wireless - cursuri automatica si...
TRANSCRIPT
Universitatea POLITEHNICA Bucureşti
Reţele Locale de Calculatoare
Reţele Wireless
– curs 5 –02.11.200904.11.2009
Reţele Locale de Calculatoare 2
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 3
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 4
1. Rolul reţelelor wireless
Reţelele de calculatoare pot fi:
1.LAN
2.MAN
3.WAN Reţele wireless
Reţele Locale de Calculatoare 5
1. Rolul reţelelor wireless
LAN – Alternativă la cupru
Reţele Locale de Calculatoare 6
1. Rolul reţelelor wireless
Avantaje:
– Mobilitate– Investiţii reduse– Reconfigurare uşoară– Nu modificăm spaţiul
Dezavantaje:
– Bandă redusă• Half-duplex• Mediu de transmisie partajat
– Stabilitate a conexiunii scăzută
LAN – Alternativă la cupru
Reţele Locale de Calculatoare 7
1. Rolul reţelelor wireless
MAN - Conexiuni punct-la-punctAlternativă la fibra optică
Reţele Locale de Calculatoare 8
1. Rolul reţelelor wireless
Avantaje:
– Mobilitate– Costuri reduse– Nu e nevoie de aprobare
Dezavantaje:
– Bandă redusă– Stabilitate a conexiunii
scăzută
MAN - Conexiuni punct-la-punctAlternativă la fibra optică
Reţele Locale de Calculatoare 9
1. Rolul reţelelor wireless
O nouă perspectivăMAN - Conexiuni punct-la-multipunct
Reţele Locale de Calculatoare 10
1. Rolul reţelelor wireless
MAN - Conexiuni punct-la-multipunctO nouă perspectivă
Reţele Locale de Calculatoare 11
1. Rolul reţelelor wireless
În concluzie, reţelele fără fir:
Deschid noi perspective în comunicaţia de date
Nu vin să înlocuiască reţelele cu fir
Tendinţe: wired pe backbone/wireless la nivel distribuţie
Reţele Locale de Calculatoare 12
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 13
2. Undele electromagnetice
Suportul comunicaţiei wireless• Undele electromagnetice
Mediul comunicaţiei wireless• Atmosfera terestră (adesea, dar poate să lipsească )
Reţele Locale de Calculatoare 14
2. Undele electromagnetice
Spectrul electromagnetic:
Reţele Locale de Calculatoare 15
2. Undele electromagnetice
• Absorbţia în atmosferă creşte cu creşterea frecvenţei
• Capacitatea de penetrare scade cu creşterea frecvenţei
• Undele înalte sunt mai costisitoare
• Undele înalte sunt mai nocive
Reţele Locale de Calculatoare
2. Undele electromagnetice
Frecvenţa Frecvenţe mici Frecvenţe mari
Distanţa de propagare Mare Mică
Interferenţe Mari Mici
Costuri echipamente Mici Mari
Influenţa asupra organismelor
Mici Mari
.... Undele joase sunt deci “mai bune”
Reţele Locale de Calculatoare
2. Undele electromagnetice
17
Mediu Proprietate
Unde electromagnetice Semnal electric
Delimitarea zonei de propagare
In general NU există (semnalul se degradează odată cu distanţa)
Izolator
Protejarea semnalului
Nu există (unde emise pe aceeaşi frecventa = interfera)
Izolatori speciali folosiţi pentru ecranare (STP, FTP)
Atenuarea semnalului
Prezentă Prezentă
Licenţă pentru transmisie
Uneori Da Nu
Reţele Locale de Calculatoare 18
2. Undele electromagnetice
Unde în spectru avem loc?
• Frecvenţele joase sunt deja ocupate: – televiziune– radio– comunicaţii militare– aviaţie– telefonie mobilă
• Frecvenţele înalte sunt singurele libere
Reţele Locale de Calculatoare 19
2. Undele electromagnetice
Benzile ISM şi UNII(Industrial Scientific&Medical)(Unlicensed National Information Infrastructure)
• Nu necesită licenţierea emisiei • Reţele wireless, telefoane cordless, telecomenzi, mouse-uri şi tastaturi wireless• Frecvenţe....înalte• Banda 902-928 MHz a fost retrasă în 2006
902-928MHz
2.401-2.483GHz
3 KHz 3 GHz 3 THz
5.470-5.725GHz
unde radio microunde
5.725-5.850 GHz
Reţele Locale de Calculatoare 20
2. Undele electromagnetice
Reţelele wireless folosesc microunde...
Reţele Locale de Calculatoare 21
2. Undele electromagnetice
Reţelele wireless folosesc microunde...
• Se absorb foarte uşor în atmosferă• Se reflectă uşor• Sunt destul de costisitor de utilizat
• Sunt dăunătoare !?
Nu, căci se utilizează puteri foarte mici
Reţele Locale de Calculatoare 22
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 23
3. Transmisia în spectru împrăştiat
Benzile ISM sunt foarte aglomerate:
Reţele Locale de Calculatoare 24
3. Transmisia în spectru împrăştiat
Benzile ISM sunt foarte aglomerate:
Reţele Locale de Calculatoare 25
3. Transmisia în spectru împrăştiat
Benzile ISM sunt foarte aglomerate...
Zgomotul este, în general, de bandă îngustă..
..Se foloseşte transmisia în spectru împrăştiat
Put
ere
Frecvenţă
Put
ere
Frecvenţă
Reţele Locale de Calculatoare 26
3. Transmisia în spectru împrăştiat
• FHSS = Frequency Hopping Spread Spectrum– schimbarea periodică a frecvenţei de lucru
• DSSS = Direct Sequence Spread Spectrum– înlocuirea fiecărui bit cu o secvenţă de mai mulţi biţi (chipping)
• OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplexing– transmisie în paralel pe mai multe purtătoare ortogonale între ele
Reţele Locale de Calculatoare 27
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 28
4. Echipamente
• Standard:– Adaptoare wireless– Access Point (AP)– Bridge– Range expander– Antene
• Combo:– AP/Bridge– Router wireless– Bridge/Switch
Reţele Locale de Calculatoare 29
4. Echipamente
Adaptoare wireless:
• Mini-PCI
• USB
• PCI
• PCMCIA
Reţele Locale de Calculatoare 30
4. Echipamente
Access Point-uri
Reţele Locale de Calculatoare 31
4. Echipamente
Funcţiile unui access point
• Asociere/Dezasociere/Reasociere
• Autentificare
• Criptare
Reţele Locale de Calculatoare 32
4. Echipamente
Bridge-uri
Reţele Locale de Calculatoare 33
4. Echipamente
Range Expander - în realitate acesta este un repetor
Reţele Locale de Calculatoare 34
4. Echipamente
Antene
Antena omnidirecţională 12 dBi
Antena unidirecţională 28 dBi
Antena sectorială 14 dBi
Antena unidirecţională 14 dBi
Reţele Locale de Calculatoare 35
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 36
5. Topologii specifice
Topologie IBSS Reţea ad-hoc
Reţele Locale de Calculatoare 37
5. Topologii specifice
Topologie BSS Reţea infrastructură
Reţele Locale de Calculatoare 38
5. Topologii specifice
Interconectarea wireless a reţelelor
Access Point Bridge
Switch Switch
A B
1. Distanţe mici
Ca funcţionare ambele sunt bridge-uri, ca hardware avem un AP şi un bridge, sau 2 AP-uri
Reţele Locale de Calculatoare 39
5. Topologii specifice
Interconectarea wireless a reţelelor
2. Distanţe mari
Reţele Locale de Calculatoare 40
5. Topologii specifice
Interconectarea wireless a reţelelor
2. Distanţe mari
Bridge
Switch Switch
Bridge
Reţele Locale de Calculatoare 41
5. Topologii specifice
Wireless Distribution System - WDS
Reţele Locale de Calculatoare 42
Reţele Locale de Calculatoare
5. Topologii specifice
43
UPS
IP phone
Access Point
• Power over Ethernet• 48 V – suficient pentru dispozitive de tip AP• Avantajul topologiei fizice (plasarea AP-ului independent de reţeaua electrică)
01010
Reţele Locale de Calculatoare 44
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 45
6. Standarde pentru reţele locale
Standardul 802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Frecvenţă 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz 2.4 || 5 GHz
Bandă 54 Mbps 11Mbps 54Mbps 600 Mbps (MIMO)
Spread spectrum
OFDM DSSS OFDM OFDM
Avantaje Interferenţă scăzutăBandă mareMulte staţii
Distanţă marePreţ scăzut
Bandă mareDistanţă marePreţ scăzutCompatibil b
Bandă mareDistanţă mare (4x)Preţ scăzut
Dezavantaje Distanţă micăPreţ ridicatIncompatibilitate
Bandă mică Interferenţemai mari
ca la a
Draftul 4.0
Popularitate
Reţele Locale de Calculatoare 46
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 47
7. Accesul la mediu
Mediul de transmisie este partajat......dacă două staţii transmit simultan rezultă o coliziune
Este nevoie de o tehnică de acces la mediu......care să trateze problema coliziunilor
Reţele Locale de Calculatoare 48
7. Accesul la mediu
De ce nu CSMA/CD ?
Problema statiei ascunse
Reţele Locale de Calculatoare 49
7. Accesul la mediu
Două soluţii:
• Coordonare centralizată: Access Point-ul face jocul
• Coordonare distribuită: CSMA-CA (cel mai adesea)– CSMA/CA se poate poate implementa:
• ACK : dacă nu s-a primit ACK pentru un pachet se consideră pierdut -> se retransmite după un timp random
• RTS/CTS : rezervarea canalului în avans
Reţele Locale de Calculatoare 50
7. Accesul la mediu
CSMA/CA Carrier-Sense Multiple Access
with Collision Avoidance
SIFS – Short Interframe SpaceDIFS – Distributed Interframe Space
Reţele Locale de Calculatoare 51
7. Accesul la mediu
CSMA/CA Carrier-Sense Multiple Access
with Collision Avoidance
SIFS – Short Interframe SpaceDIFS – Distributed Interframe Space
Reţele Locale de Calculatoare 52
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 53
8. Formatul cadrului 802.11
Versiune
2
control cadru
2
durată
2adresă
1
6adresă
2
6adresă
3
6secvenţăcontrol
2adresă
4
6
date
0-2312
CRC
4
tip
2
subtip
4către AP
1de la AP
1
frag.
1
retry
1powermgt
1
date
1
WEP
1
Rsvd
1
• Protocol Version – deocamdată 00• Type – Management / Control / Data• Subtype – Association Request, ACK, Data, etc.• către AP/de la AP – 1 dacă destinaţia/sursa este reţeaua cu fir• frag. – Mai sunt fragmente de transmis• Retry – retransmisie a unui fragment transmis anterior• Power mgt – statia va intra in mod consum redus, imediat dupa transmisie• More Data – mai sunt frame-uri în bufferul de transmisie• WEP – cadrul este criptat
Reţele Locale de Calculatoare 54
8. Formatul cadrului 802.11
• către AP sau DS (Distribution System) = către reţeaua cu fir• Durată – timpul de transmisie fragment + 1 CTS + 1 ACK + 3 x SIFS• control secvenţă – numărul de secvenţă al fragmentului• CRC – suma ciclică de control pe 32 de biţi
către AP de la AP adresa 1 adresa 2 adresa 3 adresa 4
0 0 destinaţie sursă BSSID -
0 1 destinaţie BSSID sursă -
1 0 BSSID sursă destinaţie -
1 1 Adresă receptor Adresă transmiţător destinaţie sursă
Versiune
2
control cadru
2
durată
2adresă
1
6adresă
2
6adresă
3
6control
secvenţă
2adresă
4
6
date
0-2312
CRC
4
tip
2
subtip
4către DS
1de la DS
1
frag.
1
retry
1powermgt
1
date
1
WEP
1
Rsvd
1
Reţele Locale de Calculatoare 55
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 56
9. Canale multiple
• Mediul este partajat
• Staţiile dintr-o reţea se coordonează pentru accesul la mediu
Pot mai exista mai multe reţele în acelaşi spaţiu?
DA, dar în condiţii speciale!
Reţele Locale de Calculatoare 57
9. Canale multiple
- Ce bandă utilizează o reţea wireless? - Paaai...., în funcţie de banda digitală, de metoda de transmisie în spectru împrăştiat şi bine-nţeles, de modulare.- Bine, atunci cât utilizează o reţea standard, să spunem 802.11g?- Cam 22 MHz.- Şi 802.11g utilizează banda ISM de 2.4 GHz, nu?- Da...
Wireless, dragă!
Reţele Locale de Calculatoare 58
9. Canale multiple
- Păi lăţimea benzii este de 2.473 – 2.401 = 72 MHz !- Văd unde baţi, păi înseamnă că ar fi loc de 72/22 = 3 reţele.- Exact.- Nu am putea pune atunci 3 reţele în acelaşi spaţiu, fără să ne mai punem problema coliziunilor ?- Ba cred că da, pentru că avem practic o multiplexare în frecvenţă!- Aşa e .
Îmi iau şi eu!
Reţele Locale de Calculatoare 59
9. Canale multiple
Reţele Locale de Calculatoare 60
9. Canale multiple
Aplicaţii ale canalelor multiple:
• Colocalizarea mai multor reţele• Extinderea benzii şi a razei de acoperire• Roaming
Amendamente recente:
802.11h - încorporat în 802.11 în 2007 specifică 23/19 (SUA/Europa) canale pentru 802.11a, obţinute prin folosirea benzilor UNII
Reţele Locale de Calculatoare 61
9. Canale multiple
Topologie ESS – Cele două BSS-uri utilizează canale disjuncte
Reţele Locale de Calculatoare 62
9. Canale multiple
Acoperirea unei suprafeţe mari folosind doar 3 canale
Canalul1
Canalul1
Canalul6
Canalul11
Canalul11
Canalul11
Canalul1
Canalul6
Canalul6
Canalul6
Reţele Locale de Calculatoare 63
9. Canale multiple
Interesant mai ales pentru reţele publice
Reţele Locale de Calculatoare 64
Cuprins
1. Rolul reţelelor wireless2. Undele electromagnetice3. Transmisia în spectru împrăştiat4. Echipamente specifice5. Topologii specifice6. Standarde pentru reţele locale7. Accesul la mediu8. Formatul cadrului 802.119. Canalele de comunicaţie10. Mecanisme de securitate
Reţele Locale de Calculatoare 65
10. Mecanisme de securitate• Manipularea semnalului
– Diminuarea puterii de emisie– Folosirea de antene direcţionale
• Eliminare SSID broadcast
• MAC Filtering
• WEP (Wired Equivalent Privacy)– Autentificare şi Criptare RC4– Cheia de criptare statică (spart !!)
• WPA (Wi-Fi Protected Access)– TKIP (Temporary Key Integrity Protocol)– WPA personal şi WPA enterprise (server RADIUS)
• Din 06.2004 s-a standardizat WPA2 – 802.11i– bazat AES
Reţele Locale de Calculatoare
10. VLAN-uri în Wireless
• Maparea a mai multe SSID-uri pe mai multe VLAN-uri• Separarea reţelei după diferite privilegii de securitate.• Trebuie folosit acelaşi canal
66