Ampliación Redes 7-1 Tema 7 Redes Inalámbricas y Movilidad.

Ampliación Redes 7-1

Tema 7

Redes Inalámbricas y Movilidad


Sumario

• LANs inalámbricas: IEEE 802.11 y 802.15

• Redes de telefonía celular: GSM, GPRS, UMTS

• IP móvil


LANs Inalámbricas

• Comparación tecnologías, historia y Modelo de Referencia

• Nivel físico

• Nivel MAC

• Ejemplos de aplicación

• Puentes inalámbricos

• Bluetooth (IEEE 802.15)


Tipo de red WWAN

(Wireless WAN)

WLAN

(Wireless LAN)

WPAN (Wireless Personal Area

Network)

Estándar GSM/GPRS/UMTS IEEE 802.11 IEEE 802.15 (Bluetooth)

Velocidad 9,6/170/2000 Kb/s 1-2-11-54 Mb/s(*) 721 Kb/s

Frecuencia 0,9/1,8/2,1 GHz 2,4 y 5 GHz

Infrarrojos

2,4 GHz

Rango 35 Km 70 - 150 m 10 m

Técnica radio Varias FHSS, DSSS, OFDM FHSS

Itinerancia (roaming) Sí Sí No

Equivalente a: Conexión telef.

(módem)

LAN Cables de conexión

Comparación tecnologías inalámbricas móviles

(*) Las velocidades bajas (1-2 Mb/s) corresponden a la norma 802.11 antigua


Alcance de las ondas de radio en función de la frecuencia

Enlace punto a punto(antena direccional)

Enlace punto a multipunto(antena omnidireccional)

Alcance (Km) Alcance (Km)


Historia de las WLAN (Wireless LANs)

Fecha Evento

1986 Primeras WLANs. 900 MHz (860 Kb/s). No disponible en Europa.

1993 WLANs de 1 y 2 Mb/s en banda de 2,4 GHz. Primeras disponibles en Europa

7/1997 IEEE aprueba 802.11. 1 y 2 Mb/s. Banda de 2,4 GHz e infrarrojos.

1998 Primeros sistemas de11 Mb/s a 2,4 GHz. Preestándar 802.11b.

9/1999 IEEE aprueba 802.11b (hasta 11 Mb/s, 2,4 GHz) y 802.11a (hasta 54 Mb/s, 5 GHz, no disp. en Europa)

12/2001 Primeros productos comerciales 802.11a

12/2001 Borrador 802.11e (QoS en WLANs)

2003 IEEE aprueba 802.11g (hasta 54 Mb/s, 2,4 GHz)


Modelo de Referencia de 802.11

PMD (Physical Media Dependent)

PLCP (Physical Layer Convergence Procedure)

Subcapa MAC:Acceso al medio (CSMA/CA)Acuses de reciboFragmentaciónConfidencialidad (WEP)

Capa de enlace

Capa física

Infrarrojos OFDMDSSSFHSS

Subcapa LLC


LANs Inalámbricas


• Nivel físico

• Nivel MAC





Nivel físico en 802.11• Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma

habitación• Radio:

– FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.

– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día.

– OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usa banda de 5 GHz (menor alcance que 2,4 GHz). Solo permitida en EEUU y Japón.

• Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí. No hay equipos ‘multisistema’ (la etapa de radio es diferente en cada caso).


Medios del nivel físico en 802.11

Medio físico Infrarrojos FHSS DSSS OFDM

Banda 850 – 950 nm 2,4 GHz 2,4 GHz 5 GHz

Velocidades*

(Mb/s)

1 y 2 (802.11) 1 y 2 (802.11) 1, 2 (802.11)

5.5, 11 (802.11b)

6, 9, 12, 18, 22, 24, 33, 36, 48 y 54 (802.11g)

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 (802.11a)

Alcance (a vel. Max.)

20 m 150 m 30 m

(802.11b)

5 m

Utilización Muy rara Poca. A extinguir

Mucha Poca

Características No atraviesa paredes

Interferencias Bluetooth y

hornos microondas

Buen rendimiento y

alcance

Solo en EEUU y Japón

* Las velocidades en negrita son obligatorias, las demás son opcionales


0

10

20

30

40

50

60

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76

Alcance (m)

Velo

cid

ad

(M

b/s

)

DSSS (2,4 GHz)

OFDM (5 GHz)

Velocidad en función del alcance para 802.11

•Valores medios para interior en ambientes de oficina. •En exteriores los alcances pueden ser hasta cinco veces mayores. •El alcance real depende del entorno. •Los equipos se adaptan automáticamente a la máxima velocidad posible en cada caso


Espectro electromagnético• La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada por

la ITU-R y se requiere licencia para emitir• La ITU-R divide el mundo en tres regiones, Europa es la

región 1. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (http://www.itu.int/brfreqalloc/). Algunos países tienen normativas propias más restrictivas (ver p. ej. http://www.setsi.mcyt.es).

• Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el IEEE decidió asignar para esto algunas de las bandas ISM (designadas para aplicaciones de tipo industrial-cientifico-médico, Industrial-Scientific-Medical).

• Las frecuencias exactas de la banda ISM difieren para cada región, e incluso para algunos países.


Banda Anchura Uso en WLAN

13 553 – 13 567 kHz 14 kHz No

26 957 – 27 283 kHz 326 kHz No

40.66 – 40.7 MHz 40 kHz No

902 – 928 MHz* 26 MHz Sistemas propietarios antiguos (solo en EEUU y Canadá)

2 400 – 2 500 MHz 100 MHz 802.11, 802.11b, 802.11 g

5 725 – 5 875 MHz 150 MHz 802.11 a

24 – 24.25 GHz 250 MHz No

Bandas designadas por la ITU para aplicaciones ISM

* Solo autorizada en región 2 (EEUU y Canadá)


Espectro Disperso• Para reducir la interferencia en la banda de 2,4 GHz

las emisiones de más de 1 mW se han de hacer en espectro disperso

• Hay dos formas de hacer una emisión de espectro disperso:– Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va

cambiando continuamente de canal. El receptor ha de seguirlo.

– Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea un canal muy ancho. La potencia de emisión es similar al caso anterior, pero al repartirse en una banda mucho mas ancha la señal es de baja intensidad (poca potencia por Hz).


Frequency Hopping vs Direct Sequence

Frequency Hopping Direct Sequence

Fre

cu

enci

a

2,4 GHz

2,4835 GHz

C. 9

C. 20

C. 45

C. 78

C. 58C. 73

Fre

cu

enci

a

2,4 GHz

2,4835 GHz

Canal 1

Canal 7

Canal 13

•El emisor cambia de canal continuamente (unas 50 veces por segundo)•Cuando el canal coincide con la interferencia la señal no se recibe; la trama se retransmite en el siguiente salto

InterferenciaInterferencia

•El canal es muy ancho; la señal contiene mucha información redundante•Aunque haya interferencia el receptor puede extraer los datos de la señal

1 MHz 22 MHz

Tiempo Tiempo

20 ms


Frequency Hopping Direct Sequence

Po

ten

cia

(m

W/H

z)

Frecuencia (MHz)

Po

ten

cia

(m

W/H

z)

Frecuencia (MHz)

1 MHz

22 MHz

Señal concentrada, gran intensidadElevada relación S/RÁrea bajo la curva: 100 mW

Señal dispersa, baja intensidadReducida relación S/RÁrea bajo la curva: 100 mW


100

5


Canales 802.11b DSSS a 2,4 GHzCanal Frecuencia

central (MHz)Región ITU-R o país

América EMEA Japón Israel China

1 2412 X X X - X

2 2417 X X X - X

3 2422 X X X X X

4 2427 X X X X X

5 2432 X X X X X

6 2437 X X X X X

7 2442 X X X X X

8 2447 X X X X X

9 2452 X X X X X

10 2457 X X X - X

11 2462 X X X - X

12 2467 - X X - -

13 2472 - X X - -

14 2484 - - X - -Anchura de canal: 22 MHz EMEA: Europa, Medio Oriente y África


Reparto de canales DSSS a 2,4GHz

Europa (canales 1 a 13)

EEUU y Canadá (canales 1 a 11)

Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

2,4000 GHz 2,4835 GHz

17

6

5

4

3

2

8

9

10

1112

13

14

1 7 13

1 6 11

22 MHz


Canales DSSS simultáneos• Si se quiere utilizar más de un canal en una misma

zona hay que elegir frecuencias que no se solapen. El máximo es de tres canales:– EEUU y Canadá: canales 1, 6 y 11– Europa: canales 1, 7 y 13– Japón: solo se puede utilizar el canal 14

• Francia y España tenían hasta hace poco (2001) normativas más restrictivas en frecuencias, que no permitían más que un canal no solapado

• Con diferentes canales se pueden constituir LANs inalámbricas independientes en una misma zona


Banda de 5 GHz (802.11a)

• Para 802.11a el IEEE ha elegido la banda de 5 GHz, que permite canales de mayor ancho de banda

• Un equipo 802.11a no puede interoperar con uno 802.11b. La parte de radio es completamente diferente

• En EEUU la FCC ha asignado esta banda para 802.11a• En Europa esta banda se asignó hace tiempo a

HIPERLAN/2, WLAN de alta velocidad estandarizada por ETSI (European Telecommunications Standards Institute) poco utilizada en la práctica.

• La aprobación de 802.11a en Europa está pendiente de realizar modificaciones que le permitan coexistir con HIPERLAN/2


Canales 802.11a a 5 GHzCanal Frecuencia

central (MHz)Región ITU-R o país

América Japón Singapur Taiwan

34 5170 - I - -

36 5180 I - I -

38 5190 - I - -

40 5200 I - I -

42 5210 - I - -

44 5220 I - I -

46 5230 - I - -

48 5240 I - I -

52 5260 I/E - - I

56 5280 I/E - - I

60 5300 I/E - - I

64 5320 I/E - - I

149 5745 - - - -

153 5765 - - - -

157 5785 - - - -

161 5805 - - - -

Anchurade canal:20 MHz

I: Uso interioresE: Uso exteriores


Interferencias

• Externas:– Bluetooth interfiere con FHSS (usan la misma banda). Interfiere

menos con DSSS.

– Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. También hay reportadas interferencias entre hornos de microondas y 802.11 FHSS(misma banda). A DSSS no le afectan.

– Otros dispositivos que funciona en 2,4 GHz (teléfonos inalámbricos, mandos a distancia de puertas de garage, etc.) tienen una potencia demasiado baja para interferir con las WLANs

– En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisión

• Internas (de la propia señal):– Debidas a multitrayectoria (rebotes)


Interferencia debida a la multitrayectoria

•Se produce interferencia debido a la diferencia de tiempo entre la señal que llega directamente y la que llega reflejada por diversos obstáculos.

•La señal puede llegar a anularse por completo si el retraso de la onda reflejada coincide con media longitud de onda. En estos casos un leve movimiento de la antena resuelve el problema.

•FHSS es más resistente a la interferencia multitrayectoria que DSSS. Pero hoy en día este problema se resuelve con antenas diversidad


Antenas diversidad• El equipo (normalmente un punto de acceso) tiene

dos antenas. El proceso es el siguiente:– El equipo recibe la señal por las dos antenas y compara,

eligiendo la que le da mejor calidad de señal. El proceso se realiza de forma independiente para cada trama recibida, utilizando el preámbulo (128 bits en DSSS) para hacer la medida

– Para emitir a esa estación se usa la antena que dió mejor señal en recepción la última vez

– Si la emisión falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta

• Las dos antenas cubren la misma zona• Al resolver el problema de la interferencia multitrayectoria de

DSSS el uso de FHSS ha caído en desuso


LANs Inalámbricas

• Comparación tecnologías, historia y Modelo de referencia

• Nivel físico

• Nivel MAC




Red ‘ad hoc’ o BSS (Basic Service Set)

PC desobremesa

PC portátil

PC portátil

PC portátil

Las tramas se transmiten directamente de emisor a

receptor

Para que los portátiles puedan salir a Internet este PC puede actuar de router

Internet

147.156.1.15/24

147.156.2.1/24

147.156.2.2/24

147.156.2.3/24

147.156.2.4/24

Tarjeta PCI

Tarjeta PCMCIA


Protocolo MAC de 802.11

• El protocolo MAC utiliza una variante de Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance)

• No puede usarse CSMA/CD porque el emisor de radio una vez empieza a transmitir no puede detectar si hay otras emisiones en marcha (no puede distinguir otras emisiones de la suya propia)


Protocolo CSMA/CA• Cuando una estación quiere enviar una trama escucha

primero para ver si alguien está transmitiendo.

• Si el canal está libre la estación transmite

• Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, después se espera un tiempo aleatorio (siempre superior a un mínimo prefijado) y transmite. El tiempo en espera se mide por intervalos de duración constante

• Al terminar espera a que el receptor le envíe una confirmación (ACK). Si esta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio


Algoritmo de retroceso de CSMA/CA

Emisor (A)

Receptor (B)

Segundo emisor (C)

DIFS (50ms)

Trama de Datos

ACK

DIFS

SIFS (10ms)

Trama de Datos

Tiempo de retención(Carrier Sense)

Tiempo aleatorio

DIFS: DCF (Distributed Coordination Function) Inter Frame SpaceSIFS: Short Inter Frame Space


Espaciado entre tramas en 802.11


Colisiones• Pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan

el mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso.

• En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión, infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado

• También se produce una colisión cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo es mínimo. Para una distancia entre estaciones de 70m el tiempo que tarda en llegar la señal es de 0,23 s


Fragmentación• En el nivel MAC de 802.11 se prevé la posibilidad de que

el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños

• Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado.

• Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentar las tramas grandes para que tengan mas probabilidad de llegar al receptor

• La fragmentación permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead

• Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión


Envío de una trama fragmentada

La separación entre ‘Frag n’ y ACK es de 10 ms (SIFS).De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el envío.


El problema de la estación oculta

A B C

1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite

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

Alcance de B

3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas

3

70 m 70 m

Tr.1

Tr.2

Alcance de A Alcance de C


Solución al problema de la estación oculta

A B C

1: Antes de transmitir la trama A envía un mensaje RTS (Request To Send)

2: B responde al RTS con un CTS (Clear To Send)

3. C no capta el RTS, pero sí el CTS. Sabe que no debe transmitir durante el tiempo equivalente a 500 bytes

RTS

1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes

4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones

3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes

CTS

2: CTS: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices

CTS

Tr.4


RTS/CTS• El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual

Carrier Sense• Permite a una estación reservar el medio durante una trama

para su uso exclusivo• Si todas las estaciones se ‘escuchan’ directamente entre sí

el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeñas

• No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Lo que lo soportan permiten indicar en un parámetro de configuración a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar RTS/CTS. También se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual


Detección virtual de portadora por mediode RTS/CTS

C A B D

C y B están en el área de cobertura de A, pero D no. En cambio D está en el área de cobertura de B.

Datos

No disponible

No disponible

RTS

CTS ACK

Tiempo:

D

C

Receptor: B

Emisor: A


Internet

Punto deacceso (AP)

PC de sobremesa

PC portátil PC de sobremesa

PC portátil

PDA

PC táctil

147.156.1.20/24

147.156.1.21/24

147.156.1.22/24

147.156.1.25/24

147.156.1.24/24

147.156.1.23/24

147.156.1.1/24

La comunicación entre dos estaciones siempre se hace a través del punto de acceso, que actúa como

un puente

Red con un punto de acceso


Puntos de acceso• Con puntos de acceso (AP) cada trama requiere dos

emisiones de radio (salvo que el destino esté en la LAN y no en la WLAN).

• Aunque haya estaciones ocultas la comunicación siempre es posible, pues se hace a través del AP que siempre está accesible para todos

• Los AP son dispositivos fijos de la red. Por tanto:– Sus antenas pueden situarse en lugares estratégicos, y pueden

ser de alta ganancia.– Se pueden dotar de antenas diversidad (para evitar los

problemas de multitrayectoria)– No tienen requerimientos de bajo consumo (no usan baterías)


Internet

Topología de un ESS (Extended Service Set)

Canal 1 Canal 6

Sistema dedistribución (DS)

El DS es el medio de comunicación entre los AP.Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN


Formato de trama 802.11

Indica que siguen más fragmentosIndica que esta trama es un reenvíoPara ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estaciónAdvierte que el emisor tiene más tramas para enviarLa trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy)Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta tramaDirección de origen y destino. Dirección de est. base origen y destino.

Control

Trama

Dura-

ción

Dirección

1

Dirección

2

Dirección

3

Seq. Dirección

4

Datos Check-

sum

Vers. Tipo Subtipo Hacia

DS

Desde

DS

MF Reint. Pwr Mas W O

Bytes 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4

Bits 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1

MF:Reint.:

Pwr:Mas:

W:Duración:

Dirección n:


Internet

Red con un AP cableado y un repetidorCanal 1 Canal 1


Asociación de APs con estaciones

• Cuando una estación se enciende busca un AP en su celda. Si recibe respuesta de varios atiende al que le envía una señal más potente.

• La estación se registra con el AP elegido. Como consecuencia de esto el AP le incluye en su tabla MAC

• El AP se comporta para las estaciones de su celda como un hub inalámbrico. En la conexión entre su celda y el sistema de distribución el AP actúa como un puente


Itinerancia (‘Handover’)• Los AP envían regularmente (10 veces por segundo)

mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las estaciones que se encuentran en su zona

• Si una estación se mueve y cambia de celda detectará otro AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia (‘handover’) sin que las conexiones se corten.

• Los estándares 802.11 no detallan como debe realizarse la itinerancia, por lo que la interoperablidad en este aspecto no siempre es posible

• Para corregirlo varios fabricantes han desarrollado el IAPP (Inter-Access Point Protocol)


Internet

Canal 1

Canal 7

Canal 13

Tres Access Point superpuestos

Las estaciones se sintonizan a cualquiera de los tres canales

Cada canal dispone de 11 Mb/s de capacidad

Los APs se pueden conectar a puertos de un conmutador y asignar a diferentes VLANs

En este caso es imprescindible utilizar canales no solapados


Ahorro de energía• Importante en WLANs ya que muchos dispositivos

funcionan con baterías

• Muchos equipos contemplan un modo de funcionamiento latente o ‘standby’ de bajo consumo en el que no pueden recibir tramas

• Antes de ‘echarse a dormir’ las estaciones deben avisar a su AP, para que retenga las tramas que se les envíen durante ese tiempo.

• Periódicamente las estaciones dormidas han de ‘despertarse’ y escuchar si el AP tiene algo para ellos

• El AP descarta las tramas retenidas cuando ha pasado un tiempo sin que sean solicitadas


Rendimiento

• El rendimiento real suele ser el 50-60% de la velocidad nominal. Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor de los casos.

• El overhead se debe a:– Mensajes de ACK (uno por trama)– Mensajes RTS/CTS (si se usan)– Fragmentación (si se produce)– Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre

tramas)– Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de antena,

etc.) e información de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM). Solo por esto el rendimiento de DSSS a 11 Mb/s nunca puede ser mayor del 85% (9,35 Mb/s)


Seguridad

• Los clientes y el punto de acceso se asocian mediante un SSID (System Set Identifier) común.

• El SSID sirve para la identificación de los clientes ante el punto de acceso, y permite crear grupos ‘lógicos’ independientes en la misma zona (parecido a las VLANs)

• Esto no es en sí mismo una medida de seguridad, sino un mecanismo para organizar y gestionar una WLAN en zonas donde tengan que coexistir varias en el mismo canal


Seguridad

• Se dispone de mecanismos de autentificación y de encriptación.• La encriptación permite mantener la confidencialidad aun en caso

de que la emisión sea capturada por un extraño. El mecanismo es opcional y se denomina WEP (Wireless Equivalent Privacy). Se basa en encriptación de 40 o de 128 bits. También se usa en Bluetooth

• Recientemente se han detectado fallos en WEP que lo hacen vulnerable (ver http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html). En casos donde la seguridad sea importante se recomienda usar túneles IPSec.

• Ver también: http://www.cisco.com/warp/public/779/smbiz/wireless/wlan_security.shtml/


Salud• La radiación electromagnética de 2,4 GHz es absorbida por el

agua y la calienta (hornos de microondas). Por tanto un emisor WLAN podría calentar el tejido humano

• Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 mW máximo) que el efecto es despreciable. Es mayor la influencia de un horno de microondas en funcionamiento.

• Un terminal GSM transmite con hasta 600 mW y se tiene mucho más cerca del cuerpo normalmente (aunque GSM no emite en la banda de 2,4 GHz).

• Los equipos WLAN solo emiten cuando transmiten datos. Un teléfono GSM emite mientras está encendido.

• Ver también: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/rfhr_wi.htm


LANs Inalámbricas

• Comparación tecnologías inalámbricas móviles, historia y Modelo de Referencia

• Nivel físico

• Nivel MAC





260 m

600 m

LAN inalámbrica en un almacén (caso 1)•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP•Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5,2 dBi)

Canal 1

Canal 1 Canal 13

Canal 13Canal 7

Canal 7


LAN inalámbrica en un almacén (caso 2)

260 m

600 m

•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén•Antenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi)

Canal 1

Canal 13

Canal 13

Canal 1

Canal 7

Canal 7


LAN inalámbrica en un campus

260 m

600 m

Edificio Patio

•Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi) montadas en pared para el patio

Canal 1

Canal 1Canal 11

Canal 11

Canal 6

Canal 6

Aula 5

Aula 1

Aula 6 Aula 7 Aula 8

Aula 2 Aula 3 Aula 4

Pasillo


Ejemplos de antenasAntena dipolo diversidad para contrarrestar

efectos multitrayectoria (2,14 dBi)

Antena de parche para montajeen pared interior o exterior (8,5 dBi)

Alcance: 3 Km a 2 Mb/s, 1 Km a 11 Mb/s

Radiación horizontal


Relación antena-potencia

• Las normativas fijan una potencia máxima de emisión y una densidad de potencia. Por tanto con una antena de mucha ganancia es preciso reducir la potencia.

• Los límites varían según el ‘dominio regulatorio’. Por ejemplo en el caso de EMEA (Europa, Medio Oriente y África) los límites son los de la tabla adjunta.

Ganancia (dBi) Pot. Máx. (mW)

0 100

2,2 50

5,2 30

6 30

8,5 5

12 5

13,5 5

21 1


LANs Inalámbricas


• Nivel físico

• Nivel MAC





Puentes inalámbricos entre LANs

• Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs inalámbricas pueden aprovecharse para unir LANs entre sí

• Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefónicos

• Los dispositivos que se utilizan son puentes inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso

• Como los puntos a unir no son móviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable


Configuración punto a punto

Ganancia máxima: 20 dBi (antena parabólica)Potencia máxima: 100 mW

Restricciones ETSI:

Alcance máximo: 10 Km (visión directa)Calculadora de alcances en función de potencias, ganancias, etc.: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/index.shtml

Cable coaxial de 50 de baja atenuación lo más corto posible (30 m max.)

Ethernet Ethernet

Hasta 10 KmVisión directa


Antenas de largo alcanceAntena Yagi exterior (13,5 dBi)

Alcance: 6 Km a 2 Mb/s, 2 Km a 11 Mb/sAntena Parabólica exterior (20 dBi)

Alcance: 10 Km a 2 Mb/s, 5 Km a 11 Mb/s


¿Qué se entiende por visión directa?•No basta con ver la otra antena, es preciso tener una visión ‘amplia’•En realidad se requiere una elipse libre de obstáculos entre antenas•La vegetación puede crecer y obstaculizar la visión en alguna época del año

Anchura zona Fresnel para 2,4 GHz:

Distancia 100 m

500 m

2 Km 10 Km

1ª Zona Fresnel

3,5 m 8 m 16 m 36 m

2ª Zona Fresnel

5 m 12 m 22 m 50 m

Primera zona Fresnel

Segunda zona Fresnel

d

d + /2d + 2/2


Técnicas para aumentar el alcance

Hasta10 Km

Hasta10 Km

Hasta10 Km

Hasta10 Km

Canal 10 Canal 11

Canal 10 Canal 10

Hasta 11 Mb/s para cada enlace

Hasta 11 Mb/s, compartidos entre ambos enlacesPosible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS

Edificio A Edificio B Edificio C


Técnicas para aumentar la capacidad

Canal 1

Canal 7

Canal 13

Hasta 33 Mb/s

Imprescindible utilizar canales no solapados


Configuración multipuntoAntena omnidireccional o deparche (o varias parabólicas)

•Capacidad compartida por todos los enlaces•Posible problema de estación oculta. Conveniente utilizar RTS/CTS

Antena direccional (parche, yagi o parabólica)


Precios productos 802.11b (orientativos)

Equipos

Tarjeta PCMCIA $ 170

Tarjeta PCI $ 300

Punto de acceso $ 800

Puente $ 1300

Antenas

Dipolo estándar (2,14 dBi) $ 20

Omnidireccional alta ganancia (5,2 dBi) $ 160

Dipolo Diversidad (2,14 dBi) $ 190

Parche (9 dBi) $ 240

Yagi (13,5 dBi) $ 370

Parabólica (21 dBi) $ 1000


LANs Inalámbricas


• Nivel físico

• Nivel MAC





Bluetooth (IEEE 802.15)• Objetivo: reemplazar cables de conexión entre

periféricos• Esta tecnología se creó en el seno de un Grupo de

Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adoptó el IEEE como el comité 802.15

• Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X unificó Dinamarca y Noruega

• Estándar aprobado por el IEEE en junio de 2002.


Nivel físico en Bluetooth• Tecnología muy similar a 802.11 FHSS:

– Misma banda (2,4 GHz)– Misma tecnología de radio (Frequency Hoping)

• Pero:– Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles,

como PDAs, con baterías de baja capacidad)– Alcance mucho menor (10 m)– Velocidad más reducida (721 Kb/s)– Cambio de frecuencias mucho más frecuente que en 802.11 (1600

en vez de 50 veces por segundo)

• Existe probabilidad de interferencia entre:– Dos redes Bluetooth próximas– Una red Bluetooth y una 802.11 a 2,4 GHz (sobre todo FHSS)– Una red Bluetooth y un horno de microondas


Arquitectura y protocolo MAC de Bluetooth

• Arquitectura:– No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs

portátiles, PDAs, impresoras, etc.)

– Uno de los dispositivos de la red actúa como maestro y el resto (máximo 7) como esclavos.

– El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y da las señales de reloj para que el resto de dispositivos se sincronicen con él.

• Protocolo MAC: – El maestro se encarga de dar ‘turno de palabra’ a los

esclavos


Dos ‘picoredes’ se pueden unir para formar una ‘scatternet’

Topología de una red Bluetooth


Arquitectura de Bluetooth

Aplicaciones / Perfiles

Audio Otros RFcomm Telefonía Descubrimiento de Servicios

Control

LLC

Protocolo de adaptación de LLC

Link Manager

Banda Base

Nivel físico de radiofrecuencia

Capa de aplicación

Capa intermedia(‘middleware’)

Capa de enlace

Capa física


Formato de una trama Bluetooth

Addr: Dirección (máximo 8 estaciones)Type: Tipo de trama, corrección de errores y longitudF: Control de flujoA: AcknowledgmentS: Num. Secuencia (protocolo de parada y espera)

Access Code: identifica al maestro (puede haber más de uno accesible para el esclavo)

Código de

acceso

Cabecera Datos

Bits 72 54 0-2744

Direcc. Tipo F A S Checksum

Bits 3 4 1 1 1 8

Esta cabecera (18 bits) se envía tres veces por seguridad


Sumario



• IP móvil


Historia• Años 70: los laboratorios Bell prueban la telefonía celular

analógica (telefonía de 1ª generación, 1G). No estandarizada.

• Años 80: se comercializa la 1G, sobre todo en Norte de Europa. Aparecen incompatibilidades entre países. En España, aparece MoviLine.

• 1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefonía 2G

• 1989: La estandarización de GSM se traslada de CEPT a ETSI

• 1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz)

• 1993: Existen 36 redes GSM en 22 países diferentes

• 2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G). Solución provisional para datos mientras llega UMTS (3G)


Objetivos de GSM

• Uso mas eficiente del espectro que la telefonía analógica, utilizando técnicas de multiplexación en tiempo y frecuencia.

• Incluir roaming internacional

• Terminales y sistema de bajo coste

• Buena calidad de voz (comparable a la telefonía fija)

• Ampliación de servicios

• Baja potencia de transmisión: reutilización de canales, al no saturar canales de células vecinas

• Privacidad en las comunicaciones


Tipos de servicio

• Teleservicios: voz, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc...

• Servicios portadores (datos)

• Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificación de llamadas, etc...)


Radiofrecuencia (1/2)

• GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz de anchura:– 890-915 Mhz, desde la estación móvil a la estación base

(ascendente)– 935-960 Mhz, desde la estación base a la estación móvil

(descendente)• Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de anchura

cada uno.• El primer canal está reservado, por lo que hay disponibles

124.• También se han definido servicios en bandas de 1800 MHz

(denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado PCS 1900, usado en América).


Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en el mundo


Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en Europa

MHz

890915

935960

1710 1785

1805

1880

1900

2025 2110 2200

GSMasc.

GSMdesc.

DCS 1800asc.

DCS 1800desc.

DECT

UMTS(FDD-TDD-MSS)

UMTS(FDD-MSS)


Radiofrecuencia (2/2)

• Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o ‘slots’ que dan servicio a otros tantos usuarios:

• La ranura asignada a una comunicación se cambia (en tiempo y frecuencia) a razón de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency hopping y se hace para evitar interferencias.

• Cada ranura transporta 22,8 Kb/s de información digital ‘en bruto’; por ella se puede enviar voz (13,2 Kb/s) o datos (9,6 Kb/s).

• La combinación de una ranura de subida y una de bajada permite una comunicación full dúplex. El número máximo de comunicaciones simultáneas es teóricamente de 124*8=992. Sin embargo muchos canales no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas.

432107 76543210


Uso de frecuencias en GSM

890,2 MHz

890,4 MHz

914,8 MHz

935,2 MHz

935,4 MHz

959,8 MHz

1

2

124

1

2

124

Desc.(Base aMóvil)

Asc.(Móvil aBase)

Tiempo

.

.

.

.

.

.

Frecuencia

Trama TDM

Canal


Codificación de voz en GSM

• Una conversación telefónica normal ocupa en formato digital 64 Kb/s ( 8.000 muestras de un byte por segundo)

• En GSM la voz se comprime según un algoritmo llamado RPE-LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive Coder) que da una calidad casi equivalente usando sólo 13,2 Kb/s

• Además en GSM solo se transmite cuando la persona habla (transmisión discontinua o supresión de silencios). Esto supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de batería del emisor.

• Para evitar que el receptor crea que la conexión se ha cortado la transmisión discontinua se acompaña de ruido de confort.


Terminales GSM

• Los terminales puedes ser de tres tipos según su potencia:– Fijos (en vehículos): 20 W (vatios)– Portables (de maletín): 5 y 8 W – De mano: 2 y 0,8 W

• El alcance máximo (independientemente de la potencia) es de 35 Km. Esto se debe al retardo máximo en la propagación de la señal que requiere el uso de TDMA.

• Los terminales siempre operan a la mínima potencia posible para que haya comunicación con la estación base. De esta forma se minimiza la interferencia en las celdas vecinas.

• El BER se ha de mantener entre 10-6 y 10-8 . Si el BER es mayor se aumenta la potencia (hasta llegar al máximo). Si el BER es menor se disminuye, hasta llegar al mínimo, que es de 20 mW.


Celdas GSM

• El área atendida por una estación base (BTS) se denomina celda.

• Todos los usuarios de una misma celda comparten los canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de una celda mas riesgo hay de que se produzca saturación.

• En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades) se tiende a crear celdas pequeñas. En zonas rurales, con densidad pequeña, se prefiere crear celdas grandes.

• Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar interferencias.

• Cada cluster está formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, según la topología del terreno y las circunstancias concretas de la zona.


GPRS (General Packet Radio Service)

• Es una nueva tecnología para la transmisión de datos en redes móviles GSM. Conexión de ‘alta’ velocidad.

• Utiliza misma infraestructura radio que GSM.

• Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red convencional GSM.

• Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más eficiente del espectro

• Los usuarios están “permanentemente conectados”

• Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para acceder a Internet.


Conmutación de paquetes vs circuitos

Conmutación de circuitos:

• Necesidad de establecimiento de conexión

• Canal dedicado (1:1)

• Facturación basada en tiempo de conexión

• Posibilidad de aplicaciones en tiempo real

• Una sobrecarga en el sistema resulta en una señal de ocupado

Conmutación de paquetes:

• Sin establecimiento de conexión

• Canal compartido (1:N / N:M)

• Facturación basada en información transmitida

• Sólo permite aplicaciones en near real time

• Una sobrecarga en el sistema resulta en una disminución de la velocidad


Características de GPRS• La facturación se realiza por cantidad de datos transmitidos,

no por tiempo.

• El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que sólo se factura por tráfico

• Los canales son compartidos por varios usuarios

• Se puede recibir simultáneamente voz y datos (terminales clase A)

• Alcanza velocidades de hasta 171,2 Kb/s

• Incorpora un backbone para transmisión de datos en modo paquete, paralelo al de modo circuito

• Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a multipunto (p.ej. información de tiempo, tráfico, noticias, ...)


Arquitectura GPRS (2/4)

INTERNETHLR

GSM

Red GSM

BSC

MSC

GPRS

PCU

INTERNET

GGSN

SGSN

DATOS

VOZ


Arquitectura GPRS (4/4)

La red GPRS es una nueva red de Conmutación de Paquetes que se superpone y convive con la actual estructura de Conmutación de Circuitos propia de GSM

RTB/RDSI

Otras redes

BTSBSC

MSC/VLR

GMSC

HLR

GSMConmutación de Circuítos

GSM BSS

Internet

Intranet

GPRSConmutación de PaquetesSGSNGGSN


Tráfico de datos en GPRS

• GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificación:

• Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una misma comunicación. La velocidad máxima teórica es de 21,4 * 8 = 171,2 Kb/s

• El número de ranuras y la codificación empleadas son negociados entre la red y el usuario

• Se distingue entre la información real y la útil transmitida

CS-1 CS-2 CS-3 CS-4

9,05 Kb/s 13,4 Kb/s 15,6 Kb/s 21,4 Kb/s


7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4

• Los slots se asignan dinámicamente según necesidades.

• Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones asimétricas.

• Ejemplos de asignación de slots en tramas TDMA:

Enlace Ascendente

Enlace Descendente

Enlace Ascendente

Enlace Descendente

Enlace Ascendente

Enlace Descendente

Asignación de slots en GPRS

1:1

2:2

1:4

{

{

{

4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4

7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4

4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1

4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1


Velocidad en GPRSCada canal de radio: 8 ranuras

GPRS emplea hasta 8 ranuras (un canal completo):

GSM: 1 conexión 1 ranura 1 conexión para datos 9.6 Kb/s

2 tipos de conexiones en GPRS:

•Estáticas: se usan única y exclusivamente para datos.

•Dinámicas: se usan para voz o datos. La voz tiene prioridad.

0 1 2 3 4 5 6 7

Esquema de codif.

Tasa por conexión (Kb/s)

Veloc. Max. Teórica (Kb/s)

CS-1 9,05 72,4

CS-2 13,4 107,2

CS-3 15,6 124,8

CS-4 21,4 171,2


Datos

Clases de terminales móviles GPRS (1/2)

CLASE B

Se pueden realizar y recibir llamadas en voz o en datos de manera secuencial.

Son los terminales disponibles actualmente (año 2002)

Retenida

Llamada voz

Fin llamada

establecida

CLASE C

El terminal sólo puede usarse para datos o para voz (pero no ambos) en función de la configuración elegida. Se esperan en forma de tarjeta para introducir en PC portátil

Útiles en servicios de telemetría, telecontrol, etc ...

Siguen datos


Clases de terminales móviles GPRS (2/2)

CLASE A

Soportan tráfico simultáneo. El usuario puede hacer y recibir llamadas en los 2 tipos de servicio sin interrupción de ninguno de ellos

Datos Llamada voz

Siguen datosestablecida

Estos terminales aún no están disponibles

Existen dudas sobre la viabilidad de su comercialización


Sumario



• IP móvil


Movilidad y Portabilidad

• Movilidad: El host se traslada de una red origen a una red destino. Se requiere que la conexión se mantenga en todo momento mientras el host se mueve.

• Portabilidad: Se requiere conexión en la red origen y en la red destino, pero la conexión puede perderse durante el cambio de una red a otra.

• En ambos casos se requiere una cierta transparencia del usuario respecto al cambio de ubicación


¿Qué es IP móvil?• Mecanismo a nivel de red diseñado para permitir la

movilidad de un host en Internet de forma que se mantenga en todo momento su dirección IP original, así como las conexiones o sesiones que tuviera establecidas

• El cambio de router se produce dinámicamente y de forma transparente a los niveles superiores. Las sesiones se mantienen incluso durante el cambio de router, siempre y cuando la comunicación se mantenga en todo momento, aunque la velocidad de movimiento puede influir en este factor

• IP móvil está diseñado para resolver el problema de la ‘macro’ movilidad, o sea entre redes diferentes. La ‘micro’ movilidad (entre células en una red inalámbrica) se resuelve mejor con mecanismos a nivel de enlace.


Movilidad en IP: el problema

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por DRed 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

Ping 147.156.135.22

Ping 147.156.135.22

?

¡Host Y queda inaccesible al cambiar de LAN!

X

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

X

147.156.135.22Y

147.156.135.22Y


Solución DHCP + DNS dinámico

147.156.135.22

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

Ping 147.156.135.22

?

Host queda inaccesible al cambiar de LAN

•El host recibe una nueva dirección en la red visitada•No requiere cambios de software en el host ni en los routers•No se consigue transparencia, y las sesiones se interrumpen•A pesar de eso es una solución aceptable (y recomendable) en la mayoría de los casos (si solo se requiere portabilidad)

152.48.15.37

X

Y


Solución LAM (Local Area Mobility) Propietaria Cisco

147.156.135.22

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A 147.156.135.22/32 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

Ping 147.156.135.22

A 147.156.135.22/32 por E0

A 147.156.135.22/32 por B

•Ofrece transparencia y portabilidad, pero no movilidad. No mantiene sesiones•No requiere cambios de software en los hosts, solo en los routers•Requiere propagar rutas host por toda la red•Convergencia lenta•Difícil realizar agregación de rutas•Problemas de escalabilidad

X

Y


Túnel IP de A hacia D

Solución IP móvil

147.156.135.22

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

Ping 147.156.135.22

•Se construye un túnel entre el router habitual (A) y el router ‘visitado’ (D).•Ofrece completa transparencia y movilidad•Requiere cambios de software en el host y en los routers•La ruta resultante no es en general óptima

Paquetes encapsulados

X

Y


Terminología de IP móvil

A

D

CB

Internet

Home Agent (HA)

Foreign Agent (FA)

Mobile Node (MN)

Correspondent Node (CN)

Care of Address (CoA)

La ‘Care of Address’ es la dirección IP donde se termina el túnel (en este caso la de la interfaz ethernet del router D)

Home network (HN): 147.156.0.0/16

Foreign network (FN):152.48.0.0/16

Home Address (HAd):147.156.135.22

X

Y


Ventajas de IP móvil

• Sólo el HA (Home Agent) y el FA (Foreign Agent) necesitan saber la ubicación del host móvil. Los demás routers realizan encaminamiento de paquetes de la manera normal.

• Solo los routers y los hosts móviles necesitan nuevo software. Transparente al resto de la red

• Escalable. Solo el HA y el FA almacenan información de estado• El host móvil siempre está accesible en la misma dirección IP.• Se produce ineficiencia por:

– Encapsulado (cabecera IP adicional)– Ruta no óptima (problema de triangulación) como

consecuencia del túnel (sólo en el sentido CNMN)


Funcionamiento de IP móvil

• Para el funcionamiento de IP móvil es fundamental que el MN localice a su FA. Esto se hace por medio de extensiones al mecanismo de Router Discovery (RFC 1256) que usa mensajes ICMP (Agent Solicitation y Agent Advertisement)

• El MN emite a intervalos regulares mensajes de búsqueda de agentes (Agent Solicitation). Si recibe respuesta del HA deduce que está ‘en su casa’ (su HN) y no usa los servicios de IP móvil

• Si el MN recibe respuesta de un FA inspecciona el prefijo de red; si se trata de una red extraña pide la CoA y envía un mensaje de registro a su HA para que construya el túnel

• Por otro lado los agentes (HA y FA) se anuncian periódicamente en el ámbito de su LAN (TTL = 1) e indican cuales son sus posibilidades (actuar como HA, como FA o como ambos)

• Si el MN recibe un Agent Advertisement de un FA nuevo deduce que ha cambiado de zona (quizá se está moviendo); entonces pide una nueva CoA y se reregistra en su HA.


Proceso de IP móvil (simplificado)

147.156.135.22HA: 147.156.0.1

A

D

CB Internet

HN: 147.156.0.0/16

FN: 152.48.0.0/16

HA

FAMN

CN

1 1: El MN busca y descubre al FA (Agent Solicitation)

4: El HA construye el túnel y encapsula paquetes del CN hacia el MN

4

5: En sentido contrario el FA enruta paquetes (sin pasar por el túnel) del MN hacia el CN

5

2 2: El FA le indica al MN la CoA

CoA: 152.48.0.1

lista de desplazados

(mobility binding)

MN CoA

3: El MN se registra en el HA a través del FA

3

152.48.0.1147.156.135.22

Si el MN se mueve y se conecta a través de otro FA el proceso se repite.La nueva entrada del MN en la tabla del HA (con otra CoA) borra la anterior.Esto permite el cambio de FA (‘roaming’) sin perder la comunicación.

3

Lista de vistantes

MN HA

147.156.0.1147.156.135.22

147.156.0.1


Funcionamiento de IP móvil: resumen

Proceso Mecanismo

Descubrimiento de agentes (FA y/o HA)

Paquetes ICMP. Mensajes Agent Solicitation y Agent Advertisement

Registro del MN en el HA vía el FA

Datagramas UDP.

Mensajes Registration Request y Registration Reply

Creación del túnel HAFA

Opciones:•IP-en-IP•Encapsulado mínimo•GRE (Generic routing encapsulation)


Seguridad en IP móvil

• La autentificación de los mensajes de registro entre el MN y el HA es fundamental. De lo contrario un impostor podría suplantar al MN

• Los mensajes de registro tienen una extensión de autentificación basada en una clave hash MD5 y un timestamp, para evitar los ‘replay attacks’.

• La autentificación es obligatoria para el registro del MN en el HA y opcional en los demás casos


Comunicación de hosts de la HN con el MN

147.156.135.22

A

D

B

HN: 147.156.0.0/16

FN: 152.48.0.0/16

MN

FA

HAX

1: Un datagrama de MN a X (que está en la HN) llega sin problemas usando las rutas estándar (D-B-A).

2: Pero un datagrama de X a MN no llega: X lanza una ARP Request (buscando la MAC de MN) que no es respondida. X no sabe que MN está fuera de su red.

3: Para evitarlo se utiliza el ‘Proxy ARP’: el HA ‘suplanta’ al MN y responde en su lugar a la ARP Request, anunciando su propia MAC para la IP del MN.

4: Para asegurar la rápida actualización de las ARP caches, cuando el MN se va de la HN el HA manda un mensaje ARP anunciando su dirección MAC para la IP del MN, sin esperar ningún ARP Request.Esto se conoce como ‘Gratuitous ARP’.

ARP Request:¿quién es 147.156.135.22?


Características de IP móvil

• El MN y el FA deben tener comunicación a nivel de enlace, sin routers intermedios.

• El túnel es unidireccional, los datagramas de vuelta (desde el MN al CN) siguen la ruta normal estándar, sin túneles (salvo que el CN sea también un MN).

• Pero si los routers tienen filtros rechazarán datagramas que vengan de la FN (Foreign Network) con dirección de origen HA (Home Address); en ese caso hay que hacer el túnel bidireccional (camino de vuelta a través del HA).


Problema de IP móvil en routers con filtros

147.156.135.22

A

D

CB

Internet

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

No aceptar paquetes con IP origen 152.48.0.0/16

permit ip 152.48.0.0 0.0.255.255 any deny ip any any

1: El MN envía un datagrama hacia el CN siguiendo la ruta

normal (D-B-C).

2: El router B revisa la dirección de origen del datagrama y lo rechaza pues no cumple

la condición impuesta para esa interfaz

MN

CN


Túnel bidireccional: Solución al problema de routers con filtros

147.156.135.22

A

D

CB

Internet

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

No aceptar paquetes con IP origen 152.48.0.0/16

permit ip 152.48.0.0 0.0.255.255 any deny ip any any

1: MN envía a D un datagrama para CN 3: B revisa el datagrama y lo acepta pues la dirección de origen es D. Lo

envía por tanto hacia A

Túnel bidireccional

4: A desencapsula el datagrama y lo envía a CN por la ruta normal

MN

CN

2: D encapsula el datagrama y lo envía hacia A a través del túnel

1

2

34


IP móvil sin ‘Foreign Agent’

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

A

D

CB

Internet

A 147.156.0.0/16 por AA 152.48.0.0/16 por D

Red 147.156.0.0/16

Red 152.48.0.0/16

Ping 147.156.135.22

•Al MN se le asigna una IP de la red visitada (por DHCP u otro mecanismo)•Esta IP actúa como Care of Address (‘co-located Care of Address’)•El túnel va directamente desde el Home Agent hacia el Mobile Node•Evita establecer un FA en cada red, pero requiere disponer en la red visitada de un rango de direcciones reservado para CoA y el software del host es más complejo

Paquetes encapsulados

HA

152.48.11.12 (CoA)

MN

CN

147.156.135.22

Túnel IP de HA hacia MN


Encapsulado de IP Móvil

CN MN TCP/UDP DatosHA FA(CoA)Túnel HA FA:

CN MN TCP/UDP DatosHA MN(CoA)Túnel HA MN:

MN CN TCP/UDP DatosFA(CoA) HATúnel FA HA:

MN CN TCP/UDP DatosMN(CoA) HATúnel MN HA:

Datagrama original

IP origen

IP destino

Cabecera IPoriginal

Cabecera IPtúnel

Ida:

Vuelta:


Documentos sobre IP Móvil (IETF)

• RFCs (IPv4):– IP Móvil:

• RFC 2002 (10/96)• RFC 3220 (1/02)• RFC 3344 (8/02)

– Encapsulado: RFC 2003, RFC 2004, RFC 1701– Aplicabilidad de IP Móvil: RFC 2005– MIBs de IP Móvil: RFC 2006

• Grupo de trabajo de IP Móvil (desarrollos en curso):– http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html


Desarrollos en curso• Optimización de ruta: <draft-ietf-mobileip-optim-

11.txt> – Intenta evitar el problema de la ineficiencia debida a la

triangulación– El HA informa al CN de la CoA asociada con el MN para

que éste cree su propio túnel directo, sin hacer uso del HA

– El HA informa al CN de la nueva CoA del MN cada vez que ésta cambia

• Otros desarrollos:– Seguridad y autentificación– Calidad de Servicio


IP móvil e IPv6• Aún no está estandarizado para IPv6. El borrador está en

<draft-ietf-mobileip-ipv6-15.txt>• Principales diferencias:

– En vez de túneles se utiliza la cabecera de routing (de IPv6). El CN envía directamente los datagramas al MN. Esto conlleva automáticamente la optimización de ruta

– La cabecera de routing resuelve también el problema de los routers con filtros sin recurrir al uso de túneles inversos

– No existen ‘Foreign Agents’ (pero si ‘Home Agents’)– No se requiere el uso de Proxy ARP y Gratuitous ARP. En

su lugar se emplea el protocolo ‘Neighbour Discovery’ de IPv6 (RFC 2461)

• Los protocolos son más sencillos, robustos y eficientes

Ampliación Redes 7-1 Tema 7 Redes Inalámbricas y Movilidad.

Documents

Transcript of Ampliación Redes 7-1 Tema 7 Redes Inalámbricas y Movilidad.