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2.II.1© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
Redes de ComputadoresTema 2: Redes de área localParte II: RALs inalámbricas
2.II.2© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
ContenidoPARTE I: RALs cableadas1. Concepto de red de área local2. Caracterización de las RAL3. Modelo de referencia IEEE 802.X4. IEEE 802.3 / Ethernet 5. Interconexión de RALPARTE II: RALs inalámbricas6. WLAN7. Arquitectura de protocolos 802.11x
2.II.3© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
1. WLANIntroducciónTendenciasTopologíasEstandarización
2.II.4© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
WLANIntroducción Una red de área local inalámbrica ( WLAN ) es una red informática inalámbrica que conecta dos o más dispositivos utilizando un mecanismo inalámbrico, dentro de un área limitada, como una casa, escuela, laboratorio de computación, o edificio de oficinas. La mayoría de las WLAN modernas están basadas en estándar IEEE 802.11 estándares y se comercializan bajo la marca Wi-Fi.
Punto de acceso (AP)
Estación inalámbrica (STA)
2.II.5© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
WWAN
WMAN
WLANWPAN
ZigBee802.14.4
Blue-tooth
Sistemas de transmisión inalámbricos y tendencias
Velocidad (Mbps)1 10 100100k
802.11b0,1
Área
de
serv
icio
(Km
)
1
10
100
802.11n
Mas rapidez pero en un área pequeña
RFID
2.5G
(G
SM;G
PRS) 3G
[UMTS 3GHSDPA 3.5GHSUPA 3.5GHSPA 3.5GLTE 3.9G]
Mas velocidad
1000
4GLTE avanzado
802.11g
Wimax802.16
2.II.6© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
WLANTopologíasModo ad hoc
IBSS (independent Basic Service Set) : conjunto de servicios básicos.
Topología mallada
Modo infraestructuraBSS: Basic Servicie Set. Una estación
actúa como hub (AP)Topología en estrella
STA 1 STA 2
STA 3LAN cableada
APPunto de acceso
STA 1 STA 2
2.II.7© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
WLANESS Extended service set (ESS)
• Un ESS es un conjunto de 2 o más APs conectados a la misma red cableada, formando un único segmento de red lógico asociado. ESSID
• En este tipo de redes el nombre de la red se define en el punto de acceso con el parámetro ESSID (Extended Service Set ID). Esto nos permite diferenciar una red de otra
BSS yBSS x
LAN cableada
AP x
STA 1 STA 2 STA 2
AP y
Roaming
Celda. Área de servicio
2.II.8© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
Wi-FiTM Wi-Fi™ Alliance
• WECA cambió su nombre a Wi-Fi, que sinifica Wireless Fidelity Alliance• Formada por +170 miembros (Cisco, etc.)• Over 350 products certified
Misión• Certificar la interoperabilidad de productos WLAN products (802.11)• Wi-Fi™ prorciona un sello de aprobación• Promover Wi-Fi™ como un estandar global
2.II.9© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
Evolución de la WLANEstandarización física860 Kbps
900 MHz
1 and 2 Mbps
2.4 GHz
Propietaria
802.11 Aprobado
802.11a,b Aprobado
1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2003
1 and 2 Mbps
2.4 GHz
11 Mbps 54 M
Estandarizada
5 GHzEspectro
Red
Velocidad
IEEE 802.11. Borrador 802.11g Aprobado
2009
802.11n Aprobado
300M
2.II.10© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
1. Arquitectura de los protocolos IEEE 802.11xModelo de referencia IEEE 802.11Formato de la trama MACSubcapas físicasSubcapas MACLas funciones DCF y PCF
2.II.11© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Modelo de referencia El estándar IEEE 802.11 fue definido por el IEEE en el año 1997. La definición del estándar 802.11 fue diseñada para sustituir a las capas física y de enlace del modelo OSI para redes cableadas (IEEE 802.3. FI
SICA
MAC
LLC
802.3Ethernet
802.2 (LLC)
Capa
de
enla
ce
802.11WLAN
2.II.12© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Modelo de referencia Subcapas físicas El modelo 802.11 divide la capa física en dos:
• PLCP (Physical Layer Convergence Procedure): tiene la función de convergencia con el sistema físico• PMD (Physical Medium Dependent Layer): interacciona con el medio según una técnica de modulación y codificación determinadas.
Capa
de
enla
ceCa
pa fí
sica
LLC
MAC
IEEE 802.2.LLC
PLPC
PMD
IEEE 80.2.11.MAC
IEEE 802.11.PLCP
802.11bDSSS
2.4GHz11Mbps
1999
802.11gDSSS/OFDM
2.4GHz54Mbps
2003
802.11aOFDM5.7GHz20Mbps
802.11nOFDM
2.4/5GHz300Mbps
2009
802.11bFHSS
2.4GHz 2Mbps
1997 (Heredados)
802.11DSSS
2.4GHz2Mbps
2.II.13© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Encapsulación
Capa de enlaceCapa física
LLC
MAC
802.2.LLC
PLPC
PMD
80.2.11.MAC
802.11.PLCP
802.11.PMD
LLC
MAC
802.2.LLC
PLPC
PMD
80.2.11.MAC
802.11.PLCP
802.11.PMD
Protocolo LLC NPDULLCH
Protocolo MAC NPDULLCH MACTMACH
PDU de red
NPDULLCH MACTMACHPLPCH
Capa
de
enla
ceCa
pa fí
sica
MACT(MAC trail)
2.II.14© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Arquitectura
802.11.FISICA
802.11.MAC
802.2.LLC
802.11.FISICA
802.2.LLC (relay)
802.11.MAC
802.3.FISICA
802.3.MAC
802.3.FISICA
802.3.MAC
802.2.LLC
STA Punto de acceso (AP) Servidor
2.II.15© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Formato de la trama MAC[1]
CT: Control Trama AD1 – AD4: Address 1 a 4 (Direcciones 1 a 4) D/I: Duration/ Identifier Field. (Duración/ Identificador) SC: Sequence Control (Control de Secuencia) Datos: Datos. Información del nivel superior (LLC)
Datos (<1500B)Origen Destino Tip/Lon CRC
6 6 46….15002 4
Ethernet II / 802.3
Datos AD4AD1(Destino) CRC
6 6 0….2312 4
802.11SC
2AD2
(Origen)
6
AD3
62
CT
Cabecera
MACT(MAC trail)
2.II.16© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Formato de la trama MAC[2] Datos AD4AD1
(Destino) CRC
6 6 0….2312 4
Trama802.11
SC
2AD2
(Origen)
6
AD3
62
CT
VP Tipo
2 2
Subtipo
4
A D
SD
e DS
1 1
MF
1
R
1
AE
1
MD
1
WEP
1
Ord en
1
Número de
fragmento
4bits
Número de secuencia
12bits
2.II.17© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Carga útil de la trama MAC
Datos AD4AD1(Destino) CRC
6 6 0….2312 4
PDU MACSC
2
AD2(Origen)
6
AD3
62
CT
Datos LLC DSA P SSA P Ctrl
1B 1B n1-2B
PDU LLC 802.2OIF
3B
Tipo
2B
Con SNAP su valor en ambos es AAH
Cabecera SNAP
Payload PDU MAC = PDU LLC
2.II.18© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.3Tipos de tramas MAC Datos
• Transportan datos de capas superiores. • Diferentes tipos dependiendo de su función y tipo de servicio
Control• Administran el acceso al medio y proporcionan fiabilidad MAC: RTS / CTS / ACK / PS-Poll
Gestión• Proporcionan servicios específicos de las redes inalámbricas e inmediatos en las cableadas
2.II.19© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Subcapas MAC La capa básica 802.11 MAC utiliza la función de coordinación distribuida (DCF) para compartir el medio entre varias estaciones.
• Determina cuando una STA puede transmitir o recibir datos. Algoritmo de competición por el medio, todas las estaciones iguales en competición (redes AD-HOC)• Se basa en CSMA/CA y opcionalmente 802.11 RTS/CTS para compartir el medio entre las estaciones
La función de coordinación puntual (PCF), está disponible sólo en el modo "infraestructura“• Requiere la presencia de un AP que actúe como Nodo Coordinador (Point Coordinator; PC) para conseguir un servicio sin contención. En consecuencia tan sólo puede ser utilizada en redes con infraestructura• El PC debe decidir que estación, de entre todas las que forman la red, debe transmitir.
Capa FISICA
LLC
Capa
MAC
F. de coordinación puntual (PCF)
F. de coordinación distribuida (DCF)
Capa
de
enla
ce
2.II.20© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CDA tiene datos para
enviar a C, espera DIFs para verificar el canal
libre. Como lo está transmite
C no tiene datos que
enviar
D tiene datos para enviar, espera DIFs
t=0ms
A Datos
DIFS
C ACK
SIFS
B NAV
D NAV
DIFS
Acceso reservado al medio
802.11b SIFS (Short Interframe Space) = 10 ms (16 ms)
802.11g DIFS (DCF Interframe Space) = 50 ms (34 ms)
2.II.21© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
NAV=Frag3+2xACK+3xSIFS
IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CD FragmentaciónA tiene datos para
enviar a C, espera DIFs para verificar el canal
libre. Como lo está transmite
t=0ms
A Fragmento1
DIFS
C ACK1
SIFS
B NAV=Frag2+2xACK+3xSIFS
D NAV
Fragmento2
ACK2
SIFS
SIFS
2.II.22© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).CSMA/CD. EjemploB tiene datos para
enviar a C, espera DIFs para verificar el canal
libre. Como lo está transmite
C no tiene datos que
enviar
D tiene datos para enviar, espera DIFs, como detecta
portadora, no transmite
t=0ms
A tiene datos para enviar, como detecta portadora,
no transmite
Detección de portadora
A B C D
DIFS
Backoff. Ventana de retroceso aleatoria
Después del backoff como no como detecta
portadora, transmite
SIFS
NAV
ACK
ACK
2.II.23© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Distribuida (DCF).RTS/CTSA tiene datos para
enviar a C, espera DIFs para verificar el canal
libre. Como lo está transmite RTS
C no tiene datos que
enviar
D tiene datos para enviar, espera DIFS
t=0ms
A RTS
DIFS
C CTS
SIFS
B NAV(RTS)
D
Acceso reservado al medio
Datos
SIFS
ACK
SIFS
RTS
DIFS
NAV(RTS)NAV(CTS)
NAV(CTS)
2.II.24© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
El problema de la estación oculta El problema de la estación oculta consiste en que una estación (C) cree que el medio está libre cuando en realidad no lo está, pues está siendo utilizado por otro nodo (A) al que la estación no "escucha".
La trama de A se atenúa y no llega a C porque está fuera de su
alcance
t=0ms
A
B
C
Mientras A está transmitiendo, C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite
Detección de portadora
DIFS
NAV
A quiere transmitir una trama a B y lo hace
cuando detecta que el medio está libre
Cobertura de CCobertura de A
B detecta la colisión, pero A y C no pueden
2.II.25© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
El problema de la estación ocultaSolución
t=0ms
A
B
C
Recibe CTS y entra en espera NAV
Detección de portadora
DIFS
NAV
A quiere transmitir una trama a B y lo hace
después de recibir CTS y esperar SIFS
Cobertura de CCobertura de A
RTS
CTS
SIFS
Después de finalizar la espera NAV y DIFS, transmite y esta vez no se produce colisión
Cobertura de B
2.II.26© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa MACDCF vs. PCF
Radiación del AP
A tiene datos para enviar a C, espera DIFs para verificar el canal
libre. Como lo está transmite RTSt=0ms
DIFS
NAV
Sin contención (CFP)
Medio ocupado
DCF
SIFS
NAV
Sin contención (CFP)
B PCF
SIFS
Contención (CP)
BB
BB
B PCF
2.II.27© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa MACLa Función de Coordinación Puntual (PCF)Radiación del
APBB
BB Fin del periodo libre de contienda (CF)
t=0ms
PIFS
Poll A
SIFS
Acceso libre de contienda (CF)
Datos+ACK
C
B
A
SIFS
SIFS
Datos+ACK
SIFS
Poll B
SIFS
Poll C
SIFS
B
Datos+ACK
E
SIFS
NAV
Contienda
2.II.28© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa física El estándar IEEE 802.11 utiliza 2 medios para la transmisión inalámbrica: los ondas de radiofrecuencia y las señales ópticas del infrarrojo. Las técnicas de transmisión que emplea son:
• Modulación por saltos de frecuencia (FHSS). IEEE 802.11b• Espectro de extensión de secuencia directa (DSSS). IEEE 802.11g• Multiplexación por división en frecuencias octogonales (OFDM). IEEE 802.11a/g/n• La infrarroja en banda base, sin modular.
Capa
de
enla
ceCa
pa fí
sica
LLC
MAC
IEEE 802.2.LLC
PLPC
PMD
IEEE 80.2.11.MAC
IEEE 802.11.PLCP
802.11bDSSS
2.4GHz11Mbps
1999
802.11gDSSS/OFDM
2.4GHz54Mbps
2003
802.11aOFDM5.7GHz20Mbps
802.11nOFDM
2.4/5GHz300Mbps
2009
802.11bFHSS
2.4GHz 2Mbps
1997 (Heredados)
802.11DSSS
2.4GHz2Mbps
2.II.29© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Formato de la trama física (PLCP) Las principales funciones que desempeña la cabecera PLCP son:
• 1) Establecer la sincronización entre emisor y receptores a fin de que interpreten correctamente el principio de cada bit y de la trama misma. • 2) Indicar la velocidad de transmisión utilizada
Datos Preámbulo Cabecera PLCP
6 Variable18[9]TramaPLCP
SIG
8bits 8bits
SERV LON
16bits
CRC
16bits
SFD
128[56]bits
Sync
16bits
Se transmite a 1; 2; 5,5 ó 11 Mbps. Lo que ponga en el campo SERV
Se transmite a 1Mbps
2.II.30© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa físicaDistribución de canales 802.11b/g (Europa) Como puede apreciarse en la figura, una parte muy importante de la señal de un canal se meterá sin remedio en los canales adyacentes creando interferencias. Podemos usar la combinación 1, 6 y 11, la 2, 7 y 12 o la 3, 8 y 13, pero sin duda alguna, lo más conveniente es separar un poco más los canales usados y que la diferencia entre ellos quede en 30 MHz. Por tanto:
• En Europa, los canales más óptimos a usar en puntos de acceso cercanos o adyacentes para eliminar el solapamiento entre canales y minimizar las interferencias son tres: el 1, el 7 y el 13.Canal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2,4 GHz 2,5 GHz
1
7
6
4
3
2
8
9
10
11
12
135
2,412 2,432 2,452 2,472
Ancho de banda22 MHz
2.II.31© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
IEEE 802.11Capa físicaAntenas habituales. Diagrama de radiación La antena mas habitual y barata es el dipolo omnidireccional de 2,14 dBi de ganancia. Los equipos a menudo usan 2 antenas para comparar las señales recibidas y elegir la que le da mejor calidad de señal.
30-80 mts en interior100-250 mts en exterior
IEEE 802.11ª,b,g,n
2.II.32© UPM-ETSISI-RC Tema 2: Redes de área local. Parte II
Referencias[1] William Stallings: Comunicaciones y Redes de Computadores. Prentice Hall[2] J Kurose & K Ross: Computer networking (2009)[3] Andrew S. Tanenbaum: Computer Networks (4ª ed 2003). Prentice Hall[4] R.J. Cypser: Communications for cooperating systems . Addison-Wesley
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