Embed Size (px)
Citation preview
1
Redes inalRedes inaláámbricas y mbricas y
mmóóvilesviles
Computer etworking: A Top Down Approach Featuring the Internet,
3rd edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, July 2004.
Parte de esta información ha sido tomada del libro:
Dr. Víctor J. Sosa Sosa
2
AgendaAgenda
1. Introducción
2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links,
características
CDMA
2.3 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por
Celular
arquitectura
estándares (e.g.,
GSM)
3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y
encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en
redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de
niveles superiores
4. Resumen
3
Redes Inalámbricas y móviles
Antecedentes:
El # de suscriptores de teléfonos celulares ya excede
al # de suscriptores de teléfonos fijos.
Redes de computadoras: existe la intención de que
las laptops, palmtops, PDAs, y los celulares se
conecten a Internet de manera inalámbrica desde
cualquier lugar.
Dos retos importantes:
La comunicación sin cables
El manejo de usuarios móviles que continuamente
cambian su punto de acceso a la red
4
Top 10: Desarrollos relacionados con
redes de interconexión recientes…
1. Grandes inversiones en seguridad: Interconexión conciente del mensaje ⇒ Todos los mensajes se escanean mediante gateways de seguridad
2. Amplio crecimiento en Wireless (WiFi) - Intel Centrino-
3. Más teléfonos celulares que teléfonos fijos. Teléfonos celularesinteligentes con PDAs, email, video, imagenes⇒ Mobilidad
4. El acceso a banda ancha está creciendo mas rápido que los teléfonos celulares
5. Ethernet se extiende a todos los niveles >
6. El cableado es más caro que el equipo ⇒ Acceso sin cables7. La voz sobre IP (VoIP) es la corriente dominante. VoIP sobre banda
ancha/Wi-Fi/Celular
8. Multi-servicios IP: Voz, Video, y Datos
9. Almacenamiento a niveles de Terabyte/Petabyte ⇒ Interconexión de alta velocidad
10. Juegos: basados en internet e inalámbricos
5
Tendencia de las ganancias en
Telecomunicaciones
Fuente: Instat/MDR (Business Week, Feb 28, 2005)
Las largas distancias tienden a desaparecer.
La tendencia en ganancias proviene de lo inalámbrico.
6
Historia de las WLA# (Wireless LA#s)
IEEE aprueba 802.11h (5 GHz, hasta 54 Mb/s en Europa)10/2003
IEEE aprueba 802.11g (hasta 54 Mb/s, 2,4 GHz)6/2003
Borrador 802.11e (QoS en WLANs)12/2001
Primeros productos comerciales 802.11a12/2001
IEEE aprueba 802.11b (11 Mb/s, 2,4 GHz) y 802.11a (54 Mb/s, 5
GHz, no disponible en Europa)
9/1999
Primeras WLANs de 11 Mb/s a 2,4 GHz (preestándar 802.11b)1998
IEEE aprueba 802.11. 1 y 2 Mb/s. 2,4 GHz e infrarrojos.7/1997
Primeras WLANs disponibles en Europa. 1 y 2 Mb/s, 2,4 GHz. 1993
Primeras WLANs (propietarias) 860 Kb/s. 900 MHz, no disponibles
en Europa.
1986
EventoFecha
7
Red inalámbrica: Elementos
Infraestructurade red
laptop, PDA, teléfono IP
Corre las aplicaciones
Puede ser estacionario o móvil
Inalámbrico no siempre significa móvil
Host inalámbrico
8
Usualmente conectada a una red cableada
retransmisión –responsable de enviar paquetes entre red cableada y hosts inalámbricos ubicados en su “area” de acción
e.g., torres de celulares, puntos de acceso 802.11
Estación base
Infraestructurade red
Red inalámbrica: Elementos
9
Usado normalmente paraconectar estaciones base con móviles
También utilizada comoenlace troncal
Protocolo de accesomúltiple que cordina losaccesos al enlace
Varias distancias y tasasde transmisión
Infraestructurade red
Enlace inalámbrico
Red inalámbrica: Elementos
10
Red inalámbrica: Modos de operación
Modo: Infraestructura
La estación base conecta a los dispmóviles a la red cableada
handoff: El disp. móvilcambia de estanciónbase
Infraestructurade red
11
Red inalámbrica: Modos de operación
Modo: Ad hoc
Sin estación base
Los nodos sólopueden transmitir a otros nodos que esténdentro de la coberturadel enlace
Los nodos se organizan entre elloscomo red: lospaquetes se enrutanentre ellos.
12
Características de los estándares
para enlaces inalámbricos
384 Kbps
56 Kbps
54 Mbps
5-11 Mbps
1 Mbps802.15
802.11b
802.11a,g
IS-95 CDMA, GSM
UMTS/WCDMA, CDMA2000
.11 p-to-p link
2G
3G
Interior
10 – 30m
Exterior
50 – 200m
Rango medio
en exterior
200m – 4Km
Rango largo
en exterior
5Km – 20Km
13
Cables de conexiónLANConexión telef.
(módem)
Equivalente a:
NoSíSíItinerancia
(roaming)
FHSSFHSS, DSSS, OFDMVariasTécnica radio
10 m70 - 150 m35 KmRango
2,4 GHz2,4 y 5 GHz
Infrarrojos
0,9/1,8/2,1 GHzFrecuencia
721 Kb/s1-2-11-54 Mb/s(*)9,6/170/2000 Kb/sVelocidad
IEEE 802.15
(Bluetooth)
IEEE 802.11
(WiFi)
GSM/GPRS/UMTSEstándar
WPAN (Wireless
Personal Area
Network)
WLAN
(Wireless LAN)
WWAN
(Wireless WAN)
Tipo de red
Tecnologías inalámbricas: Comparación
(*) Las velocidades bajas (1-2 Mb/s) corresponden a la norma 802.11 antigua
14
Alcance en función de la frecuencia
Las frecuencias altas se atenúan más. Por tanto a mayor frecuencia menor alcance
Enlace punto a multipunto(antena omnidireccional)
Alcance (Km) Alcance (Km)
Enlace punto a punto(antena direccional)
15
Estándares 802.16 y 802.11
16
Espectro electromagnético
La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada por la ITU-R y se requiere licencia para emitir
La ITU-R divide el mundo en tres regiones, Europa es la región 1. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (http://www.itu.int/brfreqalloc/). Algunos países tienen normativas propias más restrictivas (ver p. ej. http://www.setsi.mcyt.es).
Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el IEEE decidió asignar para esto algunas de las bandas ISM (designadas para aplicaciones de tipo industrial-cientifico-médico, Industrial-Scientific-Medical).
Algunas bandas ISM están restringidas a ciertas regiones.
17
No250 MHz24 – 24.25 GHz
802.11 a (América, Japón, Singapur,
Taiwán)
150 MHz5 725 – 5 875 MHz
802.11, 802.11b, 802.11 g100 MHz2 400 – 2 500 MHz
Sistemas propietarios antiguos (solo en
EEUU y Canadá)
26 MHz902 – 928 MHz*
No14 kHz13 553 – 13 567 kHz
No40 kHz40.66 – 40.7 MHz
No326 kHz26 957 – 27 283 kHz
Uso en WLANAnchoBanda
Bandas designadas por la ITU para
aplicaciones ISM
* Solo autorizada en región 2 (EEUU y Canadá)
18
Nivel físico en 802.11
Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma habitación (802.11)
Radio FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.(802.11)
Radio DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. (802.11-/b/g)
Radio OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usado para altas velocidades (>11 Mb/s) en la banda de 5 GHz (802.11a/h). Emplea una técnica parecida a ADSL para aprovechar el espectro lo mejor posible
Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí (salvo que tengan varias etapas de radio). Dentro de unmismo sistema hay autonegociación de la velocidad y funcionalidades
19
Nivel físico en 802.11
PocaMuchaPoca.
Sistema
antiguo, a
extinguir
Muy raraUtilización
Solo disponible
en América,
Japón, Singapur
y Taiwan
Buen rendimiento
y alcance
Sensible a
interferencias
Bluetooth y
hornos
microondas
No atraviesa
paredes
Características
1 y 2 (802.11)
850 – 950 nm
Infrarrojos
5 GHz 2,4 GHz 2,4 GHzBanda
6, 9, 12, 18, 24,
36, 48 y 54
(802.11a/h)
1, 2 (802.11)
5.5, 11 (802.11b)
6, 9, 12, 18, 22,
24, 33, 36, 48 y
54 (802.11g)
1 y 2 (802.11)Velocidades*
(Mb/s)
OFDMDSSSFHSSMedio físico
* Las velocidades en negrita son obligatorias, las demás son opcionales
20
Enlaces inalámbricos: Características
Diferencias con los enlaces con cables >.
Intensidad de la señal decreciente : la señal de radio se atenua al propagarse a través de la materia (pérdida de ruta)
Interferencia de otras fuentes: las frecuencias estandarizadas para redes inalámbricas (e.g., 2.4 GHz) son compartidas por otros dispositivos (e.g., teléfonos); algunos dispositivos, como motores, provocan interferencias.
Propagación multicamino: la señal de radio se refleja con los objetos cercanos al receptor
>. la comunicación entre enlaces inalámbricos suele ser más “difícil” (incluso la punto a punto)
21
Enlaces inalámbricos: Características
Múltiples emisores y receptores inalámbricos crean
problemas adicionales (más allá del acceso múltiple)
AB
C
Problema de la terminal oculta B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan entre sí, lo que significa que A y C no están concientes de su interferencia en B.
A B C
Intensidadde la señalen A
space
Intensidadde la señalen C
Desvanecimiento de señal: B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan entre sí interfiriéndose en B
22
Code Division Multiple Access (CDMA)Code Division Multiple Access (CDMA)
Utilizado en varios sistemas estándares para broadcast inálambricos (celular, satelite, etc)
“Código” único asignado a cada usuario
Todo los usuarios comparten la misma frecuencia, sin embargo, cada usuario tiene su propio “código” para transmitir datos
Señal codificada = (datos originales) X (“código”)
decodificar: señal codificada por el código entre el número de elementos del “código” ver ejemplo en la siguiente lámina
Permite a múltiples usuarios coexistir y transmitir simultáneamente con una mínima interferencia (si los códigos son “mutuamente independientes”)
23
Codificación/Decodificación CDMA
slot 1 slot 0
d1 = -1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
Zi,m= di.cm
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0
Salida de
canal
slot 1
Salida de
canal
Salida del canal Zi,m
emisorcódigo
Bits
de
datos
slot 1 slot 0
d1 = -1
d0 = 1
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 1 1
1- 1- 1- 1-
1 1 11
1-1- 1- 1-
slot 0
Salida de
canal
slot 1
Salida de
canalreceptor
code
Entrada
recibida
Di = Σ Zi,m.cmm=1
M
M
24
CDMA: interferencia entre dos
emisores
25
AgendaAgenda
1. Introducción
2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links,
características
CDMA
2.3 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por
Celular
arquitectura
estándares (e.g.,
GSM)
3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y
encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en
redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de
niveles superiores
4. Resumen
26
IEEE 802.11 Wireless LAN
802.11b
2.4-5 GHz espectro de
radio no licenciado
hasta 11 Mbps
En nivel físico utiliza
DSSS (Direct Sequence
Spread Spectrum)
Todos los hosts
utilizan el mismo
“código”
Desplegado
ampliamente, utilizando
estaciones base.
802.11a
Rango 5-6 GHz
hasta 54 Mbps
802.11g
Rango 2.4-5 GHz
hasta 54 Mbps
Todos utilizanCSMA/CA para accesomúltiple
Todos tienen su versiónpara redes ad-hoc y de estación base.
27
802.11 LAN: Arquitectura
El host inalámbrico se
comunica con la estación
base
Estación base = access
point (AP)
En el modo infraestructura, el
conjunto de servicios BSS
(Basic Service Set), también
conocido como célula
contiene :
Hosts inalámbricos
Access point (AP):
estación base
En el modo ad-hoc:
sólo hosts
BSS 1
BSS 2
Internet
hub, switcho router
AP
AP
28
802.11: Canales, asociación
802.11b: Espectro de 2.4GHz-2.485GHz dividido en 11 canales
en diferentes frecuencias; 3 sin sobreponerse
El administrador del AP escoge la frecuencia
Posible interferencia: el canal puede ser el mismo que
el seleccionado por un AP vecino
El host se debe asociarse a un AP
Se escanean los canales, escuchando por un marco
especial que contiene el nombre el AP (SSID) y la
dirección MAC.
Selecciona un AP con el fin de asociarse; se inicia el
protocolo de asociación
Se pudiera requerir autenticación
Normalmente se ejecutará DHCP para obtener una
dirección IP perteneciente a la subred del AP.
29
IEEE 802.11: Acceso múltiple
Al igual que Ethernet, utiliza CSMA:
Acceso aleatorio
Detección de portadora: para no colisionar con transmisiones
salientes
A diferencia de Ethernet:
No detecta colisión – transmite todos los marcos
Utiliza acknowledgment – debido a que sin la detección de
colisiones, no sabemos si la transmisión colisionó o no.
¿porqué no se usa la detección de colisión?
Difícil de recibir (detección de colisión) al transmitir debido a que
las señales recibidas se debilitan (se desvanecen)
En cualquier caso no es posible detectar todas las colisiones:
problemas de terminal oculta, desvaneciemiento
Objetivo: evitar colisiones: CSMA/C(ollision)A(voidance)
30
IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA
802.11 emisor1 if detecta canal ocioso para DIFS* then
- Transmite el marco completo (no CD)
2 if detecta canal ocupado then
- Inicia un tiempo aleatorio de espera
- El temporizador se decrementa hasta que el
canal se encuentre ocioso
- Transmite cuando el temporizador expira
- if no ACK, incrementa el intervalo y repite 2
802.11 receptorif marco recibido OK
- regresa un ACK después del SIFS* (el ACK es
necesario debido al problema de la terminal
oculta)
sender receiver
DIFS
data
SIFS
ACK
• Distributed Inter Frame Space
• Short Inter Frame Space
31
RTS/CTS
idea: permitir al emisor “reservar” el canal más que un accesoaleatorio: evita colisiones de grandes marcos de datos
Opcional; típicamente no se usa.
El emisor transmite primero pequeños paquetes del tipo RTS (request-to-send) al punto de acceso (AP) utilizando CSMA
Los RTSs pudieran colicionar entre ellos (pero los paquetes son pequeños)
El AP emite un broadcasts con CTS (clear-to-send) en respuesta al RTS
El CTS es escuchado por todos los nodos
El emisor transmite su marco de datos
Las otras estaciones difieren su transmisión
Evitar completamente la colisión de marcos de datosutilizando pequeños paquetes de “reservación”
32
Evitar congestión: Intercambio RTS-CTS
APA B
tiempo
RTS(A)RTS(B)
RTS(A)
CTS(A) CTS(A)
DATA (A)
ACK(A) ACK(A)
Colisión en la reservación
diferir
33
frame
controlduration
address
1
address
2
address
4
address
3payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
Marco 802.11: direccionamiento
Address 2: dir MAC del host inalámbrico o del
AP transmitiendo este marco
Address 1: dirección MACdel host inalámbrico o delAP que recibirá este marco
Address 3: dir MAC del router al cual el AP estáconectado
Address 4: utilizadasólo en el modo ad hoc
34
Internetrouter
AP
H1 R1
AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr
address 1 address 2 address 3
802.11 frame
R1 MAC addr AP MAC addr
dest. address source address
802.3 frame
Marco 802.11: direccionamiento
35
frame
controlduration
address
1
address
2
address
4
address
3payload CRC
2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4
seq
control
TypeFrom
APSubtype
To
AP
More
fragWEP
More
data
Power
mgtRetry Rsvd
Protocol
version
2 2 4 1 1 1 1 1 11 1
Marco 802.11: más detalles
Duración del tiempo de transmisiónReservado (RTS/CTS)
# secuencia del marco(para ARQ* fiable)
Tipo de marco(RTS, CTS, ACK, data)
* Automatic Repeat reQuest
36
hub or switch
AP 2
AP 1
H1 BBS 2
BBS 1
802.11: Mobilidad dentro de la misma
subred
router H1 permanece en la
misma subred: la dir
IP puede permanecer
igual
switch: ¿Cuál AP
asociar con H1?
Auto-aprendizaje: el
switch verá el marco
de H! y “recordará”
cuál puerto del switch
puede ser utilizado
para llegar a H1
37
802.11 Arquitectura….
Información Complementaria>..
38
Arquitectura de 802.11
STA
STA
STA
STASTA STA
ESS
BSS
BSS
LAN cableadaexistente
Red de Infrastructura
Red Ad Hoc
STA: StationAP: Access PointDS: Distribution SystemBSS: Basic Service SetESS: Extended Service Set
AP AP
STA
DS
STA
39
Modos de operación
DCF (Distributed Coordination Function). No
hay un control centralizado de la red, todas
las estaciones son iguales. Es el modo
normal en las redes Ad hoc.
PCF (Point Coordination Function). El AP
controla todas las transmisiones. Sólo puede
usarse en modo infraesctructura (con puntos
de acceso).
40
Protocolo MAC modo DCF
En modo DCF puede haber contención
(colisiones).
Para resolverlas se utiliza una variante de
Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense
Multiple Access/Colision Avoidance)
No puede usarse CSMA/CD porque el emisor
de radio una vez empieza a transmitir no
puede detectar si hay otras emisiones en
marcha (no puede distinguir otras emisiones
de la suya propia)
41
Protocolo CSMA/CA
Cuando una estación quiere enviar una trama escucha primero paraver si alguien está transmitiendo.
Si el canal está libre la estación espera el tiempo DIFS (50 ms) y después transmite
Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, después se espera el tiempo DIFS, seguido de un tiempo aleatorio y transmite.
El tiempo en espera se mide por intervalos de duración constante
Al terminar espera a que el receptor le envíe una confirmación (ACK). Si ésta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio
DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms)SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms)DCF: Distributed Coordination FuntionPCF: Point Coordination Funtion
42
El MAC: entregas de datos fiable
CSMA/CA con binary exponential
backoff
El protocolo mínimo consiste de
dos tramas: los datos y el
correspondiente ACK
PointCoordinationFunction (PCF)
Distributed CoordinationFunction (DCF)
MA
C
Servicios sin contienda
Servicios con contienda
DIFS DIFS
PIFS
SIFS
ventana de contienda
defer access
busy medium
slot
Los 5 valores de timing:• Slot time• SIFS: short interframe space (< slot time)• PIFS: PCF interframe space (=SIFS+1slot)• DIFS: DCF interframe space (=SIFS+2slots)• EIFS: extended interframe space
Los 5 valores de timing:• Slot time• SIFS: short interframe space (< slot time)• PIFS: PCF interframe space (=SIFS+1slot)• DIFS: DCF interframe space (=SIFS+2slots)• EIFS: extended interframe space
43
Algoritmo de retroceso de
CSMA/CA
Emisor (A)
Receptor (B)
Segundo emisor (C)
DIFS (50ms)
Trama de Datos
ACK
DIFS
SIFS (10ms)
Trama de Datos
Tiempo de retención(Carrier Sense)
Tiempo aleatorio
DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms)SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms)DCF: Distributed Coordination FuntionPCF: Point Coordination Funtion
44
Red ‘ad hoc’ o BSS (Basic Service Set)
PC desobremesa
PC portátil
PC portátil
PC portátil
Las tramas se transmiten directamente de emisor a
receptor
Para que los portátiles puedan salir a Internet este PC puede actuar de router
Internet
147.156.1.15/24
147.156.2.1/24
147.156.2.2/24
147.156.2.3/24
147.156.2.4/24
Tarjeta PCI
Tarjeta PCMCIA
45
Colisiones
Pueden producirse porque dos estaciones a la espera
elijan el mismo número de intervalos (mismo tiempo
aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso.
En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el
rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a
Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión,
infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK
esperado
También se produce una colisión cuando dos estaciones
deciden transmitir a la vez, o casi a la vez.
Para una distancia entre estaciones de 70m el tiempo que
tarda en llegar la señal es de 0,23 µs
46
El problema de la estación oculta
A B C
1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite
2: Mientras A está transmitiendo C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio libre (pues no capta la emisión de A) y transmite
Alcance de B
3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas
3
70 m 70 m
Tr.1
Tr.2
Alcance de A
Alcance de C
47
Solución al problema de la estación oculta
A B C
1: Antes de transmitir la trama A envía un mensaje RTS (Request To Send)
2: B responde al RTS con un CTS (Clear To Send)
3. C no capta el RTS, pero sí el CTS. Sabe que no debe transmitir durante el tiempo equivalente a 500 bytes
RTS
1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes
4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones
3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes
CTS
2: CTS: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices
CTS
Tr.4
48
Mensajes RTS/CTS
El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense.
Permite a una estación reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo.
Si todas las estaciones se escuchan directamente entre sí el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeñas.
No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Los que lo soportan permiten indicar en un parámetro de configuración a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar RTS/CTS.
También se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual.
49
Detección virtual de portadora por mediode RTS/CTS
C A B D
Datos
No disponible
No disponible
RTS
CTS ACK
Tiempo:
D
C
Receptor: B
Emisor: A
SIFS SIFS SIFS
D oye a B pero no a A.
C oye a A pero no a B.
C y D pueden calcular cuanto tiempo va a estar
ocupado el canal porque en los mensajes
RTS/CTS va información sobre la longitud de la
trama a transmitir.
DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms)SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms)
50
Protocolo MAC modo PCF
Solo puede darse cuando hay un punto de acceso o AP (red de infraestructura).
Cuando una estación se quiere conectar a la red primero se ha de asociar a un AP
El AP interroga a todas las estaciones 10 a 100 veces por segundo y les pregunta si tienen algo que enviar.
Las estaciones piden recursos (capacidad) al AP y este asigna según disponibilidad. De esta forma es relativamente fácil reservar capacidad dando QoS a las estaciones.
Al asignarse capacidad de forma planificada no se producen colisiones
51Internet
Punto deacceso (AP)
PC
PC portátil PC
PC portátil
PDA
PC táctil
147.156.1.20/24
147.156.1.21/24
147.156.1.22/24
147.156.1.25/24
147.156.1.24/24
147.156.1.23/24
147.156.1.1/24
La comunicación entre dos estaciones siempre se hace
a través del punto de acceso, que actúa como un
puente
Red con un punto de acceso
52
Formato de trama 802.11
Permite la coexistencia de varias verisones del protocoloIndica si se trata de una trama de datos, de control o de gestiónIndica por ejemplo si es una trama RTS o CTSIndica los AP de origen y destino en caso de ruta por un ESS Indica que siguen más fragmentosIndica que esta trama es un reenvíoPara ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estaciónAdvierte que el emisor tiene más tramas para enviarLa trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy)Las tramas que tiene puesto este bit se han de procesar por ordenDice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta tramaDirección de origen(1), destino(2), AP origen (3) y destino(4)Número de secuencia (cuando la trama es un fragmento)
Vers.:Tipo:
Subtipo:to DS, from DS:
MF:retry.:
Pwr:More:WEP:
Order:Duración:
Dirección 1,2,3,4:Seq.:
FrameControl
FrameControl DuraciónDuración Addr. 1Addr. 1 Addr. 2Addr. 2 Addr. 3Addr. 3 SeqSeq Addr. 4Addr. 4 FCSFCS
2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 Bytes
FrameBody
FrameBody
VersVers TipoTipo subtiposubtipo To
DS
To
DSFrom
DS
From
DS MFMF
retryretry Power
mgt
Power
mgtMore
data
More
data WEPWEP
orderorder
2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 bits
• management (00)
• control (01),
• data (10),
• reserved (11)
53
Formato de trama 802.11 (1/3)
• Versión• Tipo• Subtipo• order• WEP• More• Power• Retransmission• MF• From DS• To DS• Duración• Direc.1 Destino• Direc.2 Fuente• Direc.3• Direc.4• Sequence
• management (00)
• control (01),
• data (10),
• reserved (11)
54
Formato de trama 802.11 (2/3)
55
Formato de trama 802.11 (3/3)
56
Formato de trama 802.11
IP Packet
802.11 DLC
Ad
dr
1
Ad
dr
2
Ad
dr
3
802.2 LLC
Fr
Cn t
l
Du r
/ID
Se q
Cn t
l
SNAP Payload
AA AA 03 00 00 00 08 00
BSS ID (AP MAC Address)
Dirección MAC fuente
FCS
Dirección MAC destino
Frame de datos802.11
IP Packet
Ethernet DLC
Ad
dr
1
Ad
dr
2
Payload
FCS
Dat
a F
ram
eD
ata
Fra
me
08 00
Dirección MAC fuente
Dirección MAC destino
Frame de datosEthernet
WEP Header
WEP ON=1
24-bitIV
Key
ID
CRC-32ICV
WEP RC4 Encrypted
57
Internet
Topología de un ESS (Extended Service Set)
Canal 1 Canal 6
Sistema dedistribución (DS)
El DS es el medio de comunicación entre los AP.Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN
58
Internet
ESS con DS sin cables
Canal 1 Canal 1
59
Internet
DS sin cables con canal dedicado
Canal 1 Canal 7
Canal 13
60
Fragmentación
La redes WLAN tienen una mayor tasa de error que las LAN
Por eso se prevé la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños. Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentarlas para que tengan mas probabilidad de llegar bien al receptor
Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado.
La fragmentación permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead
Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión.
61
Envío de una trama fragmentada
La separación entre Frag n y ACK es de 10 ms (SIFS).De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el
envío.
A
B
C
DTiempo
RTS
CTS
Frag 1
ACK ACK ACK
No disponible
No disponible
Frag 2 Frag 3
SIFS SIFS SIFSSIFS SIFS SIFS SIFS
C A B DD ‘oye’ a B pero no a A.
C oye a A pero no a B.
62
Servicios en una red 802.11
Una red 802.11 debe ofrecer dos tipos
de servicios:
Servicios de distribución (5): son
ofrecidos por los puntos de acceso a las
estaciones que se encuentran dentro de
su alcance
Servicios de estación (4): son utilizados
por las estaciones para comunicar
dentro de una celda (es decir en un
Basic Service Set o BSS)
63
Servicios de distribución
Asociación: lo utiliza una estación cuando está dentro del área de cobertura de un AP. Anuncia su identidad y capacidades (velocidades, gestión de energía, etc.)
Desasociación: cuando la estación o el AP quiere despedirse (por ejemplo porque se va a apagar)
Reasociación: se utiliza cuando una estación se mueve y cambia al área de cobertura de otro AP dentro del mismo ESS (handover)
Distribución: determina como enrutar las tramas según el destino esté en la misma celda o no
Integración: se encarga de la traducción a formatos diferentes cuando parte del trayecto se hace por una red no 802.11
64
Servicios de estación
Autenticación: una vez se ha efectuado la asociación se ha de validar a la estación solicitante. Esto se hace mediante un mecanismo de reto
Deautenticación: para terminar la comunicación ordenadamente primero hay que desautenticar y luego desasociar. Una vez desautenticado no se puede usar la red.
Privacidad: se encarga de la encriptación/desencriptación de la información. El algoritmo utilizado es el RC4. Se han puesto de manifiesto varios errores en las funciones de privacidad de las redes 802.11
Entrega de los datos: se encarga del envío de los datos por el enlace de radio una vez se han cumplido todos los requisitos previos (asociación, autenticación y privacidad)
65
Asociación de estaciones con APs
Cuando una STA se enciende busca un AP. Si
recibe respuesta de varios atiende al que le
envía la señal más potente.
La STA se asocia con el AP elegido. El AP
incluye su MAC en la tabla de asociados
El AP se comporta para las STAs de su celda
como un hub inalámbrico. En la conexión entre
la celda y el sistema de distribución el AP actúa
como un puente.
66
Itinerancia (‘Roaming’ o ‘Handover’)
Los AP envían regularmente (10-100 veces por segundo) mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las STA que se encuentran en su zona
Si una STA se mueve y cambia de celda detectará otro AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia(handover) sin que las conexiones se corten.
Para que el handover pueda hacerse correctamente debe haber una zona de solapamiento entre las dos celdas (entrante y saliente) y la estación debe permanecer el tiempo suficiente en ella.
Por tanto el handover depende del tamaño de la zona de solapamiento y de la velocidad con que se mueve la estación
Nota: En la terminología celular se menciona como Handoff
67
Proceso de Handover
1: La estación se enciende. Se autentifica y asocia con el AP A (el más próximo)
2: La estación se mueve y se pre-autentifica con el AP B
A B C
3: La estación decide reasociarse con B4: B notifica a A la nueva ubicación de X con lo que X se desasocia de A. A envía a B cualquier trama para X en curso
X
X
X
X
5: X sigue moviéndose por lo que más tarde repite el proceso con C
1 2
3
4
68
Ahorro de energía
En WLANs muchos dispositivos funcionan con
baterías. A menudo contemplan un modo de
funcionamiento ‘standby’ de bajo consumo en el que
no pueden recibir tramas
Antes de ‘echarse a dormir’ las estaciones deben
avisar a su AP, para que retenga las tramas que se
les envíen durante ese tiempo.
Periódicamente las estaciones dormidas han de
‘despertarse’ y escuchar si el AP tiene algo para ellos
En modo PCF el AP puede mandar dormir o
despertar a una estación para ahorrarle baterías
69
Rendimiento
El rendimiento real máximo suele ser el 50-60% de la velocidad nominal. Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor de los casos.
El overhead se debe a:
Mensajes de ACK (uno por trama)
Mensajes RTS/CTS (si se usan)
Fragmentación (si se produce)
Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre tramas)
Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de antena, etc.)
Información de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM).
Solo por este factor DSSS a 11 Mb/s nunca puede dar más de 9,35 Mb/s.
70
Seguridad
El protocolo WEP tiene múltiples fallas que lo hacen vulnerable. El comité 802.11 ha sido muy criticado por este motivo. Ver p. ej:
http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html
http://www.drizzle.com/%7Eaboba/IEEE/rc4_ksaproc.pdf
Para resolver esas deficiencias se está desarrollando el estándar 802.11i.
802.11i se apoya fuertemente en otro estándar, el 802.1x(port based control) estandarizado en el 2001
Actualmente el uso de 802.11i/802.1x es muy escaso por la falta de productos, por lo que cuando la seguridad es importante se recomienda usar túneles VPN IPSec. El problema es la ineficiencia de comunicar a través del servidor de túneles
71
Redes Inalámbricas 802.11
Comparación tecnologías inalámbricas
móviles, historia y Modelo de Referencia
Nivel físico
Arquitectura y Nivel MAC
Diseño de redes
Puentes inalámbricos
72Internet
Canal 1
Canal 7
Canal 13
Tres Access Point superpuestos
Las estaciones se sintonizan a cualquiera de los tres canales
Cada canal dispone de 11/54 Mb/s de capacidad
Los APs se pueden conectar a puertos de un conmutador y asignar a diferentes VLANs
En este caso es imprescindible utilizar canales no solapados
73
Alcance de la señal de las células
11 Mb/s DSSS
30 – 45 mtrs. Radio
5.5 Mb/s DSSS
45 – 75 mtrs Radio
2 Mb/s DSSS
75 – 100 mtrs Radio
74
Alcance de la señal de acuerdo al ancho de banda con células
superpuestas
2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps
2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps 2 Mbps
5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps
5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps 5.5 Mbps
11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps
11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps 11 Mbps
75
260 m
600 m
LAN inalámbrica en un almacén (caso 1)•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP•Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5,2 dBi)
Canal 1
Canal 1 Canal 13
Canal 13Canal 7
Canal 7
76
LAN inalámbrica en un almacén (caso 2)
260 m
600 m
•Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén•Antenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi)
Canal 1
Canal 13
Canal 13
Canal 1
Canal 7
Canal 7
77
LAN inalámbrica en un campus
260 m
600 m
Edificio Patio
•Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi) montadas en pared para el patio
Canal 1
Canal 1Canal 11
Canal 11
Canal 6
Canal 6
Aula 5
Aula 1
Aula 6 Aula 7 Aula 8
Aula 2 Aula 3 Aula 4
Pasillo
78
Ejemplos de antenasAntena dipolo diversidad para contrarrestar
efectos multitrayectoria (2,14 dBi)
Antena de parche para montajeen pared interior o exterior (8,5 dBi)
Alcance: 3 Km a 2 Mb/s, 1 Km a 11 Mb/s
Radiación horizontal
79
Redes Inalámbricas 802.11
Comparación tecnologías, historia y Modelo
de Referencia
Nivel físico
Arquitectura y Nivel MAC
Diseño de redes
Puentes inalámbricos
80
Puentes inalámbricos entre LANs
Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs inalámbricas pueden aprovecharse para unir LANs entre sí
Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefónicos
Los dispositivos que se utilizan son puentes inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso
Como en este caso los puntos a unir no son móviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable
Un puente puede actuar al mismo tiempo de punto de acceso inalámbrico
81
Configuración punto a punto
Ganancia máxima: 20 dBi (antena parabólica)Potencia máxima: 100 mW
Restricciones ETSI:
Alcance máximo: 10 Km (visión directa)Calculadora de alcances en función de potencias, ganancias, etc.: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/index.shtml
Cable coaxial de 50 Ωde baja atenuación lo más corto posible (30 m max.)
Ethernet Ethernet
Hasta 10 KmVisión directa
82
Configuración multipuntoAntena omnidireccional o deparche (o varias parabólicas)
Capacidad compartida por todos los enlaces si se usa una sola antena y un solo emisor de radio en la sede central.Si se usan varias antenas y emisoras se puede tener capacidad dedicada para cada enlace.
Antena direccional (parche, yagi o parabólica)
83
Antenas de largo alcance
Antena Yagi exterior (13,5 dBi)Alcance: 6 Km a 2 Mb/s, 2 Km a 11 Mb/s
Antena Parabólica exterior (20 dBi)Alcance: 10 Km a 2 Mb/s, 5 Km a 11 Mb/s
84
Técnicas para aumentar el alcance
Hasta10 Km
Hasta10 Km
Hasta10 Km
Hasta10 Km
Canal 10 Canal 11
Canal 10 Canal 10
Hasta 54 Mb/s dedicados (half-duplex) para cada enlace. En B se puede usar dos puentes o bien uno con dos etapas de radio
Hasta 54 Mb/s, compartidos entre ambos enlacesPosible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS
Edificio A Edificio B Edificio C
Edificio A Edificio B Edificio C
85
Técnicas para aumentar la capacidad
Canal 1
Canal 7
Canal 13
Hasta 54 x 3 = 162 Mb/s
Imprescindible utilizar canales no solapados
86
Software libre para análisis/ataque
de redes 802.11
Análisis: Netstumbler (www.netstumbler.org): Detecta APs y muestra información sobre ellos
Wellenreiter (www.remote-exploit.org): similar a Netstumbler
Kismet (www.kismetwireless.net): snifferinalámbrico
Ataque: Airsnort (airsnort.shmoo.com): para espiar redes inalámbricas que usan WEP
Wepcrack(http://sourceforge.net/projects/wepcrack ): parecido a airsnort
87
Grupos de trabajo 802.11
Pend.Gestión de redes inalámbricas802.11v
Pend.Interoperabilidad con redes externas802.11u
Pend.Recomendaciones para evaluación de rendimiento802.11t
Pend.Banda de 4,9 y 5 GHz en Japón802.11j
Pend.Revisión e interpretación de los estándares802.11m
Pend.Roaming rápido802.11r
Pend.Mallado del ESS (Extended Service Set)802.11s
Pend.Acceso inalámbrico para vehículos en movimiento802.11p
Pend.Alto rendimiento802.11n
Pend.Mejoras en la medición de recursos de radio802.11k
Pend.Seguridad (corrección de fallos al protocolo WEP)802.11i
10/2003Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. Europa802.11h
6/2003Banda 2,4 GHz, transmisión hasta 54 Mb/s802.11g
7/1997IR, Banda 2,4 GHz transmisión hasta 2 Mb/s802.11
7/2003
Pend.
2001
9/1999
9/1999
AprobaciónContenidoGrupo
Protocolo para la comunicación entre APs en un DS802.11f
Calidad de Servicio802.11e
Funcionamiento en niveles variables de potencia802.11d
Banda 2,4 GHz transmisión hasta 11 Mb/s802.11b
Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. América 802.11a
88
Sumario
Redes inalámbricas IEEE 802.11
Redes inalámbricas IEEE 802.15
IP móvil
89
802.15 Personal Area Network
90
Mradius of
coverage
S
SS
P
P
P
P
M
S
Master device
Slave device
Parked device (inactive)P
802.15: personal area network
Menos de 10m de diámetro
Remplazo para cables en
ratones, teclados y
audifonos
ad hoc: sin infraestructura
maestro/esclavo:
Los esclavos solicitan
permisos (al maestro) para
enviar
802.15: evolucionó de
Bluetooth
Banda de radio 2.4-2.5 GHz
hasta 721 kbps
91
Bluetooth (IEEE 802.15)
Objetivo: reemplazar cables de conexión
entre periféricos
Bluetooth fue un Grupo de Trabajo creado
por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adoptó el
IEEE como el estándar 802.15
Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X
unificó Dinamarca y Noruega
Estándar aprobado por el IEEE en junio de
2002.
92
Nivel físico en Bluetooth
Tecnología muy similar a 802.11 FHSS:
Misma banda (2,4 GHz)
Misma tecnología de radio (Frequency Hoping)
Pero:
Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles, como PDAs, con baterías de baja capacidad)
Alcance mucho menor (10 m)
Velocidad más reducida (721 Kb/s)
Cambio de canal mucho más frecuente que en 802.11 (1600 veces por segundo)
Existe probabilidad de interferencia entre:
Dos redes Bluetooth próximas
Una red Bluetooth y una 802.11 a 2,4 GHz (sobre todo FHSS). Normalmente de Bluetooth a 802.11 y no al revés.
Una red Bluetooth y un horno de microondas
93
Arquitectura y protocolo MAC de
Bluetooth
Arquitectura:
No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs
portátiles, PDAs, impresoras, etc.)
Uno de los dispositivos de la red actúa como
maestro y el resto (máximo 7) como esclavos.
El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y
da las señales de reloj para que el resto de
dispositivos se sincronicen con él.
Protocolo MAC:
El maestro se encarga de dar ‘turno de palabra’ a
los esclavos
94
Dos ‘picoredes’ se pueden unir para formar una ‘scatternet’
Topología de una red Bluetooth
95
Arquitectura de Bluetooth
LLC
Nivel físico de radiofrecuencia
Banda Base
Link Manager
Protocolo de adaptación de LLC
ControlDescubrimiento
de Servicios
TelefoníaRFcommOtrosAudio
Aplicaciones / PerfilesCapa de aplicación
Capa intermedia(‘middleware’)
Capa de enlace
Capa física
96
Formato de una trama Bluetooth
Addr: Dirección (máximo 8 estaciones)Type: Tipo de trama, corrección de errores y longitudF: Control de flujoA: AcknowledgmentS: Num. Secuencia (protocolo de parada y espera)
Access Code: identifica al maestro (puede haber más de uno accesible para el esclavo)
Datos CabeceraCódigo de
acceso
Bits 72 54 0-2744
SAF ChecksumTipoDirecc.
Bits 3 4 1 1 1 8
Esta cabecera (18 bits) se envía tres veces por seguridad
97
Mobile
Switching
Center
Red de telefonía Pública, eInternet
Mobile
Switching
Center
Componentes de la red Celular
conecta células a la red de área amplia gestiona inicio de llamada maneja mobilidad
MSC
cobertura a nivel región base station (BS) analogo a 802.11 AP usuaurios móvilesenlazados a la red a través de BS air-interface:protocolos de nivel físico y enlace entre el móvil y la BS
cell
Red cableada
98
Redes Celulares: “el primer salto”
Dos técnicas para compartir el
espectro de radio entre
móviles y estación base
FDMA/TDMA combinado:
divide el espectro en
canales de frecuencia,
divide cada canal en slots
CDMA: code division
multiple access
frequency
bands
time slots
99
Estándares en Celulares: Breve estudio
Sistemas 2G: canales de voz
IS-136 TDMA: combinación de FDMA/TDMA (norte
america)
GSM (global system for mobile communications):
combinación de FDMA/TDMA
El más ampliamente utilizado
IS-95 CDMA: code division multiple access
IS-136 GSM IS-95GPRS EDGE
CDMA-2000
UMTS
TDMA/FDMA
En la actualidad contamos
con diversas tecnologías
100
Estándares en Celulares: Breve estudio
Sistemas 2.5 G systems: voz y canales de datos
Para aquellos que no podían esperar por los servicios 3G:
es una extensión al 2G
General Packet Radio Service (GPRS)
Evoluciona de GSM
Envío de datos en múltiples canales (si hay disponibles)
Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE)
También evolucionó de GSM, utilizando modulación mejorada
Su tasa de transmisión es hasta de 384K
CDMA-2000 (fase 1)
Tasas de transmisión hasta 144K
Evolucionó de IS-95 (Interin Standard –Qualcomm-)
101
Estándares en Celulares: Breve estudio
Sistemas 3G: voz/datos
Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)
Siguiente paso de GSM, pero utilizando CDMA
CDMA-2000
102
TecnologTecnologíías inalas inaláámbricasmbricas
103
Tecnologías Wireless WA#
104
Migración de las tecnologías celulares a
través de sus generaciones
Sólo
Voz
Voz y
Datos
Datos
105
106
Ejemplos acceso WiFi
Ejemplo animado:
http://www.ltunas.jovenclub.cu/animation/tecnologiawifi.swf
• Listado de tarjetas que soportan WiFi en Linux:
http://linux-wless.passys.nl/
107
AgendaAgenda
1. Introducción
2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links,
características
CDMA
2.3 IEEE 802.11 wireless
LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por
Celular
arquitectura
estándares (e.g.,
GSM)
3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y
encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en
redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de
niveles superiores
4. Resumen
108
¿Qué es movilidad?
Espectro de movilidad, desde una perspectiva de la red:
Sin movilidad Alta movilidad
Usuarios inalámbricosmóviles, utilizando elMismo punto de acceso
Usuario móvil, pasando por múltiples puntos de acceso mientras mantiene las conexiones en proceso (como los telcelulares)
Usuarios móviles, conectándose/ desconectándose de la red utilizando DHCP.
109
Movilidad: Vocabulario
home network: el hogar permanete del móvil(e.g., 128.119.40/24)
Dirección permanente:dirección en la red “home”, puede ser utilizada siempre para alcanzar al móvile.g., 128.119.40.186
home agent: entidad que efectuará las funciones de movilidad en representación del móvil, cuando el móvil anda remoto
Red de áreaamplia
corresponsal
110
Movilidad: Vocabulario……
Dirección de atención:dirección en la red visitada(e.g., 79,129.13.2)
Red visitada: red en la cual el móvil reside actualmente (e.g., 79.129.13/24)
Dirección permanente: permanececonstante (e.g., 128.119.40.186)
home agent: entidad en la red visitada que efectuafunciones de movilidad en representación del móvilcorresponsal: el que se
quiere comunicarse con el móvil
Red de áreaamplia
111
´¿Cómo se contacta a un usuario móvil?
¿buscar en el libro
telefónico?
¿Llamamos a sus padres?
¿Esperamos a que nos
informe su ubicación?
¿Dónde podráestar mi amiga?
Consideramos que un usuario cambia con
frecuencia su dirección,
¿Cómo lo encontraríamos?
112
Móvilidad: ¿Cómo manejarla?
Dejar que los encaminadores lo hagan: los routers
podrían publicar las direcciones permanentes de los
nodos móviles residentes vía intercambiar las tablas de
encaminamiento.
Las tablas de encaminamiento indicarán en dónde se ubica el
usuario móvil
No produce cambios en sistemas finales
Dejar que los sistemas finales lo hagan:
Encaminamiento indirecto: la comunicación desde el
corresponsal al móvil va a través del home agent, para
después retransmitirla al sistema remoto.
Encaminamiento directo: el corresponsal obtiene la dirección
foránea del móvil y le transmite directamente
113
Dejar que los encaminadores lo hagan: los routers
podrían publicar las direcciones permanentes de los
nodos móviles residentes vía intercambiar las tablas de
encaminamiento.
Las tablas de encaminamiento indicarán en dónde se ubica el
usuario móvil
No produce cambios en sistemas finales
Dejar que los sistemas finales lo hagan:
Encaminamiento indirecto: la comunicación desde el
corresponsal al móvil va a través del home agent, para
después retransmitirla al sistema remoto.
Encaminamiento directo: el corresponsal obtiene la dirección
foránea del móvil y le transmite directamente
noescala
para millonesde móviles
Móvilidad: ¿Cómo manejarla?
114
Movilidad: registro
Resultado final:
Los agentes foráneos están enterados de la
existencia del móvil
El home agent conoce la ubicación del móvil
Red de áreaamplia
home networkRed visitada
1
El móvilcontacta el home agent(foráneo) al entrar a la red visitada
2
El agente foráneo contacta al home agent (de casa): “este móvil está residiendo en mi red”
115
Movilidad: vía encaminamiento
indirecto
wide areanetwork
home
network
Red
visitada
3
2
41
El corresponsal direcciona los paquetes utilizando la dirección permanentedel móvil
El home agentintercepta paquetes, y los retransmite hacia el agente foráneo
El agente foráneo recibe los paquetes, y los retransmite al móvil
El móvil responde directamente al corresponsal
116
Encaminamiento indirecto: comentarios
El móvil utiliza dos direcciones:
Dirección permanente: utilizada por el
corresponsa (por lo tanto la ubicación del móvil
es transparente para el corresponsal)
Dirección de atención: utilizada por el home
agent para retransmitir los datagramas al móvil
Las funciones del agente foráneo podrían ser hechas
por el mismo móvil
Encaminamiento triangulado: corresponsal-home-red-
móvil
Ineficiente cuando el corresponsal y el móvil
están en la misma red
117
Encaminamiento indirecto: Cambiando de red
Suponemos que el usuario móvil se va a otra red
Se registra con el nuevo agente foráneo
El agente foráneo lo registra con el home agent
El home agent actualiza la dirección de atención para el
móvil
Los paquetes continúan siendo retransmitidos al móvil
(pero con una nueva dirección de atención)
La móvilidad es posible, cambiando las redes foráneas
de manera transparente: conexiones en proceso
pueden seguir funcionando!
118
Movilidad: vía encaminamiento
directo
wide areanetwork
homenetwork
Red
visitada
4
2
41El corresponsal solicita y recibe la dirección foránea del móvil
El corresponsal retransmite al agente foráneo
El agente foráneo recibe paquetes, los retransmite al móvil
El móvil responde directamente al corresponsal
3
119
Encaminamiento directo: comentarios
Supera el problema de triangulación en el
encaminamiento
No es transparente al corresponsal: el
corresponsal debe obtener la dirección de
atención del home agent
¿qué hacemos si el móvil cambia de red
visitada?
120
wide area network
1
Red visitada al
inicio de la sesiónAgente
foráneo
de enlace2
4
Nuevo agente
foráneo
35
Agente del
corresponsalcorresponsal
Nueva
red
visitada
Encaminamiento directo: encadenamiento
Agente foráneo de enlace: El agente foráneo que se contacta en la primer red visitada
Los datos siempre fluirán por el agente foráneo de enlace
Cuando el móvil se cambia de red: El nuevo agente foráneo hace los arreglos para tener retransmisión de datos del agente foráneo anterior (encadenamiento)
121
Chapter 6 outline
6.1 Introduction
Wireless
6.2 Wireless links, characteristics
CDMA
6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)
6.4 Cellular Internet Access
architecture
standards (e.g., GSM)
Mobility
6.5 Principles: addressing and routing to mobile users
6.6 Mobile IP
6.7 Handling mobility in cellular networks
6.8 Mobility and higher-layer protocols
6.9 Summary
122
IP Móvil
RFC 3220
Presenta muchas de las características que hemos mencionado:
home agents, foreign agents, registro de foreign-agent, dirección de atención, encapsulación (un paquete dentro de otro)
Tres componentes a estandarizar:
Encaminamiento indirecto de datagrámas
Descubrimiento de agente
Registro con el home agent
123
IP Móvil: Encaminamiento indirecto
Dir permanete: 128.119.40.186
Dir de atención: 79.129.13.2
dest: 128.119.40.186
Paquete enviadopor el corresponsal
dest: 79.129.13.2 dest: 128.119.40.186
Paquete enviado por el home agent al foreign agent: un paquete dentro de otro
dest: 128.119.40.186
Paquete del agente foráneo al móvil
124
IP Móvil: Descubrimiento de agente
Anunciar agente: Los agentes foráneos y home anuncian el
servicio mediante enviar un mensaje ICMP vía (campo: type = 9)
RBHFMGV bits
reserved
type = 16
type = 9 code = 0 = 9
checksum
router address
standard ICMP fields
mobility agent advertisement extension
length sequence #
registration lifetime
0 or more care-of-addresses
0 8 16 24
Bit R : registro requerido
Bits H,F: agente home y/o foráneo
125
IP Móvil: ejemplo de registro
visited network: 79.129.13/24 home agent
HA: 128.119.40.7 foreign agent
COA: 79.129.13.2
COA: 79.129.13.2
>.
ICMP agent adv. Mobile agent
MA: 128.119.40.186
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 >.
registration req.
COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format >.
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format >.
registration reply
HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 >.
time
126
Arquitectura de la red Celular
corresponsal
MSC
MSC
MSCMSC
MSC
Red
telefónica
pública
cableada
Diferentes redes celulares,operadas por diferentes
recordamos:
127
Movilidad: Redes Celulares
home network: el proveedor de la red celular a la que nos encontramos suscritos (e.g., Telcel, Movistar)
home location register (HLR): base de datos en nuestra home network conteniendo el # permanente del celular, información de nuestro perfil (servicios, preferencias, facturación), información de la ubicación actual (pudiera ser en otra red)
Red visitada: red en la que el móvil reside actualmente
visitor location register (VLR): base de datos con un registro por cada usuario actualmente en la red
Pudiera ser la misma home network
128
Red
telefónica
conmutada
pública
mobile
user
home
Mobile
Switching
Center
HLRhome
network
visited
network
corresponsal
Mobile
Switching
Center
VLR
GSM: Encaminamiento indirecto al Móvil
1 Llamada encaminada
a la home network
2
El home MSC consulta al HLR,
Obtiene el número itinerante
del móvil en la red visitada
3
El home MSC establece un 2nd enlace
de llamada con el MSC en la red visitada
4
El MSC en la red visitada completa
La llamada al móvil a través de su
estación base
129
Mobile
Switching
Center
VLR
old BSSnew BSS
old
routing
new
routing
GSM: Handoff
Handoff, objetivo: encaminar
llamadas vía una nueva
estación base (sin interrupción)
Razones del handoff:
Tener una señal más fuerte
hacia/desde la BSS
(manteniendo la
conectividad, menos
consumo de batería)
Balanceo de carga: libera el
canal en el BSS
GSM no indica el porqué
efectuar el handoff (política),
sólo cómo (mecanismo)
El handoff es iniciado por la
BSS que se está abandonando
130
Mobile
Switching
Center
VLR
old BSS
1
3
24
5 6
78
GSM: Manejo del handoff con un mismo MSC
new BSS
1. old BSS informs MSC of impending
handoff, provides list of 1+ new BSSs
2. MSC sets up path (allocates resources)
to new BSS
3. new BSS allocates radio channel for
use by mobile
4. new BSS signals MSC, old BSS: ready
5. old BSS tells mobile: perform handoff to
new BSS
6. mobile, new BSS signal to activate new
channel
7. mobile signals via new BSS to MSC:
handoff complete. MSC reroutes call
8 MSC-old-BSS resources released
131
home network
Home
MSC
PSTN
correspondensal
MSC
MSC de enlace
MSCMSC
(a) Antes del handoff
GSM: handoff entre MSCs
MSC de enlace: primer MSC
visitado durante la llamada
La llamada permanece
encaminada a través del
MSC de enlace
Los nuevos MSCs son
agregados al final de la cadena
al tiempo que el móvil se
mueve a otro MSC
El IS-41 permite minimizar
caminos de manera opcional
con el fin de acortar la cadena
de MSCs
132
(a) Después del handoff
GSM: handoff entre MSCs
MSC de enlace: primer MSC
visitado durante la llamada
La llamada permanece
encaminada a través del
MSC de enlace
Los nuevos MSCs son
agregados al final de la cadena
al tiempo que el móvil se
mueve a otro MSC
El IS-41 permite minimizar
caminos de manera opcional
con el fin de acortar la cadena
de MSCs
home network
Home
MSC
PSTN
corresponsal
MSC
MSC de enlace
MSCMSC
133
Mobilidad: GSM vs. IP Móvil
Care-of-
address
Routable address for telephone call segment
between home MSC and visited MSC, visible
to neither the mobile nor the correspondent.
Mobile Station
Roaming Number
(MSRN), or “roaming
number”
Foreign agentVisited MSC: responsible for setting up calls
to/from mobile nodes in cells associated with
MSC. VLR: temporary database entry in
visited system, containing subscription
information for each visiting mobile user
Visited Mobile
services Switching
Center.
Visitor Location
Record (VLR)
Visited networkNetwork other than home system where
mobile user is currently residing
Visited System
Home agentHome MSC: point of contact to obtain routable
address of mobile user. HLR: database in
home system containing permanent phone
number, profile information, current location of
mobile user, subscription information
Gateway Mobile
Switching Center, or
“home MSC”. Home
Location Register
(HLR)
Home networkNetwork to which the mobile user’s permanent
phone number belongs
Home system
Mobile IP elementComment on GSM element GSM element
134
La movilidad y los servicios inalámbricos: impacta
sobre los protocolos de capa superior
lógicamente, el impacto debiera ser mínimo >
Permanece sin cambios el modelo de servicio de mejor esfuerzo
TCP y UDP corren sobre los sistemas móviles e inalámbricos
> pero la eficiencia se nota:
Pérdida/retraso de paquetes debido a errores de bit (paquetes
descartados, retraso por retransmisión al nivel de enlace), y
handoff
TCP interpreta la pérdida como congestión, decrementa la
ventana de congestión innecesariamente
Los retrasos imposibilitan el tráfico en tiempo real
Ancho de banda limitado en los enlaces inalámbricos
135
Caso de Estudio: Blackberry
136
Lanza Telmex en Chile red inalámbrica IP
Notimex
Santiago, 20 de marzo. La empresa Teléfonos de México (Telmex) lanzó hoy aquí su red inalámbrica IP con tecnología WiMax, en un esfuerzo orientado a reducir la brecha digital y contribuir al desarrollo de Chile, dijo su gerente general, Eduardo Díaz Corona. El lanzamiento de la primera red inalámbrica IP en Chile, basada en el estandar WiMax(Worldwide Interoperability for Microwave Access), se efectuó el martes en el municipio capitalino Los Cerrillos e incluye los principales centros urbanos del país. "Las telecomunicaciones ayudan a acercar a los países, y Telmex, como empresa internacional está comprometida con el desarrollo de este país en el largo plazo", dijo el gerente general de la empresa mexicana en Chile.http://www.jornada.unam.mx/2007/03/21/index.php?section=economia&article=026n2eco
Noticias: Redes Inalámbricas
137
Red Inalámbrica Macroplaza (Monterrey)
Gobierno de Nuevo Leon
Noticias: Redes Inalámbricas
Esta red está conformada por cinco puntos de acceso, instalados estratégicamente para cubrir la
totalidad del área de la Macroplaza. Estos están ubicados físicamente en el edificio del Site Central
en 5 de mayo 505, en el edificio del Registro Civil en Washington y Doctor Coss, en el Museo de
Historia Mexicana, en la Biblioteca Central y en el Palacio Municipal de Monterrey. Por lo anterior
cualquier equipo basado en tecnología IP, que cuente con un navegador web y tarjeta inalámbrica
IEEE 802.11a\b\g se podrá conectar a esta Red (Laptop, Desktop, Pocket Pc, Palm, Tablet Pc, etc).
http://www.nl.gob.mx/?P=macro_inalambrica
