ieee 802.11n

IEEE 802.11n

Jakub KlímekModerní síťová řešení, ZS 2008/2009, MFF UK

Jakub Klímek, Moderní síťová řešení, ZS 2008/2009, MFF UK

2

Stručný vývoj IEEE 802.11Standard Pásmo PHY

rychlost

TCP/IP rychlost

Technika přenosu

802.11 2,4 GHz/300-428 GHz

2 Mbps 900 kbps FHSS, DSSS, DFIr

802.11a 5 GHz 54 Mbps

23 Mbps OFDM

802.11b 2,4 GHz 11 Mbps

4,3 Mbps DSSS

802.11g 2,4 GHz 54 Mbps

19 Mbps OFDM, DSSS

802.11h 5 GHz 54 Mbps

23 Mbps OFDM

802.11y 3.7 GHz 54 Mbps

23 Mbps OFDM

802.11n 2,4 GHz/5 GHz 600 Mbps

320 Mbps?

OFDM, DSSS


3

Stručný vývoj IEEE 802.11 802.11h

pro Evropu upravený 802.11a přidána schopnost dynamické volby frekvence a

schopnost regulovat vysílací výkon 802.11n - nejdříve konec roku 2009.

pro nedočkavost trhu různé pre-N produkty, nekompatibilní mezi výrobci

zaručení kompatibility v současnosti Wi-Fi certifikace dle 802.11n Draft 2.0

802.11y Rozšíření 802.11a do pásma 3,7 GHz Možnost snadného rozšíření do dalších pásem Využije jakýkoliv 5, 10 nebo 20 MHz kanál


4

Zrychlování 802.11gSuper G Proprietární technologie Atherosu Jiné názvy: 108G Technology, 108Mbit/s 802.11g, Xtreme G Základem je využití dvou sousedních nepřekrývajících se 20 MHz

kanálů pro 802.11g naráz (channel bonding) Maximální signální rychlost 108 Mbps Frame-bursting

DCF: vyslat jeden packet + DIFS + náhodné čekání Frame-burst: vyslat packet + SIFS + další packet + SIFS Zvýhodňuje jednoho klienta před ostatními v uploadu, „drží“ si médium Nevyžaduje podporu AP

HW komprese Dosahuje reálné propustnosti 40-60 Mbps Airlink 101, Clipsal, D-Link, Netgear, Nortel Networks, Planex,

SMC, Sony, TRENDnet, SparkLAN, Toshiba, ZyXEL Super AG – to samé pro čipsety 802.11ag


5

Zrychlování 802.11g125 High Speed Mode 2004 – Broadcom (původní název Afterburner)

g+ SuperSpeed (ZyXEL) G Plus nebo HSM (Belkin) 125* High Speed nebo Turbo G ( Buffalo) SpeedBooster (Linksys) 125 Mbit/s 802.11g

Využívá frame-bursting a kompresi, nevyužívá channel bonding

Dosahuje signální rychlosti až 34 Mbps Všechy tyto 125HSM implementace jsou navzájem

kompatibilní Nevyužívání channel bonding je hlavní výhoda Belkin, Buffalo Technology, Dell, Gateway, Hewlett-Packard,

Asus, Linksys (nyní částí Cisco Systems), Motorola, U.S. Robotics and Netcomm


6

Zrychlování 802.11gNitro 2003 – Conexant Původně jako technologie pro zrychlení

„mixed mode“ 802.11b/g sítí Poté přidáno frame-bursting, komprese DirectLink – Přímé spojení 2 klientů v

infrastructure režimu, například klient a media server, obchází AP

Nový název: Nitro MX Xtreme Signální rychlost až 140 Mbps


7

Zrychlování 802.11gMIMO

Multiple Input Multiple Output (MIMO) - technika použítí více než jedné antény pro vysílání/příjem signálu.

Všechny antény vysílají tentýž signál, rychlost přenosu se nemění Zlepšuje se dosah a rychlost v závislosti na vzdálenosti Vyzářený výkon odpovídá počtu antén Umožňuje tzv. Transmit beamforming – tvarování rádiového vlnění

tak, aby se v místě příjmu vyskytovalo vlnové maximum Transmit beamforming zvyšuje efektivní vysílací výkon se čtvercem

počtu antén Lze využít i s 802.11abgh


8

Stručná historie 802.11n 2004 – Pracovní skupina 802.11 TGn

Cíl: 270 Mbps přenosová rychlost za použití 2 MIMO spatial streams

2005 – Konkurenční návrhy skupin TGn, WWiSE a MITMOT se spojují Výhled na dokončení standardu Q2 2009

2006 – Draft 1.0 12 000 připomínek, není schválen k postupu

2007 – Draft 2.0 Schválen k postupu 3 000 připomínek Wi-Fi Alliance certification program

Listopad 2008 – Draft 7.0 Výhled na standard v listopadu 2009


9

Jak dosáhnout 600 MbpsÚprava OFDM – více subcarriers

802.11g OFDM rozděluje 20Mhz kanál na 48 datových „dílčích pásem“ (subcarriers), výsledná rychlost je 54 Mbps

802.11n používá 52 datových „dílčích pásem“ Maximální přenosová rychlost se zvýší na 58,5

Mbps


10

Jak dosáhnout 600 MbpsForward Error Correction Forward Error Correction (FEC) je

mechanizmus, který zavádí do vysílaných dat redundanci, která umožňuje v případě částečného poškození dat jejich rekonstrukci.

802.11g používá pro nejvyšší rychlost FEC schéma 3:4, tzn. pro 3 datové bity vyšle 4 s redundancí

802.11n používá schéma 5:6, tzn. na každých 5 datových bitů vyšle 6 s redundancí.

802.11n používá Low Density Parity Check (LDPC) starý 50 let, NP-úplný problém, dosud

nepoužívaný velká výpočetní složitost, používají se jednodušší

aproximace Maximální přenosová rychlost se zvýší na 65

Mbps.


11

Jak dosáhnout 600 MbpsÚprava OFDM – guard interval Mezi vysíláním jednotlivých symbolů v OFDM

se dělají „ochranné intervaly“ (guard intervals), aby k příjemci v této pauze stihly doputovat různé odrazy, které se ignorují (nebo využívají v případě MIMO)

802.11a má tento guard interval 800 ns. 802.11n zavádí volitelně možnost tento

interval zkrátit na 400 ns Maximální přenosová rychlost se zvýší na 72,2

Mbps


12

Jak dosáhnout 600 Mbps40 Mhz kanály Zatím se stále využívaly 20Mhz kanály, které

dále dělí pomocí OFDM 52 datových dílčích částí

802.11n umožňuje využít dva přilehlé 20Mhz kanály, čímž vytvoří jeden 40 Mhz kanál, který pak pomocí OFDM rozdělí na 108 datových dílčích částí

Maximální přenosová rychlost se zvýší na 150 Mbps


13

Jak dosáhnout 600 MbpsMIMO – Spatial multiplexing (1)

Spatial multiplexing využívá MIMO k vyslání více nezávislých signálů v jednom frekvenčním kanálu.

Každá anténa vysílá jiný signál s jinou „prostorovou signaturou“, příjemce je pak schopen tyto signály opět rozlišit.

Gerard. J. Foschini - Bell Laboratories Layered Space-Time (BLAST)

http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_Laboratories_Layered_Space-Time


14


Možnosti daného zařízení se dají označit notací AxB:C

A – počet vysílacích antén (modulů) B – počet přijímacích antén (modulů) C – počet nezávislých signálů (spatial streams),

které umí zařízení zpracovat


15


Dnešní 802.11n Draft 2.0 zařízení zvládají 2x2:2, 2x3:2, 3x3:2, tedy maximálně 2 nezávislé signály, na dvou až třech anténách.

Odtud dnešní maximální přenosová rychlost 300 Mbps 802.11n umožňuje až 4x4:4 Maximální přenosová rychlost se zvýší až na 600 Mbps


16

Frame aggregationMAC Service Data Units (MSDU) Agregace rámců snižuje overhead a zvyšuje propustnost pro uživatele (TCP/IP) Nutnost stejné cílové adresy


17

Frame aggregationMAC Protocol Data Units (MPDU)

Aggregate MAC Frame(One or More Encapsulated MAC Frames)

EncapsulatedMAC Frame

(or Fragment)


(or Fragment)


(or Fragment)


(or Fragment)

PSDU

PLCP Header PLCP Preamble PSDU Trailer

PPDU

Nutnost stejné cílové adresy

Kompatibilní PLCP rámec, jiný je jen PSDU obsah


18

Frame aggregationMPDU Block Acknowledgement MPDU agregace vyžaduje použití Block

Acknowledgement (BlockAck), který byl zaveden v 802.11e a vylepšen v 802.11n.Block Acknowledgement Request

Block Acknowledgement


19

Space-Time Block Coding (STBC) Malá zařízení jako mobilní telefony, PDA... mají

výjimku, mohou mít jednu anténu ostatní 802.11n zařízení musí mít nejméně 2 snižování spotřeby energie ztrácí se výhody více antén pouze jeden spatial stream

STBC MIMO technika umožňuje využít i v tomto případě výhody více antén na AP vyšší dosah vyšší rychlost v závislosti na vzdálenosti


20

Zpětná kompatibilita Koexistence se staršími zařízeními 802.11abgh se řeší na

fyzické a MAC vrstvě Fyzická vrstva

Mixed Mode (L-SIG TXOP Protection): Každý 802.11n přenos je vložen do 802.11a nebo 802.11g přenosu. Pro 20 MHz kanály stačí pro ochranu před 802.11a, 802.11g Zařízení 802.11b navíc potřebují ochranu pomocí CTS.

Přenosy ve 40 MHz kanálech v přítomnosti klientů 802.11a nebo 802.11g vyžadují ochranu pomocí CTS na obou 20 MHz polovinách.

MAC Vrstva RTS/CTS domluva nebo vyslání CTS rámce rychlostmi

odpovídajícími 802.11a nebo 802.11g zajistí ochranu následného 802.11n přenosu

I s těmito opatřeními je velký rozdíl v propustnosti mezi „green-field“ a „mixed-mode“ sítí


21

Concurrent Dual-band Používá 2,4GHz i 5GHz

pásmo současně Příklad: Quantenna

QHS1000 Uveden 14.10.2008

8 antén, 4x4:4 MIMO v obou pásmech

Rychlost přenosu až1,044 Gbps

TCP/IP propustnost až600 Mbps


22

IEEE 802.11e-2005 Součást 802.11n Zavádí Quality of Service pro VoIP a streamovaná

multimédia Vylepšuje původní přístupové metody ke sdílenému médiu

DCF – Distributed Coordination Function CSMA/CA + volitelně RTS/CTS Žádné QoS Kdo vyhraje médium, může si ho ponechat jak dlouho chce

PCF – Point Coordination Function Používá AP jako koordinátora CFP – AP určuje kdo vysílá CP – používá se DCF Umožňuje základní podporu QoS – neumožňuje definovat třídy Volitelná – skoro nikdo ji neimplementuje

Zavádí HCF – Hybrid Coordination Function


23

802.11eHybrid Coordination Function - EDCA Obsahuje 2 metody Zavádí Traffic Classes (priority)

Příklad: nízká priorita pro emaily, vysoká priorita pro Voice over Wireless Lan (VoWLAN)

Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) Stanice s přenosem vysoké priority v průměru čeká méně než stanice s

přenosem nízké priority Každá priorita má přiřazen Transmit Opportunity (TXOP), časové

kvantum, po dobu kterého může odesílatel vyslat co největší možný počet paketů

Pokud je paket tak velký, že jej není možné poslat v jednom TXOPu, musí být fragmentován

TXOP = 0 znamená omezení na jeden MSDU Ochrana přenosů stejné priority: Admission Control – AP publikuje

dostupnou kapacitu v beacon rámcích Klient si může zkontrolovat, zda je v síti pro jeho požadavek dostupná

kapacita


24

802.11eHybrid Coordination Function - HCCA HCF Controlled Channel Access (HCCA)

Podobná jako PCF Dovoluje zahájit Contention Free Phase (CFP) skoro kdykoliv v

průběhu Contention Phase (CP). Tato CFP se nazývá Controlled Access Phase (CAP)

CAP zahajuje AP, kdykoliv chce odeslat/přijmout data ve stylu Contention Free

V režimu CAP řídí přístup k médiu Hybrid Controller (HC) (AP) V režimu CP se funguje metodou EDCA Traffic Classes (TC) a Traffic Streams (TS)

Umožňuje spravovat nejen jednotlivé stanice, ale i „sessions“ HC tyto streamy může spravovat jakýmkoliv způsobem, ne nutně round-

robin Stanice poskytují délky svých front pro každou TC Stanice dostávají přidělený TXOP dle uvážení HC V režimu CP posílá AP CF-Poll rámec dovolující stanicím vysílat


25

802.11eWMM Wi-Fi Multimedia (WMM) certifikovaná zařízení musí

implementovat EDCA a TXOP. Ostatní části 802.11e jsou volitelné. HCCA je považována za nejpokročilejší a nejkomplexnější

koordinační funkci. Umožňuje stanicím přesně specifikovat požadavky na kapacitu, jitter

apod. Není povinná a skoro žádné AP ji neimplementují

Další specifikace 802.11e Automatic Power Save Delivery (APDS) – vhodné zejména pro VoIP

telefony – telefon pošle data AP, ten na to reaguje zasláním nabufferovaných dat, telefon se do dalšího vysílání uspí

Block Acknowledgement (BA) – dovoluje potvrdit celý TXOP jedním rámcem – snižuje overhead

NoAck - QoS TC může mít nastaveno QoSNoAck znamenající že rámce nevyžadují potvrzení. Vhodné pro časově kritická data.

Direct Link Setup (DLS) – Umožňuje poslat rámce přímo ze stanice na stanici v rámci BSS.


26

Bezpečnost 802.11n stále používá jako zabezpečení WPA2 s

šifrováním AES WPA/WPA2-PSK náchylné na slovníkové a brute-force

útoky Dnes výrazné zrychlení (až 100x) za pomoci GPU akcelerace –

ElcomSoft Distributed Password Recovery Tool Doporučení: používat dlouhé neslovníkové klíče a často je měnit

WPA2 Enterprise (802.1X) zabezpečení ale tímto útokem postiženo není

Srovnání rychlosti lámání hesla MS Office 2007 na CPU a GPU(zrychlení u WPA2 klíčů bude srovnatelné)


27

Benchmark Z testů vychází najevo, že klíčovou roli v

propustnosti 802.11n sítě hraje kvalita AP Graf z materiálů Aruba Networks:


28

Wi-Fi 802.11n Draft 2.0 CERTIFIED Na produktech je třeba hledat logo: Pouze certifikace zaručí kompatibilitu

mezi produkty různých výrobců Ověřovat na: http://

certifications.wi-fi.org/wbcs_certified_products.php

Spousta výrobců se snaží mást a prodávat staré produkty 802.11n Draft 802.11n Concept 300 Mbps N Wireless N

http://certifications.wi-fi.org/wbcs_certified_products.php




29


30

Wi-Fi 802.11n Draft 2.0 CERTIFIED


31

Zdroje Jiří Peterka - Slidy k přednášce Počítačové sítě, http://www.earchiv.cz

/l218/index.php3 Wikipedia – 802.11n, http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n Wikipedia – 802.11e, http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11e Wirevolution - How does 802.11n get to 600 Mbps?, http://www.

wirevolution.com/2007/09/07/how-does-80211n-get-to-600mbps/ Wi-Fi Alliance - http://www.wi-fi.org/ Atheros Communications – Getting the most out of MIMO,

http://www.atheros.com/pt/whitepapers/MIMO_WLAN_Perf_whitepaper.pdf Aruba Networks - 802.11n Client Throughput Performance,

http://www.arubanetworks.com/pdf/technology/TB_11NPERF.pdf Quantenna Communications – QHS1000 Product Brief,

http://www.quantenna.com/pdf/QHS1000.pdf Aruba Networks - Security Note on WPA and WPA2 dictionary attacks,

https://edge.arubanetworks.com/article/security-note-wpa-and-wpa2-dictionary-attacks

Elcomsoft – Distributed Password Recovery, http://www.elcomsoft.com/edpr.html

http://www.earchiv.cz/l218/index.php3



http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n

http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11e

http://www.wirevolution.com/2007/09/07/how-does-80211n-get-to-600mbps/









http://www.wi-fi.org/



http://www.atheros.com/pt/whitepapers/MIMO_WLAN_Perf_whitepaper.pdf

http://www.arubanetworks.com/pdf/technology/TB_11NPERF.pdf

http://www.quantenna.com/pdf/QHS1000.pdf



http://www.elcomsoft.com/edpr.html

ieee 802.11n

Documents