retele de calculatoare - profs.info.uaic.robusaco/teach/courses/net/presentations/... · dr....

Dr. Sabin-Corneliu Buraga – www.infoiasi.ro/~busaco/

Retele de calculatoareRetele wireless

SabinCorneliu Buraga

http://www.infoiasi.ro/~busaco


“There is always one moment in childhoodwhen the door opens and lets the future in.”

Graham Greene


Cuprins

• Preliminarii• Dispozitive• Retele wireless• Internet fara fir• Arhitecturi de aplicatii


Preliminarii

• Dispozitive mobile vs. wireless– Mobil: nu are o locatie fixa, comunicatiile avind loc siin momentul in care dispozitivul se misca

– Nomad: are abilitati de miscare, incepindsa comunice dupa ce isi stabileste o alta locatie

– Comunicatii mobile: abilitatea unui dispozitiv de a comunica via una sau mai multe legaturi de acces(i.e., Ethernet, 802.11 etc.) cu alte dispozitive aflatein alte locatii


Preliminarii

• Wireless – se refera la transmisia de voce si date prin intermediul undelor radio


Preliminarii

• Pot exista situatii in care aplicatiilewirelessnu sunt mobile, dar folosesc o reteawireless– Acces via WLAN (Wireless Local Area Network)

• Exista si aplicatii mobile care nu sunt wireless– Exemplu: PDA (Personal Digital Assistant)

Mobile Wireless


Preliminarii

• Probleme:– Acoperirea si penetrarea– Latimea de banda– Latenta– Fiabilitatea transmiterii– Standardizarea


Preliminarii

• Provocari:– Descoperirea locatiei– Detectarea mutarii– Actualizarea comunicatiei– (Re)Stabilirea caii de comunicare


Preliminarii

• Solutiile privind mobilitatea vizeaza:– Nivelul legatura de date

• Probleme de scalabilitate– Nivelul retea (IP, IP mobil)

• Aplicatiile nu trebuie restartate la trecerea de la wireless la comunicatii conventionale sau invers

– Celelalte niveluri (transport, aplicatie)• Necesita ca aplicatiile sa fie special conceputepentru a suporta mobilitatea (interfata‐utilizatordesktop vs. interfata destinata dispozitivului mobil)


Dispozitive

• Aspecte de interes:– Marime & greutate– Memorie disponibila pentru aplicatii & date– Viteza procesorului– Caracteristicile ecranului (rezolutie, adincime de culoare, utilizare in exterior etc.)

– Mecanismele de intrare (achizitie de date)– Suport pentru mobilitatedin partea sistemului de operare


Dispozitive

• Aspecte de interes (continuare):– Slot‐uri pentru extinderea ulterioara (memoriesuplimentara, conectivitate cu alte dispozitive)

– Timpul de viata a bateriei– Caracteristici integrate: camera digitala, tastatura, porturi infrarosu, Bluetooth,…

– Suport software: aplicatii & mini‐aplicatii(widget‐uri), instrumente de dezvoltare, navigatoare mobile, driver‐e hardware etc.


Dispozitive

• Posibilitati de comunicare wireless– Twounit: necesita ca 2 echipamentesa poata conlucra (i.e.: telefon mobil + PDA)• Cablu / conexiune infrarosu / Bluetooth via PAN (Personal Area Network)


Dispozitive

• Posibilitati de comunicare wireless– Configuratii detasabile: folosirea unui pluginsau atasament clipon pe dispozitiv, cu functiide conectivitate – necesita existenta unui slot• Dispozitivul se poate conecta la diverse tipuri de retelewireless, folosind protocoale diferite

– Configuratii integrate: conectivitateawirelesseste inclusa direct in dispozitiv (e.g., iPhone)


Dispozitive

Clasificare:


Retele wireless

• Categorii:–WPAN (Wireless Personal Area Network)•Spatiu de operare ~10 m.• Inlocuieste cablurile de interconectarela alte echipamente•Standarde: IrDA, Bluetooth, 802.15


Retele wireless

• Categorii:–WLAN (Wireless Local Area Network)•Spatiu de operare ~100 m. (cladiri, campus‐uri etc.)•Extensie/alternativa la LAN‐ul conventional•Standarde: 802.11a, b, g, n, HIPERLAN/2


Retele wireless

• Categorii:–WWAN (Wireless Wide Area Network)•Acoperire nationala, via mai multe surse (carriers)•Extensie a LAN/WAN‐ului conventional•Standarde: GSM, TDMA, CDMA, GPRS, EDGE, WCDMA


Retele wireless

• Categorii:–Retele de sateliti•Acoperire mondiala•Extensie a WAN‐ului conventional•Standarde: TDMA, CDMA, FDMA


Retele wireless

• Standarde de conectivitate pentru WPAN:– IrDA (Infrared Data Association): comunicatie punct‐la‐punct bidirectionalavia porturi cu infrarosu


Retele wireless

• Standarde de conectivitate pentru WPAN:– Bluetooth: interconectivitate intre dispozitive, folosind frecventa 2.4 GHz • Un dispozitiv poate fi setat ca putind fi descoperit in mod general, limitat sau deloc (descoperirea e automata)

• 8 dispozitive formeaza un piconet (retea adhoc)• Mai multe piconet‐uri = scatternet• Interoperabilitatea se realizeaza via profiluri de dispozitiv(standardizate) – veziwww.bluetooth.com

• Securitatea e tratata la nivel de legatura de date


Retele wirelessBluetooth


Retele wireless

• Standarde de conectivitate pentru WPAN:– IEEE 802.15: se bazeaza pe modelul Bluetooth, pentru a oferi standarde de comunicarewireless– detalii la www.ieee802.org/15/• Ofera si interoperabilitate cu dispozitivesuportind 802.11

• 802.15.1 – latime de banda: 1 Mbps• 802.15.3 – latime de banda: 20 Mbps


Retele wireless• Moduri de interconectare (configuratii) WLAN:

– Peertopeer– Cu punct de acces – Access Point

• pot utiliza si puncte de extensie (Extension Point)


Retele wireless

• Standarde de conectivitate pentru WLAN:– 802.11b/Wi‐Fi (Wireless Fidelity): www.wifi.org

• Foloseste frecventa de 2.4 GHz• Latimea de banda poate fi de maxim 11 Mbps• Aria de comunicare este ~100 m. (viteza de transfer depinde de departarea dispozitivului)–E.g., pentru o distanta de 65 m. intre 2 dispozitive, transferul se efectueazacu maxim 2 Mbps


Retele wireless

• Standarde de conectivitate pentru WLAN:– 802.11a

• Mai complex, ofera 54 Mbps, foloseste 5 GHz (mai putine coliziuni), dar necesita mai multaputere de procesare

– 802.11g• Combina facilitatile de la precedentele

– 802.11n• Imbunatatire a precendentelor• In curs de standardizare, dar deja adoptat


Retele wireless• Standarde de conectivitate pentru WLAN:

– HomeRF (Radio Frequency)• Destinat comunicatiilor casnice• Suporta comunicatii de calitate prin voce

– HIPERLAN (HighPerformance Radio Local Area Network) – HIPERLAN/2• Utilizeaza frecventa de 5 GHz• Transfer de maxim 54 Mbps, pe o raza de ~150 m.• Incorporeaza facilitati pentru asigurarea QoS(pentru transmisii multimedia in timp‐real)

• Ofera interoperabilitate cu Ethernet, IEEE 1394 (Firewire) si sisteme mobile 3G

– UWB (Ultra Wide Band)• Vizeaza utilizarea frecventelor >5 GHz


Retele wireless

• Retelele WWAN:– Transferul de date se realizeaza prin comutare de pachete (packetswitch)• Contrast cu modul de comutare prin circuite virtuale

• Nu necesita conexiuni dedicate• Permit mai multor utilizatori sa foloseasca o singura conexiune (se maximizeaza spectrul de transmisie)


Retele wireless• Retelele WWAN:– Celula (cell): zona geografica avind o arie de acoperire a semnalului• Depinde de protocol, puterea semnalului, obstacole• Raza de actiune: 1‐40 km.• Celulele sunt coordonate de un cell system• Ariile foarte populate contin micro‐celule(diam.~100m.)

• Conexiunea dintre utilizatori din celule diferiteeste pasata printr‐un proces handoff /handover


Retele wireless• Retelele WWAN:– Reutilizarea frecventei de emisie conform gruparii celulelor

– Plasarea elementelor deretea se realizeaza conform unor strategiide optimizare a acopeririisi maximizarii semnalului


Retele wireless

• Retelele WWAN:– Multiplexarea: semnalul este folosit (partajat) de mai multi utilizatori• Frequencydivision multiplexing (FDM): fiecare semnaldin cadrul canalului de comunicatie are o frecventa unica(modelul posturilor radio)

• Timedivision multiplexing (TDM): se asigneaza fiecaruiutilizator segmente de timp in care poate comunica

• Codedivision multiplexing (CDM): fiecare semnal are atasatun cod, toate semnalele fiind transmisepentru a “umple” intreaga latime de banda; receptorulva procesa doar semnalele avind codul “corect”


Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 2 (2G):– Imbunatatire a generatiei 1 (’70‐’80)– In afara transmiterii digitale de voce, suporta transmisii de date (9.6‐19.2 Kbps)

– Code Division Multiple Access (CDMA IS‐95)– Global System for Mobile Communications (GSM)– Facilitati: mesaje scurte (SMS), acces via WAP, aplicatii de tip calendar, managementul informatiilorpersonale (PIM), tonuri, jocuri etc.


Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 2.5 (2.5G):– Tranzitie de la comutare de circuitela comutare de pachete

– Rate de transfer ~115 Kbps– General Packet Radio Services (GPRS) →Enhanced Data for Global Evolution (EDGE)

– Code Division Multiple Access CDMA 2000 1x– Retele GPRS se comporta similar cu cele LAN clasice, aplicatiile fiind mai usor de implementat

– Un dispozitiv GPRS ≡ terminal


Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 3 (3G):– Standardele 3GPP(ThirdGeneration Partnership Project)• International Mobile Telecommunications Beyond the Year 2000 (IMT‐2000)

•Wideband CDMA (W‐CDMA)– Rate de transfer de 144 Kbps – 2 Mbps– Mobilitate sporita, asigurarea QoS, bazate pe IP– Detalii la www.3gpp.org siwww.3gpp2.org


Retele wireless• Protocoale (exemple):

– Paging: Flex/reflex (Motorola), ERMES (European Radio Message System)

– Doar pt. date: Cellular Digital Packet Data (CDPD)– TimeDivision Multiple Access (TDMA) – America – Global System for Mobile Communications (GSM) frecventa de 900 MHz & 1800 MHz in Europafrecventa de 1900 MHz in USA

– Wideband CodeDivision Multiple Access (WCDMA) in Europa: Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), in Japonia: Freedom of Multimedia Access (FOMA) – regasite la nivelul 3G


Wireless Internet

• Mobile IP (RFC 3344)– Protocol de rutare dinamica in care dispozitiveleterminale (end devices) isi semnalizeaza propriileactualizari de rute si tunelele dinamice de date elimina necesitatea propagarii informatiilorprivitoare la rute

– Un utilizator poate folosi (roam) diverse sub‐retele IP si legaturi de acces, mentinindu‐se o comunicarecontinua


Wireless Internet: IP mobil

• Componente:– Nod mobil: dispozitiv folosind IP, rulind un client IP mobil

– Home(home is where the route is)


Wireless Internet: IP mobil• Componente:

– Home address: adresa IP a nodului mobil• Poate fi alocata static ori dinamic, in timpul procesului de inregistrare

– Home network: reteaua la care este atasat un nod mobil

– Home agent: responsabil cu redirect. datelor spre locatiacurenta a nodului mobil• Proceseaza actualiz. de rutari IP (registrations)

• Expediaza date via tuneluri dinamice



– Careof Address (CoA): adresa IP valida si rutabila• Desemneaza marginea retelei ce poate fi accesataprin rutari obisnuite

• Reprezinta punctul terminal al unui tunel• Punctul de legatura cu agentul strain (FA = Foreign Agent)• Collocated CoA (CCoA): un nod mobil primeste un IP de la reteaua straina via un protocol de management de adreseprecum DHCP – nodul mobil are 2 adrese: Home Address (nerutabila) & CCoA (rutabila)

• Foreign Agent Careof Address (FA CoA): mai multe noduripartajeaza aceeasi adresa IP oferita de agentul strain



– Foreign Agent (FA): router atasat la o legatura de acces, aflat la celalalt capat al tunelului stabilitcu un nod mobil• Ofera (advertises) una sau mai multe adrese IP referitedrept CoA

• Cind un nod se inregis‐treaza la un Home Agent, o face via un FA

• FA trebuie sa fie conectatdirect cu nodul mobil


Wireless Internet: IP mobil• Descoperirea agentilor

– pe baza Internet Control Message Protocol (ICMP)– Router advertisement – via multi/broadcast– Router solicitation (se restrictioneaza TTL=1)


Wireless Internet: IP mobilInternet Protocol, Src Addr: 192.168.100.6, Dst Addr: 255.255.255.255

Version: 4Header length: 20 bytesDifferentiated Services Field: 0x00 (DSCP 0x00: Default; ECN: 0x00)Total Length: 54Identification: 0xd838Fragment offset: 0Time to live: 1Protocol: ICMP (0x01)Header checksum: 0xbce0 (correct)Source: 192.168.100.6 (192.168.100.6)Destination: 255.255.255.255 (255.255.255.255)

Internet Control Message ProtocolType: 9 (Router advertisement)Checksum: 0x6ba4 (correct)Number of addresses: 1Address entry size: 2Lifetime: 30 secondsRouter address: 192.168.100.6


Wireless Internet: IP mobilExt: Mobility Agent Advertisement Extension

Extension Type: Mobility Agent Advertisement Extension (16)Length: 10Sequence Number: 3Registration Lifetime: 36000Flags: 0x15

0... .... = Registration Required: False.0.. .... = Busy: False..0. .... = Home Agent: False...1 .... = Foreign Agent: True.... 0... = Minimal Encapsulation: False.... .1.. = GRE (Generic Routing Encapsulation): True.... ..0. = Reserved: False.... ...1 = Reverse Tunnel: True

Reserved: 0x00Care-Of-Address: 192.168.100.6 (192.168.100.6)



• Descoperirea locatiei– Un nod mobil se poate gasi in doua tipuri de locatii: Home Network si reteaua vizitata (straina)

– Cind nodul nu este acasa, se foloseste CoA• Careof Address Extension contine macar o adresa CoAoferita de agentul strain (FA)

– Daca nodul nu primeste mesajede tip agent advertisement, atunci incearcasa obtina o adresa prin tehnici precum DHCP pentru a‐si cunoaste locatia curenta



• Detectarea mutarilor & politica de handover– Steadystate: nodul mobil foloseste FA‐ul curentcit de mult timp poate



• Detectarea mutarilor & politica de handover– New network: pe baza prefixurilor adreselor IP primite via agent advertisments, nodul determinanoile sub‐retele la care se poate conecta



• Detectarea mutarilor & politica de handover– Linkstate triggers: se folosestestarea legaturii



• Intrebari privitoare la handover :– Did I leave my Home Network?– Did I roam to a different Foreign Network than the one I was already visiting?

– Did I come back to my Home Network?

• Handover implica inregistrarea nodurilor mobile– Foloseste UDP la portul 434– Se utilizeazamesaje de tip cerere‐raspuns


Wireless Internet: mobile IP



• Identificarea unui nod se realizeaza prin:– Adresa IP static alocata, de tip Home Address– Network Access Identifier (NAI) – RFC 3846

• Un nod se poate atasa simultanla mai multe retele straine (via FA multipli): simultaneous bindings

• Autentificarea poate avea loc folosindextensii la mesajele vehiculate: authentication extensions– Authentication, Authorization and Accounting (AAA)



• Tuneluri: legaturi logice la distanta de 1 hop, aflate la marginile Foreign Networkla care sunt atasate nodurile mobile– Pot transporta orice pachete IP intre punctele finale ale comunicatiei

– Incapsularea datelor se face via IP‐in‐IP – RFC 2003(20 de bytes suplimentari)

– Se poate folosi si o incapsulare minimala (8‐12 bytes suplim.; nu functioneaza daca apar fragm. IP) – RFC 2004

– Pentru transportarea pachetelor cu date privitoare la protocoale de retea diferite, se recurge la GRE (Generic Routing Encapsulation) – RFC 1701



• Rutarea: se foloseste tehnica triangle routing (dirijare asimetrica bazata pe cai)


Aplicatii wireless

Protocolul WAP (Wireless Access Protocol)


Aplicatii wireless• Protocolul WAP (Wireless Access Protocol)

– Protocol de comunicatii pentru dispozitive mobile fara fir (handheld, mobile phone,…)

– Standard permitind accesarea informatiilor si serviciilor oferite de Internet via un dispozitiv mobil (wireless)

– Standard industrial sub coordonarea consortiului Open Mobile Alliance (fost WAP Forum) www.wapforum.org

– Versiuni: WAP 1.0, WAP 1.1, WAP 1.2, WAP 2.0



– Poarta WAP: mediator intre Internet siun dispozitiv folosind WAP• PentruWAP 2 nu este neaparat necesara, folosindu‐se direct HyperText Transfer Protocol (HTTP/1.1)

– Wireless Services Provider: ofertant de servicii de comunicare fara fir (AT&T, British Telecom, Verizon, Zapp, …)



– Servicii oferite de poarta WAP• Conversie de protocoale – mai ales pentru WAP < 2• Statistici• Transmiterea deliberata de date spre o aplicatierulind pe un dispozitiv mobil (WAP Push) via PAP (Push Access Protocol) – e.g., notificari



– Protocoalele WAP2•Wireless Profiled HTTP (WP‐HTTP)interoperabil cu HTTP, asigura compresia datelorsi realizarea de tunele (HTTP tunneling)

• Transport Layer Security (TLS)protocol de transport securizat(interoperabilitate & tranzactii sigure)

•Wireless Profiled TCP (WP‐TCP)ofera servicii orientate‐conexiune, interoperabil cu TCP clasic



– Maniere de specificare a profilului unui dispozitiv(caracteristici hardware, platforma, capacitati de procesare etc.)• User Agent Profile (UAProf) bazat pe standardulComposite Capabilities/Preferences Profile (CC/PP)– http://www.w3.org/TR/CCPP-struct-vocab/format RDF/XML

•Wireless Universal Resource FiLe (WURFL) initiativa open source – http://wurfl.sourceforge.netformat XML



– Categorii de dispozitive mobile• Clienti slabi (thin clients) – ofera un micro‐browser incorporat pentru transfer si prezentare de date reprezentate in formate WML, XHTML,...

• Clienti compacti (thick clients) – pot fi instalateaplicatii externe (e.g., prin transfer via Internet), prezentarea datelor fiind realizata de acestea– Sistem de operare: Symbian OS, Palm OS, Windows CE, Embedded Linux,...

– Masina virtuala: J2ME, .NET Compact Framework• Clienti de sine‐statatori (standalone clients) similari unor PC‐uri (e.g., Tablet PC)


Aplicatii wireless

• Acces la Web via un micro‐browser WAP(componente arhitecturale):


Aplicatii wireless• Smart clients sincronizindu‐si datele(componente arhitecturale):


Aplicatii wireless• Sisteme demessaging(componente arhitecturale):


Aplicatii wireless• Comunicarea in cadrul unui campusindustrial(componente arhitecturale):


Aplicatii wireless• Campus universitarwireless(componente arhitecturale & activitati):– Puncte de acces in locatii selectate(cladiri academice, camine,…)• Localizare optima, maximizarea latimii de banda etc.

– Placi de reteawireless (wireless cards)– Instalare & mentenanta a echipamentelor hardware

• Software de monitorizare• Solutionarea problemelor de securitate – acces, confidentialitate (e.g., WEP –Wired Equivalent Privacy)

– Managementul resurselor (servicii, date, utilizatori)


Aplicatii wireless• Directii de interes:– Retele oferind servicii vocale de calitate(voiceoriented networks)

– Acces la date via wireless•Wireless home networking – unificarea telefoniei(cu/fara fir), Internet‐ului, TV (prin cablu/satelit)

•Home access networks – vezi initiativele 802.16 siHIPERACCESS

• Managementul unificat al retelelor adhoccu auto‐configurare: UPnP (Universal Plug’n’Play), RendezVous, Digital Living Network Alliance


Aplicatii wireless• Alte provocari:– Asigurarea conectivitatii continue

• Calitatea continutului (fidelitate)• Concurenta(partajarea/managementul resurselor)

• Agilitatea(viteza/flexibilitatea adaptarii la schimbari)

– Reducerea puterii consumate– Asigurarea independentei de dispozitiva aplicatiilorwireless• Vezi si initiativaMobile Web + Google Android


Rezumat

• Preliminarii• Dispozitive• Retelewireless• Internet fara fir• Arhitecturi de aplicatii


Intrebari?

retele de calculatoare - profs.info.uaic.robusaco/teach/courses/net/presentations/... · dr....

Documents