1 Redes de Área Local MSc. Ing. Jorge Crespo Torres Profesor Asistente email: [email protected] Maestría en Telemática La habana. Cuba. Marzo 2006

2 MSc. Jorge Crespo Torres 2 Actividad # 5 Sumario: 1. Introducción 2. Importancia, definición, ventajas y desventajas, aplicaciones y características de las WLAN. 3. Medios inalámbricos. 4. Esquemas de transmisión. 5. Control de acceso al medio. 6. Estándares.

3 MSc. Jorge Crespo Torres 3 Sumario: 6. Estándar IEEE 802.11 7. Nivel MAC 8. Nivel Físico. 9. Comparación entre las LAN y las WLAN 10. Fabricantes de Productos WLAN 11. Aspectos a tener en cuenta en la selección de productos inalámbricos Actividad # 5

4 MSc. Jorge Crespo Torres 4 Introducci Introducción

5 MSc. Jorge Crespo Torres 5 ¿Por qué son necesarias las WLAN? Por los problemas que presentan las LAN que utilizan cables. Por la proliferación de las estaciones portátiles y móviles. *

6 MSc. Jorge Crespo Torres 6 Problemas que presentan las LAN cableadas Requieren un cuidadoso planeamiento del cableado. Su instalación conlleva una considerable inversión de tiempo, esfuerzo y costo. Los cables se amontonan en conductos sin sitio para añadir más. Conectar nuevas estaciones a la red o moverlas de lugar resulta por lo general engorroso.

7 MSc. Jorge Crespo Torres 7 Definición de LAN Inalámbricas  Red de área local que utiliza tecnología inalámbrica, (radiofrecuencia e infrarrojos) en lugar de cables coaxiales o fibra óptica, que se utilizan en las redes cableadas para enlazar equipos conectados a la red.  Son sistemas de estaciones portátiles y móviles que se comunican entre sí usando medios inalámbricos.  Se encuentran definidas en el estándar IEEE 802.11.

8 MSc. Jorge Crespo Torres 8 Definición de LAN Inalámbricas Sus propiedades son diferentes de las que poseen las LAN convencionales requiriendo de protocolos especiales en la subcapa MAC pero exigiendose la misma subcapa LLC que el resto de las LAN 802. Cada vez es mayor el rango de nuevas y posibles aplicaciones para este tipo de LAN.*

9 MSc. Jorge Crespo Torres 9 Tipos de Estaciones en 802.11 Estación Portátil: Es la que se mueve de una posición a otra pero solo se utiliza en una de ellas. Estación Móvil: Tiene la posibilidad de accesar una LAN mientras se encuentra en movimiento.

10 MSc. Jorge Crespo Torres 10 Beneficios de las LAN Inalámbricas. Tienen gran aplicación en lugares en los que no es posible instalar redes de cable. Poseen gran flexibilidad para la instalación, adición y movimiento de las estaciones con un empleo de tiempo y con un costo mucho menor que en las LAN de cable. Soportan Sistemas Operativos estándar de Red. Permiten extensión flexible a las LAN cableadas. Permiten accesibilidad a los recursos desde donde se necesite. (anytime anywhere).

11 MSc. Jorge Crespo Torres 11 Desventajas de las WLAN  Aún es una tecnología cara (productos con precios elevados)  Su ancho de banda es bastante menor que el de las alámbricas permitiendo velocidades de entre 1 y 54 Mbps.  El medio físico inalámbrico de transmisión es menos confiable que el medio físico cableado.  Potencia y distancia limitada.  Puede presentar conflictos con otras WLAN a su alrededor.*

12 MSc. Jorge Crespo Torres 12 Aplicaciones de las WLAN Por lo general no reemplazan a redes locales alámbricas sino que se usan como extensión de estas para usuarios con computadoras portátiles o móviles. Se utilizan en ambientes difíciles de cablear y que cambian con frecuencia. Se usan mucho en edificios verticales tales como: grandes almacenes, plantas de manufacturas, hospitales, pisos comerciales, etc. Son ideales para redes que se activen temporalmente. Muy apropiadas para museos,edificios antiguos y cuando se requiere comunicar dos puntos a través de un tercero.*

13 MSc. Jorge Crespo Torres 13 Características de las WLAN que deben ser tenidas en cuenta en su diseño La dirección destino no es igual a la localización física. No siempre se puede asegurar que los receptores de las estaciones móviles estarán encendidos. Se debe tener en cuenta que la energía de estas estaciones es a través de baterías. Pueden existir estaciones portátiles y móviles Las WLAN pueden estar solapadas.

14 MSc. Jorge Crespo Torres 14 Al usar un medio inalámbrico se tiene: –El medio no esta protegido contra señales externas (ruido e interferencia). –La comunicación se realiza sobre un medio significativamente menos confiable. –La topología es dinámica. –Una estación puede estar oculta para las demás. Características de las WLAN que deben ser tenidas en cuenta en su diseño

15 MSc. Jorge Crespo Torres 15 –Presentan propiedades asimétricas para la propagación. –El limite de conexión en el medio no es observable físicamente ni es absoluto.* Todo esto debe ser manejado en la subcapa MAC pues la LLC es igual que en el resto de las LAN Características de las WLAN que deben ser tenidas en cuenta en su diseño

16 Medios inalámbricos

17 MSc. Jorge Crespo Torres 17 Cada uno de los medios inalámbricos de transmisión emplea una banda de frecuencias en alguna parte del espectro electromagnético. Radio Microondas: 100 MHz-10 GHz Infrarrojo: comunicación de corta distancia Ondas de luz: Se usan láser.

18 MSc. Jorge Crespo Torres 18

19 MSc. Jorge Crespo Torres 19 Esquemas de transmisión

20 MSc. Jorge Crespo Torres 20 Direct Sequence Spread Spectrum (Secuencia directa) - DSSS Frequency Hoping Spread Spectrum (Salto de frecuencia) - FHSS Single Carrier Modulation Multi Subcarrier Modulation Conexiones de radio

21 MSc. Jorge Crespo Torres 21 En redes inalámbricas, la FCC permitió la operación sin licencia de dispositivos que utilicen 1w de energía o menos, en tres bandas de frecuencias: 902 a 928 MHz, 2.400 a 2.483,5 MHz y 5.725 a 5.850 MHz. Estas bandas de frecuencia, llamadas bandas ISM, estaban anteriormente limitadas a su implantación en dispositivos para fines industriales, científicos y médicos (ISM - Industrial, Scientific and Medical). Conexiones de radio

22 MSc. Jorge Crespo Torres 22 Single Carrier Modulation Se emplea una sola portadora de amplitud constante y los cambios en la fase de la misma dan la base del esquema de modulación. Una posible sería QPSK o una variante de ella. Las velocidades son de 1-2 Mbps y se emplean sofisticados mecanismos de ecualización debido a los altos niveles de interferencia ínter símbolo (ISI)

23 MSc. Jorge Crespo Torres 23 El principio de funcionamiento es separar el flujo binario en varios pequeños flujos que trabajan con un esquema de portadora sencilla, descrito anteriormente. De esta forma se reduce el nivel de ISI por flujo, ya que la razón de bitio es más pequeña y se evita el uso de ecualizadores. Este esquema también es conocido como OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) Single Carrier Modulation

24 MSc. Jorge Crespo Torres 24 Laser

25 Control de acceso al medio

26 MSc. Jorge Crespo Torres 26 Esquemas fundamentales CDMA (Code - Division Multiple Access) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) TDMA (Time-Division Multiple Access) FDMA (Frequency-Division Multiple Access)

27 MSc. Jorge Crespo Torres 27 Estándares

28 MSc. Jorge Crespo Torres 28 El fundamento de muchas de las actuales redes inalámbricas se encuentra basado en el estándar IEEE 802.11. Actualmente existen varias especificaciones: IEEE 802.11b, versión mas popular, opera en el espectro de los 2.4GHz con velocidades de 11Mbps como máximo, en un rango de 48 metros. IEEE 802.11a, opera en el espectro de los 5GHz con velocidades de 54Mbps como máximo, en un rango de 13 metros. IEEE 802.11g, opera en el espectro de los 2,4 GHz con velocidades de 54Mbps como máximo, en un rango de 27 metros. IEEE 802.11n, en proceso de desarrollo basado en Ultra Wide Band (UWB)

29 MSc. Jorge Crespo Torres 29 Los productos acogidos a esta norma tienen garantizada la interoperatividad entre fabricantes, consiguiendo una significativa reducción de costes y el abaratamiento de los dispositivos para el usuario final. El consorcio conocido como Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA), formado por un nutrido grupo de relevantes empresas, ha creado una nueva línea de productos de mayores prestaciones y de plena compatibilidad bajo las especificaciones de esta norma y establecido un estándar llamado Wi-Fi que permite la certificación de estos productos para lograr que entre ellos exista una obligada compatibilidad y otros aspectos, como la facilidad de configuración, unanimidad de protocolos, modos de funcionamiento y otros. 802.11b

30 MSc. Jorge Crespo Torres 30 Surge para mejorar la velocidad de tranferencia de datos definida en 802.11b (11 Mbps) a 54 Mbps. Opera en los 5Ghz Puede emplear de 12 a 24 canales disponibles no solapados. Es incompatible con productos desarrollados con la norma 802.11b y 802.11g, aunque se est á n desarrollando productos multiprotocolos. Usa esquema de transmisi ó n Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Soporta las siguientes razones de datos: 54, 48, 36, 24, 18, 12, 9 y 6 Mbps 802.11a

31 MSc. Jorge Crespo Torres 31 Es una intersecci ó n entre los est á ndares 802.11b y 802.11a. Opera en la misma porci ó n del espectro de frecuencia que 802.11b. Est á limitado a tres canales disponibles no solapados Es totalmente compatible con productos desarrollados con la norma 802.11b, lo que protege las inversiones de los usuarios que tienen montadas redes inal á mbricas con este ú ltimo est á ndar. Usa Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) como esquema de transmisi ó n, igual que 802.3a. Soporta todas las razones de datos soportadas tanto por 802.11a como por 802.11b. 802.11g

32 MSc. Jorge Crespo Torres 32 Razón de datos (Mbps)Esquema de transmisiónEsquema de modulación 54 OFDM 64 QAM 48 OFDM 64 QAM 36 OFDM16 QAM 24 OFDM16 QAM 18 OFDMQPSK1 12 OFDMQPSK 11DSSSCCK2 9 OFDMBPSK3 6 OFDMBPSK 5DSSSCCK 2DSSSQPSK 1DSSSBPSK

33 MSc. Jorge Crespo Torres 33 En general, los sistemas LAN sin cables basados en el protocolo 802.11 hacen uso de la banda de frecuencias de los 2,4 GHz porque en esta zona del espectro no se requiere el uso de licencias y los elementos necesarios para alcanzar dichas frecuencias son relativamente económicos. Estas mismas ventajas actúan, a su vez, de atractivo y poderoso reclamo para otras tecnologías, sistemas o dispositivos inalámbricos que también quieran basar su funcionamiento en esta área específica del espectro.

34 MSc. Jorge Crespo Torres 34 El éxito de la telefonía móvil es un claro ejemplo. Por estos y otros motivos, las WLAN, aunque son la base de la expansión y flexibilidad de muchas de las actuales redes LAN, adolecen de ser una solución más bien general y dirigida a entornos de trabajo en grupo y empresas que puedan sacar el máximo partido a sus capacidades.

35 MSc. Jorge Crespo Torres 35 Esta generalidad ha dado pie a que nuevas tecnologías, como Bluetooth o HomeRF, surjan en torno al protocolo 802.11b. Aprovechando el rango de frecuencias de 2,4 GHz, estas nuevas tecnologías han optado por especializarse en ofrecer una conectividad inalámbrica, pero enfocada a usos mucho más particulares y en relación directa con los futuros hábitos de vida de los componentes de la moderna sociedad del siglo XXI.

36 MSc. Jorge Crespo Torres 36 Bluetooth Especificación que describe un método de conectividad móvil universal, con el cual se pueden interconectar dispositivos como teléfonos móviles, Asistentes Personales Digitales (PDA), ordenadores y muchos otros, ya sea en el hogar, en la oficina o en el automóvil, utilizando una conexión inalámbrica de corto alcance.

37 MSc. Jorge Crespo Torres 37 Esta tecnología se basa en el protocolo de acceso compartido (Shared Wireless Access Protocol, SWAP), y encamina sus pasos hacia la conectividad sin cables dentro del hogar. El consorcio HomeRF, rige esta variante, teniendo a Proxim, una filial de Intel, como el miembro que más empeño está poniendo en la implantación de dicho estándar. Al igual que WECA o Bluetooth SIG (Bluetooth Special Interest Group), el HomeRF Working Group (HRFWG) es un grupo de compañías encargadas de proporcionar y establecer un cierto orden en este océano tecnológico. HomeRF

38 MSc. Jorge Crespo Torres 38 SWAP define una nueva y común interfaz inalámbrica diseñada para soportar tráfico de voz y servicios de datos en redes LAN dentro de entornos domésticos e interoperar con las redes públicas de telefonía e Internet. Se ha definido para asegurar la interoperatividad de muchos productos con capacidades de comunicación sin hilos desarrollados para ordenadores en el mercado doméstico. Permitirá que los ordenadores, periféricos, teléfonos y electrodomésticos, puedan comunicarse con otros dispositivos de similar naturaleza sin cables. HomeRF

39 MSc. Jorge Crespo Torres 39 Generada por el Instituto de Estándares de Telecomunicaciones Europeo (ETSI). Su objetivo era conseguir una tasa de transferencia mayor que la ofrecida por la especificación IEEE 802.11 HiperLAN incluía cuatro estándares diferentes, de los cuales el Tipo 1 es el que verdaderamente se ajusta a las necesidades futuras de las WLAN, estimándose una velocidad de transmisión de 23,5 Mbps, notablemente superior a los 11 Mbps de la actual normativa IEEE 802.11b. Hyperlan

40 MSc. Jorge Crespo Torres 40 Mejora notablemente las características de sus antecesoras, ofreciendo una mayor velocidad de transmisión en la capa física de 54 Mbps. Para ello emplea el método de modulación OFDM (Orthogonal Frequency Digital Multiplexing) y ofrece soporte QoS. Bajo esta especificación se ha formado, el HiperLAN/2 Global Forum (H2GF), con la intención de sacar al mercado productos basados en ese competitivo estándar. Hyperlan/2

41 Estándar IEEE 802.11

42 MSc. Jorge Crespo Torres 42 Características Define la funcionalidad de las capas físicas y MAC para conectividad inalámbrica de estaciones fijas, portátiles y móviles dentro de un área local con velocidades de transmisión entre 1 y 2 Mbps. Debe proveer transparencia hacia las capas superiores del Modelo OSI. Realiza especificaciones para llevar a cabo comunicaciones inalámbricas que soportan enlaces punto a punto, LAN independientes e infraestructuras de LAN interconectadas a través de puntos de acceso. Ha definido protocolos para WLAN en las bandas de 900 MHz a 2.4 GHz así como en el espectro infrarrojo.

43 Arquitectura

44 MSc. Jorge Crespo Torres 44 Arquitectura 802.11 Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY

45 MSc. Jorge Crespo Torres 45 Características de la Arquitectura 802.11 Una única capa MAC soportando diferentes tecnologías de capa física. Dos configuraciones:  Independiente (ad hoc)  Infraestructura

46 MSc. Jorge Crespo Torres 46 Configuración 802.11 Independiente (“Ad hoc”) - Tipo básico de WLAN descrito en la IEEE 802.11 BSS – Un solo “Basic Service Set”, BSS – Comunicación Directa entre las estaciones. – Área de cubrimiento limitada Conexión de varias estaciones en un área pequeña sin el empleo de Puntos de Acceso Red “Ad Hoc” STA 1 STA 2 STA 3

47 MSc. Jorge Crespo Torres 47 Configuración 802.11 “Infraestructura” Cada BSS esta compuesto por Puntos de Acceso (AP) y estaciones (STA). El Sistema de Distribución (DS) interconecta múltiples BSS vía Puntos de Acceso (AP) para formar una única red. –Extiende el cubrimiento del área inalámbrica. BSS-A BSS-B AP-A AP-B Ser Sistema de Distribución STA 1 STA 2

48 MSc. Jorge Crespo Torres 48 Protocolos de la Arquitectura 802.11 Subcapa MAC  Mecanismos de acceso básico y protección de nodo oculto (CSMA/CA)  Opción de punto de coordinación  Fragmentación  Control de Acceso y Seguridad.  Entrega de datos (MSDU) a LLC* Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY

49 MSc. Jorge Crespo Torres 49 n Gestión de la Subcapa MAC  Sincronización  Administración de potencia  Asociación y Reasociación  Scanning  Joining  Roamming  MIB MAC* Protocolos de la Arquitectura 802.11 Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY

50 MSc. Jorge Crespo Torres 50 Protocolo de Convergencia de la Capa Física (PLCP)  Especificación Física que soporta común SAP Físico.  Suministra señal de Clear Channel Assessment (sensando portadora)* Protocolos de la Arquitectura 802.11 Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY

51 MSc. Jorge Crespo Torres 51 Subcapa dependiente del Medio Físico (PMD)  Modulación y codificación.  Velocidad múltiple* Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY Protocolos de la Arquitectura 802.11

52 MSc. Jorge Crespo Torres 52 Subcapa dependiente del Medio Físico (PMD): FHDSIR Espectro esparcido por Salto de Frecuencia (FH) en los 2,4 GHz. Espectro esparcido de Secuencia Directa (DS) en los 2,4 GHz. Infrarojos. Protocolos de la Arquitectura 802.11

53 MSc. Jorge Crespo Torres 53 Gestión de Estación  Interactúa con la Gestión MAC y con la Gestión Física.* n Gestión de la Capa Física.  Sintonía de canal  MIB Física. Subcapa MAC Subcapa PLCP Subcapa PMD Gestión de la Subcapa MAC Gestión de la Capa Física Gestión de Estación LLC MAC PHY Protocolos de la Arquitectura 802.11

54 Protocolos y componentes

55 MSc. Jorge Crespo Torres 55 Componentes del estándar 802.11 WM: Medio Inalámbrico

56 MSc. Jorge Crespo Torres 56 STA: Estación (cualquier dispositivo que tenga formato 802.11 (MAC y PHY)) Componentes del estándar 802.11

57 MSc. Jorge Crespo Torres 57 BSS: “Basic Service Set”. Conjunto de estaciones controladas por una Función de Coordinación (CF). Un BSS posee una función de Coordinación Distribuida (DCF) y una Función de Coordinación Puntual (PCF). Los BSS tiene una única dirección de 48 bits.* BSS-A BSS-B AP-A AP-B STA 1 STA 2 Componentes del estándar 802.11

58 MSc. Jorge Crespo Torres 58 CF: Función de Coordinación. Es una función lógica que posibilita que una STA que se encuentra en un BSS pueda transmitir y recibir PDUs a través del medio inalámbrico. DCF: Función de Coordinación Distribuida. Es una clase de CF donde la lógica garantiza que estén activas todas las STA dentro del BSS. PCF: Función de Coordinación Puntual. Es una clase de CF donde la lógica de la misma activa una STA en un BSS sólo un instante de tiempo. * Componentes del estándar 802.11

59 MSc. Jorge Crespo Torres 59 SS: Servicios de Estación. Grupo de Servicios que soportan transferencia de MSDU entre estaciones dentro de un BSS. Estos servicios son: –Entrega de MSDU –Autenticación –Desautenticación –Privacidad* Componentes del estándar 802.11

60 MSc. Jorge Crespo Torres 60 DS: Sistema de Distribución. Sistema que provee un conjunto de servicios para interconectar BSS entre si y BSS con LAN cableadas, permitiendo que estaciones móviles puedan acceder recursos fijos. Crea un ESS.* BSS-A BSS-B AP-A AP-B Ser Sistema de Distribución STA 1 STA 2 Componentes del estándar 802.11

61 MSc. Jorge Crespo Torres 61 ESS: “Extended Service Set” (Conjunto de Servicios Extendidos). Es una o más BSS y LAN cableadas que interconectadas se pueden considerar como una única BSS para la capa LLC. De forma transparente para la capa LLC, las estaciones, dentro de una ESS, pueden comunicarse y moverse de una BSS a otra. Tiene direcciones de longitud variable. DSM: Medios de transmisión para el DS que comunica Puntos de Acceso (AP) y Portales dentro de una ESS.* Componentes del estándar 802.11

62 MSc. Jorge Crespo Torres 62 AP: Punto de Acceso. Dispositivo con funcionalidad de STA que posibilita el acceso de BSS al Sistema de Distribución (DS). Las estaciones seleccionan un Punto de Acceso y se “asocian”con este. Los AP soportan roaming y suministran otras funciones tales como:  Sincronización de tiempo (beaconing o iluminación)  Administración de potencia.  Función de punto de coordinación. n El tráfico típicamente (pero no siempre) fluye a través de AP.* Componentes del estándar 802.11

63 MSc. Jorge Crespo Torres 63 EP: Punto de Extensión. Se emplea para aumentar el número de puntos de acceso a la red. Estas células de extensión actúan como AP a AP, pero no están conectados a la red cableada como ocurre con los AP. Los EP funcionan extendiendo el alcance efectivo de la red mediante la retransmisión de las señales de una STA a un AP o a otro EP. Pueden encadenarse para pasar mensajes entre un AP y STA lejanos, de modo que se construye un puente entre ambos. * Componentes del estándar 802.11

64 MSc. Jorge Crespo Torres 64 STA 1 STA 3 AP DS STA 4 BSS 1 BSS 2 STA 2 AP Componentes del estándar 802.11

65 MSc. Jorge Crespo Torres 65 NAV: Vector de Localización de Red. Es mantenido en cada STA. Se activa cuando el medio inalámbrico esta siendo usado. Se puede pensar que es un contador, pues una vez activado va disminuyendo hasta llegar a cero con lo cual se indica que el medio esta libre. Portal: Punto lógico a través del cual las MSDU de una LAN cableada son introducidas en un Sistema de Distribución 802.11. Un Portal puede incluir puenteo o no. Un estación puede ser AP y Portal. Es un dispositivo que interconecta una red 802.11 y cualquier otra definida por IEEE 802 Componentes del estándar 802.11

66 MSc. Jorge Crespo Torres 66 Conexión con otras LAN 802 STA 1 STA 3 AP DS STA 4 BSS 1 BSS 2 STA 2 AP Portal LAN Cableada

67 MSc. Jorge Crespo Torres 67 DSS: Servicios del Sistema de Distribución. Grupos de servicios del DS que habilitan a la capa MAC para transportar MSDU entre estaciones que no se encuentren necesariamente dentro de la misma BSS. O sea, garantiza el transporte de MSDU entre : AP dentro de un ESS Portales dentro de un ESS Los servicios soportados son: Asociación Desasociación Distribución Integración Reasociacion* Componentes del estándar 802.11

68 MSc. Jorge Crespo Torres 68 Antena direccional. Usada si se desea enlazar dos puntos separados por algo más de un kilómetro de distancia con línea de visión directa. La antena de cada punto estará conectada a la red cableada mediante un AP.* Componentes del estándar 802.11

69 Fabricantes

70 MSc. Jorge Crespo Torres 70 Fabricantes de Productos WLAN California Microwave Mobile Corp. Fujitsu Ltd. Intermec Corporation Nettech Systems NORCOM Networks Corp. Northern Telecom (Nortel) RAM Mobile Data Sierra Wireless Telxom Corporation Wireless Connect Laser Communications Inc. Spectrix Corp.

71 MSc. Jorge Crespo Torres 71 Fabricantes a considerar

72 Nivel MAC

73 MSc. Jorge Crespo Torres 73 Protocolo MAC para las WLAN Posee dos métodos de acceso:  Función de Coordinación Distribuida (DCF) basada en CSMA/CA.  Función de Coordinación Puntual (PCF) opcional. Los dos métodos de acceso pueden coexistir en una BSS alternandose los periodos libres de contención de PCF con los de contención de DCF.

74 MSc. Jorge Crespo Torres 74 Requisitos: Un solo nivel MAC debe soportar múltiples físicos. Soporte de canales físicos simples y múltiples. Niveles físicos con características de sensado de medio diferentes. Debe permitir el solapamiento de múltiples redes en la misma área y espacio de canal. Necesidad de compartir el medio. Permitir la reutilización de dicho medio.* Protocolo MAC para las WLAN

75 MSc. Jorge Crespo Torres 75 Requisitos: Robustez ante la interferencia. Interferencias de Microondas Otros usuarios no legalizados del espectro Interferencia cocanal Necesita mecanismos para resolver los “nodos ocultos”. Necesita proveer servicios con requerimientos de tiempo. Necesita asegurar la Privacidad y el Control de Acceso. Protocolo MAC para las WLAN

76 MSc. Jorge Crespo Torres 76 Posibilidades básicas del protocolo: Uso de la Función de Coordinación Distribuida (DCF) para compartir eficientemente el medio sin restricciones de solapamientos. - Usa CSMA Evitando Colisiones. - Basado en la función de sensado de portadora en el nivel físico llamada Clear Channel Assessment (CCA).* Protocolo MAC para las WLAN

77 MSc. Jorge Crespo Torres 77 Posibilidades básicas del protocolo: Robustez ante la interferencia. - CSMA/CA + ACK para tramas unicast, con recuperación a nivel MAC. - CSMA/CA para tramas broadcast. Incluye la fragmentación para lidiar con diferentes características de la capa física.* Protocolo MAC para las WLAN

78 MSc. Jorge Crespo Torres 78 Posibilidades básicas del protocolo: Uso parametrizado de RTS / CTS para proveer una Función de Sensado de Portadora Virtual (VCS) para la protección contra los Nodos Ocultos. - La información de duración se distribuye por el transmisor y el receptor a través de tramas de Control RTS y CTS separadas. Formatos de tramas para soportar el esquema de acceso: - Para red de Infraestructura y Ad-Hoc. - Para Sistema de Distribución Inalámbrico.* Protocolo MAC para las WLAN

79 MSc. Jorge Crespo Torres 79 Función de Coordinación Distribuida (DCF) Es el protocolo básico de acceso de la capa MAC. Emplea como mecanismo al CSMA/CA (Acceso Múltiple por Detección de Portadora Evitando Colisiones) y contadores aleatorios seguidos de la condición de medio ocupado. El tráfico usa reconocimiento inmediato de tramas unicast (con tramas ACK) y retransmisión cuando ACK no es recibido. A nivel físico se basa en la función de sensar portadora llamada Clear Channel Assessment (CCA).*

80 MSc. Jorge Crespo Torres 80 Características del protocolo CSMA/CA Con este protocolo las estaciones esperan para transmitir a que el medio este libre. Si se producen colisiones el algoritmo que se utiliza para la recuperación de estas es el mismo que se emplea en la IEEE 802.3 (Binary Exponential Backoff).

81 MSc. Jorge Crespo Torres 81 Está diseñado para reducir la probabilidad de colisiones entre múltiples estaciones en el momento de acceso al medio. Una vez que la estación accede al medio, distribuye información que reciben todas las estaciones, para anunciar el inminente uso del mismo. Esto lo hace a través de las tramas RTS y CTS las cuales se intercambian antes de enviar datos.* Características del protocolo CSMA/CA

82 MSc. Jorge Crespo Torres 82 Ejemplo. A enviando a B 1. A envía RTS B; RTS (Request To Send) es una trama corta de 30 bytes que contiene la longitud de la trama que seguirá. 2. C y E escuchan el RTS y se mantienen en silencio para que A pueda recibir el CTS. Mientras A envía datos C si puede transmitir. 3. B envía CTS A; CTS (Clear to Send) contiene la longitud de los datos (lo copia de la trama RTS).* Rango de la estación B ABC D E Rango de la estación A RTS CTS

83 MSc. Jorge Crespo Torres 83 Ejemplo. A enviando a B (cont…) 4. D no escucha el RTS pero sí el CTS lo cual le indica que esta cerca de una estación que va a recibir una trama y por ello debe permanecer en silencio hasta que se termine la misma (su longitud aparece en la trama CTS). 5. E escucha tanto el RTS como el CTS y debe permanecer todo el tiempo en silencio.* Rango de la estación B ABC D E Rango de la estación A Datos

84 MSc. Jorge Crespo Torres 84 Pudieran ocurrir colisiones sobre una estación si dos estaciones enviaran tramas RTS a la vez a una estación (caso de B y C enviando a A). Las estaciones conocen que ha ocurrido una colisión pues no reciben un CTS dentro de un intervalo de tiempo dado y tratan nuevamente de lograr la transmisión. Se ha incluido un mecanismo que permita que las estaciones intercambien información sobre congestión con lo cual se mejora el comportamiento del sistema.* Características del protocolo CSMA/CA

85 MSc. Jorge Crespo Torres 85 Ventajas del Intercambio de tramas RTS y CTS Indican a todas las estaciones dentro del rango de recepción que el medio esta ocupado. Contienen campos de duración que definen el periodo de tiempo que el medio estará reservado para transmitir datos y retornar tramas de reconocimiento lo cual se almacena en los NAV (Vector de Localización de Red) de todas las estaciones. Ejecutan una deducción rápida de colisiones pues si una estación no detecta un CTS después de enviar un RTS la estación puede repetir el proceso más rápidamente que si hubiese enviado una trama de datos y no se hubiese detectado un ACK.*

86 MSc. Jorge Crespo Torres 86 Transmisores luchando por el medio pueden “no escucharse unos a otros”. Problema de “Nodo Oculto” AP STA Rango CTS Rango RTS STA AP RTS CTS Datos ACK Estaciones que no se escuchan unas a otras pero ellas escuchan el AP

87 MSc. Jorge Crespo Torres 87 Problema de “Nodo Oculto” RTS CTS ACK Datos NAV Próxima MPDU Fuente Destino Otros CW Acceso Defer Backoff después de Defer NAV (RTS) (CTS) DIFS Net Allocation Vector (NAV)El campo Duración en las tramas RTS y CTS distribuye la información para la reservación del medio, la cual es almacenada en el Net Allocation Vector (NAV) Medio Ocupado.Defer en NAV o "CCA” indica Medio Ocupado. El uso de RTS/CTS es opcional pero debe ser implementado. RTS_ThresholdSu uso es controlado por el parámetro RTS_Threshold por estación. –Para limitar sobrecargas en tramas cortas.

88 MSc. Jorge Crespo Torres 88 Función de Coordinación Puntual (PCF) Solo se usa en WLAN de Infraestructura. Provee mecanismo para transferir tramas durante un periodo libre de contención bien definido. Este mecanismo se ejecuta dentro del AP de las BSS por un puntero coordinador y se basa en un principio DCF. Determina dentro de la BSS que estación es la que esta lista para transmitir (sondeando) y el control del medio se realiza seteando los NAV. El tráfico PCF tendrá acceso al medio prioritario con respecto al tráfico de las estaciones que operan con métodos de acceso DCF y que se encuentren en la misma BSS. *

89 MSc. Jorge Crespo Torres 89 Tramas MAC Existen tres tipos de tramas MAC.  Tramas de Control.  Tramas de Gestión.  Tramas de Datos. El formato de la cabecera de las tramas MAC difiere por tipo de trama. Las tramas incluyen campos de control de secuencia para filtrado de tramas duplicadas causadas por mecanismos ACK.*

90 MSc. Jorge Crespo Torres 90 Control de Acceso y Seguridad 802.11 suministra mecanismos de autenticación (se define un handshakes de autenticación). La meta de 802.11 es suministrar “Wired Equivalent Privacy” (WEP). 802.11 define un mecanismo opcional de privacidad (WEP). –limitado para tráfico entre estaciones y no de extremo a extremo. –solamente encripta el campo de datos de la trama de datos. *

91 MSc. Jorge Crespo Torres 91 Funciones de la capa de Gestión MAC Sincronización –Función de Temporización de Sincronización (TSF), generación de Beacon o iluminación. Administración de Potencia –Que las estaciones se apaguen o descansen y no pierdan ningún mensaje. –Funciones de Administración de Potencia descanso periódico, almacenamiento en buffer de tramas en AP, mapa de indicación de tráfico. (TIM)

92 MSc. Jorge Crespo Torres 92 Asociación y Reasociación –Joining –Roaming (movimiento de un AP a otro) –Scanning Base de Información de Gestión (MIB MAC)* Funciones de la capa de Gestión MAC

93 MSc. Jorge Crespo Torres 93 Sincronización en 802.11 Función de Temporización de Sincronización (TSF) Usado para administración de potencia. –Beacons son enviados en un intervalo bien conocido –Todos los temporizadores en los BSS son sincronizados. Usado para temporización de Puntos de Coordinación. –El temporizador TSF Timer se usa para predecir inicio de ráfagas Libres de Contención Usada para la temporización de los saltos en FH en la capa física (PHY) –Todas las estaciones son sincronizadas, tal que ellas saltan a la misma vez*

94 MSc. Jorge Crespo Torres 94 Administración de Potencia Los dispositivos móviles poseen potencia por baterías. – La administración de potencia es importante para la movilidad Los protocolos actuales de LAN asumen que las estaciones siempre están listas para recibir. – Los receptores en estado de desocupado de mantenerse siempre activos ocasionan consumo de potencia innecesaria. ¿Pudieran apagarse las estaciones en los periodos desocupados y aun mantener una sesión activa? Los protocolos de Gestión de Potencia 802.11 permiten que los transceivers estén apagados todo lo que sea posible.*

95 MSc. Jorge Crespo Torres 95 Tecnología de Vagabundeo por la Red (Roaming Network Tecnology) Una BSS forma una célula asociada a un Punto de Acceso (También llamado estación base) y cuando el usuario se aleja de la misma pierde la conexión. El Roaming da la posibilidad de que un usuario pueda conmutar de una célula a otra sin que se pierda la conexión. Para lograr lo anterior, los Puntos de Acceso de cada una de las células o BSS deben estar interconectados al mismo segmento de red formando un backbone. Lo anterior permite que se conecten las distintas células o BSS entre sí y estas a la red cableada.*

96 MSc. Jorge Crespo Torres 96 Punto de Acceso A Punto de Acceso B Estación 4 Punto de Acceso C Estación 1Estación 2 Estación 3 Estación 5 Estación 6 Estación 7 Cada estación es asociada con un determinado AP –Estaciones 1, 2,y 3 están asociadas con el AP A –Estaciones 4 y 5 están asociadas con el AP B –Estaciones 6 y 7 están asociadas con el AP C* Wireless LAN de Infraestructura de Red

97 MSc. Jorge Crespo Torres 97 Las estaciones móviles pueden desplazarse........ Punto de Acceso A Punto de Acceso B Estación 4 Punto de Acceso C Estación 1 Estación 2 Estación 3 Estación 5 Estación 6 Estación 7 Roaming

98 MSc. Jorge Crespo Torres 98 Las estaciones móviles pueden desplazarse...... más allá del área de cubrimiento de su Punto de Acceso pero dentro del rango de otro Punto de Acceso La reasociación permite a las estaciones continuar en operación.* Punto de Acceso A Punto de Acceso B Estación 4 Punto de Acceso C Estación 2 Estación 3 Estación 5 Estación 6 Estación 7 Estación 1 Roaming

99 MSc. Jorge Crespo Torres 99 Scanning El Scanning es requerido para muchas funciones –encontrar y unirse a una red. –encontrar un nuevo AP mientras vagabundea (roaming) –inicializar un BSS en una Red Independiente (ad hoc) 802.11 MAC usa un mecanismo común para todo PHY. –único o multicanal –scanning activo o pasivo

100 MSc. Jorge Crespo Torres 100 Scanning Pasivo - Encontrar redes simplemente escuchando Beacons Scanning Activo - En cada canal (enviar una prueba, esperar por una respuesta de la prueba) Los Beacon o Respuesta de Prueba contienen información necesaria para unirse a una nueva red. Scanning

101 MSc. Jorge Crespo Torres 101 Ejemplo de Scanning Activo Pasos para Asociación: La estación envía la prueba Inicialmente conectada a un Punto de Acceso Punto de Acceso C Punto de Acceso A

102 MSc. Jorge Crespo Torres 102 Pasos para Asociación: La estación envía la prueba APs envían la respuesta a la prueba Inicialmente conectada a un Punto de Acceso Punto de Acceso C Punto de Acceso A Ejemplo de Scanning Activo

103 MSc. Jorge Crespo Torres 103 Pasos para Asociación: La estación envía la prueba APs envían la respuesta a la prueba Inicialmente conectada a un Punto de Acceso Punto de Acceso C Punto de Acceso A La estación selecciona el mejor AP Ejemplo de Scanning Activo

104 MSc. Jorge Crespo Torres 104 Pasos para Asociación: La estación envía la prueba APs envían la respuesta a la prueba La estación envía la Solicitud de Asociación al AP seleccionado. Inicialmente conectada a un Punto de Acceso La estación selecciona el mejor AP Punto de Acceso CPunto de Acceso A Ejemplo de Scanning Activo

105 MSc. Jorge Crespo Torres 105 Pasos para Asociación: La estación envía la prueba APs envían la respuesta a la prueba La estación envía la Solicitud de Asociación al AP seleccionado El AP envía una Respuesta de Asociación Inicialmente conectada a un Punto de Acceso La estación selecciona el mejor AP Punto de Acceso CPunto de Acceso A La Reasociación sigue un proceso similar Ejemplo de Scanning Activo

106 MSc. Jorge Crespo Torres 106 Tramas de Gestión MAC Beacon o iluminación Prueba Respuesta de Prueba Solicitud de Asociación Respuesta de Asociación Solicitud de Reasociación Respuesta de Reasociación Disociación Autenticación Desautenticación*

107 Nivel Físico

108 MSc. Jorge Crespo Torres 108 Tecnologías empleadas en las capas físicas de WLAN 1. Espectro Esparcido FHSS (Espectro Esparcido con Salto de Frecuencia). DSSS (Espectro Esparcido de Secuencia Directa) 2. Infrarrojo.

109 MSc. Jorge Crespo Torres 109 Modulación de Espectro Esparcido Método que obtiene ventajas para la transmisión por radio sobre la base de producir como señal transmitida una señal con un ancho espectral superior al necesario, lo que le permite entre otras cosas coexistir con otros servicios sin que se interfieran entre sí. Tipos : – Secuencia Directa (DSSS) – Salto de Frecuencia (FHSS)

110 MSc. Jorge Crespo Torres 110  DBPSK 10 1 Mbps     DQPSK 11 10 01 00 2 Mbps DSSS para la IEEE 802.11 Condiciones normadas:  Secuencia de esparcimiento de 11 bits  Modulación empleada de DBPSK y DQPSK con razón de símbolos de 1 MHz para velocidades de transmisión de 1 Mbps y 2 Mbps respectivamente.

111 MSc. Jorge Crespo Torres 111 Secuencia de esparcimiento : 11 bits Chipping rate : 11 MHz. ( 11 veces superior a la razón de símbolo) Ganancia de codificación: 10.4 dB Banda de frecuencia : 2.4 - 2.4835 GHz DSSS para la IEEE 802.11

112 MSc. Jorge Crespo Torres 112 Opciones GFSK de 2 niveles fo - 170KHzfofo + 170 KHz 10 1 Mbps obligatorio GFSK de 4 niveles fofo -225 KHz fo - 75 KHz fo + 75 KHz fo + 225 KHz 00 01 11 10 2 Mbps, opcional FHSS para la IEEE 802.11 Modulación de canal: FSK (GFSK) Razón de símbolos :1 MHz Provee dos velocidades de operación: 1 y 2 Mbps

113 MSc. Jorge Crespo Torres 113 Establecidos 79 canales no solapados con 1 MHz de espaciamiento. 78 patrones de secuencias de frecuencias. Banda de frecuencia: 2.4 - 2.4835 GHz. Razón de símbolos de 1 MHz. FHSS para la IEEE 802.11

114 MSc. Jorge Crespo Torres 114 Ventajas y Desventajas de las WLAN con Espectro Esparcido Ventajas:  No requieren licencia.  Gran inmunidad a la interferencia. Desventajas:  Distancia limitada  Pueden presentar conflictos con otras LAN inalámbricas a su alrededor

115 MSc. Jorge Crespo Torres 115 Infrarrojo Opera entre la parte visible del espectro electromagnético y las microondas mas cortas (10 12 - 10 14 ). Es luz no visible. No pasa a través de las paredes pero se refleja en ellas. Existen tres tipos: –LAN infrarrojas punto a punto. –LAN infrarrojas dispersas o difusas. –LAN infrarrojas semidifusas. Usualmente opera a 1 Mbps y opcionalmente a 2 Mbps. Emplea Modulación de Posición de Pulsos de 4 y 16 posiciones (4-PPM Y 16-PPM)

116 MSc. Jorge Crespo Torres 116 Tipos de LAN Infrarrojas LAN infrarroja punto a punto: Enfoca el haz en trayectoria angosta. Esta limitado a lugares donde no existen obstáculos físicos entre las estaciones de trabajo. Esta limitada en distancia. Es la que alcanza mayor velocidad. Muy alta velocidad Gran alcance Compatibles con otros sistemas Libre de permiso en espacio público Instalación en zonas restringidas Línea de visión directa

117 MSc. Jorge Crespo Torres 117 LAN infrarrojas dispersas o difusas. Trasmite la luz en un patrón esférico, o sea el transmisor infrarrojo envía múltiples señales en múltiples direcciones, de tal forma que la señal se refleje en las paredes, techo, etc. cubriendo un área de aproximadamente 100 pies. Produce señales de relativamente baja velocidad. Mejor cobertura Velocidad limitada por retardo multicamino Fluctuaciones de potencia Tipos de LAN Infrarrojas

118 MSc. Jorge Crespo Torres 118 LAN infrarrojas semidifusas. Los transceivers ópticos se adaptan muy cerca de las estaciones y se dirigen a un punto común en el techo de la oficina. Funciona muy bien en ambientes con techo alto. Alta Velocidad Buen alcance de potencia Elemento reflector Recintos pequeños Corte de Haz Tipos de LAN Infrarrojas

119 MSc. Jorge Crespo Torres 119 WLAN Infrarrojas. Ventajas Por su alta frecuencia, tienen fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas. Pueden alcanzar grandes velocidades de transmisión; se han desarrollado sistemas avanzados que operan a 100 Mbps. En cuanto a restricciones de uso, la transmisión por rayos infrarrojos no requiere autorización especial en ningún país, excepto por los organismos de salud que limitan la potencia de la señal transmitida. Utiliza componentes sumamente económicos y de bajo consumo energético.

120 MSc. Jorge Crespo Torres 120 Entre las limitaciones principales, resultan sumamente sensibles a objetos móviles que interfieren y perturban la comunicación entre emisor y receptor. Además, las restricciones en la potencia de transmisión limitan la cobertura de estas redes a unas cuantas decenas de metros. La luz solar directa, las lámparas incandescentes y otras fuentes de luz brillante pueden interferir seriamente la señal. WLAN Infrarrojas. Desventajas

121 MSc. Jorge Crespo Torres 121 Las pocas redes que emplean como medio de transmisión la luz infrarroja están limitadas por el espacio. Se utilizan en redes en las que los distintos dispositivos se encuentran en un sólo cuarto o área, generalmente en el entorno doméstico. Algunas compañías realizan la comunicación colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios. WLAN Infrarrojas. Desventajas

122 Comparación entre las LAN y las WLAN

123 MSc. Jorge Crespo Torres 123 Ventajas de las LAN: Tecnología madura. Alta velocidad de transmisión. Confiabilidad. Cumplen con varios estándares. Limitaciones de las LAN: Requiere gran tiempo para su instalación. Dificultades para el tendido del cable o su reutilización. Reparaciones costosas en tiempo y dinero. Sin la tecnología inalámbrica no es posible la conexión de estaciones móviles.*

124 MSc. Jorge Crespo Torres 124 Ventajas de las WLAN: Requisitos mínimos de instalación. Buen nivel de compatibilidad con las redes de cables existentes. Util en ciertas circunstancias geográficas. Buenas características de desempeño. Bajos costos de operación. Facilidad de mantenimiento y detección de fallas. Provee seguridad y resistencia a la interferencia externa. Limitaciones de las WLAN: Potencia y distancia limitada. Velocidad de transmisión limitada. Es una tecnología relativamente nueva y cara.

125 Aspectos a tener en cuenta en la selección de un producto para redes inalámbricas

126 MSc. Jorge Crespo Torres 126  Herramientas de instalación y sistemas de diagnóstico  Opciones de encriptado  Administración de Potencia.  Sistemas Operativos que soportan.  Precio  Nivel físico que utiliza.

127 MSc. Jorge Crespo Torres 127  Agente de Gestión o administración  Prestaciones de Roaming  Compatiblidad con redes cableadas (Acces Point)  Flexibilidad para el cambio de antenas  Velocidad del enlace.  Cobertura de enlace

128 MSc. Jorge Crespo Torres 128 Eso es todo. ¿Alguna pregunta?