Estándar IEEE n

Transcripción

1 Introducción Estándar IEEE n M.Sc.Ing.Gumercindo Bartra Gardini El estándar IEEE n Wi-Fi / WLAN utiliza tecnologías como OFDM y MIMO para lograr altas velocidades de transmisión, con picos de hasta 600 Mbps. Usa un canal de 40 MHz. Retrocompatibilidad Legacy (sólo a, b, y g) Mixed (ambos a, b, g, y n) Greenfield (sólo n) máxima performance Página 2 Especificaciones básicas del estándar IEEE n OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM es mucho más adecuado para entornos de fading ante posibles interferencias, debido a que modula el conjunto de datos en las diferentes subportadoras y por tanto sólo se verían afectadas algunas subportadoras, las cuales luego pueden ser recuperadas mediante algún método de corrección de errores. Página 3 Página 4

2 OFDM OFDM Para a, el tiempo de símbolo es de 4ms (incluyendo los 800ns de intervalo de guarda). Por tanto, para 54 Mbps cada uno de estos símbolos lleva 216 bits de información y 72 bits de corrección de errores repartidos dentro de las 48 subportadoras de datos disponibles. En n, se mantiene estos 4ms de tiempo de símbolo pero el número de subportadoras, para cada canal de 20 MHz aumenta a 52, incrementando la tasa de datos máxima de 54 a 65 Mbps para una transmisión radio. Utilizando canales de 40 MHz aumentamos el número de subportadoras a 108. Página 5 Página 6 MIMO Multiple-Input Multiple-Output. MIMO representa el corazón del estándar n, ya que fundamentalmente a través de esta técnica se logran velocidades de hasta 600 Mbps. Tradicionalmente, en las comunicaciones de radio se utilizaba un sistema SISO (Single-Input Single-Output) en las que tanto el transmisor como el receptor estaban configuradas con una antena. MIMO MIMO describe un sistema compuesto por un transmisor con múltiples antenas que transmite a un receptor el cual también está provisto de múltiples antenas. Este sistema aprovecha fenómenos físicos en la transmisión como la propagación multicamino para incrementar la tasa de transmisión. Página 7 Página 8

3 Técnicas usadas en MIMO Transmit Beamforming: Esta técnica consiste en enviar diversas señales de radio desfasadas desde múltiples antenas que luego son añadidas en una única señal por el receptor. Esta técnica es útil sólo cuando se transmite a un único receptor, ya que no es posible optimizar la fase de las señales trasmitidas cuando se transmite a varios receptores (broadcast o multicast). SDM (Spatial Division Multiplexion) Consiste en la multiplexación de una señal de mayor ancho de banda en señales de menor ancho de banda iguales, transmitiéndose desde múltiples antenas. Si estas señales llegan con una correcta separación de tiempo, el receptor será capaz de distinguirlas creando múltiples canales en anchos de banda mínimos. MIMO envía múltiples señales de radio al mismo tiempo aprovechando el multicamino. Cada un a de estas señales es llamada flujo espacial. Cada flujo espacial es enviado desde su propia antena, usando su propio transmisor. Página 9 Página 10 SDM (Spatial Division Multiplexion) Sistemas MIMO de 2x3 Debido al espacio entre cada una de las antenas, cada señal sigue ligeramente un camino distinto hacia el receptor (diversidad espacia l). El receptor dispone de múltiples antenas, cada una de ellas con su propia radio, las cuales decodifican independientemente las señales recibidas; donde a continuación son combinadas en una sola. El resultado de estas señales es mucho mejor que la conseguida por una sola antena o utilizando la técnica de transmit beamforming. Los sistemas MIMO se describen utilizando el número de transmisores y receptores presentes, por ejemplo en la sistema MIMO: 2x3 (2 transmisores y 3 receptores. Página 11 Página 12

4 Ancho de banda del canal El ancho de banda del canal es una medida importante para cuantificar la eficacia de la radio, conocida como eficiencia espectral y medida en bits/hz. Dado que a y g utilizan el mismo ancho de banda de canal de 20 MHz, se aprovecha una técnica llamada channel bounding (canal envolvente) para conseguir utilizar dos canales a la vez, obteniendo un único canal de 40 MHz y velocidades de hasta 108 Mbps. Cuando se utiliza el canal de 40 MHz, se aprovecha que cada canal de 20 MHz tiene reservados algunas frecuencias al inicio y final del canal (para evitar interferencias entre canales adyacentes) con el fin de utilizarlas para llevar información, aumentando considerablemente la velocidad de transmisión. Canal de 40 MHz El rango de frecuencias diseñado para 40 MHz puede acomodar 128 subportadoras, utilizando un espacio entre ellas de 311,5 KHz, el mismo que el utilizado en 20Mhz. Al inicio y final del canal, dejamos una banda de guarda de 6 y 5 subportadoras nulas, respectivamente (-64 a -58 y 59 a 63). Además, se añaden 3 subportadoras nulas alrededor de la banda base (-1, 0 y 1) para facilitar la implementación en los receptores del direct down convertion; sumando así hasta 14 subportadoras nulas (3 más que 20 Mhz). Como se ilustra en la figura, de estas 114 subportadoras disponibles, se utilizan 6 subportadoras como pilotos (sincronización) con cual tendríamos finalmente 108 subportadoras para datos, más del doble de las utilizadas en los 20Mhz (52 en n y 48 de a) Página 13 Página 14 Subportadoras: Canal de 40 MHz Subportadoras: Canal de 20 MHz Como se muestra en la figura, una de las mejoras que incorpora n respecto al canal de 20 Mhz es el aumento del número de subportadoras de datos a 52 (2 subportadoras al inicio y final del canal). Estas subportadoras de datos ocupan las ubicaciones de -28 a -22, -20 a -8, -7 a -1; 1 a 6, 8 a 20, y 22 a 28, y las subportadoras piloto ocupan el mismo sitio que en a - 21, -7, 7 y 21. Página 15 Página 16

5 Coexistencia en la banda de 5 GHz Coexistencia en la banda de 2,4 GHz Página 17 Página 18 Reglas Seguridad Wi-Fi Lo que se debe hacer es: Descubrir el SSID del access point mediante herramientas como Netstumbler, AirMagnet, etc. Conectar al access point por medio de una tarjeta inalámbrica instalada en una laptop. Página 20

6 Caso de Inseguridad Caso de Inseguridad Qué se requiere para accesar al access point y cambiar la configuración? Unirse a la red inalámbrica SSID Dirección IP de cliente válida Ingresar a la página de configuración del Access Point Dirección IP del Access Point Nombre de usuario Password Peligro de usar configuración por defecto Por ejemplo para Linksys: Unirse a la red inalámbrica SSID por defecto: linksys DHCP habilitado por defecto Ingresar a la página de configuración del Access Point Por defecto Usuario por defecto = Password por defecto = admin Página 21 Página 22 Modo de asegurar la red wifi Cambiar SSID por defecto Deshabilitar broadcast Cambiar password de admin del Access Point Cambiar la dirección IP del Access Point Deshabilitar DHCP O limitar el número de clientes DHCP Habilitar privacidad de datos: WEP, WPA PSK Habilitar filtrado de MAC Protección de la red wifi Tasa de datos permitidas Deshabilitar las menores tasas de transmisión de datos reduce de manera efectiva la cobertura Sólo clientes que estén dentro del rango de buena señal se pueden asociar Página 23 Página 24

7 Tecnologías Seguras WEP (Wired Equivalent Privacy) Wired Equivalent Privacy (WEP) Provee encriptación de datos en el medio inalámbrico entre la estación y el access point WPA (Wi-Fi Protected Access) Pre Shared Key (Para hogares/soho) Enterprise Página 25 Página 26 WEP (Wired Equivalent Privacy) El proporciona control del acceso y mecanismos de encriptación, que se conocen como WEP (Privacidad Equivalente a las redes de cable). Para el control del acceso, el ESSID (también conocido como un Área de servicio ID de WLAN) es programado en cada punto del acceso y el cliente debe conocerlo para poder asociarse a un punto de acceso. Además existen tablas de direcciones MAC llamadas ACLs (Listas de control de acceso) en los puntos de acceso, que restringen el acceso a esos clientes cuyas direcciones MAC estén en la lista. Para la encriptación de datos, el estándar proporciona una encriptación opcional con un algoritmo de clave compartida y de 40 bits, el algoritmo RC4 PRNG de Seguridad de datos de RSA. WEP (Wired Equivalent Privacy) Características de WEP: Cifrado: clave simétrica de 64 bits (40 secretos), algoritmo RC4 Integridad: CRC-32 Autenticación de las estaciones: reto con la misma clave de cifrado (también SSID y direcciones MAC, pero se transmiten en claro) Debilidades: Clave secreta pequeña (propuestas de 128 bits) Integridad pensada para el cable Misma clave de cifrado y autenticación Actualmente considerada poco fiable. En desarrollo: Estándar IEEE i Página 27 Página 28

8 Limitaciones de WEP Vulnerabilidades en la encriptación Permite que la clave sea derivada después de la recolección pasiva de tramas Inherentemente inseguro Cualquier intento de una persona de escuchar las comunicaciones de la red puede hacerlo con las herramientas apropiadas: WEPCrack, Airsnort La clave WEP tiene que cambiarse cuando se pierde un adaptador Limitaciones de WEP Autenticación basada en dispositivos Clave WEP configurada en el dispositivo Autentica al dispositvo No autentica al usuario No hay generación dinámica de claves Claves estáticas, previamente compartidas Página 29 Página 30 Wi-Fi Protected Access (WPA) Estándar de seguridad mejorado desarrollado por la WI-Fi Alliance y la IEEE para incrementar el nivel de seguridad de las redes inalámbricas. Wi-Fi Protected Access (WPA) WPA tiene dos modos: Enterprise Pre Shared Key (para hogares) Solución provisional para proteger la privacidad de redes Wi-Fi (parte de la futura solución i/WPA2) Página 31 Página 32

9 WPA Pre Shared Key Sólo equipos con la misma clave compartida WPA pueden unirse a la red. Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) para una mejor encriptación que WEP Clave de mayor tamaño Construcción de clave por paquete Message Integrity check (MIC) para protegerlo de falsificaciones. WPA (Wi-Fi Protected Access) WPA es la misma implementación WEP pero con mejoras en 2 aspectos: Mejora la encriptación a través del protocolo TKIP (temporal key integrity protocol) el cual codifica las llaves usando un algoritmo del tipo hash añadiendo control de integridad para evitar que las llaves sean modificadas. Autenticación de usuario, la cual no existe en WEP, a través del protocolo EAP (extensible authentication protocol). WEP controla el acceso a una red inalámbrica según la dirección MAC del equipo. EAP usa un sistema de encriptación de llave pública para autorizar el acceso sólo a usuarios registrados en la red. WPA es sólo un estándar temporal mientras el estándar IEEE i se va imponiendo en el mercado. (128 bits) Página 33 Página 34 WPA Pre Shared Key Encriptación de paquetes inalámbricos con claves dinámicas Para ingresar, se debe proporcionar un password TKIP usa el password para generar matemáticamente una clave inicial de encriptación Todos los paquetes usarán esta clave de encriptación Para prevenir que la clave sea descubierta (por recolección y análisis de paquetes), TKIP cambia permanentemente de clave para que no sea usada dos veces. WPA Enterprise Mode Mayor encriptación con TKIP Clave de mayor tamaño Claves por usuario, por sesión, por paquete Message Integrity check (MIC) para protegerlo de falsificaciones. Página 35 Página 36

10 WPA Enterprise Mode Autenticación con 802.1x/EAP 802.1X es un mecanismo de control de acceso a red basado en puerto; cuando un cliente es autenticado, se da acceso al puerto: si no, se deniega acceso. EAP (Extensible Authentication Protocol) determina la forma de credenciales de usuario: certificados digitales, passwords, etc. Permite autenticación mutua entre usuario y servidor WPA Enterprise Mode 1. Usuario solicita acceso. AP bloquea acceso y solicita credenciales de usuario. 2. Las credenciales de usuario son enviadas a servidor de autenticación. 3. Servidor de autenticación valida usuario, y otorga derechos de acceso. 4. Se habilita puerto de AP y encriptación dinámica es asignada a cliente. 5. Cliente inalámbrico ahora tiene acceso a los servicios de la red de manera segura. Página 37 Página 38 RADIUS RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Server). Es un protocolo de autenticación y autorización para aplicaciones de acceso a la red o movilidad IP. Utiliza el puerto 1813 UDP para establecer sus conexiones. Cuando se realiza la conexión con un ISP mediante módem, DSL, cablemódem, Ethernet o Wi-Fi, se envía una información que generalmente es un nombre de usuario y una contraseña. Esta información se transfiere a un dispositivo NAS (Servidor de Acceso a la Red o Network Access Server (NAS)) sobre el protocolo PPP, quien redirige la petición a un servidor RADIUS sobre el protocolo RADIUS. El servidor RADIUS comprueba que la información es correcta utilizando esquemas de autenticación como PAP, CHAP o EAP. Si es aceptado, el servidor autorizará el acceso al sistema del ISP y le asigna los recursos de red como una dirección IP, y otros parámetros como L2TP, etc. IEEE Wi-Max Página 39

11 Orientado a las MAN Características de Wi-Max Orientado a las MAN Estándares para dispositivos portátiles (V<120kph) y móviles (V>120kph IEEE e). Estándares no totalmente definidos. Soporte para calidad de servicio (QoS). Pocos fabricantes y equipos disponibles. Principalmente QPSK y 16QAM. No se utiliza en todos los casos la máxima eficiencia posible según el estándar. Página 41 Página 42 Pila de protocolos Trama Wimax (a) Trama genérica (b) trama de solicitud de ancho de banda EC: cifrada? Tipo: de trama: empaq y fragm CI: CRC? EK: clave de cifrado Longitud: de la trama ID de conexión Bytes necesarios a transmitir Página 43 Página 44

12 Infraestructura de Wi-Max Tipo de modulación en Wimax Página 45 Página 46 Bandas asignadas: uso comercial y libre Comparación entre Wi-Fi y Wi- Max Página 47 Página 48

13 Piconet IEEE Bluetooth Red de dispositivos móviles pequeña, conformada por algunos dispositivos distanciados físicamente menos de 10 metros. Potencias muy bajas (1-2,5 mw y 100 mw en casos muy especiales). Usos principales: Domótica. Comunicación ad-hoc entre dispositivos móviles o portátiles. Página 50 Redes pequeñas Trama bluetooth Velocidad nominal de 1Mbps, enhanced rate de 2 o 3 Mbps. Página 51 Página 52

14 Piconets: hasta 8 nodos por red Bibliografía Wi-Fi Handbook, Building b Wireless Networks Orthman, Roeder Seguridad en WiFi Miller, Stewart wireless networks: the definitive guide, Gast, Matthew Wi-Fi Protected Access: Strong, standardsbased, interoperable security for today s Wi-Fi networks Wi-Fi Alliance Página 53 Página 54