2.II.1 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II Redes de Computadores Tema 2: Redes...

2.II.1© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II

Redes de ComputadoresTema 2: Redes de área localParte II: RALs inalámbricas


ContenidoPARTE I: RALs cableadas1. Concepto de red de área local2. Caracterización de las RAL3. Modelo de referencia IEEE 802.X4. IEEE 802.3 / Ethernet 5. Interconexión de RALPARTE II: RALs inalámbricas6. WLAN7. Arquitectura de protocolos 802.11x


1. WLANIntroducciónTendenciasTopologíasEstandarización


WLANIntroducción Una red de área local inalámbrica ( WLAN ) es una red informática inalámbrica que conecta dos o más dispositivos utilizando un mecanismo inalámbrico, dentro de un área limitada, como una casa, escuela, laboratorio de computación, o edificio de oficinas. La mayoría de las WLAN modernas están basadas en estándar IEEE 802.11 estándares y se comercializan bajo la marca Wi-Fi.

Punto de acceso (AP)

Estación inalámbrica (STA)

https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_network

https://en.wikipedia.org/wiki/LAN

https://en.wikipedia.org/wiki/LAN

https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11

https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi


WWAN

WMAN

WLANWPAN

ZigBee802.14.4

Blue-tooth

Sistemas de transmisión inalámbricos y tendencias

Velocidad (Mbps)1 10 100100k

802.11b0,1

Área

de

serv

icio

(Km

)

1

10

100

802.11n

Mas rapidez pero en un área pequeña

RFID

2.5G

(G

SM;G

PRS) 3G

[UMTS 3GHSDPA 3.5GHSUPA 3.5GHSPA 3.5GLTE 3.9G]

Mas velocidad

1000

4GLTE avanzado

802.11g

Wimax802.16


WLANTopologíasModo ad hoc

IBSS (independent Basic Service Set) : conjunto de servicios básicos.

Topología mallada

Modo infraestructuraBSS: Basic Servicie Set. Una estación

actúa como hub (AP)Topología en estrella

STA 1 STA 2

STA 3LAN cableada

APPunto de acceso

STA 1 STA 2


WLANESS Extended service set (ESS)

• Un ESS es un conjunto de 2 o más APs conectados a la misma red cableada, formando un único segmento de red lógico asociado. ESSID

• En este tipo de redes el nombre de la red se define en el punto de acceso con el parámetro ESSID (Extended Service Set ID). Esto nos permite diferenciar una red de otra

BSS yBSS x

LAN cableada

AP x

STA 1 STA 2 STA 2

AP y

Roaming

Celda. Área de servicio


Wi-FiTM Wi-Fi™ Alliance

• WECA cambió su nombre a Wi-Fi, que sinifica Wireless Fidelity Alliance• Formada por +170 miembros (Cisco, etc.)• Over 350 products certified

Misión• Certificar la interoperabilidad de productos WLAN products (802.11)• Wi-Fi™ prorciona un sello de aprobación• Promover Wi-Fi™ como un estandar global


Evolución de la WLANEstandarización física860 Kbps

900 MHz

1 and 2 Mbps

2.4 GHz

Propietaria

802.11 Aprobado

802.11a,b Aprobado

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2003

1 and 2 Mbps

2.4 GHz

11 Mbps 54 M

Estandarizada

5 GHzEspectro

Red

Velocidad

IEEE 802.11. Borrador 802.11g Aprobado

2009

802.11n Aprobado

300M


1. Arquitectura de los protocolos IEEE 802.11xModelo de referencia IEEE 802.11Formato de la trama MACSubcapas físicasSubcapas MACLas funciones DCF y PCF


IEEE 802.11Modelo de referencia El estándar IEEE 802.11 fue definido por el IEEE en el año 1997. La definición del estándar 802.11 fue diseñada para sustituir a las capas física y de enlace del modelo OSI para redes cableadas (IEEE 802.3. FI

SICA

MAC

LLC

802.3Ethernet

802.2 (LLC)

Capa

de

enla

ce

802.11WLAN


IEEE 802.11Modelo de referencia Subcapas físicas El modelo 802.11 divide la capa física en dos:

• PLCP (Physical Layer Convergence Procedure): tiene la función de convergencia con el sistema físico• PMD (Physical Medium Dependent Layer): interacciona con el medio según una técnica de modulación y codificación determinadas.

Capa

de

enla

ceCa

pa fí

sica

LLC

MAC

IEEE 802.2.LLC

PLPC

PMD

IEEE 80.2.11.MAC

IEEE 802.11.PLCP

802.11bDSSS

2.4GHz11Mbps

1999

802.11gDSSS/OFDM

2.4GHz54Mbps

2003

802.11aOFDM5.7GHz20Mbps

802.11nOFDM

2.4/5GHz300Mbps

2009

802.11bFHSS

2.4GHz 2Mbps

1997 (Heredados)

802.11DSSS

2.4GHz2Mbps


IEEE 802.11Encapsulación

Capa de enlaceCapa física

LLC

MAC

802.2.LLC

PLPC

PMD

80.2.11.MAC

802.11.PLCP

802.11.PMD

LLC

MAC

802.2.LLC

PLPC

PMD

80.2.11.MAC

802.11.PLCP

802.11.PMD

Protocolo LLC NPDULLCH

Protocolo MAC NPDULLCH MACTMACH

PDU de red

NPDULLCH MACTMACHPLPCH

Capa

de

enla

ceCa

pa fí

sica

MACT(MAC trail)


IEEE 802.11Arquitectura

802.11.FISICA

802.11.MAC

802.2.LLC

802.11.FISICA

802.2.LLC (relay)

802.11.MAC

802.3.FISICA

802.3.MAC

802.3.FISICA

802.3.MAC

802.2.LLC

STA Punto de acceso (AP) Servidor


IEEE 802.11Formato de la trama MAC[1]

CT: Control Trama AD1 – AD4: Address 1 a 4 (Direcciones 1 a 4) D/I: Duration/ Identifier Field. (Duración/ Identificador) SC: Sequence Control (Control de Secuencia) Datos: Datos. Información del nivel superior (LLC)

Datos (<1500B)Origen Destino Tip/Lon CRC

6 6 46….15002 4

Ethernet II / 802.3

Datos AD4AD1(Destino) CRC

6 6 0….2312 4

802.11SC

2AD2

(Origen)

6

AD3

62

CT

Cabecera

MACT(MAC trail)


IEEE 802.11Formato de la trama MAC[2] Datos AD4AD1

(Destino) CRC

6 6 0….2312 4

Trama802.11

SC

2AD2

(Origen)

6

AD3

62

CT

VP Tipo

2 2

Subtipo

4

A D

SD

e DS

1 1

MF

1

R

1

AE

1

MD

1

WEP

1

Ord en

1

Número de

fragmento

4bits

Número de secuencia

12bits


IEEE 802.11Carga útil de la trama MAC

Datos AD4AD1(Destino) CRC

6 6 0….2312 4

PDU MACSC

2

AD2(Origen)

6

AD3

62

CT

Datos LLC DSA P SSA P Ctrl

1B 1B n1-2B

PDU LLC 802.2OIF

3B

Tipo

2B

Con SNAP su valor en ambos es AAH

Cabecera SNAP

Payload PDU MAC = PDU LLC


IEEE 802.3Tipos de tramas MAC Datos

• Transportan datos de capas superiores. • Diferentes tipos dependiendo de su función y tipo de servicio

Control• Administran el acceso al medio y proporcionan fiabilidad MAC: RTS / CTS / ACK / PS-Poll

Gestión• Proporcionan servicios específicos de las redes inalámbricas e inmediatos en las cableadas


IEEE 802.11Subcapas MAC La capa básica 802.11 MAC utiliza la función de coordinación distribuida (DCF) para compartir el medio entre varias estaciones.

• Determina cuando una STA puede transmitir o recibir datos. Algoritmo de competición por el medio, todas las estaciones iguales en competición (redes AD-HOC)• Se basa en CSMA/CA y opcionalmente 802.11 RTS/CTS para compartir el medio entre las estaciones

La función de coordinación puntual (PCF), está disponible sólo en el modo "infraestructura“• Requiere la presencia de un AP que actúe como Nodo Coordinador (Point Coordinator; PC) para conseguir un servicio sin contención. En consecuencia tan sólo puede ser utilizada en redes con infraestructura• El PC debe decidir que estación, de entre todas las que forman la red, debe transmitir.

Capa FISICA

LLC

Capa

MAC

F. de coordinación puntual (PCF)

F. de coordinación distribuida (DCF)

Capa

de

enla

ce


IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CDA tiene datos para

enviar a C, espera DIFs para verificar el canal

libre. Como lo está transmite

C no tiene datos que

enviar

D tiene datos para enviar, espera DIFs

t=0ms

A Datos

DIFS

C ACK

SIFS

B NAV

D NAV

DIFS

Acceso reservado al medio

802.11b SIFS (Short Interframe Space) = 10 ms (16 ms)

802.11g DIFS (DCF Interframe Space) = 50 ms (34 ms)


NAV=Frag3+2xACK+3xSIFS

IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CD FragmentaciónA tiene datos para



t=0ms

A Fragmento1

DIFS

C ACK1

SIFS

B NAV=Frag2+2xACK+3xSIFS

D NAV

Fragmento2

ACK2

SIFS

SIFS


IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CD. EjemploB tiene datos para




enviar

D tiene datos para enviar, espera DIFs, como detecta

portadora, no transmite

t=0ms

A tiene datos para enviar, como detecta portadora,

no transmite

Detección de portadora

A B C D

DIFS

Backoff. Ventana de retroceso aleatoria

Después del backoff como no como detecta

portadora, transmite

SIFS

NAV

ACK

ACK


IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).RTS/CTSA tiene datos para


libre. Como lo está transmite RTS


enviar

D tiene datos para enviar, espera DIFS

t=0ms

A RTS

DIFS

C CTS

SIFS

B NAV(RTS)

D

Acceso reservado al medio

Datos

SIFS

ACK

SIFS

RTS

DIFS

NAV(RTS)NAV(CTS)

NAV(CTS)


El problema de la estación oculta El problema de la estación oculta consiste en que una estación (C) cree que el medio está libre cuando en realidad no lo está, pues está siendo utilizado por otro nodo (A) al que la estación no "escucha".

La trama de A se atenúa y no llega a C porque está fuera de su

alcance

t=0ms

A

B

C

Mientras A está transmitiendo, C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite


DIFS

NAV

A quiere transmitir una trama a B y lo hace

cuando detecta que el medio está libre

Cobertura de CCobertura de A

B detecta la colisión, pero A y C no pueden


El problema de la estación ocultaSolución

t=0ms

A

B

C

Recibe CTS y entra en espera NAV


DIFS

NAV

A quiere transmitir una trama a B y lo hace

después de recibir CTS y esperar SIFS

Cobertura de CCobertura de A

RTS

CTS

SIFS

Después de finalizar la espera NAV y DIFS, transmite y esta vez no se produce colisión

Cobertura de B


IEEE 802.11Capa MACDCF vs. PCF

Radiación del AP

A tiene datos para enviar a C, espera DIFs para verificar el canal

libre. Como lo está transmite RTSt=0ms

DIFS

NAV

Sin contención (CFP)

Medio ocupado

DCF

SIFS

NAV

Sin contención (CFP)

B PCF

SIFS

Contención (CP)

BB

BB

B PCF


IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Puntual (PCF)Radiación del

APBB

BB Fin del periodo libre de contienda (CF)

t=0ms

PIFS

Poll A

SIFS

Acceso libre de contienda (CF)

Datos+ACK

C

B

A

SIFS

SIFS

Datos+ACK

SIFS

Poll B

SIFS

Poll C

SIFS

B

Datos+ACK

E

SIFS

NAV

Contienda


IEEE 802.11Capa física El estándar IEEE 802.11 utiliza 2 medios para la transmisión inalámbrica: los ondas de radiofrecuencia y las señales ópticas del infrarrojo. Las técnicas de transmisión que emplea son:

• Modulación por saltos de frecuencia (FHSS). IEEE 802.11b• Espectro de extensión de secuencia directa (DSSS). IEEE 802.11g• Multiplexación por división en frecuencias octogonales (OFDM). IEEE 802.11a/g/n• La infrarroja en banda base, sin modular.

Capa

de

enla

ceCa

pa fí

sica

LLC

MAC

IEEE 802.2.LLC

PLPC

PMD

IEEE 80.2.11.MAC

IEEE 802.11.PLCP

802.11bDSSS

2.4GHz11Mbps

1999

802.11gDSSS/OFDM

2.4GHz54Mbps

2003

802.11aOFDM5.7GHz20Mbps

802.11nOFDM

2.4/5GHz300Mbps

2009

802.11bFHSS

2.4GHz 2Mbps

1997 (Heredados)

802.11DSSS

2.4GHz2Mbps


IEEE 802.11Formato de la trama física (PLCP) Las principales funciones que desempeña la cabecera PLCP son:

• 1) Establecer la sincronización entre emisor y receptores a fin de que interpreten correctamente el principio de cada bit y de la trama misma. • 2) Indicar la velocidad de transmisión utilizada

Datos Preámbulo Cabecera PLCP

6 Variable18[9]TramaPLCP

SIG

8bits 8bits

SERV LON

16bits

CRC

16bits

SFD

128[56]bits

Sync

16bits

Se transmite a 1; 2; 5,5 ó 11 Mbps. Lo que ponga en el campo SERV

Se transmite a 1Mbps


IEEE 802.11Capa físicaDistribución de canales 802.11b/g (Europa) Como puede apreciarse en la figura, una parte muy importante de la señal de un canal se meterá sin remedio en los canales adyacentes creando interferencias. Podemos usar la combinación 1, 6 y 11, la 2, 7 y 12 o la 3, 8 y 13, pero sin duda alguna, lo más conveniente es separar un poco más los canales usados y que la diferencia entre ellos quede en 30 MHz. Por tanto:

• En Europa, los canales más óptimos a usar en puntos de acceso cercanos o adyacentes para eliminar el solapamiento entre canales y minimizar las interferencias son tres: el 1, el 7 y el 13.Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

2,4 GHz 2,5 GHz

1

7

6

4

3

2

8

9

10

11

12

135

2,412 2,432 2,452 2,472

Ancho de banda22 MHz


IEEE 802.11Capa físicaAntenas habituales. Diagrama de radiación La antena mas habitual y barata es el dipolo omnidireccional de 2,14 dBi de ganancia. Los equipos a menudo usan 2 antenas para comparar las señales recibidas y elegir la que le da mejor calidad de señal.

30-80 mts en interior100-250 mts en exterior

IEEE 802.11ª,b,g,n


Referencias[1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall[2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009)[3] Andrew S. Tanenbaum: Computer Networks (4ª ed 2003). Prentice Hall[4] R.J. Cypser: Communications for cooperating systems . Addison-Wesley

2.II.1 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II Redes de Computadores Tema 2: Redes...

Documents

Transcript of 2.II.1 © UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II Redes de Computadores Tema 2: Redes...