Reţele Locale de Calculatoare. Reţele Wireless. curs Universitatea POLITEHNICA Bucureşti

Transcription

1 Reţele Locale de Calculatoare Reţele Wireless curs Universitatea POLITEHNICA Bucureşti

2 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 2

3 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 3

4 1. Rolul reţelelor wireless Reţelele de calculatoare pot fi: 1. LAN 2. MAN 3. WAN Reţele wireless Reţele Locale de Calculatoare 4

5 1. Rolul reţelelor wireless LAN Alternativă la cupru Reţele Locale de Calculatoare 5

6 1. Rolul reţelelor wireless LAN Alternativă la cupru Avantaje: Mobilitate Investiţii reduse Reconfigurare uşoară Nu modificăm spaţiul Dezavantaje: Bandă redusă Half-duplex Mediu de transmisie partajat Stabilitate a conexiunii scăzută Reţele Locale de Calculatoare 6

7 1. Rolul reţelelor wireless MAN - Conexiuni punct-la-punct Alternativă la fibra optică Reţele Locale de Calculatoare 7

8 1. Rolul reţelelor wireless MAN - Conexiuni punct-la-punct Alternativă la fibra optică Avantaje: Dezavantaje: Mobilitate Costuri reduse Nu e nevoie de aprobare Bandă redusă Stabilitate a conexiunii scăzută Reţele Locale de Calculatoare 8

9 1. Rolul reţelelor wireless O nouă perspectivă MAN - Conexiuni punct-la-multipunct Reţele Locale de Calculatoare 9

10 1. Rolul reţelelor wireless MAN - Conexiuni punct-la-multipunct O nouă perspectivă Reţele Locale de Calculatoare 10

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 11

12 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 12

13 2. Undele electromagnetice Suportul comunicaţiei wireless Undele electromagnetice Mediul comunicaţiei wireless Atmosfera terestră (adesea, dar poate să lipsească ) Reţele Locale de Calculatoare 13

14 2. Undele electromagnetice Spectrul electromagnetic: Reţele Locale de Calculatoare 14

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 15

16 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

17 2. Undele electromagnetice Mediu Proprietate Delimitarea zonei de propagare Protejarea semnalului Unde electromagnetice In general NU există (semnalul se degradează odată cu distanţa) Nu există (unde emise pe aceeaşi frecventa = interfera) Semnal electric Izolator Izolatori speciali folosiţi pentru ecranare (STP, FTP) Atenuarea semnalului Prezentă Prezentă Licenţă pentru transmisie Uneori Da Nu Reţele Locale de Calculatoare 17

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 18

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 MHz a fost retrasă în GHz 3 KHz 3 GHz 3 THz unde radio microunde MHz GHz GHz Reţele Locale de Calculatoare 19

20 2. Undele electromagnetice Reţelele wireless folosesc microunde... Reţele Locale de Calculatoare 20

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 21

22 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 22

23 3. Transmisia în spectru împrăştiat Benzile ISM sunt foarte aglomerate: Reţele Locale de Calculatoare 23

24 3. Transmisia în spectru împrăştiat Benzile ISM sunt foarte aglomerate: Reţele Locale de Calculatoare 24

25 3. Transmisia în spectru împrăştiat Benzile ISM sunt foarte aglomerate... Zgomotul este, în general, de bandă îngustă....se foloseşte transmisia în spectru împrăştiat Putere Putere Frecvenţă Frecvenţă Reţele Locale de Calculatoare 25

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 26

27 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 27

28 4. Echipamente Standard: Adaptoare wireless Access Point (AP) Bridge Range expander Antene Combo: AP/Bridge Router wireless Bridge/Switch Reţele Locale de Calculatoare 28

29 4. Echipamente Adaptoare wireless: PCI Mini-PCI PCMCIA USB Reţele Locale de Calculatoare 29

30 4. Echipamente Access Point-uri Reţele Locale de Calculatoare 30

31 4. Echipamente Funcţiile unui access point Asociere/Dezasociere/Reasociere Autentificare Criptare Reţele Locale de Calculatoare 31

32 4. Echipamente Bridge-uri Reţele Locale de Calculatoare 32

33 4. Echipamente Range Expander - în realitate acesta este un repetor Reţele Locale de Calculatoare 33

34 4. Echipamente Antene Antena omnidirecţională 12 dbi Antena sectorială 14 dbi Antena unidirecţională 28 dbi Antena unidirecţională 14 dbi Reţele Locale de Calculatoare 34

35 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 35

36 5. Topologii specifice Topologie IBSS Reţea ad-hoc Reţele Locale de Calculatoare 36

37 5. Topologii specifice Topologie BSS Reţea infrastructură Reţele Locale de Calculatoare 37

38 5. Topologii specifice Interconectarea wireless a reţelelor 1. Distanţe mici A B Switch Switch Access Point Bridge Ca funcţionare ambele sunt bridge-uri, ca hardware avem un AP şi un bridge, sau 2 AP-uri Reţele Locale de Calculatoare 38

39 5. Topologii specifice Interconectarea wireless a reţelelor 2. Distanţe mari Reţele Locale de Calculatoare 39

40 5. Topologii specifice Interconectarea wireless a reţelelor 2. Distanţe mari Switch Switch Bridge Bridge Reţele Locale de Calculatoare 40

41 5. Topologii specifice Wireless Distribution System - WDS Reţele Locale de Calculatoare 41

42 Reţele Locale de Calculatoare 42

43 5. Topologii specifice Access Point IP phone UPS Power over Ethernet 48 V suficient pentru dispozitive de tip AP Avantajul topologiei fizice (plasarea AP-ului independent de reţeaua electrică) Reţele Locale de Calculatoare 43

44 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 44

45 6. Standarde pentru reţele locale Standardul a b g n Frecvenţă 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHz GHz Bandă 54 Mbps 11Mbps 54Mbps 600 Mbps (MIMO) Spread spectrum OFDM DSSS OFDM OFDM Avantaje Interferenţă scăzută Bandă mare Multe staţii Distanţă mare Preţ scăzut Bandă mare Distanţă mare Preţ scăzut Compatibil b Bandă mare Distanţă mare (4x) Preţ scăzut Dezavantaje Distanţă mică Preţ ridicat Incompatibilitate Bandă mică Interferenţe mai mari ca la a Draftul 4.0 Popularitate Reţele Locale de Calculatoare 45

46 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 46

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 47

48 7. Accesul la mediu De ce nu CSMA/CD? Problema statiei ascunse Reţele Locale de Calculatoare 48

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 49

50 7. Accesul la mediu CSMA/CA Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance SIFS Short Interframe Space DIFS Distributed Interframe Space Reţele Locale de Calculatoare 50

51 7. Accesul la mediu CSMA/CA Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance SIFS Short Interframe Space DIFS Distributed Interframe Space Reţele Locale de Calculatoare 51

52 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 52

53 8. Formatul cadrului control cadru 2 durată 6 adresă 1 6 adresă 2 6 adresă 3 2 secvenţă control 6 adresă date 4 CRC 2 Versiune 2 tip 4 subtip 1 către AP 1 de la AP 1 frag. 1 retry 1 power mgt 1 date 1 WEP 1 Rsvd 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 53

54 8. Formatul cadrului control cadru 2 durată 6 adresă 1 6 adresă 2 6 adresă 3 2 control secvenţă 6 adresă date 4 CRC 2 Versiune 2 tip 4 subtip 1 către DS 1 de la DS 1 frag. 1 retry 1 power mgt 1 date 1 WEP 1 Rsvd către AP de la AP adresa 1 adresa 2 adresa 3 adresa destinaţie sursă BSSID destinaţie BSSID sursă BSSID sursă destinaţie Adresă receptor Adresă transmiţător destinaţie sursă 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 Reţele Locale de Calculatoare 54

55 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 55

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 56

57 9. Canale multiple Wireless, dragă! - 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 g? - Cam 22 MHz. - Şi g utilizează banda ISM de 2.4 GHz, nu? - Da... Reţele Locale de Calculatoare 57

58 9. Canale multiple Îmi iau şi eu! - Păi lăţimea benzii este de = 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. Reţele Locale de Calculatoare 58

59 9. Canale multiple Reţele Locale de Calculatoare 59

60 9. Canale multiple Aplicaţii ale canalelor multiple: Colocalizarea mai multor reţele Extinderea benzii şi a razei de acoperire Roaming Amendamente recente: h - încorporat în în 2007 specifică 23/19 (SUA/Europa) canale pentru a, obţinute prin folosirea benzilor UNII Reţele Locale de Calculatoare 60

61 9. Canale multiple Topologie ESS Cele două BSS-uri utilizează canale disjuncte Reţele Locale de Calculatoare 61

62 9. Canale multiple Canalul 6 Canalul 11 Canalul 1 Canalul 6 Canalul 11 Canalul 1 Canalul 6 Canalul 1 Canalul 11 Canalul 6 Acoperirea unei suprafeţe mari folosind doar 3 canale Reţele Locale de Calculatoare 62

63 9. Canale multiple Interesant mai ales pentru reţele publice Reţele Locale de Calculatoare 63

64 Cuprins 1. Rolul reţelelor wireless 2. Undele electromagnetice 3. Transmisia în spectru împrăştiat 4. Echipamente specifice 5. Topologii specifice 6. Standarde pentru reţele locale 7. Accesul la mediu 8. Formatul cadrului Canalele de comunicaţie 10. Mecanisme de securitate Reţele Locale de Calculatoare 64

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 s-a standardizat WPA i bazat AES Reţele Locale de Calculatoare 65

66 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 Reţele Locale de Calculatoare 66