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Redes Wifi

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  • 1. Redes Locales Inalámbricas 802.11 - WiFi Ing. Joeel Mera Naval [email_address] Lic. Mendoza Rico Alicia [email_address]
  • 2. Agenda
    • Introducción
      • Clasificación
    • IEEE802.11
      • Generalidades
      • Protocolos
      • Servicios
    • Bluetooth
  • 3. Introducción El futuro
    • Algunos creen en un mundo con dos medios de transmisión:
      • Fibra
        • Computadores no móviles
        • Teléfonos
        • Faxes
      • Inalámbrico
        • Todos los móviles
  • 4. Introducción Inalámbricos Fijos .vs. Móviles
  • 5. Clasificación
    • Interconexión de sistemas
    • LANs
    • WANs
  • 6. Clasificación Interconexión de sistemas
    • Componentes sin cables
      • Distancias cortas
      • Monitor, ratón, teclado, impresora
      • Cámaras, audífonos, scanners
    • Bluetooth
  • 7. Clasificación Relación Maestro – Esclavo
  • 8. Clasificación Relación Maestro - Esclavo
    • Maestro dice a dispositivos:
      • Qué direcciones usar
      • Cuando hacer broadcast
      • Qué tan largo transmitir
      • Qué frecuencias pueden usar
      • … .
  • 9. Clasificación LANs
    • Velocidades de decenas de Mbs
    • Distancias de decenas de metros
    • Estándarizadas por IEEE802.11
      • Conocido como WiFi
  • 10. Clasificación LANs
    • Populares en:
      • Oficinas pequeñas
      • Casas
      • Edificios viejos
      • Cafeterías corporativas
      • Salas de conferencias
  • 11. Clasificación LANs
    • Computadores con módem y antena
    • Antena en el techo a la que hablan
    • También pueden hablar directamente
  • 12. Clasificación WANs
    • WANs inalámbricas son de varios tipos:
      • Satelitales
      • Microondas
      • Celulares
  • 13. Clasificación WANs
    • Celulares
      • Tres generaciones
        • Análoga para voz solamente
        • Digital para voz solamente
        • Digital para voz y datos
      • Velocidades por debajo de 1Mbps
      • Distancias de Kms entre móvil y base
  • 14. Clasificación WANs - Redes en aviones
  • 15. Agenda
    • Introducción
      • Clasificación
    • IEEE802.11
      • Generalidades
      • Protocolos
      • Servicios
    • Bluetooth
  • 16. IEEE802.11 - Generalidades Percepción de éxito
    • Robert Metcalfe (1995)
      • Las redes inalámbricas serán como los inodoros portátiles; alambre su casa y su oficina!
  • 17. IEEE802.11 – Generalidades Modos de Operación
    • Dos modos de Operación:
      • En presencia de un Access Point
      • Con comunicación directa
  • 18. IEEE802.11 – Generalidades Retos
    • Frecuencia disponible internacionalmente
    • Privacidad
    • Duración de baterías
    • Salud humana
    • Relación AB/Costo
  • 19. IEEE802.11 - Generalidades Configuración Común
    • Edificio con Access Points estratégicamente ubicados
    • Alambrados entre si con cobre y/o fibra
    • Edificio es un sistema celular
    • Una celda por cuarto
    • C/celda tiene canal con AB de 11 a 54 Mbps
  • 20. IEEE802.11 – Generalidades Topología
  • 21. IEEE802.11 – Generalidades Primera Versión
    • 1 o 2 Mbps
    • Quejas por lentitud
  • 22. IEEE802.11 – Generalidades Nueva Versión 1999
    • 802.11a
      • AB >
      • 54 Mbps
    • 802.11 b
      • Mismo rango de frecuencia
      • Nueva técnica de modulación
      • 11 Mbps
    • 802.11 g
      • Modulación de 802.11 a
      • Banda de 802.11 b
      • 54 Mbps
  • 23. IEEE802.11 – Generalidades Percepción de éxito
    • Está siendo instalado en:
      • Aeropuertos y estaciones de tren
      • Hoteles
      • Malls
      • Universidades
      • Coffee shops
    • Hará por Internet lo que notebooks hicieron por computación
    • Combinación con celulares
  • 24. IEEE802.11 – Generalidades Técnicas de transmisión
    • Frequency Hopping Spread Spectrum
      • Transmisor cambia de frecuencia
      • Cientos de veces/seg.
      • Popular entre militares
        • Difícil de detectar
        • Básicamente imposibles de interferir
      • Mejor con multipath fading
        • Al llegar reflexiones receptor en otra f
      • 802.11 y Bluetooth la usan
  • 25. IEEE802.11 – Generalidades ISM
    • Segmento no asignado
    • Industrial, Scientific, Medical
      • Controles de garajes
      • Teléfonos inalámbricos
      • Juguetes
      • Ratones inalámbricos
    • Usan técnicas Spread Spectrum
  • 26. IEEE802.11 – Generalidades ISM
    • Para dispositivos con P < 1 watt
  • 27. IEEE802.11 – Generalidades ISM
    • Banda 900 MHz mejor pero congestionada
      • No disponible mundialmente
    • Banda 2.4 Ghz disponible en mayoría de países
      • Interferencia de hornos microondas y radares
      • Bluetooth y 802.11 b y g operan en esta banda
    • Banda de 5.7 es nueva y no desarrollada
      • Dispositivos caros
      • 802.11a la usa
      • Se volverá más popular
  • 28. Agenda
    • Introducción
      • Clasificación
    • IEEE802.11
      • Estructura general
      • Protocolos
      • Servicios
    • Bluetooth
  • 29. Protocolos Similar a Ethernet pero…..
    • Características inherentemente distintas
      • No es posible oír antes de transmitir
      • Multipath fading
      • Impresoras en red
      • Hand off
  • 30. Protocolos CSMA tiene problemas
    • Interferencia importa en receptor no transmisor
    • Problema de la estación escondida
    • Problema de la estación expuesta
    • A diferencia de Ethernet puede haber múltiples transmisiones simultáneas/segmento
  • 31. Protocolos – Orígenes MACA
    • MACA
      • Multiple Access with Collision Avoidance
    • Transmisor estimula a receptor para enviar frame corto
    • Estaciones cercanas lo detectan
      • No transmiten en la duración del frame real
  • 32. Protocolos – Orígenes MACA
  • 33. Protocolos – Orígenes MACA
    • RTS tiene 30 bytes
      • Incluye longitud de frame que quiere enviar
    • CTS contiene la longitud copiada de RTS
    • Estación que oye RTS está cerca de A
      • Debe callarse hasta que llegue el CTS
    • Estación que oye CTS está cerca de B
      • Debe callarse durante frame de datos
  • 34. Protocolos – Orígenes MACA
    • C puede transmitir durante datos
    • D oye CTS pero no RTS
      • Debe callarse mientras datos
    • E debe callarse todo le tiempo
    • Si colisión en RTS
      • Transmisor espera lapso al azar y retransmite
      • Binary exponential backoff
  • 35. Protocolos – Orígenes MACAW
    • Refinación a MACA en 1994
    • MACA for Wireless
    • MACA no usa ACK en enlace
      • Sólo retransmite transporte
    • ACK de enlace después de cada frame
    • CSMA es útil
      • Evitar colisiones de RTS
  • 36. Protocolos Pila de 802.11
  • 37. Protocolos – Nivel Físico FHSS y DSSS
    • Short-range radio
    • Banda 2.4 GHZ ISM
    • No licencia
    • Compite con garajes de control remoto
    • También con microondas y teléfonos inalámbricos
    • Todas operan entre 1 y 2 Mbps
      • Potencia baja para evitar conflictos
  • 38. Protocolos – Nivel Físico OFDM y HRDSSS
    • Incluidas en el 99
    • 54 y 11 Mbps
    • Nuevo esquema OFDM en 2001
      • Banda diferente
  • 39. Protocolos MAC 802.11
    • Distinto y más complejo que Ethernet por características del medio
    • Problemas de la estación escondida y estación expuesta
  • 40. Protocolos MAC 802.11
    • Radios son Half/Duplex
      • No pueden oír mientras trasmiten
    • Conclusión
      • 802.11 no puede usar CSMA/CD
  • 41. Protocolos MAC 802.11
    • Dos modos de operación
      • DCF: Distributed Coordination Function
        • Sin control central, similar a Ethernet
      • PCF: Point Coordination function
        • Estación base coordina todo
    • Implementaciones deben soportar DCF
      • PCF es opcional
  • 42. Protocolos MAC 802.11 - DCF
    • CSMA/CA
      • CSMA with Collision Avoidance
      • Dos métodos de operación
        • Para transmitir estación oye medio
        • Si libre empieza a transmitir
        • No oye mientras transmite
          • Envía frame completo
            • Puede ser destruido en el receptor por interferencia en su zona
        • Binary Exponential Backoff
  • 43. Protocolos MAC 802.11 - DCF
    • Otro modo de operación: MACAW
    • Oye virtualmente el canal
  • 44. Protocolos MAC 802.11 DCF - Fragmentación
    • Canales menos confiables
    • Probabilidad de éxito de un frame inversamente proporcional a longitud
      • Para frame de n bits
      • Probabilidad de un bit en error p
      • Probabilidad de frame exitoso
        • (1-p)**n
        • Para p = 10**-4 y L = 12,144 bits (ethernet)
          • Probabilidad de frame exitoso es 30%
        • Si p = 10**-5 uno de cada 9 frames se dañarán
        • Si p = 10**-6 más de 1% de los frames se dañarán
          • Una docena por segundo
  • 45. Protocolos MAC 802.11 DCF - Fragmentación
    • 802.11 permite dividir frames en fragmentos
    • Cada uno con su propio checksum
    • C/u numerado y ack con stop and wait
    • Al llegar CTS transmisor puede hacer fragment burst
      • Se retransmiten fragmentos, no frames
      • Tamaño mín de fragmentos se define por celda
    • NAV sólo mantiene canal vacío hasta siguiente ack
  • 46. Protocolos MAC 802.11 DCF – Fragment Bust
  • 47. Protocolos - MAC 802.11 PCF
    • Base polea estaciones
    • No hay colisiones
    • Estándar no define política de poleo
  • 48. Protocolos - MAC 802.11 PCF
    • Mecanismo básico:
      • Base broadcast beacon frame con parámetros del sistema
        • Hopping sequences, sync de reloj, etc
        • Invita a nuevas estaciones a registrarse
        • Estaciones registradas reciben una cierta porción del espectro
          • Permite administración de QOS
  • 49. Protocolos - MAC 802.11 Power Management
    • Importante en redes de dispositivos móviles
    • Base puede mandar a dormir estaciones
      • Les hace buffering de frames
  • 50. Protocolos - MAC 802.11 Coexistencia de DCF y PCF
    • 802.1 lo permite en la misma celda
  • 51. Protocolos - MAC 802.11 Estructura de Frames
    • Tres clases de frames
      • Datos, control y administración
      • C/u con su header
        • Campos usados por nivel MAC
        • Otros para nivel físico
  • 52. Agenda
    • Introducción
      • Clasificación
    • IEEE802.11
      • Generalidades
      • Protocolos
      • Servicios
    • Bluetooth
  • 53. Servicios
    • IEEE802.11 especifica 9 servicios
    • 5 servicios de distribución
      • Provistos por estación base
      • Relacionados con entrada y salida de estaciones de celdas
    • 4 servicios de estación
      • Intracelda
  • 54. Servicios De Distribución
    • Asociación
      • Estaciones se conectan a base
      • Al entrar a celda
        • Anuncia identidad y capacidades
          • Velocidades que soporta
          • Requerimiento de PCF
          • Requerimientos de administración de potencia
      • Base puede aceptar o no a estación
        • Si se acepta debe autenticarse
  • 55. Servicios De Distribución
    • Des-Asociación
      • Base o estación puede iniciarla
      • Estación debe hacerlo antes de salir o apagarse
      • Base la usa antes de apagarse para mantenimiento
  • 56. Servicios De Distribución
    • Re-Asociación
      • Estación la usa para cambiar de base
      • Útil para moverse de una celda a otra
      • Evita pérdida de datos
    • Distribución
      • Resuelve enrutamiento de frames enviados a base
      • Si local a celda, se envían al aire directamente
      • Alternativamente se meten a red alambrada
  • 57. Servicios De Distribución
    • Integración
      • Traduce direcciones 802.11 a direcciones de otras redes
      • Convierte formatos de frames
  • 58. Servicios De Estación
    • Autenticación
      • Después de asociación
        • Base envía reto pidiendo password
        • Estación responde encriptando frame reto
          • Lo envía a base
    • Desautenticación
      • Estación lo ejecuta cuando quiere salirse de la red
  • 59. Servicios De Estación
    • Privacidad
      • Encripción y desencripción
      • Usa RC4
        • Inventado por Ronald Rivest de MIT
  • 60. Servicios De Estación
    • Entrega de datos
      • No se garantiza entrega al 100%
      • Modelado al estilo Ethernet
      • Niveles superiores retransmiten
  • 61. Agenda
    • Introducción
      • Clasificación
    • IEEE802.11
      • Estructura general
      • Protocolos
    • Bluetooth
  • 62. Bluetooth
    • En 1994 Ericsson, IBM, Intel, Nokia y Toshiba conformaron SIG
      • Special Interest Group
    • Objetivo:
      • Estándar de conexión inalámbrica de dispositivos de computación y TC
      • Radios de rango corto, baja potencia y baratos
    • Nombre proveniente de Harald Blaatand II
      • Rey Vikingo 940-981
      • Unificó Dinamarca y Noruega
      • Sin cables!!
  • 63. Bluetooth Objetivo
    • Inicialmente conexión de dispositivos
    • Se extendió a LANs
      • Compite con 802.11
      • Interfieren eléctricamente
      • HP lanzó una red Bluetooth sin éxito
    • En 07/99 salió V1.0 en 1500 pág.
    • 802.15 lo acogió como estándar de PAN
      • Primera versión de PAN 802.15.1 en 2002
      • Se espera que los dos estándares converjan
  • 64. Bluetooth Arquitectura
    • Unidad básica: piconet
      • Nodo maestro
      • Máximo 7 nodos esclavos
      • Distancia máx. de 10 m.
      • Varias piconets pueden estar en el mismo cuarto
        • Se conectan por bridge
    • Scatternet
      • Conjunto de piconets interconectadas
  • 65. Bluetooth - Arquitectura Conexión de Piconets
  • 66. Bluetooth Arquitectura
    • Piconet puede contener además 255 nodos parqueados
      • Dispositivos que maestro ha bajado a estado de bajo consumo de potencia
      • Ahorra baterías
      • Dispositivos parqueados solo esperan ser activados
  • 67. Bluetooth Arquitectura
    • Maestro/esclavo abarata implementación
      • Objetivo de chips: 5 dólares
    • Esclavos son medio tontos
    • Piconet es conceptualmente un sistema TDM centralizado
    • No hay comunicación esclavo-esclavo