redes inalambricas

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Redes de área local inalámbricas



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5.1 Introducción 5.2 Estándar IEEE 802.11

5.2.1 Estándares 5.2.2 Componentes de red IEEE 802.11 5.2.3 Norma IEEE 802.11 5.2.4 Topologías de red IEEE 802.11

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3


5.1 Introducción 5.2 Estándar IEEE 802.11


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4

IntroducciónIntroducción Redes sin cables Emplean el espectro radioeléctrico En general se integran dentro de una LAN

cableada

¿Por qué? Permiten movilidad Permiten instalaciones en lugares que no pueden

instalarse cables (o suponen altos costes)

Redes de área local inalámbricas 4

5

Introducción


5

Introducción Ventajas:

Permiten las mismas características que las LAN cableadas pero sin limitación de los cables. Movilidad

Reducen tiempo/coste de instalación Adaptabilidad Funcionan tanto dentro de un edificio como entre

edificios Inconvenientes:

Requieren un medio de transmisión basado en radio frecuencia (RF) -> Ocupación del espectro radioeléctrico

Menores velocidades de transmisión que en LAN cableadas

Problemas de seguridad

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Espectro radioeléctrico Uso del espectro inalámbrico

0-200 MHz: Radio, televisión, controles inalámbricos, teléfonos inalámbricos, mandos de coches, televisiones, etc.

200 MHz- 1GHz: alarmas, implantes médicos, walkie talkies, televisión, teléfonos móviles.

1- 2 GHz: GPS, telemetría médica, teléfonos móviles 2.4 GHz: banda libre… radio satélite, teléfonos por

satélite, hornos microondas, radares meteorológicos, WI-FI, BLUETOOTH.

2.5- 5 GHz: comunicaciones por satélite (p.e, TV) 5-50 GHz: Wi-fi, radares de policía 50-300 GHz: señales a corta distancia.

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Espectro radioeléctrico

Bandas de frecuencia ISM: 900 – 928 MHz 2,400 – 2,4835 GHz 5,725 – 5,850 GHz

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9

Tema 5: Redes de área local inalámbricas 5.1 Introducción 5.2 Estándar IEEE 802.11


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Tema 5: Redes de área local inalámbricasEstándares La estandarización de las WLANs corre a cargo

de IEEE y WIFI Alliance. IEEE en la norma 802.11 se encarga de:

Definir la especificaciones de WLANs de alta prestaciones. Asegurar Interoperabilidad

Seguridad Calidad del Servicio.

WIFI Alliance se encarga de: Certificar que un producto de un fabricante puede

interoperar con el de otro Promover el uso de las WLANs

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11

Estándares


11

Normas LAN/MAN

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Redes de área local inalámbricas 5.1 Introducción 5.2 Estándar IEEE 802.11


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Componentes de red 802.11 Las redes que cumplen la norma 802.11 están

compuestas de cuatro elementos básicos:

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Sistema de distribución

Punto de acceso

Estación o cliente

Medio inalámbrico

Componentes de red 802.11

Estación o cliente: Dipositivo con una NIC que cumple el estándar IEEE 802.11

PC, Portátil, PDA,…

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Adaptadores de redinalámbricos


Estación o cliente Adaptadores de red inalámbricos

Son módulos de radio Varios tipos de adaptadores Wi-Fi

Tarjetas PCI• Con antena incorporada• Con antena independiente

Adaptadores USB• Con antena interna• Con antena externa

Adaptadores PCMCIA• Con antena interna• Con antena externa

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Adaptadores de red inalámbricos Tarjetas PCI

Con antena incorporada• Más habituales • Problema: son muy sensibles al lugar

donde se coloque el ordenador Con antena independiente

• Permite poner la antena en una posición en la que la señal llegue con más intensidad.

• Las tarjetas PCI compatibles con IEEE 802.11n presentan la particularidad de tener tres antenas.

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Componentes de red 802.11 Estación o cliente

Adaptadores de red inalámbricos Tarjetas PCI

Ventajas• Fiables, ya que una vez instalados no suelen

presentar ningún problema. Inconvenientes

• Precisan instalación de hardware • No permite su uso nada más que en un

ordenador

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Adaptadores de red inalámbricos

Adaptadores USB Con antena interna

• Más habituales, con menor alcance y más económicos

Con antena externa• Más ganancia y, por lo tanto, más calidad de señal • También hay adaptadores compatibles con IEEE

802.11n con tres antenas.

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Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores USB

Ventajas• Gran movilidad, lo que nos permite colocarlos en el

sitio donde tengamos una mejor señal. • Se pueden utilizar en cualquier ordenador, pues solo

es necesario que tengamos un puerto USB disponible.

• En caso de necesidad es muy sencillo pasarlos de un equipo a otro (sólo hay que instalar los drivers correspondientes).

Inconvenientes• Bastante más inestables que las tarjetas PCI – Wifi• Los modelos con antena interior no suelen tener

mucha ganancia, por lo que en sitios con mala calidad de señal no suelen funcionar muy bien.

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Adaptadores de red inalámbricos Adaptadores PCMCIA

Con antena interna• Más prácticos para un portátil, pero tienen

algo menos de alcance (ganancia menor) que los modelos con antena externa.

Con antena externa• Tienen mayor alcance que los de antena

interna. La antena no suele ser demasiado grande, y normalmente se puede plegar para el transporte, por lo que no suele ser muy molesta.

También hay adaptadores IEEE 802.11n con tres antenas, pero en este caso suelen ser internas, más que nada por razones prácticas.

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Adaptadores de red inalámbricos

Adaptadores PCMCIA Ventajas

• Suelen tener una mejor calidad de recepción que los adaptadores USB, prácticamente la misma que una tarjeta PCI - Wi-Fi.

Inconvenientes• Solo se puede utilizar en ordenadores que dispongan

de puerto PCMCIA. • Todos ellos precisan la instalación de drivers.

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Punto de acceso (AP): Dispositivo que realiza el “control del acceso al

medio” a los clientes de WLAN y permiten la conexión a la red cableada (puente)

Un punto de acceso es un concentrador inalámbrico.

Debe distinguirse de un router inalámbrico, que es muy común en el mercado actual. Un router inalámbrico es una combinación entre un punto de acceso y un router, y puede ejecutar tareas más complejas que las de un punto de acceso.

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Componentes de red 802.11 Punto de acceso (AP):

Puente: dispositivo que permite interconectar diferentes redes, independientemente del protocolo que cada una utilice. Trabaja en los niveles 1 y 2 del modelo OSI

Un router permite también interconectar varias redes, pero a diferencia de un puente, estas deben utilizar el mismo protocolo. (Nivel 3, p.e, IP)

Si se desea interconectar dos redes que utilizan el mismo protocolo (p.e. IP) es recomendable utilizar un router.

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Componentes de red 802.11 Estación y AP

Antenas Antenas direccionales o directivas

Orientan la señal en una dirección muy determinada con un haz estrecho pero de largo alcance.

El alcance de una antena direccional viene determinado por una combinación de la ganancia de la antena, la potencia de emisión del punto de acceso emisor y la sensibilidad de recepción del punto de acceso receptor. Fuera de la zona de cobertura no se escucha nada.

Se suelen utilizar para unir dos puntos a largas distancias

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Componentes de red 802.11 Estación y AP

Antenas Antenas omnidireccionales

Orientan la señal en todas direcciones con un haz amplio pero de corto alcance

Se suelen utilizar para dar una señal extensa en los alrededores

Antenas sectoriales Son la mezcla de las antenas direccionales y

las omnidireccionales. Son más costosas Se suelen utilizar cuando se necesita llegar a

largas distancias y a la vez, a un área extensa.

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Componentes de red 802.11 Medio inalámbrico: Uso de a RF para transportar

las MAC_PDUs.

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Sistema de Distribución: Tecnología LAN o WLAN utilizada para ampliar el área de cobertura de una WLAN. En el caso inalámbrico:

Existen varios AP. Un AP actúa como maestro, llamado WDS AP. Los demás son AP esclavos y actúan como repetidores,

llamados WDS Station. Todos en el mismo canal. SSID común o diferente. No es estándar. No es soportado por todos los equipos

incluso pueden haber incompatibilidades. Incompatible con algunos mecanismos de seguridad.

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Norma IEEE 802.11Norma IEEE 802.11

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PHY

MAC

LLC (802.2)


Norma IEEE 802.11. Nivel físico

Nivel Físico (PHY) Topología celular.

Half-duplex Se utilizan las bandas de frecuencia de 2,4

y 5 GHz No requieren el uso de licencia En cada banda existen un conjunto de canales

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Norma IEEE 802.11. Nivel físico

Nivel Físico (PHY) Topología celular.

Alternativas de nivel físico

Norma Banda Velocidad

802.11a 5 GHz 54 Mbps

802.11b 2,4 GHz

11 Mbps

802.11g 2,4 GHz

54 Mbps

802.11n las dos

200 Mbps 31Redes de área local inalámbricas

Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos

Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA

1) Antes de transmitir una información, una estación debe determinar el estado del medio (libre o ocupado)

2) Si el canal no está ocupado, se realiza una espera adicional llamada espaciado entre tramas (IFS)

3) Si el canal se encuentra ocupado o se ocupa durante la espera, se ha de esperar hasta el final de la transacción actual

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Subnivel MAC Técnica de acceso al medio CSMA/CA

4) Tras finalizar la transacción actual se ejecuta el algoritmo de Backoff

Determina una espera adicional y aleatoria escogida uniformemente en un intervalo llamado ventana de contienda (CW)

Se mide en ranuras temporales (slots)

5) Si durante esta espera el medio no permanece libre durante un tiempo igual o superior a IFS, dicha espera queda suspendida hasta que se cumpla dicha condición.

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Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC

Técnica de acceso al medio CSMA/CA

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EstaciónA

B

C

D

E

IFS IFS IFS IFSCW

CW

CW

CW

Datos

Datos

Datos

Datos

DatosBackoff

Backoff

Backoff

Llegada dato a transmitir

Espera



Norma IEEE 802.11 Subnivel MAC

Técnica de acceso al medio CSMA/CA Problemas en WLAN:

Nodos ocultos. Canal ocupado por estación que otro nodo no oye.

Nodos expuestos. Estación cree que el canal está ocupado aunque está libre ya que el nodo que oye no interfiere en su comunicación.

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Subnivel MAC Técnica de acceso al medio MACA

Contienda con posibilidad de reserva para evitar colisiones (CSMA/CA, CA = Collision Avoidance)

RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) No se emplea debido a la sobrecarga si:

Pocas estaciones en la red. Red muy densa. Todas las estaciones en el

alcance de todos. Tramas pequeñas.

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Subnivel MAC Técnica de acceso al medio MACA

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Subnivel MAC Cada MAC_PDU con datos es asentida por el

receptor. Implementa algoritmos de encriptación y

autenticación. Una MAC_PDU puede contener hasta 4

direcciones MAC (origen, destino, transmisor y receptor).

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Subnivel MAC Existen tres tipos de MAC_PDUs:

Datos Control Gestión

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Subnivel MAC MAC_PDUs de datos:

Transportan información de nivel superior (MAC_SDU)

La MAC_PCI es de 34 bytes. La MTU es de 2312.

En el caso de muchas interferencias se habilita la fragmentación/ensamblado de la MAC_SDU

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Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datosNorma IEEE 802.11 Subnivel MAC

MAC_PDUs de control: Se usan para la “reserva” del medio y reconocimiento.

ACK lo envía el subnivel MAC para reconocer que ha recibido correctamente una MAC_PDU de datos.• No indica que el destino de la MAC_PDU lo ha recibido

RTS (Request to Send) / CTS (Clear to Send) para la reserva del medio• RTS lo envía el subnivel MAC para solicitar el uso del

medio y el tiempo total que lo va a necesitar (duración reserva)

• CTS lo envía el subnivel MAC como respuesta a un RTS, indica que el subnivel MAC que envió RTS puede enviar y la duración de la reserva (tiempo que queda de reserva)

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Norma IEEE 802.11. Nivel de enlace de datos Subnivel MAC

MAC_PDUs de gestión: Sirven para gestionar el enlace inalámbrico.

Beacon. La envía subnivel MAC periódicamente para informar de la existencia de una red inalámbrica• Intervalo es un parámetro configurable

Probe request. Sirve para que el subnivel MAC rastree un área en busca de redes inalámbricas.• Se informa de las velocidades soportadas

Probe response. Enviado por el subnivel MAC en respuesta a un Probe request.

Association request. Sirve para que el subnivel MAC solicite “conectarse” a una red inalámbrica.

Association response. Confirmación de la “conexión” a una red inalámbrica.

Otras.

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Topologías de red IEEE 802.11

El bloque de comunicación básico de una red 802.11 es el BSS (Basic Service Set) o celda. Un BSS tiene un área de cobertura de tal forma que

todas las estaciones que pertenezcan al BSS pueden comunicarse entre ellas.

Se le asigna un nombre conocido como SSID (Service Set Identifier)

Según el número de BSSs y dispositivos que aparezca existen tres tipos de redes 802.11: Redes Ad hoc o Independientes BSS (IBSS).

Sólo existen clientes. Redes Infraestructura o Infraestructura BSS.

Existen clientes y un punto de acceso. EBSS

Existen múltiples BSS para permitir mayores áreas de cobertura

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Tipos de redes 802.11 Ad hoc

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Topologías de red IEEE 802.11 Tipos de redes 802.11 Infraestructura

BSS

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Topologías de red IEEE 802.11 Tipos de redes 802.11 EBSS

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BSS BSS

EBSS


Topologías de red IEEE 802.11Funcionamiento modo Infraestructura /

EBSS Cada AP tiene un BSSID, que coincide con la MAC

de su interfaz Wireless, y un SSID, configurado por el administrador de la red. En EBSS cada celda tendría el mismo SSID pero se

distinguiría por el BSSID de su AP. En la norma no se limita el número de clientes a

los que un AP puede dar servicio. Un cliente para “conectarse” a una red inalámbrica

debe conocer el BSSID y el SSID de la celda. Los APs envían periódicamente Beacon con el BSSID y

opcionalmente con el SSID El cliente envía un Probe request con el SSID

esperando un Probe response del AP con su BSSID.

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Topologías de red IEEE 802.11Funcionamiento modo Infraestructura /

EBSS Un cliente con el BSSID y SSID de una celda solicita

la asociación (conexión) a un AP mediante Association Request El AP si acepta al cliente le envía una Association

Response con un identificador de Asociación El AP registra en su tabla de direcciones la MAC del

cliente Un AP controla la comunicación de todos los clientes

que tiene asociado Los clientes nunca se comunican directamente entre

ellos Sólo procesan MAC_PDUs que provengan del AP al

que están asociado.

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Funcionamiento modo Infraestructura / EBSS

Los APs mantienen tablas de direcciones como los puentes Aprenden del tráfico que pasa por él Reenvían basándose en la dirección MAC destino

Un AP, conectado a un sistema de distribución, actúa como un puente, pero Inyecta tráfico en la interfaz wireless si el destino es uno de

sus clientes o es broadcast/multicast Inyecta tráfico en el sistema de distribución como lo haría un

puente El AP adaptaría el direccionamiento lógico si es necesario

P.E: sistema de distribución basado en 802.3

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Topologías de red IEEE 802.11Asociación

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Topologías de red IEEE 802.11Envío de MAC-PDU de datos

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redes inalambricas

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