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Universidad Carlos III de MadridDpto. de Ingeniería Telemática
Ingeniería de Telecomunicaciones. Curso Telemática.
Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella 1
Redes de Área LocalRedes de Área Local
Prof. Dr. Jose Ignacio Moreno NovellaProf. Dr. Jose Ignacio Moreno Novella
Índice
Introducción.Topología y ArquitecturaMedios de TransmisiónMAC, LLCEth t
LAN 2
EthernetFast EthernetGigabit EthernetWLAN
DefinicionesIEEE. Red Área Local“sistema de comunicación de datos quepermite a un cierto número de dispositivosindependientes comunicarse directamenteentre sí, dentro de un área geográficareducida y empleando canales físicos de
LAN 3
comunicación de velocidad moderada oalta”
IEEE. Red Área Metropolitana.Área geográfica mas ámplia.Interconexión de R.A.L.sTasas de error y retardo superiores.
Redes de Area Local/MetropolitanaLANLAN
EthernetEthernet TokenToken--RingRing FDDIFDDI OtrasOtras
LAN 4
ThicknetThicknet
ThinnetThinnet
UTPUTP
FibraFibra
RadioRadio 4 Mbps4 Mbps16 Mbps16 Mbps FibraFibra OtrosOtros
Fast EthernetFast Ethernet TokenToken--BusBus
ATMATM--LANLAN
. . . . . . . . . .
LANELANE LISLIS
Características Básicas LANsMedio de transmisión compartido.Redes de difusión.Interconexión de equipos informáticos: Compartición de recursosRed Privada corporativaC b t áfi li it d (< 10 K )
LAN 5
Cobertura geográfica limitada (< 10 Km.)Velocidades de transmisión elevadas (1-100 Mbps)Tasas de error de transmisión muy bajas (~10-9)Uso transparenteFácil instalación y explotaciónGestión y Administración de la LAN.
Principales BeneficiosCompartición de Recursos
datos e información actualizadosacceso a periféricosprogramas y aplicacionescomunicaciones
Incremento de la capacidad de comunicaciones
LAN 6
Incremento de la capacidad de comunicacionesReducción de costes
directamente: recursos indirectos: aumento de productividad
Información distribuida pero acceso único.
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Ingeniería de Telecomunicaciones. Curso Telemática.
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Topologías Básicas
Estrella
Bus
LAN 7
Anillo
Otras: Arbol, Doble Anillo, Malla
Topología Lógica y Física
• T.Física: Estrella
LAN 8
• T.Lógica:Anillo• T.Lógica: BUS
Comparación entre topología básicas (1)
Criterio Estrella Bus Anillo
Seguridad ante Fallos
+ Control central + Fiabilidad frente a
fallos de estaciones - Nodo central crítico
+ Fiabilidad frente a fallos de estaciones
+ eliminación automática de señal en extremos
- medio de comunicación crítico
+ Permite encaminamiento alternativo
- Cualquier fallo en un nodo activo o en el medio afecta a toda la red
- Eliminación no t áti i f
LAN 9
automática info “caducada”
Facilidad de configuración
+ Facilidad conex/desconex estaciones y gestión
- Flexibilidad: cambios costosos (1 interfaz hub y 1 enlace por estación)
+ Topología simple + Flexibilidad de
reubicación de puestos
+Fácil administración - 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
+ Con estaciones, limitada por medio físico
- De red, limitada por hub
- Un incremento de carga en la red aumenta las colisiones y disminuye el rendimiento
+Limitada sólo por medio físico: no hay competencia por el medio ni colisiones
Retardo + No hay decisión de i i
+No hay decisión de i i
+No hay decisión de i i
LAN 10
introducido encaminamiento- Paso por hub
encamianmiento - Espera por el canal libre
encaminamiento.- Retardo introducido por cada estación
Medio físico + Topología idónea para fibra óptica
+ Topología válida para cualquier medio de transmisión
+Topología válida para cualquier medio de transmisión
Arquitectura
LLCce
N.Red
. . . .
LLC
Subnivel MAC: Control de acceso al medio físico de modoque múltiples estaciones puedan compartir el mismo
Subnivel LLC: Control del enlace de datos: ensamblado ydesensamblado, multiplexado y comprobación de direcciones
LAN 11
N.Físico
LLC
MACN.E
nlac LLC
802.3Ethernet
802.4Token Bus
802.5Token Ring
802.6DQDB
FDDI
Elementos de una LANEquipamiento
de conectividad
TarjetasCableado
LAN 12
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Ingeniería de Telecomunicaciones. Curso Telemática.
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Nivel Físico
Medio Físico Pares:
UTP (“Unshielded Twisted Pair”) STP (“Shielded Twisted Pair”)FTP (“Foiled Twisted Pair”)
LAN 13
FTP ( Foiled Twisted Pair )Coaxial: thick, thinFibra Optica: monomodo, multimodo, gradual
Distancia
Comparación Medios de Transmisión
COAXIAL PARES FIBRA
Grueso Fino UTP STP OPTICA
Velocidad transmisión
100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps >100 Mbps. < 2,2 Gbps
Longitud enlace
500 m 200 m 100 m 100 m (Km)
Inmunidad interferencias
Excelente Excelente Pobre Buena Inmune a eléctricas
LAN 14
Tamaño conectores
Medio Medio Pequeño Grande Diminuto
Flexibilidad cable
Media-alta Alta Alta Alta Media-alta
Facilidad instalación
Media-Alta (conectores)
Fácil Fácil “A medida” Media-alta (conexiones)
Coste Medio Medio-bajo Bajo Medio-Bajo Alto
Caudal Agregado
Inter-red LAN
C1 C2
C3Cn
LAN 15
Inter red LAN
C4C5
C6...
CaudalAgregado = CiΣ
Control de Acceso al Medio
“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
LAN 16
Parámetros:Control centralizado o distribuido.Cómo realizar el control: en función del coste, prestaciones, complejidad...
Tipos de Control de Acceso al Medio
Reserva: MDF, MDT, conmutación de circuitos.Sondeo.Contienda.
LAN 17
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 testigoCriterio CSMA/CD Token Passing
Tipo de Acceso Descentralizado aleatorio Homogéneo para cada estación de la red.
Descentralizado determinístico Homogéneo para cada estación de la red
Topología Bus, estrella/árbol Anillo, Bus, estrella/árbol
Tipo de Tráfico adecuado
Tráfico bajo y/o mensajes esporádicos (aunque sean largos): tipo PC
Tráfico uniforme y/o elevado
LAN 18
Rendimiento de la red
+ Alto con tráfico bajo -Medio/bajo con tráfico alto: una mayor carga de la red puede provocar colisiones más frecuentes y una reducción del rendimiento de la red
- Riesgo de monopolización de la red por una estación
- Medio/alto con tráfico bajo. +Alto con tráfico alto: inexistencia de colisiones en el medio, por lo que una mayor carga de la red no afecta negativamente a su rendimiento (relativamente constante)
- Dependencia de testigo: riesgo de perdida.
Retardo introducido
+ Es posible transmisión inmediata + Retardo pequeño con tráfico bajo + Momento de acceso y tiempo de espera para transmitir impredecible.
- Retardo muy grande con tráfico alto.
- Se requiere espera por testigo: retardo elevado en grandes anillos.
- Retardo medio con tráfico bajo + Momento de acceso y tiempo de espera para transmitir predecible.
+ Retardo limitado con tráfico alto.
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LLC: Multiplexación del MAC
IPXIP ARP
LLC
. . .
ARPIPX
IP
LAN 19
MAC
ARP IP IPX
ARP IP IPX
Control del Enlace Lógico (802.2)
Usuarios LLC: protocolos de capas superioresfunciones de gestión de red.
Usuarios origen y destino: direcciones DSAP SSAP
LAN 20
DSAP SSAP CTL Información 1 1 1 o 2 variable
DSAP y SSAP.Formato de PDU de LLC:
LLC está basado en HDLC.
Control del Enlace Lógico (802.2)DSAP y SSAP
Multiplexación del MAC2 bits para individual/grupo y global/local
Campo de Control en CO
LAN 21
1 Octeto: SABME, DISC, DM, FRMR y UA2 Octetos: I, RR, RNR y REJ
Tres tipos de servicio: CL, CO y semi-CLServicio 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:
LAN 22
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.
Servicios LLC (y 2)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.Ú
LAN 23
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.
SAPs asignados globalmente
AA - SubNetwork Access Protocol (IETF)42 - PDU correspondiente a un puenteBC- Banyan VinesF4 - IBM network management06 - Internet Protocol
LAN 24
FE - ISOF0 - Network Basic Input/Output SystemE0 - Novell NetwareFF - BroadcastF8 - IBM remote program load80 - 3COM Xerox Network Services
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Estándares“estándar de derecho”: proceso de normalización desarrollado por algún organismo de estandarización“estándar de hecho”: aceptación generalizada en el mercado Comités
LAN 25
ISOIEEEANSIATM ForumIETF
Normativa LAN (1)
IEEE 802.2/ISO 8802.2 (LLC). Define el interfaz LLC correspondiente al nivel 2 de enlace del modelo OSI para LANs.IEEE 802.3/ISO 8802.3 (Ethernet).
N.Físico: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, 10BaseF, etc
LAN 26
etcMAC: CSMA/CD sobre topología lógica en bus
IEEE 802.5/ISO 8802.5 (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.
Normativa LAN (y 2)
ANSI FDDI/IEEE 802.8N.Físico: Fibra Optica, 100 MbpsMAC: Paso de testigo sobre topología lógica en doble anillo.
Redes LAN de Alta Velocidad
LAN 27
Redes LAN de Alta Velocidad100BaseT (802.3u)100Base VG (802.12)Virtual LANs
LISLANE
Normativa IEEE 802
LAN 28
Ethernet vs. IEEE 802.3Ethernet fue el origen. Diseñado por Xerox para conectar 100 ordenadores mediante un cable de 1 Km.802.3, norma de IEEE promovida por DEC, Xerox e Intel.
LAN 29
Diferencias:Velocidad:
Ethernet 10 Mbps802.3: 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 mCoax: Thinnet 200 m, Thicknet 500 mFibra multimodo: 2500 m ($$$).
Topología física en bus (coax ) o estrella
LAN 30
Topología física en bus (coax.) o estrellaEvolución hacía topología en estrella por facilidad de gestión. Topología Lógica en busRepetidores <=4Diámetro máximo: 2500 metrosCodificación Manchester
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CSMA/CD sobre bus lógicoNorma Medio
físico V. Transmisión Distancia
Max. Otras caract.
10 BASE 5 Coax Thick 10 Mbps Banda Base
500 m. Topología multipunto en bus.Hasta 4 repetidores (max 5, 2500)
10 BASE 2 Coax thin 10 Mbps Banda Base
180 m Hasta 4 repetidores (max 5, 1000)
10 BROAD 36 Coax BA 10 Mbps Banda Ancha
3.600 m Mas cara, poco utilizada
LAN 31
1 BASE 5 UTP 1 Mbps Banda Base
2.000 m Topología en estrella o árbol Max. 5 segmentos (4 nodos) entre usuario y hub raíz, 200 m entre nodos
10 BASE T UTP 10 Mbps Banda Base
100 m topología en estrella o árbol. Max. Dist. Entre repetidores 200 m.
10 BASE F F.O. 10 Mbps Banda Base
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/sTécnica de acceso: CSMA/CDTopología Lógica en BusCapacidad Agregada: 30% por segmento
LAN 32
p g g p gSoporte de multicastTramas no propias filtradas por el Hw
IEEE 802.3: Formato de trama
Bytes: 7+1 2 o 6 2 0-1500 42 o 6 0-46PreámbuloPreámbuloy 1 de SFDy 1 de SFD D.DestinoD.Destino D.OrigenD.Origen LongitudLongitud DatosDatos PADPAD CRCCRC
Preambulo: Sincronización 10101010......
LAN 33
Direcciones: Individual: 0Grupo: 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.
802.3: Long. Trama Mínima
AA BB
AA BB
Fijados Velocidad Txt 10 MbpsLong Máxima 2500 m4 Repetidores
Mínima trama 51,2 µseg =
to
to+ Xp
LAN 34
AA BB
AA BB
, µ g2 * Xp64 octetosRegla de Diseño 5-4-3-2-1
5 Segmentos4 Repetidores3 Segmentos con nodos2 segmentos deinterconexión1 dominio de colisión de hasta 1024
estaciones con diametro de 2500 m.
to+ Xp
to+ 2Xp
IEEE 802.3: Direcciones
Grupo=0 => dirección individual
Código fabricante Número de serie22 bits 24 bits
Grupo Global1 bit 1 bit
LAN 35
pGlobal=0 => dirección localCódigo de fabricante obtenido del IEEEEj: a2-41-42-59-31-51
Resumen 802.3
CaracterísticasTecnología con mayor penetración en el mercadoSimplicidad de instalaciónRetardo de acceso en baja carga despreciable
LAN 36
Retardo de acceso en baja carga despreciable.No soporta prioridadesNo apropiada para tráfico de tiempo real.Tamaño mínimo de trama 64 bytesLongitud máxima 2,5 Km.
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Fast Ethernet: CaracterísticasIntento de “acelerar” la red ethernet: 802.3u (1995)Se modifica el nivel físico, reduciendo el tiempo debit en un factor de 10 (10 ns), permitiendo un anchode banda de 100 Mbps.Los demás elementos de la norma 802.3 semantienen sin cambios:
LAN 37
interfaces, estructura y longitud de tramas,detección de errores, método de acceso,etc.
Es compatible y puede coexistir con redes ethernettradicionales: Autoconfiguración.Basada en 10BaseT. (solo admite topología físicaen estrella). Requiere equipos de interconexión(Hubs, Switches)Cableado: (categoría 3, 4 y 5 UTP, STP y FO)
Ethernet vs. Fast Ethernet
Ethernet Fast EthernetVelocidad 10 Mbps 100 MbpsStandard 802.3 802.3 (u)MétodoAcceso
CSMA/CD CSMA/CD
LAN 38
AccesoTopología Bus, Estrella EstrellaCableado Coax, UTP, Fibra UTP, STP, FibraDistancia 100 m 100 mDiámetro 2500 m 210 m
Arquitectura
. . . .MII: Media Independent Interface
MDI: Media Dependent Interface
MAC*
LAN 39
N.F
ísic
o MII
MDI
MII
MAC*
100Base-T4 100Base-TX 100Base-F
Opciones 100 Base TIEEE 802.3 (100Mbps)
100BASE-X
100B E TX 100B E FX 100B E T4
LAN 40
100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4
2 UTP clase 5 2 STP 2 fibras ópticas 4 UTP clase 3 ó 5
100 Base T4UTP categoría 3Frecuencia de transmisión: 25 MHzUtiliza 4 paresUso de señales ternarias (0,1,2) en línea.3 pares para transmisión: 100 Mbps
LAN 41
3 pares para transmisión: 100 Mbps3 pares para recepción: 100 Mbps2 pares configurados para transmisión bidireccional.1 para detección de colisionesCodificación 8B6TLongitud máx. 100 m
100 Base TX
UTP categoría 5 y STP125 MHzUtiliza 2 pares.1 para forwarding: 100 Mbps
LAN 42
p g p1 para recepción: 100 MbpsCodificación 4B5B-NRZI, compatible FDDILongitud máxima: 100 m.SemiDuplex vs Full Duplex
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100 Base FX
FOUtiliza dos: una para transmitir y otra para recibir.Necesario convertidor de secuencia de grupos
LAN 43
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 duplexLongitud máxima: 2000 m.
Configuración de Hubs
Compartido: Hubs100BaseT: 100BaseTX y 100BaseT4Todas las líneas comparten el mismo dominio de colisión
Conm tado S itch
LAN 44
Conmutado: SwitchSe utiliza buffering por línea Cada línea tiene su propio dominio de colisiónTramas conmutadas mediante el hub (backplane)100BaseFX y 100BaseT
Autonegociación: NwayLos 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.
LAN 45
Server10Mbp
s
Server100Mbps
Switch100BaseT
Switch10BaseT
Switch100BaseT
10Mbps
100Mbps
Integración y Evolución
LAN 46
... ...
... ...10BaseT
HUB10BaseTSwitch
100BaseTHub100BaseT
Switch
Gigabit Ethernet (802.3z) (1)Aprobado en Junio de 1998Utiliza Formato trama estándar de Ethernet802.3z incluye especificaciones de:
MAC: full duplex (punto a punto) y semiduplex (canales difusión compartidos)CSMA/CD en Canales compartidosF ll d l P t t
LAN 47
Full-duplex en Punto a punto3 interfaces de nivel físico:
1000Base-SX: FO Multimodo, cableado horizontal de edificios (220-550 m). Modo Full Duplex1000Base-LX: FO Monomodo, backbone e interconexiones de campus (hasta 5000m). Modo Full Duplex1000Base-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).
Gigabit Ethernet (802.3z) (2)
Mejoras sobre Ethernet 10/100 (Medio compartido):
Extensión de Portadora: hasta 512 bytesRáfagas de Tramas
LAN 48
Trama 1 Trama 2 Ext. Portadora
512 bytes
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Gigabit Ethernet (802.3z) (3)
Uso de Gigabit EthernetServidores de alta capacidad: BBDDInterfaz para tecnologías de alta velocidad: DWDM
LAN 49
Anillo DWDM
GigabitEthernet
10 Gigabit Ethernet (802.3ae)Aprobada Junio 2002Aumento de la velocidad en x10Utilización en entorno LAN/WAN sobre fibra obscura o SONET/SDHCompatibilidad con 802.3.
LAN 50
p64 – 1518 Byte framesNo soporta Half-Duplex No existe CSMA/CDSoporte Full-Duplex
Utilización de F.O. LAN PHY – 10Gb/sWAN PHY – 9.29Gb/s (SONET framing overhead)
10GbE: Interfaces Definidos (PMD)
10GBase-SR: < 300m sobre fibra obscura (F.O.)10GBase-SW: < 300m sobre SONET
Fibra multimodo 850nm10GBase-LR: 2m-10km sobre F.O.10GBase-LW: 2m-10km over SONET
1310
LAN 51
Fibra Monomodo 1310nm10GBase-ER: 2m – 40km sobre dark fiber10GBase-EW: 2m – 40km sobre SONET
Fibra Monomodo 1550nm10GBase-LX4 – 4 λ sobre fibra monomodo/multimodo 1310nm
10GBase-CX4: Soporta cobre hasta 15 m (Aprobada Febrero 2004).
10GbE: Arquitectura 802.3ae
10Gb Media Independent Interface (XGMII) or10Gb Attachment Unit Interface (XAUI)
Full Duplex 802.3 Media Access Control (MAC)
LAN 52
WWDMPDM1310nm
WWDM LAN PHY8B/10B
Serial LAN PHY64B/66B
SerialPMD
850nm
Serial PMD
1310nm
Serial PMD
1550nm
SerialPMD850nm
SerialPMD
1310nm
SerialPMD
1550nm
Serial WAN PHY64B/66B + WIS
Fuente: 10GE Alliance Technology Overview White paper
10GbE: Aplicaciones
Entornos LAN/MAN/WANInterconexión de enlaces POP de ISPInternet peeringConexiones de Servidores
LAN 53
Conexión de Routers de Core a SDH/FO......
WLAN: Redes de Área WLAN: Redes de Área Local InalámbricasLocal Inalámbricas
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LAN vs WLANSimilitud
Compatibilidad con LAN: aplicaciones, protocolos, uso, etc.802.11 ofrece el mismo servicio que 802.3
LLCTransparente a los Protocolos superiores.
Diferencias: LLCace
N.Red
. . . .
LLC
LAN 55
Diferencias:Interfaz Aire:
Radio o InfrarrojosSeguridad WEPProblemas de Transmisión: Atenuación, Reflexión
MovilidadAcceso a servicios independiente de su posición.Localización de Servicios.Complejidad del protocolo.
N.Físico
LLC
MACN.E
nla LLC
802.3Ethernet
802.11WLAN
IEEE 802.11: IntroducciónPrimer estándar para WLAN (1997), revisado en 1999Define un subnivel MAC, servicios y protocolos de gestión y tres niveles físicos (PHY):
IR: Infrarrojos FHSS: Frecuency Hopping Spread SprectrumDSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
LAN 56
DSSS: Direct Sequence Spread SpectrumTodos ellos soportan 1 y 2 Mbps
Banda 2,4 GHz, ISM.Posteriormente (’99) se definen otros dos PHY
802.11a: OFDM: Orthogonal frecuency domain multiplexing en la banda 5 GHz802.11b en la banda 2,5GHz soportando hasta 11 Mbps.
IEEE 802.11: Introducción (2)
Diseñado para ofrecer los mismos servicios de redes fijas (802.3):
Alto throughput, entrega fiable de información, conectividad continua
y con soporte para
LAN 57
.. y con soporte paraMovilidad transparenteAhorro de energía
Bandas Libre de Frecuencia (ISM)
ExtremelyLow
VeryLow
Low Medium High VeryHigh
Infrared VisibleLight
Ultra-violet
X-Rays
AudioAM Broadcast
Short Wave Radio FM BroadcastTelevision Infrared wireless LAN
Cellular (840 MHz)NPCS (1.9 GHz)
UltraHigh
SuperHigh
LAN 58
902-928 MHz26 MHz
5 GHz(IEEE 802.11)
HiperLANHiperLAN 2
802.11a
2.4 – 2.4835 GHz83.5 MHz
(IEEE 802.11)802.11b and 802.11g
Arquitectura 802.11b
Formado por los elementos:Estación (MS)Punto de acceso (AP)Medio inalámbricoC j Bá i d S i i (BSS)
LAN 59
Conjunto Básico de Servicios (BSS)La estación de distribución (DS)Conjunto extendido de servicios (ESS)
Estación
Pueden ser:MovilesPortablesEstacionarias
LAN 60
Se conectan al medio inalámbricoDisponen de los siguientes servicios:
AutenticaciónDe-autenticacíónPrivacidadEntrega de datos (MSDU)
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BBS: Conjunto básico de serviciosBBS es un conjunto de estaciones que se comunican entre sí.
IBSS: (Independent BSS): No disponen de conexión al exterior (red fija).Comunicación directa entre estacionesPuede 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 directaSuelen denominarse redes “ad-hoc”
BSS i f t t (BSS)
LAN 61
BSS en infraestructura (BSS)Son BSS que disponen de un Punto de Acceso: APEl 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.
Configuraciones de WLANs
Modo Infraestructura vs Ad-hocBackbone de alta velocidad Wired LAN
LAN 62
CELDA ESTACIÓN NOMADA
INFRAESTRUCTURA WLAN WLAN AD HOC
Sistema de distribución
Portal
802.x LAN802.11 LAN
BSS1
Punto Acceso
STA1
BSS1
STA1 STA3
Tipos de redes 802.11
LAN 63
Sistema de distribución
PuntoAcceso
802.11 LAN
BSS2
STA2 STA3
ESSSTA2
Red ad-hoc
Infraestructura de red
ESS: Conjunto Extendido de ServiciosESS 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.
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
LAN 64
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.
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.
Sistema de distribución
Portal
802.x LAN802.11 LAN
BSS1
Punto Acceso
STA1
BSS1
STA1 STA3
Tipos de redes 802.11
LAN 65
Sistema de distribución
PuntoAcceso
802.11 LAN
BSS2
STA2 STA3
ESSSTA2
Red ad-hoc
Infraestructura de red
DS: Sistemas de Distribución
Soporta el mecanismo mediante el cual un AP:
Se comunica con otro AP para intercambiar tramas de estaciones en sus BSSsReenvía tramas a otro AP para alcanzar otras
LAN 66
Reenvía tramas a otro AP para alcanzar otras estacionesIntercambia 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).
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Sistema de distribución
Portal
802.x LAN802.11 LAN
BSS1
Punto Acceso
STA1
BSS1
STA1 STA3
Tipos de redes 802.11
LAN 67
Sistema de distribución
PuntoAcceso
802.11 LAN
BSS2
STA2 STA3
ESSSTA2
Red ad-hoc
Infraestructura de red
ServiciosServicios de Estación
AutenticaciónDe-autenticaciónPrivacidadEnvío de Datos
LAN 68
Servicios de DistribuciónAsociación, De-asociaciónRe-asociaciónDistribuciónIntegración
Máquina de estados
Estado 1:No Autenticado,
No Asociado
Autenticación Notificación de De-autenticación
Tramas Clase 1
Tramas
LAN 69
Estado 2:Autenticado,No Asociado
Estado 3:Autenticado,
Asociado
Notificación de De-asociación
Autenticacióno
Re-asociación
Tramas Clase 1 & 2
Tramas Clase 1, 2 & 3
Notificación de De-autenticación
Nivel Físico: 802.11Desarrollado en cuatro fases
802.11: 1997Se soportan tres mecanismos de nivel físicoDos en la Banda 2.4-GHz y uno en infrarrojoVelocidades de 1 y 2 Mbps
1999IEEE 802 11
LAN 70
IEEE 802.11a5-GHz band hasta 54 Mbps
IEEE 802.11b2.4-GHz band a 5.5 y 11 Mbps
2002IEEE 802.g extiende la capacidad de 802.11b a velocidades de hasta 54 Mbps.
WLAN de celda única
AP
servidor
HUB UM
Ethernet
LAN 71
Ethernet
Router
WLAN de celdas múltiples
CMUM
UM
UM
CM
UM
UM
UMUM
UM
UM
FRECUENCIA 2
LAN 72
Ethernet
Router
CM
FRECUENCIA 1FRECUENCIA 3
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La capa física en 802.11Tres opciones, todas con velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps:
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) en la banda de 2,4 GHzSe modula la señal con una portadora de banda estrecha que cambia de frecuencia periódicamente (cada 224 μs) según una secuencia determinada y conocida de frecuencias79 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 colisiónDSSS (Direct Sequence Spread Spectrum ) en la banda de 2,4 GHz
Utilización de códigos de Barker para el ensanchado de la señal
LAN 73
Utilización de códigos de Barker para el ensanchado de la señalSe utiliza la secuencia binaria de longitud 11bits "10110111000“En 802.11b se traduce en que un
• “1” 00110011011 • “0” 11001100100
Infrarrojos en la banda de 850 a 950 nm Hasta 20 m
1 Mbps DSSS
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.802.11b:
Hasta 3 AP por area33 Mbps
5 5 Mbps DSSS
2 Mbps DSSS
LAN 74
802.11a:Hasta 8 AP por área (indoor)432 Mbps.
5.5 Mbps DSSS11 Mbps DSSS
OFDMOFDM54 Mbps54 Mbps
48 Mbps48 Mbps
36 Mbps36 Mbps
24 Mbps24 Mbps
18 Mbps18 Mbps
12 Mbps12 Mbps
09 Mbps09 Mbps
06 Mbps06 Mbps
Nivel MAC 802.11
Soporta las siguientes funciones:Soporte de entrega de datos fiableControl de acceso al medio compartido. Se soportan dos técnicas:
DCF: Distributed Coordination Function
LAN 75
DCF: Distributed Coordination Function PCF: Point Coordination Function
Protección de datos: cifra los datos enviados sobre el enlace inalámbrico.
WEP: Wired Equivalent Privacy
Protocolo de Intercambio de tramas
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
LAN 76
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.
Transmisión BásicaLa 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 t t
LAN 77
otras tramas.En caso de no recibirse ACK el origen retransmite la trama. STA AP
DATA
ACK
Problema del Nodo OcultoSucede cuando la transmisión de una estación se ve oculta por otra.
A B C
LAN 78
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).
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Problema Nodo Oculto (II)Las estaciones que reciben un RTS debe deferir sus transmisiones hasta recibir una trama de ACKLas estaciones que reciben un CTS deben diferir las trasmisiones hasta recibir un ACK.Se utilizan timers para evitar monopolizar el medio.
LAN 79
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 MedioDistributed Foundation Wireless foundation MAC(DFWMAC):
Mecanismo Centralizado (obligatorio): DCFMecanismo opcional Distribuido: PCF
DCF (Distributed Coordination Function) Utiliza un mecanismo de contención para proporcionar
l t t lid d d l t i
LAN 80
acceso a la totalidad 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 DCFNecesario para tráfico isócrono.
DCF: Función de Coordinación Distribuida
Se basa en el uso de CSMASi una estación tiene tráfico a transmitir, escucha el medio.Si el medio esta libre la estación puede transmitirSi esta ocupado debe esperar hasta que finalice la transmisión en curso.D bid l t l d l di i lá b i
LAN 81
Debido a la naturaleza del medio inalámbrico, 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.
LAN 82
Una vez finalizada, espera otro IFS.Si se mantiene libre, espera un tiempo aleatorio (Back off) y vuelve a escucharSi el medio sigue libre, transmiteDurante 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.
Lógica de Acceso al medioEsperar una
Trama a Transmitir
Esperar IFS
¿Medio Libre ?
Continúa Libre Esperar a finalizar tx
NO
NO
SI
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Continúa Libre Esperar a finalizar tx
Esperar IFSTx Trama
Espera exp. binariaMientras medio libre
Continúa Libre
Tx Trama
SI
NO
SI
Soporte de PrioridadesEl 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
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Se utiliza por el mecanismo PCF para emitir un sondeo. DIFS (distributed coordination function IFS):
Es mayor que DIFSLo utiliza el mecanismo DCF
EIFS (Extended IFS)Es el mayor de ellosSe utiliza cuando se recibe una trama con errores para permitir a la estación transmisora enviar correctamente la trama.
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Uso de SIFSACKs:
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 l
LAN 85
enlace.Cada trama es asentida con ACK tras SIFSLa estación realiza contienda por el canal, tras lo cual mantiene el control sobre todos los fragmentos.
CTSTras 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
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Tiene mayor preferencia a tráfico asíncrono.
DIFS: Se utiliza para gestionar el enlace mediante control distribuido.
DCF: Técnica Básica de Acceso
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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
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Cuando una estación es sondeada, puede contastar mediante SIFS. Si el coordinador recibe respuesta, puede sondear de nuevo mediante PIFSSi 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 PFCPara 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.
SupertramaPara 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.
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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.
Número de Retransmisiones
Existen tres parámetros que limitan las retransmisiones:
Lifetime TimerShort retry counterL t t
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Long retry counterLos 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.
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Aspectos de Seguridad
Único mecanismo contemplado: WEP (Wired Equivalent Privacy). No obligatorioSe cifran los datos (no cabeceras)Cifrado “en stream” simetrico.Se utiliza la misma clave para cifrar y descifrar
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Clave de longitud variable hasta 256 bit.Se utilizan 40 y 128 bits.
Sirve para Confidencialidad e integridad sobre los datosAutenticación del cliente.
Problemas actuales:Claves estáticas.Claves cortas. Facilidad de romper el mecanismo por fuerza bruta.
Alternativas de SeguridadOcultación de SSID, evita que la red sea descubiertaFiltrado por dirección MAC. Solo autentica el cliente no el usuario.802.1X.
define los cambios necesarios en el
LAN 92
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.
Formato de Tramas
Formato Básico:
FC Dirección1 CRCDirección
2 Dirección
3 SC Direccion Direccion Dirección4 Dirección Datos (MSDU)D/I
2 2 6 6 6 6 40..23122
MPDU
Bytes
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FC: Frame ControlD/I: Duration/IdentifierSC: Sequence Control
Extensiones de 802.11El estándar 802.11b fue aprobado por la IEEE en Septiembre de 1999 como modificación al estándar 802.11
802.11b implica modificaciones en la capa física y la capa de acceso al medio (capa MAC)
Otras extensiones:
Protocolo Objetivo Fecha de ratificación
802.11e Mecanismos de calidad de servicio
Enero 2003
LAN 94
de servicio
802.11f Mecanismos de traspaso entre puntos de acceso
Marzo 2002
802.11g Esquema de modulación OFDM para 2,4 GHz
Enero 2003
802.11h Selección dinámica de frecuencias (DFS) y control de la potencia de transmisión (TPC)
Marzo 2003
802.11i Nuevas especificaciones de seguridad
Septiembre 2003
fIAPP
eQOS
iEncriptación y autenticación
Infraestructura de red
802.1XAutenticación y autorización de red
Extensiones de 802.11
LAN 95
a5 GHz - OFDM
b2,4 GHz - CCK
g2,4 GHz - OFDM
hTPC/DFS
Capa física
Capa MAC
802.11Protocolo base
Introducción: Aplicaciones
Ampliaciones de redes LAN.
Interconexión de edificios.
A Nó d
LAN 96
Acceso Nómada.
Trabajo en red ad hoc.
Cobertura de zonas sin infraestructuras.
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