador aleatorio (con backoff)
+ El temporizador solo descuenta tiempo con

canal libre

+ Transmite cuando expire
+ Si no recibe ACK aumenta el backoff

‣ Receptor 802.11

> Si recibo una trama

+ Envía ACK después de un SIFS

(SIFS<DIFS los ACKs tienen prioridad)

sender

receiver

DIFS

data

ACK

SIFS

CSMA/CA

‣ Mejora: permitir al emisor reservar el canal para evitar colisiones en las

tramas muy largas
> El emisor envía una trama de RTS (request to send) a la estación base

pidiendo el canal (usando CSMA/CA)
Los RTS pueden colisionar con otras tramas pero al menos son cortas

> La estación base envía el permiso en una trama CTS (Clear to send)
> Todos los nodos reciben la CTS

+ El solicitante envia la trama
+ El resto dejan libre el canal

‣ Evita completamente las colisiones

> A costa de más retardo
> Normalmente se activa sólo para tramas por encima de una longitud

Ejemplo

A

AP

RTS(A)

RTS(A)

CTS (A )

DATA (A)

A C K (A )

reservation collision

CTS(A)

ACK(A)

time

B

RTS ( B )

defer

Coordination function
‣ Esto es conocido como funcionamiento con funcion de

coordinación distribuida
DCF

‣ El estandar tambien soporta tipo polling

Point Cordination Function (PCF)

‣ En modo Adhoc solo se usa la DCF
‣ En modo infraestructura se pude usar DCF o DCF+PCF

> Contention Free Periods (con PCF) + Contention Periods (con

DCF)

‣ Pero PCF no se usa mucho

‣ 802.11e HCF Hybrid Cordination Function y soporte de QoS

Resumiendo
‣ Control de acceso al medio más complicado que en Ethernet

> Hay ACKs en el nivel de enlace
> Hay retransmisiones en el nivel de enlace
> Hay autentificacion/asociacion
> El access point retransmite tramas

802.11: formato de trama

2
F

6

6

2
6
D A1 A2 A3

2
6
S A4

0-2312
datos

4

CRC

3 direcciones MAC

dirección MAC
sólo usada en Ad-hoc

‣ S: secuencia de la trama
> necesario para el ACK

‣ 4 direcciones MAC

> A1: MAC destino. Wireless host que debe recibir esta trama
> A2: MAC origen. Wireless host que envia esta trama
> A3: MAC router asociado al access point
> A4: usada en modo Ad-hoc o para interconectar access-points a

traves de la red inalambrica (WDS)

802.11: formato de trama

2
F

6

6

2
6
D A1 A2 A3

2
6
S A4

0-2312
datos

4

CRC

3 direcciones MAC

dirección MAC
sólo usada en Ad-hoc

‣ F frame control

> Flags y tipo de la trama (Data, ACK, RTS o CTS)

‣ D duración

> Tiempo por el que se solicita el canal

En RTS/CTS

802.11 tipos de tramas
‣ El campo de control de la trama permite definir tipos y subtipos

Subtipo

de tramas
Tipo
00 (Management) 0
1
100
101
1000
....
1011
1100
1101
...
0
....

01 (Control)

Nombre
Asociación (request)
Asociación (response)
Probe request
Probe response
Beacon
otros
RTS
CTS
ACK
otros
Datos
otros opciones y QoS

10 (Datos)

11 (No se usa)

Por qué 3 direcciones?

‣ El access point es un dispositivo de nivel de enlace
‣ Para los dispositivos conectados al access point no

debe haber diferencia entre hosts alámbricos o
inalámbricos

‣ Como funcionaría el ARP aqui?

YO
pero
a que MAC
contesto?

H1

ARP
quién es H1?

ARP
quién es H1?

paquete para

H1(IP)

AP

ethernet

R

Ejemplo

H1

R1

AP

Internet

R1 MAC addr AP MAC addr
dest. address

source address

802.3 frame

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
address 1

address 2

address 3

802.11 frame

En resumen
‣ Medio inalámbrico compartido
‣ Las redes de área local inalámbricas siguen tecnicas parecidas a las

de cable
> CSMA
> Pero CSMA/CA en lugar de CD, colisiones costosas mejor

evitar

> Se pueden usar técnicas de reserva de canal

Seguridad en redes 802.11
‣ Wired Equivalen Privacy (WEP)

Conseguir en la red inalámbrica el mismo nivel de privacidad que en
una d