Universidad Carlos III de Madrid Dpto. de Ingeniería Telemática Ingeniería de Telecomunicaciones. Curso Telemática.

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1 Índice Redes de Área Local Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella Introducción. Topología y Arquitectura Medios de Transmisión MAC, LLC Ethernett Fast Ethernet Gigabit Ethernet WLAN LAN 2 Definiciones IEEE. Red Área Local sistema de comunicación de datos que permite a un cierto número de dispositivos independientes comunicarse directamente entre sí, dentro de un área geográfica reducida y empleando canales físicos de comunicación de velocidad moderada o alta IEEE. Red Área Metropolitana. Área geográfica mas ámplia. Interconexión de R.A.L.s Tasas de error y retardo superiores. Redes de Area Local/Metropolitana Ethernet Thicknet UTP Thinnet Fibra LAN Token-Ring FDDI Radio 4 Mbps16 Mbps Fibra Otros Fast Ethernet Token-Bus Otras..... ATM-LAN LANE LIS LAN 3 LAN 4 Características Básicas LANs Medio de transmisión compartido. Redes de difusión. Interconexión de equipos informáticos: Compartición de recursos Red Privada corporativa Cobertura geográfica limitada it (< 10 Km.) Velocidades de transmisión elevadas (1-100 Mbps) Tasas de error de transmisión muy bajas (~10-9 ) Uso transparente Fácil instalación y explotación Gestión y Administración de la LAN. Principales Beneficios Compartición de Recursos datos e información actualizados acceso a periféricos programas y aplicaciones comunicaciones Incremento de la capacidad de comunicaciones Reducción de costes directamente: recursos indirectos: aumento de productividad Información distribuida pero acceso único. LAN 5 LAN 6 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 1

2 Topologías Básicas Topología Lógica y Física Estrella Bus T.Física: Estrella Anillo Otras: Arbol, Doble Anillo, Malla T.Lógica: BUS T.Lógica:Anillo LAN 7 LAN 8 Comparación entre topología básicas (1) Criterio Estrella Bus Anillo Seguridad ante Fallos + Control central + Fiabilidad frente a fallos de estaciones - Nodo central crítico Facilidad de + Facilidad conex/desconex configuración estaciones y gestión - Flexibilidad: cambios costosos (1 interfaz hub y 1 enlace por estación) + Fiabilidad frente a + Permite fallos de estaciones encaminamiento + eliminación alternativo automática de señal en - Cualquier fallo en un extremos nodo activo o en el - medio de medio afecta a toda la comunicación crítico red - Eliminación no automática info caducada + Topología simple +Fácil + Flexibilidad de administración reubicación de puestos - Cualquier cambio en la configuración de estaciones exige modificar la estructura de la red - Gestión en estación mas compleja con doble anillo Comparación entre topología básicas (y 2) Criterio Estrella Bus Anillo Capacidad de cursar tráfico Retardo introducido Medio físico + Con estaciones, limitada por medio físico - De red, limitada por hub + No hay decisión de encaminamiento i - Paso por hub + Topología idónea para fibra óptica - Un incremento de +Limitada sólo por carga en la red medio físico: no hay aumenta las colisiones competencia por el y disminuye el medio ni colisiones rendimiento +No hay decisión de encamianmiento i - Espera por el canal libre + Topología válida para cualquier medio de transmisión +No hay decisión de encaminamiento. i - Retardo introducido por cada estación +Topología válida para cualquier medio de transmisión LAN 9 LAN 10 Arquitectura Elementos de una LAN.... N.Red Subnivel LLC: Control del enlace de datos: ensamblado y desensamblado, multiplexado y comprobación de direcciones Subnivel MAC: Control de acceso al medio físico de modo que múltiples estaciones puedan compartir el mismo Tarjetas Cableado Equipamiento de conectividad ce N.Enlac LLC MAC N.Físico Ethernet Token Bus LLC Token Ring DQDB FDDI LAN 11 LAN 12 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 2

3 Medio Físico Pares: Universidad Carlos III de Madrid Nivel Físico UTP ( Unshielded Twisted Pair ) STP ( Shielded Twisted Pair ) FTP ( Foiled Twisted Pair ) Coaxial: thick, thin Fibra Optica: monomodo, multimodo, gradual Distancia Comparación Medios de Transmisión COAXIAL PARES FIBRA Grueso Fino UTP STP OPTICA Velocidad 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps >100 Mbps. transmisión < 2,2 Gbps Longitud 500 m 200 m 100 m 100 m (Km) enlace Inmunidad Excelente Excelente Pobre Buena Inmune a interferencias eléctricas Tamaño Medio Medio Pequeño Grande Diminuto conectores Flexibilidad Media-alta Alta Alta Alta Media-alta cable Facilidad Media-Alta Fácil Fácil A medida Media-alta instalación (conectores) (conexiones) Coste Medio Medio-bajo Bajo Medio-Bajo Alto LAN 13 LAN 14 Caudal Agregado Control de Acceso al Medio Cn... C1 C2 Inter-red red LAN C5 C6 C3 C4 Mecanismo de arbitraje necesario para hacer un uso eficiente de la capacidad de transmisión de la red por los dispositivos conectados a la misma Parámetros: Control centralizado o distribuido. Cómo realizar el control: en función del coste, prestaciones, complejidad... Caudal Agregado = Σ Ci LAN 15 LAN 16 Tipos de Control de Acceso al Medio Reserva: MDF, MDT, conmutación de circuitos. Sondeo. Contienda. Simple: Aloha simple y ranurado. Contienda con escucha:csma. Contienda con escucha y detección de colisión: CSMA/CD. Paso de testigo en anillo y en bus. CSMA/CD vs Paso de testigo Criterio CSMA/CD Token Passing Tipo de Acceso Descentralizado aleatorio Descentralizado determinístico Homogéneo para cada estación de la red. Homogéneo para cada estación de la red Topología Bus, estrella/árbol Anillo, Bus, estrella/árbol Tipo de Tráfico Tráfico bajo y/o mensajes esporádicos Tráfico uniforme y/o elevado adecuado (aunque sean largos): tipo PC Rendimiento de + Alto con tráfico bajo - Medio/alto con tráfico bajo. la red -Medio/bajo con tráfico alto: una mayor carga +Alto con tráfico alto: inexistencia de de la red puede provocar colisiones más colisiones en el medio, por lo que una frecuentes y una reducción del rendimiento mayor carga de la red no afecta de la red negativamente a su rendimiento - Riesgo de monopolización de la red por una (relativamente constante) estación - Dependencia de testigo: riesgo de perdida. Retardo + Es posible transmisión inmediata - Se requiere espera por testigo: retardo introducido + Retardo pequeño con tráfico bajo elevado en grandes anillos. + Momento de acceso y tiempo de espera - Retardo medio con tráfico bajo para transmitir impredecible. + Momento de acceso y tiempo de - Retardo muy grande con tráfico alto. espera para transmitir predecible. + Retardo limitado con tráfico alto. LAN 17 LAN 18 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 3

4 LLC: Multiplexación del MAC Control del Enlace Lógico (802.2) IP IP IPX... IPX LLC ARP IP IPX MAC ARP ARP Usuarios LLC: protocolos de capas superiores funciones de gestión de red. Usuarios origen y destino: direcciones DSAP y SSAP. Formato de PDU de LLC: ARP IP IPX o 2 variable DSAP SSAP CTL Información LLC está basado en HDLC. LAN 19 LAN 20 Control del Enlace Lógico (802.2) DSAP y SSAP Multiplexación del MAC 2 bits para individual/grupo y global/local Campo de Control en CO 1 Octeto: SABME, DISC, DM, FRMR y UA 2 Octetos: I, RR, RNR y REJ Tres tipos de servicio: CL, CO y semi-cl Servicio CO => N(S) de 7 bits Servicios LLC (1) No orientado a conexión sin confirmación. De tipo datagrama. Sin mecanismos de control de flujo y errores (no garantiza la entrega de datos). Útil en los siguientes casos: Cuando las capas superiores ofrecen seguridad y control de flujo (p.e. TCP). Cuando el coste de establecimiento y mantenimiento de la conexión es injustificado y contraproducente. LAN 21 LAN 22 Servicios LLC (y 2) SAPs asignados globalmente Modo conexión. Establecimiento de conexión lógica entre dos usuarios. Posee mecanismos de control de flujo y errores. Mantenimiento de tablas con el estado de las conexiones. Útil en los siguientes casos: Dispositivos simples (controladores de terminal, p.e.) No orientado a conexión con confirmación. Mezcla de 1 y 2. Confirmación de datagramas sin establecimiento de conexión lógica. Útil en los siguientes casos: Procesos de control, empresas automatizadas. Gestión de alarmas o señales de control de emergencia. LAN 23 AA - SubNetwork Access Protocol (IETF) 42 - PDU correspondiente a un puente BC- Banyan Vines F4 - IBM network management 06 - Internet Protocol FE - ISO F0 - Network Basic Input/Output System E0 - Novell Netware FF - Broadcast F8 - IBM remote program load 80-3COM Xerox Network Services LAN 24 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 4

5 Estándares estándar de derecho : proceso de normalización desarrollado por algún organismo de estandarización estándar de hecho : aceptación generalizada en el mercado Comités ISO IEEE ANSI ATM Forum IETF Normativa LAN (1) IEEE 802.2/ISO (LLC). Define el interfaz LLC correspondiente al nivel 2 de enlace del modelo OSI para LANs. IEEE 802.3/ISO (Ethernet). N.Físico: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF, etc MAC: CSMA/CD sobre topología lógica en bus IEEE 802.5/ISO (Token Ring) N.Físico: UTP (1 y 4 Mbps), STP (16 Mbps), COAX (4, 20 y 40). MAC: Paso de testigo sobre topología lógica en anillo. LAN 25 LAN 26 Normativa LAN (y 2) Normativa IEEE 802 ANSI FDDI/IEEE N.Físico: Fibra Optica, 100 Mbps MAC: Paso de testigo sobre topología lógica en doble anillo. Redes LAN de Alta Velocidad 100BaseT (802.3u) 100Base VG (802.12) Virtual LANs LIS LANE LAN 27 LAN 28 Ethernet vs. IEEE Ethernet fue el origen. Diseñado por Xerox para conectar 100 ordenadores mediante un cable de 1 Km , norma de IEEE promovida por DEC, Xerox e Intel. Diferencias: Velocidad: Ethernet 10 Mbps 802.3: 1-10 Gbps Trama MAC: Campo de Tipo (Ether.) o Longitud (802.3) IEEE 802.3: Nivel Físico Medios Físicos y distancia Pares: UTP (Cat >=3) y STP. 100 m Coax: Thinnet 200 m, Thicknet 500 m Fibra multimodo: 2500 m ($$$). Topología física en bus (coax.) o estrella Evolución hacía topología en estrella por facilidad de gestión. Topología Lógica en bus Repetidores <=4 Diámetro máximo: 2500 metros Codificación Manchester LAN 29 LAN 30 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 5

6 Norma CSMA/CD sobre bus lógico Medio físico 10 BASE 5 Coax Thick 10 Mbps Banda Base 10 BASE 2 Coax thin 10 Mbps Banda Base 10 BROAD 36 Coax BA 10 Mbps Banda Ancha 1 BASE 5 UTP 1 Mbps Banda Base 10 BASE T UTP 10 Mbps Banda Base 10 BASE F F.O. 10 Mbps Banda Base V. Transmisión Distancia Max. Otras caract. 500 m. Topología multipunto en bus. Hasta 4 repetidores (max 5, 2500) 180 m Hasta 4 repetidores (max 5, 1000) m Mas cara, poco utilizada m Topología en estrella o árbol Max. 5 segmentos (4 nodos) entre usuario y hub raíz, 200 m entre nodos 100 m topología en estrella o árbol. Max. Dist. Entre repetidores 200 m. 500 m Topología en estrella o árbol. Max. Distancia entre repetidores 2,5 Km. Uso en entornos de alto nivel de ruido. IEEE 802.3: MAC Velocidad de acceso: 10 Mb/s Técnica de acceso: CSMA/CD Topología Lógica en Bus Capacidad Agregada: g 30% por segmento Soporte de multicast Tramas no propias filtradas por el Hw LAN 31 LAN 32 IEEE 802.3: Formato de trama 802.3: Long. Trama Mínima Bytes: o 6 2 o Preámbulo y 1 de SFD D.Destino D.Origen Longitud Datos PAD CRC Preambulo: Sincronización Direcciones: Individual: 0 Grupo: 1 Pad: relleno para conseguir trama mínima y poder realizar CD. Trama mínima correcta 64 Octetos. CRC de todos los campos menos: preámbulo, SFD y CRC. t o t o + X p t o + X p t o + 2X p A A A A B B B B Fijados Velocidad Txt 10 Mbps Long Máxima 2500 m 4 Repetidores Mínima trama 51,2 µseg = 2 * Xp 64 octetos Regla de Diseño Segmentos 4 Repetidores 3 Segmentos con nodos 2 segmentos deinterconexión 1 dominio de colisión de hasta 1024 estaciones con diametro de 2500 m. LAN 33 LAN 34 IEEE 802.3: Direcciones 1 bit 1 bit 22 bits 24 bits Grupo Global Código fabricante Número de serie Grupo=0 => dirección individual Global=0 => dirección local Código de fabricante obtenido del IEEE Ej: a Características Resumen Tecnología con mayor penetración en el mercado Simplicidad de instalación Retardo de acceso en baja carga despreciable. No soporta prioridades No apropiada para tráfico de tiempo real. Tamaño mínimo de trama 64 bytes Longitud máxima 2,5 Km. LAN 35 LAN 36 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 6

7 Fast Ethernet: Características Intento de acelerar la red ethernet: 802.3u (1995) Se modifica el nivel físico, reduciendo el tiempo de bit en un factor de 10 (10 ns), permitiendo un ancho de banda de 100 Mbps. Los demás elementos de la norma se mantienen sin cambios: interfaces, estructura y longitud de tramas, detección de errores, método de acceso,etc. Es compatible y puede coexistir con redes ethernet tradicionales: Autoconfiguración. Basada en 10BaseT. (solo admite topología física en estrella). Requiere equipos de interconexión (Hubs, Switches) Cableado:(categoría3,4y5UTP,STPyFO) LAN 37 Ethernet vs. Fast Ethernet Ethernet Fast Ethernet Velocidad 10 Mbps 100 Mbps Standard (u) Método Acceso CSMA/CD CSMA/CD Topología Bus, Estrella Estrella Cableado Coax, UTP, Fibra UTP, STP, Fibra Distancia 100 m 100 m Diámetro 2500 m 210 m LAN 38 Arquitectura Opciones 100 Base T IEEE (100Mbps).... MII: Media Independent Interface MDI: Media Dependent Interface 100BASE-X MAC* 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 N.Físico MII MDI MII 100Base-T4 100Base-TX 100Base-F 2 UTP clase 5 2 STP 2 fibras ópticas 4 UTP clase 3 ó 5 LAN 39 LAN Base T4 100 Base TX UTP categoría 3 Frecuencia de transmisión: 25 MHz Utiliza 4 pares Uso de señales ternarias (0,1,2) en línea. 3 pares para transmisión: 100 Mbps 3 pares para recepción: 100 Mbps 2 pares configurados para transmisión bidireccional. 1 para detección de colisiones Codificación 8B6T Longitud máx. 100 m UTP categoría 5 y STP 125 MHz Utiliza 2 pares. 1 para forwarding: 100 Mbps 1 para recepción: 100 Mbps Codificación 4B5B-NRZI, compatible FDDI Longitud máxima: 100 m. SemiDuplex vs Full Duplex LAN 41 LAN 42 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 7

8 100 Base FX FO Utiliza dos: una para transmitir y otra para recibir. Necesario convertidor de secuencia de grupos de código 4B/5B-NRZI en señales ópticas: Modulación de intensidad: 1 -> ráfaga o pulso de luz, 0 -> ausencia de pulso o pulso de muy baja intensidad. 100 Mbps full duplex Longitud máxima: 2000 m. Configuración de Hubs Compartido: Hubs 100BaseT: 100BaseTX y 100BaseT4 Todas las líneas comparten el mismo dominio de colisión Conmutado: Switch Se utiliza buffering por línea Cada línea tiene su propio dominio de colisión Tramas conmutadas mediante el hub (backplane) 100BaseFX y 100BaseT LAN 43 LAN 44 Autonegociación: Nway Los hubs pueden manejar una mezcla de conexiones a 10Mbps y 100Mbps. Protocolo opcional que permite reconocer y adaptarse a los tipos de estaciones existentes dentro de un segmento: fácil integración y evolución. Server 10Mbp s Switch 10BaseT Switch 100BaseT Switch 100BaseT Server 100Mbps 10Mbps 100Mbps Integración y Evolución 100BaseT Switch BaseT HUB 10BaseT Switch BaseT Hub LAN 45 LAN 46 Gigabit Ethernet (802.3z) (1) Aprobado en Junio de 1998 Utiliza Formato trama estándar de Ethernet 802.3z incluye especificaciones de: MAC: full duplex (punto a punto) y semiduplex (canales difusión compartidos) CSMA/CD en Canales compartidos Full-duplex l en Punto a punto 3 interfaces de nivel físico: 1000Base-SX: FO Multimodo, cableado horizontal de edificios ( m). Modo Full Duplex 1000Base-LX: FO Monomodo, backbone e interconexiones de campus (hasta 5000m). Modo Full Duplex 1000Base-CX: SBC (Shielded Balanced Copper, mejora de STP), sala de equipos, clusters, etc... (25 m) 802.3ab: incluye nuevo nivel físico 1000Base-T para soporte de cables UTP 5 (100 metros). LAN 47 Gigabit Ethernet (802.3z) (2) Mejoras sobre Ethernet 10/100 (Medio compartido): Extensión de Portadora: hasta 512 bytes Ráfagas de Tramas Trama 1 Trama 2 Ext. Portadora 512 bytes LAN 48 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 8

9 Gigabit Ethernet (802.3z) (3) Uso de Gigabit Ethernet Servidores de alta capacidad: BBDD Interfaz para tecnologías de alta velocidad: DWDM Anillo DWDM Gigabit Ethernet LAN Gigabit Ethernet (802.3ae) Aprobada Junio 2002 Aumento de la velocidad en x10 Utilización en entorno LAN/WAN sobre fibra obscura o SONET/SDH Compatibilidad con Byte frames No soporta Half-Duplex No existe CSMA/CD Soporte Full-Duplex Utilización de F.O. LAN PHY 10Gb/s WAN PHY 9.29Gb/s (SONET framing overhead) LAN 50 10GbE: Interfaces Definidos (PMD) 10GbE: Arquitectura 802.3ae 10GBase-SR: < 300m sobre fibra obscura (F.O.) 10GBase-SW: < 300m sobre SONET Fibra multimodo 850nm 10GBase-LR: 2m-10km sobre F.O. 10GBase-LW: 2m-10km over SONET Fibra Monomodo 1310nm 10GBase-ER: 2m 40km sobre dark fiber 10GBase-EW: 2m 40km sobre SONET Fibra Monomodo 1550nm 10GBase-LX4 4 λ sobre fibra monomodo/multimodo 1310nm WWDM LAN PHY 8B/10B WWDM PDM 1310nm Full Duplex Media Access Control (MAC) 10Gb Media Independent Interface (XGMII) or 10Gb Attachment Unit Interface (XAUI) Serial LAN PHY 64B/66B Serial PMD 850nm Serial PMD 1310nm Serial PMD 1550nm Serial PMD 850nm Serial WAN PHY 64B/66B + WIS Serial PMD 1310nm Serial PMD 1550nm 10GBase-CX4: Soporta cobre hasta 15 m (Aprobada Febrero 2004). LAN 51 Fuente: 10GE Alliance Technology Overview White paper LAN 52 10GbE: Aplicaciones Entornos LAN/MAN/WAN Interconexión de enlaces POP de ISP Internet peering Conexiones de Servidores Conexión de Routers de Core a SDH/FO... WLAN: Redes de Área Local Inalámbricas LAN 53 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 9

10 LAN vs WLAN Similitud Compatibilidad con LAN: aplicaciones, protocolos, uso, etc ofrece el mismo servicio que LLC Transparente a los Protocolos superiores. Diferencias: Interfaz Aire: Radio o Infrarrojos Seguridad WEP Problemas de Transmisión: Atenuación, Reflexión Movilidad Acceso a servicios independiente de su posición. Localización de Servicios. Complejidad del protocolo. N.Enla ace.... N.Red LLC MAC N.Físico LLC Ethernet WLAN IEEE : Introducción Primer estándar para WLAN (1997), revisado en 1999 Define un subnivel MAC, servicios y protocolos de gestión y tres niveles físicos (PHY): IR: Infrarrojos FHSS: Frecuency Hopping Spread Sprectrum DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum Todos ellos soportan 1 y 2 Mbps Banda 2,4 GHz, ISM. Posteriormente ( 99) se definen otros dos PHY a: OFDM: Orthogonal frecuency domain multiplexing en la banda 5 GHz b en la banda 2,5GHz soportando hasta 11 Mbps. LAN 55 LAN 56 IEEE : Introducción (2) Bandas Libre de Frecuencia (ISM) Diseñado para ofrecer los mismos servicios de redes fijas (802.3): Alto throughput, entrega fiable de información, conectividad continua.. y con soporte para Movilidad transparente Ahorro de energía Audio Extremely Very Low Low Low Short Wave Radio AM Broadcast Medium High Very Ultra High High FM Broadcast Television Infrared wireless LAN Cellular (840 MHz) NPCS (1.9 GHz) Super High Infrared Visible Ultraviolet X-Rays Light MHz 26 MHz GHz 83.5 MHz (IEEE ) b and g 5 GHz (IEEE ) HiperLAN HiperLAN a LAN 57 LAN 58 Arquitectura b Formado por los elementos: Estación (MS) Punto de acceso (AP) Medio inalámbrico Conjunto Básico de Servicios i (BSS) La estación de distribución (DS) Conjunto extendido de servicios (ESS) Estación Pueden ser: Moviles Portables Estacionarias Se conectan al medio inalámbrico Disponen de los siguientes servicios: Autenticación De-autenticacíón Privacidad Entrega de datos (MSDU) LAN 59 LAN 60 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 10

11 BBS: Conjunto básico de servicios BBS es un conjunto de estaciones que se comunican entre sí. IBSS: (Independent BSS): No disponen de conexión al exterior (red fija). Comunicación directa entre estaciones Puede no existir comunicación directa entre todas las estaciones (Nodo Oculto) No existe función de reenvío. Si dos estaciones quieren comunicarse entre sí deben tener conectividad directa Suelen denominarse redes ad-hoc BSS en infraestructura t (BSS) Son BSS que disponen de un Punto de Acceso: AP El AP proporciona distribución de servicios. En este modo todas las estaciones se comunican con el AP. El AP proporciona la función de relay entre estaciones y en caso de existir la conectividad con otras redes (ej: red fija). Comunicación entre estaciones se realizan en dos saltos: estación- AP, AP-estación. CELDA Configuraciones de WLANs Modo Infraestructura vs Ad-hoc Backbone de alta velocidad Wired LAN INFRAESTRUCTURA WLAN ESTACIÓN NOMADA WLAN AD HOC LAN 61 LAN 62 Tipos de redes ESS: Conjunto Extendido de Servicios LAN 802.x LAN ESS es un conjunto de BSSs en modo infraestructura, donde los APs se comunican entre sí para reenviar tráfico desde un BSS a otro y para permitir la movilidad entre usuarios de una BSS a otra. STA 1 ESS BSS 1 Punto Acceso Portal Sistema de distribución Punto Acceso STA 1 BSS 1 STA 2 STA3 El AP realiza esta función mediante un medio abstracto denominado DS (sistema de distribución DS-) El DS es el backbone de las WLAN y puede ser construido con redes cableadas o inalámbricas. Básicamente esta implementado mediante un nivel en los AP que determinan si las comunicaciones recibidas del estaciones de las BSS deben ser reenviadas a la misma BSS o bien a otro AP o bien a la red cableada. Externamente la red formada por la ESS se muestra estacionaria. Las estaciones pueden moverse con independencia del AP al que estén conectadas. BSS 2 STA LAN STA 3 Red ad-hoc Esto permite que protocolos que no tratan la movilidad vean las estaciones como si estuvieran fijas. Actualmente el protocolo de interoperación entre AP (IAPP) esta ratificado, aunque los fabricantes todavia mantienen ciertos aspectos propietarios. Infraestructura de red LAN 63 LAN 64 Tipos de redes DS: Sistemas de Distribución STA 1 ESS LAN BSS 1 Punto Acceso BSS x LAN Portal Sistema de distribución Punto Acceso STA LAN STA 3 STA 1 BSS 1 STA 2 Red ad-hoc STA3 Soporta el mecanismo mediante el cual un AP: Se comunica con otro AP para intercambiar tramas de estaciones en sus BSSs Reenvía tramas a otro AP para alcanzar otras estaciones Intercambia tramas con redes fijas. El estándar no indica como debe implementarse el DS. Puede ser un nivel, una caja o una red fija (802.3). Infraestructura de red LAN 65 LAN 66 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 11

12 Tipos de redes Servicios STA 1 ESS LAN 802.x LAN BSS 1 Punto Portal Acceso Sistema de distribución BSS 2 Punto Acceso STA LAN STA 3 Infraestructura de red STA 1 BSS 1 STA 2 Red ad-hoc STA3 Servicios de Estación Autenticación De-autenticación Privacidad Envío de Datos Servicios de Distribución Asociación, De-asociación Re-asociación Distribución Integración LAN 67 LAN 68 Máquina de estados Nivel Físico: Tramas Clase 1 Tramas Clase 1 & 2 Tramas Clase 1, 2 & 3 Autenticación Autenticación o Re-asociación Estado 1: No Autenticado, No Asociado Estado 2: Autenticado, No Asociado Estado 3: Autenticado, Asociado Notificación de De-autenticación Notificación de De-asociación Notificación de De-autenticación Desarrollado en cuatro fases : 1997 Se soportan tres mecanismos de nivel físico Dos en la Banda 2.4-GHz y uno en infrarrojo Velocidades de 1 y 2 Mbps 1999 IEEE a 5-GHz band hasta 54 Mbps IEEE b 2.4-GHz band a 5.5 y 11 Mbps 2002 IEEE 802.g extiende la capacidad de b a velocidades de hasta 54 Mbps. LAN 69 LAN 70 WLAN de celda única WLAN de celdas múltiples servidor FRECUENCIA 2 HUB AP Ethernet CM CM FRECUENCIA 1 CM FRECUENCIA 3 Ethernet Ethernet Router Router LAN 71 LAN 72 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 12

13 Universidad Carlos III de Madrid La capa física en Tres opciones, todas con velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps: FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) en la banda de 2,4 GHz Se modula la señal con una portadora de banda estrecha que cambia de frecuencia periódicamente (cada 224 μs) según una secuencia determinada y conocida de frecuencias 79 canales de 1 MHz siendo Canal 1 (2.402 MHz) y Canal 79 (2.480 MHz). 78 secuencias de salto que optimizan separación entre las mismas 3 grupos de 26 secuencias que minimizan probabilidad de colisión DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) en la banda de 2,4 GHz Utilización de códigos de Barker para el ensanchado de la señal Se utiliza la secuencia binaria de longitud 11bits " En b se traduce en que un Infrarrojos en la banda de 850 a 950 nm Hasta 20 m Ajuste dinámico de Velocidad y Capacidad La velocidad del terminal va variando en función de la distancia sin perdida de información en función de la posición del usuario en la célula b: 1 Mbps DSSS Hasta 3 AP por area 2 Mbps DSSS 33 Mbps 55MbpsDSSS a: 11 Mbps DSSS Hasta 8 AP por área (indoor) 432 Mbps. OFDM 54 Mbps 48 Mbps 36 Mbps 24 Mbps 18 Mbps 12 Mbps 09 Mbps 06 Mbps LAN 73 LAN 74 Nivel MAC Protocolo de Intercambio de tramas Soporta las siguientes funciones: Soporte de entrega de datos fiable Control de acceso al medio compartido. Se soportan dos técnicas: DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function Protección de datos: cifra los datos enviados sobre el enlace inalámbrico. WEP: Wired Equivalent Privacy Debido a las características del medio inalámbrico, se soporta un mecanismo fiable que garantiza que las tramas transmitidas son recibidas en el destino. Es posible que existan problemas de colisiones entre estaciones que no pueden conectarse directamente (Nodo Oculto), para lo cual el mecanismo de intercambio es complejo y requiere la participación de todas las estaciones. Las estaciones deben decodificar la cabecera de las tramas que reciben y en su caso reaccionar en función de su contenido. LAN 75 LAN 76 Transmisión Básica La transferencia de información requiere el intercambio de dos tramas al menos. Transmisión de Trama (DATA) ACK de la trama Ambas no pueden ser interrumpidas por otras tramas. En caso de no recibirse ACK el origen retransmite la trama. STA AP DATA ACK Problema del Nodo Oculto Sucede cuando la transmisión de una estación se ve oculta por otra. A Las transmisiones de A a B pueden ser afectadas por las transmisiones de C. Se utilizan dos tramas RTS (Request to Send) y CTS (Clear to Send) para anunciar a las estaciones vecinas de una próxima transmisión. Junto a las tramas anteriores (Datos+ACK) son una unidad atómica (no pueden ser interrumpida por otras estaciones). B C LAN 77 LAN 78 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 13

14 Problema Nodo Oculto (II) Las estaciones que reciben un RTS debe deferir sus transmisiones hasta recibir una trama de ACK Las estaciones que reciben un CTS deben diferir las trasmisiones hasta recibir un ACK. Se utilizan timers para evitar monopolizar el medio. La utilización de RTS/CTS viene determinada por configuración. Un fallo en la transmisión se trata como una colisión y se retransmite. Un AP raramente puede verse afectado por un nodo oculto (accede a toda la red). Solo si otro AP cercano utiliza la misma frecuencia. Control de Acceso al Medio Distributed Foundation Wireless foundation MAC (DFWMAC): Mecanismo Centralizado (obligatorio): DCF Mecanismo opcional Distribuido: PCF DCF (Distributed Coordination Function) Utiliza un mecanismo de contención para proporcionar acceso a la totalidad t d de las estaciones. Se utiliza para tráfico asíncrono. PCF (Point Coordination Function) Utiliza un mecanismo MAC centralizado para soportar servicios libre de contención. Se sondea estaciones seleccionadas. Se construye sobre el mecanismo DCF Necesario para tráfico isócrono. LAN 79 LAN 80 DCF: Función de Coordinación Distribuida Se basa en el uso de CSMA Si una estación tiene tráfico a transmitir, escucha el medio. Si el medio esta libre la estación puede transmitir Si esta ocupado debe esperar hasta que finalice la transmisión en curso. Debido a la naturaleza del medio inalámbrico, i no se detectan colisiones. Al no escuchar y transmitir a la vez, se utiliza un mecanismo de Collision Avoidance en vez de CD: Se incluyen retardos (IFS: Interframe Space) Las estaciones utilizan un parámetro NAV (Network Allocation Vector) que les indica si el tiempo que falta para que el medio este libre. Se trata de un medio de detección de portadora virtual. Utilización de retardos: IFS Si una estación tiene tráfico a transmitir, escucha el medio. Si el medio esta libre espera que continúe libre durante un tiempo IFS. Si sigue libre transmite inmediatamente. Si esta ocupado (al comienzo o durante IFS) la estación difiera la transmisión Continua monitorizando hasta que la transmisión actual finaliza. Una vez finalizada, espera otro IFS. Si se mantiene libre, espera un tiempo aleatorio (Back off) y vuelve a escuchar Si el medio sigue libre, transmite Durante el tiempo de backoff si vuelve a estar ocupado se paraliza el tiempo de backoff y se reinicia cuando se vuelve a quedar libre. Los intentos repetidos fallidos de transmitir se traducen en periodos de espera cada vez mayores. LAN 81 LAN 82 Lógica de Acceso al medio Esperar una Trama a Transmitir Medio Libre? SI Esperar IFS Continúa Libre SI Tx Trama NO NO Esperar a finalizar tx Esperar IFS Continúa Libre SI Espera exp. binaria Mientras medio libre NO Soporte de Prioridades El mecanismo básico se refina para soportar un mecanismo de prioridades en el acceso. Se definen cuatro tipos de IFS: SIFS (short IFS): Es el IFS menor. Se utiliza para todas las acciones de respuesta inmediata: ACK, CTS, etc. PIFS (point coordination function IFS): Es un IFS de tamaño medio Se utiliza por el mecanismo PCF para emitir un sondeo. DIFS (distributed coordination function IFS): Es mayor que DIFS Lo utiliza el mecanismo DCF EIFS (Extended IFS) Es el mayor de ellos Se utiliza cuando se recibe una trama con errores para permitir a la estación transmisora enviar correctamente la trama. Tx Trama LAN 83 LAN 84 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 14

15 Uso de SIFS ACKs: Una estación al recibir una trama unicast contesta con un ACK después de esperar un tiempo SIFS. De este modo (ACK) se determina la entrega o no de la trama (Colisiones) Proporciona un mecanismo eficiente de transmisión de mutitramas. La estación transmitiría una trama tras otra sin ceder el enlace. Cada trama es asentida con ACK tras SIFS La estación realiza contienda por el canal, tras lo cual mantiene el control sobre todos los fragmentos. CTS Tras recibir un RTS se espera SIFS y envía CTS. Mensajes de Respuesta de Poll en PCF. PIFS y DIFS PIFS: Se utiliza para gestionar el enlace mediante control centralizado PCF El controlador sondea a las estaciones con tráfico isócrono. Tiene mayor preferencia a tráfico asíncrono. DIFS: Se utiliza para gestionar el enlace mediante control distribuido. LAN 85 LAN 86 DCF: Técnica Básica de Acceso PCF: Función de Coordinación Centralizada Mecanismo alternativo sobre DCF. Existe un punto central (coordinador) que sondea a las estaciones. Este coordinador reside en el AP. Al utilizar PIFS bloquea el tráfico asíncrono. Necesario indicar que estaciones deben ser sondeadas: Ej: trafico de video, voz, etc. Se utiliza un mecanismo Round-robin para sondear. Cuando una estación es sondeada, puede contastar mediante SIFS. Si el coordinador recibe respuesta, puede sondear de nuevo mediante PIFS Si no recibe respuesta continua el sondeo. Mecanismo de piggyback entre coordinador y sondeada para enviar datos y ack. Su implementación es opcional, si bien las estaciones deben poder contestar a la operación de PFC Para evitar que las estaciones transmitan durante el CFP (Contention Free Period) el coordinador envía un NAV al comienzo del intervalo indicando el periodo máximo de CFP. El coordinador al final del CFP envía una trama de CF-Final. LAN 87 LAN 88 Supertrama Para evitar que el coordinador bloquee el enlace se define un intervalo de supertrama en el cual debe existir un periodo sin contención y otro con ella. Debido a la longitud variable de las respuestas, es posible que al final de la supertrama el medio este ocupado, con lo que el coordinador no accederá inmediatamente al medio. La supertrama siguiente se reducirá en duración permitiendo menor tiempo a las estaciones con tráfico asíncrono. LAN 89 Número de Retransmisiones Existen tres parámetros que limitan las retransmisiones: Lifetime Timer Short retry counter Long retry counter Los contadores se incrementan en caso de fallo en transmisión. Si los contadores llegan al máximo o el tiempo de vida de la trama caduca la trama es descartada e indicado al nivel superior. LAN 90 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 15

16 Aspectos de Seguridad Único mecanismo contemplado: WEP (Wired Equivalent Privacy). No obligatorio Se cifran los datos (no cabeceras) Cifrado en stream simetrico. Se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar Clave de longitud variable hasta 256 bit. Se utilizan 40 y 128 bits. Sirve para Confidencialidad e integridad sobre los datos Autenticación del cliente. Problemas actuales: Claves estáticas. Claves cortas. Facilidad de romper el mecanismo por fuerza bruta. LAN 91 Alternativas de Seguridad Ocultación de SSID, evita que la red sea descubierta Filtrado por dirección MAC. Solo autentica el cliente no el usuario X. define los cambios necesarios en el funcionamiento de un bridge MAC para dar funcionalidad de control de acceso a red basada en puerto. WPA (Wifi-protected Access) Estándar mas exitoso. Problemas de compatibilidad entre fabricantes. RADIUS. LAN 92 Bytes Formato Básico: Dirección FC D/I 1 Formato de Tramas Dirección 2 Dirección 3 Dirección SC Direccion 4 MPDU Datos Dirección (MSDU) CRC Extensiones de El estándar b fue aprobado por la IEEE en Septiembre de 1999 como modificación al estándar b implica modificaciones en la capa física y la capa de acceso al medio (capa MAC) Otras extensiones: Protocolo Objetivo Fecha de ratificación e Mecanismos de calidad de servicio Enero 2003 FC: Frame Control D/I: Duration/Identifier SC: Sequence Control f Mecanismos de traspaso entre puntos de acceso g Esquema de modulación OFDM para 2,4 GHz h Selección dinámica de frecuencias (DFS) y control de la potencia de transmisión (TPC) Marzo 2002 Enero 2003 Marzo i Nuevas especificaciones seguridad de Septiembre 2003 LAN 93 LAN 94 Extensiones de Introducción: Aplicaciones 802.1X Autenticación y autorización de red Infraestructura de red Ampliaciones de redes LAN. f IAPP h TPC/DFS i e Encriptación y QOS autenticación Protocolo base Capa MAC Interconexión de edificios. Acceso Nómada. Trabajo en red ad hoc. a b g 5 GHz - OFDM 2,4 GHz - CCK 2,4 GHz - OFDM Cobertura de zonas sin infraestructuras. Capa física LAN 95 LAN 96 Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 16