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1. Ampliacin Redes 7-1 Tema 7 Redes Inalmbricas y Movilidad
2. Ampliacin Redes 7-2 Sumario LANs inalmbricas: IEEE 802.11 y 802.15
Redes de telefona celular: GSM, GPRS, UMTS
IP mvil
3. Ampliacin Redes 7-3 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas, historia y Modelo de Referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
Bluetooth (IEEE 802.15)
4. Ampliacin Redes 7-4 En esta tabla se comparan las diversas tecnologas utilizadas para transmitir datos entre estaciones mviles.
En primer lugar tenemos las WWAN (Wireless WAN) formadas por los sistemas de telefona celular. GSM, el ms antiguo, es una tecnologa de conmutacin de circuitos pensada fundamentalmente para voz, que permite velocidades de tan solo 9,6 Kb/s. Su sucesor es GPRS, que se est empezando a implementar en Espaa. GPRS es un servicio pensado para datos que permite llegar a velocidades de hasta 170 Kb/s usando la misma infraestructura que GSM pero de una forma mucho ms eficiente. La verdadera revolucin en este campo ser UMTS, que promete llegar a 2 Mb/s. El alcance mximo de estas tecnologas es de unos 35 Km en condiciones ptimas, aunque normalmente es mucho menor. 35 Km es la distancia mxima que se contempla en los retardos al disear una red GSM.
A continuacin tenemos las WLAN (Wireless LAN) basadas en el estndar 802.11. Este estndar se ha ido mejorando por medio de sucesivas ampliaciones que han permitido incrementar su velocidad de los 1-2 Mb/s originales a los 11-54 Mb/s actuales. Segn la velocidad de transmisin estas redes pueden tener un alcance de hasta unos 70 a 150 m.
En el rango menor de todos se encuentran las denominadas WPAN (Wireless Personal Area Network) que son redes de muy corto alcance (10 m). Esta categora viene representada fundamentalmente por los productos Bluetooth que siguen el estndar IEEE 802.15. Estas redes usan ondas de radio con el sistema denominado FHSS.
En esta tabla se comparan las diversas tecnologas utilizadas para transmitir datos entre estaciones mviles.
En primer lugar tenemos las WWAN (Wireless WAN) formadas por los sistemas de telefona celular. GSM, el ms antiguo, es una tecnologa de conmutacin de circuitos pensada fundamentalmente para voz, que permite velocidades de tan solo 9,6 Kb/s. Su sucesor es GPRS, que se est empezando a implementar en Espaa. GPRS es un servicio pensado para datos que permite llegar a velocidades de hasta 170 Kb/s usando la misma infraestructura que GSM pero de una forma mucho ms eficiente. La verdadera revolucin en este campo ser UMTS, que promete llegar a 2 Mb/s. El alcance mximo de estas tecnologas es de unos 35 Km en condiciones ptimas, aunque normalmente es mucho menor. 35 Km es la distancia mxima que se contempla en los retardos al disear una red GSM.
A continuacin tenemos las WLAN (Wireless LAN) basadas en el estndar 802.11. Este estndar se ha ido mejorando por medio de sucesivas ampliaciones que han permitido incrementar su velocidad de los 1-2 Mb/s originales a los 11-54 Mb/s actuales. Segn la velocidad de transmisin estas redes pueden tener un alcance de hasta unos 70 a 150 m.
En el rango menor de todos se encuentran las denominadas WPAN (Wireless Personal Area Network) que son redes de muy corto alcance (10 m). Esta categora viene representada fundamentalmente por los productos Bluetooth que siguen el estndar IEEE 802.15. Estas redes usan ondas de radio con el sistema denominado FHSS.
5. Ampliacin Redes 7-5 Como nos muestra esta figura el alcance de las seales de radio disminuye a medida que aumenta la frecuencia.
Otro factor que influye en el alcance es el uso de antenas direccionales, que permite concentrar el haz de emisin electromagntica en una direccin concreta. Como nos muestra esta figura el alcance de las seales de radio disminuye a medida que aumenta la frecuencia.
Otro factor que influye en el alcance es el uso de antenas direccionales, que permite concentrar el haz de emisin electromagntica en una direccin concreta.
6. Ampliacin Redes 7-6 Historia de las WLAN (Wireless LANs) Los primeros sistemas LAN inalmbricos datan de 1986. Estos sistemas eran propietarios, toda la infraestructura de radio tena que se suministrada por el mismo fabricante. El servicio que ofrecan era de baja velocidad.
En 1993 aparecieron sistemas de mayor capacidad que funcionaban en la banda de 2,4 GHz.
El IEEE aprob la norma 802.11 en julio de 1997. En ella se especificaba el funcionamiento de LANs inalmbricas de 1 y 2 Mb/s en la banda de radio de 2,4 GHz y mediante infrarrojos.
En 1998 aparecieron en el mercado los primeros sistemas que funcionaban a 11 Mb/s, siguiendo el borrador de la norma 802.11b, que fue finalmente aprobada en septiembre de 1999, junto con la 802.11a que especifica el funcionamiento en la banda de 5 GHz a velocidades de hasta 54 Mb/s. A diferencia de lo que ocurri con 802.11b hasta diciembre de 2001 no aparecieron en el mercado productos conformes con la norma 802.11a.
Diversos grupos de trabajo del comit 802.11 se encuentran trabajando en otras ampliaciones y mejoras a la norma. Entre ellos cabe destacar el 802.11e, que especifica mecanismos de calidad de servicio en WLANs y que recientemente ha publicado un borrador, y el 802.11g que especifica el funcionamiento de velocidades de hasta 54 Mb/s en la banda de 2,4 GHz y que se prev publique un borrador en el segundo semestre del 2002.Los primeros sistemas LAN inalmbricos datan de 1986. Estos sistemas eran propietarios, toda la infraestructura de radio tena que se suministrada por el mismo fabricante. El servicio que ofrecan era de baja velocidad.
En 1993 aparecieron sistemas de mayor capacidad que funcionaban en la banda de 2,4 GHz.
El IEEE aprob la norma 802.11 en julio de 1997. En ella se especificaba el funcionamiento de LANs inalmbricas de 1 y 2 Mb/s en la banda de radio de 2,4 GHz y mediante infrarrojos.
En 1998 aparecieron en el mercado los primeros sistemas que funcionaban a 11 Mb/s, siguiendo el borrador de la norma 802.11b, que fue finalmente aprobada en septiembre de 1999, junto con la 802.11a que especifica el funcionamiento en la banda de 5 GHz a velocidades de hasta 54 Mb/s. A diferencia de lo que ocurri con 802.11b hasta diciembre de 2001 no aparecieron en el mercado productos conformes con la norma 802.11a.
Diversos grupos de trabajo del comit 802.11 se encuentran trabajando en otras ampliaciones y mejoras a la norma. Entre ellos cabe destacar el 802.11e, que especifica mecanismos de calidad de servicio en WLANs y que recientemente ha publicado un borrador, y el 802.11g que especifica el funcionamiento de velocidades de hasta 54 Mb/s en la banda de 2,4 GHz y que se prev publique un borrador en el segundo semestre del 2002.
7. Ampliacin Redes 7-7 Modelo de Referencia de 802.11 La norma 802.11 sigue el mismo modelo o arquitectura de toda la familia 802, es decir especifica la capa fsica y la subcapa MAC de la capa de enlace.
En la capa fsica se distinguen dos subcapas. La inferior, llamada PMD (Physical Media Dependent), corresponde al conjunto de especificaciones de cada uno de los sistemas de transmisin a nivel fsico. La subcapa superior, PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) se encarga de homogeneizar de cara a la capa MAC las peculiaridades de las diversas especificaciones de la subcapa PMD.
En la subcapa MAC se especifica el protocolo de acceso al medio propiamente dicho, as como una serie de peculiaridades propias de redes inalmbricas como son el envo de acuses de recibo (ACK), la posibilidad de realizar fragmentacin de las tramas y los mecanismos de encriptacin para dar confidencialidad a los datos transmitidos.La norma 802.11 sigue el mismo modelo o arquitectura de toda la familia 802, es decir especifica la capa fsica y la subcapa MAC de la capa de enlace.
En la capa fsica se distinguen dos subcapas. La inferior, llamada PMD (Physical Media Dependent), corresponde al conjunto de especificaciones de cada uno de los sistemas de transmisin a nivel fsico. La subcapa superior, PLCP (Physical Layer Convergence Procedure) se encarga de homogeneizar de cara a la capa MAC las peculiaridades de las diversas especificaciones de la subcapa PMD.
En la subcapa MAC se especifica el protocolo de acceso al medio propiamente dicho, as como una serie de peculiaridades propias de redes inalmbricas como son el envo de acuses de recibo (ACK), la posibilidad de realizar fragmentacin de las tramas y los mecanismos de encriptacin para dar confidencialidad a los datos transmitidos.
8. Ampliacin Redes 7-8 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas, historia y Modelo de Referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
Bluetooth (IEEE 802.15)
9. Ampliacin Redes 7-9 Nivel fsico en 802.11 Infrarrojos: solo vlido en distancias muy cortas y en la misma habitacin
Radio:
FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El ms utilizado hoy en da.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usa banda de 5 GHz (menor alcance que 2,4 GHz). Solo permitida en EEUU y Japn.
Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre s. No hay equipos multisistema (la etapa de radio es diferente en cada caso). La transmisin por infrarrojos en 802.11 es solo posible en distancias muy cortas (10-20m) y dentro de una misma habitacin, aunque no es necesaria la visin directa entre equipos para su funcionamiento.
En cuanto a los sistemas de radio hay tres posibilidades, que difieren en la forma como manejan la banda de frecuencias disponible. El sistema ms antiguo es el FHSS, que funciona a 2,4 GHz. Este sistema ha cado en desuso, aunque existen equipos funcionando en muchas instalaciones.
El DSSS tambin funciona a 2,4 GHz, es ms moderno y consigue un mayor rendimiento que FHSS. Es el ms utilizado actualmente.
OFDM es el sistema ms moderno y de mayor rendimiento. Corresponde al suplemento 802.11a de la norma. Su implantacin en el mercado es muy reciente (diciembre de 2001) y funciona en la banda de 5 GHz, cuyo uso con equipos 802.11 solo est autorizado de momento en EEUU, por lo que no est disponible en Europa.La transmisin por infrarrojos en 802.11 es solo posible en distancias muy cortas (10-20m) y dentro de una misma habitacin, aunque no es necesaria la visin directa entre equipos para su funcionamiento.
En cuanto a los sistemas de radio hay tres posibilidades, que difieren en la forma como manejan la banda de frecuencias disponible. El sistema ms antiguo es el FHSS, que funciona a 2,4 GHz. Este sistema ha cado en desuso, aunque existen equipos funcionando en muchas instalaciones.
El DSSS tambin funciona a 2,4 GHz, es ms moderno y consigue un mayor rendimiento que FHSS. Es el ms utilizado actualmente.
OFDM es el sistema ms moderno y de mayor rendimiento. Corresponde al suplemento 802.11a de la norma. Su implantacin en el mercado es muy reciente (diciembre de 2001) y funciona en la banda de 5 GHz, cuyo uso con equipos 802.11 solo est autorizado de momento en EEUU, por lo que no est disponible en Europa.
10. Ampliacin Redes 7-10 Medios del nivel fsico en 802.11 En esta tabla se muestran las caractersticas de las diferentes especificaciones de la subcapa PMD en 802.11. En cada caso se especifican una serie de velocidades posibles, algunas de las cuales son obligatorias y otras opcionales
Los medios fsicos son incompatibles entre s, por ejemplo un sistema de radio DSSS no puede comunicarse con uno OFDM. Incluso FHSS y DSSS son incompatibles, aunque ambos utilicen la misma banda de frecuencias, ya que organizan los canales de modos completamente diferentes.
Dentro de un mismo medio fsico los equipos pueden interoperar, aunque no siempre puedan hacerlo con todas las posibilidades. Por ejemplo un equipo DSSS de nueva generacin (802.11b) puede funcionar a 11, 5,5, 2 y 1 Mb/s, pero si se comunica con un equipo DSSS de primera generacin (802.11 del 97) solo podr hacerlo a 2 o 1 Mb/s.
La situacin es similar a lo que ocurre en Ethernet, donde un equipo 1000/100/10BASE-T puede interoperar con otro de velocidad inferior, pero no con otro de diferente medio fsico (por ejemplo no con uno 100BASE-F).
En esta tabla se muestran las caractersticas de las diferentes especificaciones de la subcapa PMD en 802.11. En cada caso se especifican una serie de velocidades posibles, algunas de las cuales son obligatorias y otras opcionales
Los medios fsicos son incompatibles entre s, por ejemplo un sistema de radio DSSS no puede comunicarse con uno OFDM. Incluso FHSS y DSSS son incompatibles, aunque ambos utilicen la misma banda de frecuencias, ya que organizan los canales de modos completamente diferentes.
Dentro de un mismo medio fsico los equipos pueden interoperar, aunque no siempre puedan hacerlo con todas las posibilidades. Por ejemplo un equipo DSSS de nueva generacin (802.11b) puede funcionar a 11, 5,5, 2 y 1 Mb/s, pero si se comunica con un equipo DSSS de primera generacin (802.11 del 97) solo podr hacerlo a 2 o 1 Mb/s.
La situacin es similar a lo que ocurre en Ethernet, donde un equipo 1000/100/10BASE-T puede interoperar con otro de velocidad inferior, pero no con otro de diferente medio fsico (por ejemplo no con uno 100BASE-F).
11. Ampliacin Redes 7-11 Las diversas velocidades o capacidades se consiguen con modulaciones ms complejas, que permite meter mayor cantidad de informacin sin aumentar la anchura del canal. Para utilizar las capacidades ms elevadas es preciso disponer de una seal de gran calidad. Cuando aumenta la distancia entre emisor y receptor disminuye la potencia de la seal recibida, con lo que la relacin seal/ruido disminuye. De esta forma llega un momento en el que es preciso cambiar a una modulacin ms pobre pero ms resistente a ruidos. Por tanto existe una relacin inversa entre la velocidad y la distancia, a mayor distancia menor velocidad. Cuando el emisor y el receptor se alejan la velocidad se ajusta automticamente.
En esta grfica se muestra a ttulo orientativo la velocidad en funcin del alcance para una situacin tpica en interior de oficina en el caso de OFDM (5 GHz) y de DSSS (2,4 GHz). Como puede verse OFDM consigue una velocidad mayor que DSSS en todos los casos, a pesar de que por utilizar una frecuencia mayor la seal de radio tiene en principio un alcance menor.Las diversas velocidades o capacidades se consiguen con modulaciones ms complejas, que permite meter mayor cantidad de informacin sin aumentar la anchura del canal. Para utilizar las capacidades ms elevadas es preciso disponer de una seal de gran calidad. Cuando aumenta la distancia entre emisor y receptor disminuye la potencia de la seal recibida, con lo que la relacin seal/ruido disminuye. De esta forma llega un momento en el que es preciso cambiar a una modulacin ms pobre pero ms resistente a ruidos. Por tanto existe una relacin inversa entre la velocidad y la distancia, a mayor distancia menor velocidad. Cuando el emisor y el receptor se alejan la velocidad se ajusta automticamente.
En esta grfica se muestra a ttulo orientativo la velocidad en funcin del alcance para una situacin tpica en interior de oficina en el caso de OFDM (5 GHz) y de DSSS (2,4 GHz). Como puede verse OFDM consigue una velocidad mayor que DSSS en todos los casos, a pesar de que por utilizar una frecuencia mayor la seal de radio tiene en principio un alcance menor.
12. Ampliacin Redes 7-12
13. Ampliacin Redes 7-13 Bandas designadas por la ITU para aplicaciones ISM En esta tabla se muestran cuales son las bandas de frecuencias designadas por la ITU para aplicaciones industriales, cientficas y mdicas. Dos de estas bandas (2,4 y 5 GHz) son las que se utilizan actualmente para aplicaciones de redes locales inalmbricas. La banda de 902 MHz (que solo est disponible en la regin 2 de la ITU, EEUU y Canad) se utiliz en los primeros sistemas propietarios de LANs inalmbricas.En esta tabla se muestran cuales son las bandas de frecuencias designadas por la ITU para aplicaciones industriales, cientficas y mdicas. Dos de estas bandas (2,4 y 5 GHz) son las que se utilizan actualmente para aplicaciones de redes locales inalmbricas. La banda de 902 MHz (que solo est disponible en la regin 2 de la ITU, EEUU y Canad) se utiliz en los primeros sistemas propietarios de LANs inalmbricas.
14. Ampliacin Redes 7-14 Espectro Disperso Para reducir la interferencia en la banda de 2,4 GHz las emisiones de ms de 1 mW se han de hacer en espectro disperso
Hay dos formas de hacer una emisin de espectro disperso:
Frecuency Hopping (salto de frecuencia). El emisor va cambiando continuamente de canal. El receptor ha de seguirlo.
Direct Sequence (secuencia directa). El emisor emplea un canal muy ancho. La potencia de emisin es similar al caso anterior, pero al repartirse en una banda mucho mas ancha la seal es de baja intensidad (poca potencia por Hz). Dado que la banda de 2,4 GHz est disponible sin licencia para todo el que desee emitir en ella, es preciso adoptar algunas precauciones que eviten una excesiva interferencia entre emisiones. Por este motivo se establece que cualquier emisin con una potencia superior a 1 mW debe hacerse en espectro disperso.
Dado que la banda de 2,4 GHz est disponible sin licencia para todo el que desee emitir en ella, es preciso adoptar algunas precauciones que eviten una excesiva interferencia entre emisiones. Por este motivo se establece que cualquier emisin con una potencia superior a 1 mW debe hacerse en espectro disperso.
15. Ampliacin Redes 7-15 Frequency Hopping vs Direct Sequence En Frequency Hopping el emisor est cambiando de canal continuamente. Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2,4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de anchura cada uno. El emisor cambia de canal 50 veces por segundo, siguiendo una secuencia pseudoaleatoria preestablecida, que utiliza por igual todos los canales. El receptor conoce la secuencia de canales que utiliza el emisor, y la sigue tambin. En caso de que un agente externo produzca una interferencia esta afectar a algn canal o canales en concreto; si alguna de las emisiones coincide con la interferencia el receptor no podr separar la seal del ruido y la trama no ser recibida. En ese caso el emisor retransmitir la trama, confiando que en el siguiente intento no coincida la interferencia con ninguno de los canales utilizados.
En Direct Sequence el emisor emplea un canal mucho ms ancho de lo que en principio le hara falta para el caudal de datos que desea enviar. Los datos se transforman antes de enviarlos dando lugar a una secuencia de smbolos que contiene mucha redundancia; el nmero de bits enviados realmente es muy superior a la la tasa real de bits transmitidos. Esta redundancia se construye de tal manera que el receptor es capaz de regenerar los datos originales aun en el caso de que se presente una interferencia dentro del canal, siempre y cuando la interferencia sea de una anchura relativamente pequea.En Frequency Hopping el emisor est cambiando de canal continuamente. Por ejemplo en el caso de 802.11 la banda de 2,4 GHz se divide en 79 canales contiguos no solapados de 1 MHz de anchura cada uno. El emisor cambia de canal 50 veces por segundo, siguiendo una secuencia pseudoaleatoria preestablecida, que utiliza por igual todos los canales. El receptor conoce la secuencia de canales que utiliza el emisor, y la sigue tambin. En caso de que un agente externo produzca una interferencia esta afectar a algn canal o canales en concreto; si alguna de las emisiones coincide con la interferencia el receptor no podr separar la seal del ruido y la trama no ser recibida. En ese caso el emisor retransmitir la trama, confiando que en el siguiente intento no coincida la interferencia con ninguno de los canales utilizados.
En Direct Sequence el emisor emplea un canal mucho ms ancho de lo que en principio le hara falta para el caudal de datos que desea enviar. Los datos se transforman antes de enviarlos dando lugar a una secuencia de smbolos que contiene mucha redundancia; el nmero de bits enviados realmente es muy superior a la la tasa real de bits transmitidos. Esta redundancia se construye de tal manera que el receptor es capaz de regenerar los datos originales aun en el caso de que se presente una interferencia dentro del canal, siempre y cuando la interferencia sea de una anchura relativamente pequea.
16. Ampliacin Redes 7-16
17. Ampliacin Redes 7-17 Frequency Hopping vs Direct Sequence Esta figura explicar de forma simplificada la diferencia entre Frequency Hopping y uno de Direct Sequence. En el caso de FH toda la potencia de emisin (100 mW) se concentra en una franja estrecha del espectro, mientras que en DS se reparte en un rango mucho mas amplio. Sin embargo la potencia emitida en ambos casos es similar (en el ejemplo los 100 mW mximos permitidos en Europa).
En el caso de FH tenemos una seal de banda estrecha pero de gran intensidad, lo cual da una elevada relacin seal/ruido. De acuerdo con el teorema de Nyquist un canal estrecho nos permite enviar pocos baudios, pero de acuerdo con la ley de Shannon la elevada relacin seal/ruido permitir enviar muchos bits por baudio.
En el caso de DS tenemos una seal de banda ancha pero de baja intensidad, lo cual nos dar una relacin seal/ruido pequea. Segn el teorema de Nyquist tenemos ahora posibilidad de enviar muchos baudios, pero la ley de Shannon nos dice que con una relacin seal/ruido pequea podremos enviar pocos bits por baudio.
En principio podramos pensar que ambas aproximaciones daran lugar a velocidades de transmisin similares. Aunque esto era as en la especificacin inicial de 802.11 (tanto FHSS como DSSS llegaban a velocidades de 2 Mb/s) las tcnicas de codificacin ms recientes, utilizadas en 802.11g, han situado en clara ventaja a los sistemas DSSS, que llegan a velocidades de hasta 54 Mb/s.Esta figura explicar de forma simplificada la diferencia entre Frequency Hopping y uno de Direct Sequence. En el caso de FH toda la potencia de emisin (100 mW) se concentra en una franja estrecha del espectro, mientras que en DS se reparte en un rango mucho mas amplio. Sin embargo la potencia emitida en ambos casos es similar (en el ejemplo los 100 mW mximos permitidos en Europa).
En el caso de FH tenemos una seal de banda estrecha pero de gran intensidad, lo cual da una elevada relacin seal/ruido. De acuerdo con el teorema de Nyquist un canal estrecho nos permite enviar pocos baudios, pero de acuerdo con la ley de Shannon la elevada relacin seal/ruido permitir enviar muchos bits por baudio.
En el caso de DS tenemos una seal de banda ancha pero de baja intensidad, lo cual nos dar una relacin seal/ruido pequea. Segn el teorema de Nyquist tenemos ahora posibilidad de enviar muchos baudios, pero la ley de Shannon nos dice que con una relacin seal/ruido pequea podremos enviar pocos bits por baudio.
En principio podramos pensar que ambas aproximaciones daran lugar a velocidades de transmisin similares. Aunque esto era as en la especificacin inicial de 802.11 (tanto FHSS como DSSS llegaban a velocidades de 2 Mb/s) las tcnicas de codificacin ms recientes, utilizadas en 802.11g, han situado en clara ventaja a los sistemas DSSS, que llegan a velocidades de hasta 54 Mb/s.
18. Ampliacin Redes 7-18 Canales 802.11b DSSS a 2,4 GHz Esta tabla muestra la relacin de canales que se definen en la banda de 2,4 GHz para su uso en DSSS.
Hasta fechas recientes (aproximadamente el ao 2001) Espaa y Francia tenan una normativa ms restrictiva que el resto de Europa en lo que se refiere a los canales DSSS, de forma que slo era posible utilizar dos canales (concretamente en el caso espaol los canales 10 y 11). Aunque los equipos que se comercializan actualmente en Espaa ya permiten utilizar los 13 canales autorizados en Europa los equipos antiguos solo permiten utilizar los canales 10 y 11, y el firmware no puede actualizarse para que puedan trabajar en los canales europeos. Esto puede dar lugar a problemas de compatibilidad cuando se mezclan equipos nuevos y antiguos en una misma red, ya que puede que los equipos nuevos elijan funcionar en un canal que no est disponible para los equipos antiguos. Esta tabla muestra la relacin de canales que se definen en la banda de 2,4 GHz para su uso en DSSS.
Hasta fechas recientes (aproximadamente el ao 2001) Espaa y Francia tenan una normativa ms restrictiva que el resto de Europa en lo que se refiere a los canales DSSS, de forma que slo era posible utilizar dos canales (concretamente en el caso espaol los canales 10 y 11). Aunque los equipos que se comercializan actualmente en Espaa ya permiten utilizar los 13 canales autorizados en Europa los equipos antiguos solo permiten utilizar los canales 10 y 11, y el firmware no puede actualizarse para que puedan trabajar en los canales europeos. Esto puede dar lugar a problemas de compatibilidad cuando se mezclan equipos nuevos y antiguos en una misma red, ya que puede que los equipos nuevos elijan funcionar en un canal que no est disponible para los equipos antiguos.
19. Ampliacin Redes 7-19 Reparto de canales DSSS a 2,4GHz Esta figura muestra la divisin en canales de la banda de 2,4 GHz para DSSS. Cada canal est desplazado 5 MHz respecto al anterior (excepto el canal 14) y tiene una anchura de 22 MHz, por lo que los canales contiguos se solapan. Si se requieren canales completamente separados en Europa se recomienda emplear el 1, el 7 y el 13. En EEUU y Canad se deben utilizar el 1, el 6 y el 11 pues el 12, 13 y 14 no estn permitidos.
El uso de diferentes canales no solapados (como el 1, el 7 y el 13) permite constituir en una misma rea redes inalmbricas completamente independientes, por ejemplo para aumentar el rendimiento.Esta figura muestra la divisin en canales de la banda de 2,4 GHz para DSSS. Cada canal est desplazado 5 MHz respecto al anterior (excepto el canal 14) y tiene una anchura de 22 MHz, por lo que los canales contiguos se solapan. Si se requieren canales completamente separados en Europa se recomienda emplear el 1, el 7 y el 13. En EEUU y Canad se deben utilizar el 1, el 6 y el 11 pues el 12, 13 y 14 no estn permitidos.
El uso de diferentes canales no solapados (como el 1, el 7 y el 13) permite constituir en una misma rea redes inalmbricas completamente independientes, por ejemplo para aumentar el rendimiento.
20. Ampliacin Redes 7-20 Canales DSSS simultneos Si se quiere utilizar ms de un canal en una misma zona hay que elegir frecuencias que no se solapen. El mximo es de tres canales:
EEUU y Canad: canales 1, 6 y 11
Europa: canales 1, 7 y 13
Japn: solo se puede utilizar el canal 14
Francia y Espaa tenan hasta hace poco (2001) normativas ms restrictivas en frecuencias, que no permitan ms que un canal no solapado
Con diferentes canales se pueden constituir LANs inalmbricas independientes en una misma zona
21. Ampliacin Redes 7-21 Banda de 5 GHz (802.11a) Para 802.11a el IEEE ha elegido la banda de 5 GHz, que permite canales de mayor ancho de banda
Un equipo 802.11a no puede interoperar con uno 802.11b. La parte de radio es completamente diferente
En EEUU la FCC ha asignado esta banda para 802.11a
En Europa esta banda se asign hace tiempo a HIPERLAN/2, WLAN de alta velocidad estandarizada por ETSI (European Telecommunications Standards Institute) poco utilizada en la prctica.
La aprobacin de 802.11a en Europa est pendiente de realizar modificaciones que le permitan coexistir con HIPERLAN/2
22. Ampliacin Redes 7-22 Canales 802.11a a 5 GHz
23. Ampliacin Redes 7-23 Interferencias Externas:
Bluetooth interfiere con FHSS (usan la misma banda). Interfiere menos con DSSS.
Los hornos de microondas (funcionan a 2,4 GHz) interfieren con FHSS. Tambin hay reportadas interferencias entre hornos de microondas y 802.11 FHSS(misma banda). A DSSS no le afectan.
Otros dispositivos que funciona en 2,4 GHz (telfonos inalmbricos, mandos a distancia de puertas de garage, etc.) tienen una potencia demasiado baja para interferir con las WLANs
En los sistemas por infrarrojos la luz solar puede afectar la transmisin
Internas (de la propia seal):
Debidas a multitrayectoria (rebotes)
24. Ampliacin Redes 7-24 La interferencia debida a la multitrayectoria afecta de forma importante a las emisiones de radio. El problema se debe a que la onda electromagntica no solo llega al receptor en lnea recta, sino que tambin llega reflejada por objetos slidos presentes entre el emisor y el receptor. Dependiendo de la ubicacin concreta de uno y otro (mas concretamente de sus antenas) la onda reflejada puede o no llegar al receptor. Si llega el receptor tendr problemas pues la onda reflejada, al hacer un camino ms largo, llega ms tarde por lo que no coincide con la onda original. Normalmente la onda recibida directamente es ms intensa, pero a menudo la onda reflejada no tiene una intensidad despreciable por lo que es percibida como una molesta interferencia por el receptor. A menudo pequeas variaciones en la ubicacin de la antena del emisor o del receptor provocan cambios significativos, para bien o para mal, en la cantidad de interferencia recibida como consecuencia de la multitrayectoria. Este fenmeno se puede observar claramente a veces cuando omos la radio de FM en un coche en la cola de un semforo: en ocasiones observamos como pequeas variaciones de 2 3 metros en la ubicacin del coche tienen efectos dramticos en la calidad de la seal de radio recibida de una emisora; sin embargo para otra emisora el comportamiento puede ser diferente.
La interferencia debida a la multitrayectoria afecta de forma importante a las emisiones de radio. El problema se debe a que la onda electromagntica no solo llega al receptor en lnea recta, sino que tambin llega reflejada por objetos slidos presentes entre el emisor y el receptor. Dependiendo de la ubicacin concreta de uno y otro (mas concretamente de sus antenas) la onda reflejada puede o no llegar al receptor. Si llega el receptor tendr problemas pues la onda reflejada, al hacer un camino ms largo, llega ms tarde por lo que no coincide con la onda original. Normalmente la onda recibida directamente es ms intensa, pero a menudo la onda reflejada no tiene una intensidad despreciable por lo que es percibida como una molesta interferencia por el receptor. A menudo pequeas variaciones en la ubicacin de la antena del emisor o del receptor provocan cambios significativos, para bien o para mal, en la cantidad de interferencia recibida como consecuencia de la multitrayectoria. Este fenmeno se puede observar claramente a veces cuando omos la radio de FM en un coche en la cola de un semforo: en ocasiones observamos como pequeas variaciones de 2 3 metros en la ubicacin del coche tienen efectos dramticos en la calidad de la seal de radio recibida de una emisora; sin embargo para otra emisora el comportamiento puede ser diferente.
25. Ampliacin Redes 7-25 Antenas diversidad El equipo (normalmente un punto de acceso) tiene dos antenas. El proceso es el siguiente:
El equipo recibe la seal por las dos antenas y compara, eligiendo la que le da mejor calidad de seal. El proceso se realiza de forma independiente para cada trama recibida, utilizando el prembulo (128 bits en DSSS) para hacer la medida
Para emitir a esa estacin se usa la antena que di mejor seal en recepcin la ltima vez
Si la emisin falla (no se recibe el ACK) cambia a la otra antena y reintenta
Las dos antenas cubren la misma zona
Al resolver el problema de la interferencia multitrayectoria de DSSS el uso de FHSS ha cado en desuso Las antenas diversidad son una aportacin reciente a las LANs inalmbricas para reducir los problemas producidos por la multitrayectoria. Normalmente se implementan en los puntos de acceso ya que estos dispositivos se encuentran en comunicacin con todas las estaciones de la red.
La antena diversidad consiste en dos antenas reales que se conectan por separado al receptor de radio. Cuando el equipo recibe una trama prueba a utilizar ambas antenas y elige la que considera ms conveniente. El sondeo se realiza mientras recibe el prembulo de la trama, que por ejemplo en el caso de DSSS tiene una longitud de 128 bits (que a 11 Mb/s equivale a 11,6 microsegundos).
Cuando ha de emitir una trama a una estacin el emisor no puede saber cual de las dos antenas es la ms adecuada. En este caso se utiliza la antena que di mejor calidad la ltima vez que se recibi una trama de dicha estacin. Si la emisin falla se reintenta enviando la trama por la otra antena.
Es importante observar que las dos antenas de una antena diversidad cubren la misma zona, no se pueden utilizar para cubrir zonas diferentes.
Puede resultar sorprendente como una diferencia de unos centmetros puede suponer una diferencia significativa en el efecto multitrayectoria de la seal recibida o emitida por una antena diversidad, cuando en el caso de una emisin de FM haca falta mover el coche algunos metros. Pero debemos tener en cuenta que la longitud de onda de una emisin de FM es de unos 3 m, mientras que la longitud de onda de las emisiones de 2,4 GHz es de 12,5 cm.Las antenas diversidad son una aportacin reciente a las LANs inalmbricas para reducir los problemas producidos por la multitrayectoria. Normalmente se implementan en los puntos de acceso ya que estos dispositivos se encuentran en comunicacin con todas las estaciones de la red.
La antena diversidad consiste en dos antenas reales que se conectan por separado al receptor de radio. Cuando el equipo recibe una trama prueba a utilizar ambas antenas y elige la que considera ms conveniente. El sondeo se realiza mientras recibe el prembulo de la trama, que por ejemplo en el caso de DSSS tiene una longitud de 128 bits (que a 11 Mb/s equivale a 11,6 microsegundos).
Cuando ha de emitir una trama a una estacin el emisor no puede saber cual de las dos antenas es la ms adecuada. En este caso se utiliza la antena que di mejor calidad la ltima vez que se recibi una trama de dicha estacin. Si la emisin falla se reintenta enviando la trama por la otra antena.
Es importante observar que las dos antenas de una antena diversidad cubren la misma zona, no se pueden utilizar para cubrir zonas diferentes.
Puede resultar sorprendente como una diferencia de unos centmetros puede suponer una diferencia significativa en el efecto multitrayectoria de la seal recibida o emitida por una antena diversidad, cuando en el caso de una emisin de FM haca falta mover el coche algunos metros. Pero debemos tener en cuenta que la longitud de onda de una emisin de FM es de unos 3 m, mientras que la longitud de onda de las emisiones de 2,4 GHz es de 12,5 cm.
26. Ampliacin Redes 7-26 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas, historia y Modelo de referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
27. Ampliacin Redes 7-27 El caso ms sencillo de red inalmbrica es el que se constituye cuando se colocan fsicamente prximos varios computadores dotados de tarjeta de red inalmbrica. En este caso cada computador se comunica con los dems directamente. Al ser un medio broadcast cada trama es recibida por todos los computadores (por todos los que se encuentren dentro del rango de alcance del emisor).
A nivel IP la numeracin deber corresponder a una red, es decir todos los computadores debern configurarse con una direccin IP que tenga un prefijo comn.
Eventualmente uno de los computadores podra tener adems una tarjeta de red Ethernet, por ejemplo, y actuar como router para el resto, de forma que pudieran salir a Internet a travs de el. En ese caso habra que definirle como router por defecto para el resto.El caso ms sencillo de red inalmbrica es el que se constituye cuando se colocan fsicamente prximos varios computadores dotados de tarjeta de red inalmbrica. En este caso cada computador se comunica con los dems directamente. Al ser un medio broadcast cada trama es recibida por todos los computadores (por todos los que se encuentren dentro del rango de alcance del emisor).
A nivel IP la numeracin deber corresponder a una red, es decir todos los computadores debern configurarse con una direccin IP que tenga un prefijo comn.
Eventualmente uno de los computadores podra tener adems una tarjeta de red Ethernet, por ejemplo, y actuar como router para el resto, de forma que pudieran salir a Internet a travs de el. En ese caso habra que definirle como router por defecto para el resto.
28. Ampliacin Redes 7-28 Protocolo MAC de 802.11 El protocolo MAC 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) El protocolo MAC de 802.11 est inspirado en el CSMA/CD de Ethernet. Esta es probablemente la razn por la que en ocasiones se hace referencia a las redes 802.11 como Ethernets inalmbricas.
Sin embargo las redes inalmbricas no puede usar el protocolo CSMA/CD debido a que es muy difcil que un emisor de radio detecte otra emisin en curso en el mismo canal en el que est emitiendo. Por tanto el CD (Colision Detect) de Ethernet se ha cambiado por CA (Colision Avoidance).El protocolo MAC de 802.11 est inspirado en el CSMA/CD de Ethernet. Esta es probablemente la razn por la que en ocasiones se hace referencia a las redes 802.11 como Ethernets inalmbricas.
Sin embargo las redes inalmbricas no puede usar el protocolo CSMA/CD debido a que es muy difcil que un emisor de radio detecte otra emisin en curso en el mismo canal en el que est emitiendo. Por tanto el CD (Colision Detect) de Ethernet se ha cambiado por CA (Colision Avoidance).
29. Ampliacin Redes 7-29 Protocolo CSMA/CA Cuando una estacin quiere enviar una trama escucha primero para ver si alguien est transmitiendo.
Si el canal est libre la estacin transmite
Si est ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, despus se espera un tiempo aleatorio (siempre superior a un mnimo prefijado) y transmite. El tiempo en espera se mide por intervalos de duracin constante
Al terminar espera a que el receptor le enve una confirmacin (ACK). Si esta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisin, en cuyo caso repite el proceso desde el principio El envo de mensajes de confirmacin (ACK) para cada trama recibida es algo que incorpora el protocolo MAC de 802.11, ya que las redes de radio con equipos mviles son poco fiables, y era necesario implementar a bajo nivel un mecanismo que asegurara la recepcin de la informacin.
El envo de los ACK debe realizarse de forma rpida y gil, ya que de lo contrario se puede incurrir en un retardo excesivo hasta que se produzca el reenvo de la trama.
Para evitar que el receptor tenga que competir con cualquier otra estacin en el envo de la confirmacin el envo de la trama de ACK puede hacerse sin esperar el tiempo reglamentario de 50 ms despus de haya terminado la emisin de la trama en curso. Los ACK pueden (y deben) ser enviados tan solo 10 ms despus de haber recibido la trama de datos. El envo de mensajes de confirmacin (ACK) para cada trama recibida es algo que incorpora el protocolo MAC de 802.11, ya que las redes de radio con equipos mviles son poco fiables, y era necesario implementar a bajo nivel un mecanismo que asegurara la recepcin de la informacin.
El envo de los ACK debe realizarse de forma rpida y gil, ya que de lo contrario se puede incurrir en un retardo excesivo hasta que se produzca el reenvo de la trama.
Para evitar que el receptor tenga que competir con cualquier otra estacin en el envo de la confirmacin el envo de la trama de ACK puede hacerse sin esperar el tiempo reglamentario de 50 ms despus de haya terminado la emisin de la trama en curso. Los ACK pueden (y deben) ser enviados tan solo 10 ms despus de haber recibido la trama de datos.
30. Ampliacin Redes 7-30 Algoritmo de retroceso de CSMA/CA Esta figura muestra como funciona el protocolo CSMA/CA en 802.11. Supongamos que una estacin (A) desea transmitir una trama hacia B y detecta que el canal est libre. A espera el tiempo DIFS (50 ms) y a continuacin empieza a transmitir. De esta forma se asegura que cualquier trama emitida en la red ir separada de la anterior al menos por este espacio de tiempo.
Una vez ha terminado de emitir su trama A espera una confirmacin (ACK) de B. Dicha confirmacin es un mensaje de alta prioridad, por lo que no ha de esperar el tiempo habitual (DIFS) despus de que termine la trama de A, sino que solo ha de esperar el tiempo SIFS (10 ms). Durante el tiempo SIFS B ha calculado y comprobado que el CRC de la trama que ha recibido de A es correcto.
En algn momento durante la emisin de la trama de A C desea enviar una trama a D (no mostrado en la figura). Como detecta que el canal est ocupado C espera, y cuando se produce el ACK de B C sigue esperando, ya que no se ha llegado a producir una pausa lo bastante grande (50 ms) en ningn momento. Cuando por fin termina el ACK de B C empieza a contar el tiempo y cuando pasan 50 ms (DIFS) sabe que el canal est libre. Entonces no transmite de inmediato sino despus del tiempo aleatorio que ha calculado. Esto reduce el riesgo de colisin con otras estaciones que pudieran tambin estar observando el proceso de A y B y esperando para transmitir a continuacin. Si durante el tiempo aleatorio C detecta que alguna estacin transmite congelar su contador de tiempo aleatorio para volver a activarlo 50 ms (DIFS) despus de que haya cesado toda actividad.Esta figura muestra como funciona el protocolo CSMA/CA en 802.11. Supongamos que una estacin (A) desea transmitir una trama hacia B y detecta que el canal est libre. A espera el tiempo DIFS (50 ms) y a continuacin empieza a transmitir. De esta forma se asegura que cualquier trama emitida en la red ir separada de la anterior al menos por este espacio de tiempo.
Una vez ha terminado de emitir su trama A espera una confirmacin (ACK) de B. Dicha confirmacin es un mensaje de alta prioridad, por lo que no ha de esperar el tiempo habitual (DIFS) despus de que termine la trama de A, sino que solo ha de esperar el tiempo SIFS (10 ms). Durante el tiempo SIFS B ha calculado y comprobado que el CRC de la trama que ha recibido de A es correcto.
En algn momento durante la emisin de la trama de A C desea enviar una trama a D (no mostrado en la figura). Como detecta que el canal est ocupado C espera, y cuando se produce el ACK de B C sigue esperando, ya que no se ha llegado a producir una pausa lo bastante grande (50 ms) en ningn momento. Cuando por fin termina el ACK de B C empieza a contar el tiempo y cuando pasan 50 ms (DIFS) sabe que el canal est libre. Entonces no transmite de inmediato sino despus del tiempo aleatorio que ha calculado. Esto reduce el riesgo de colisin con otras estaciones que pudieran tambin estar observando el proceso de A y B y esperando para transmitir a continuacin. Si durante el tiempo aleatorio C detecta que alguna estacin transmite congelar su contador de tiempo aleatorio para volver a activarlo 50 ms (DIFS) despus de que haya cesado toda actividad.
31. Ampliacin Redes 7-31
32. Ampliacin Redes 7-32 Colisiones Pueden producirse porque dos estaciones a la espera elijan el mismo nmero de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir despus de la emisin 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 colisin, infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado
Tambin se produce una colisin cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez. Pero este riesgo es mnimo. Para una distancia entre estaciones de 70m el tiempo que tarda en llegar la seal es de 0,23 ?s Cuando una estacin ha emitido una trama y no ha recibido el correspondiente ACK deduce que se ha producido una colisin. En este caso la estacin repite el proceso antes descrito, pero al tratarse de un segundo intento esta vez se ampla el rango de intervalos para la eleccin del tiempo aleatorio. De forma anloga a lo que ocurre en Ethernet el nmero de intervalos crece de forma exponencial hasta un valor mximo a partir del cual el contador se reinicia y el proceso se repite desde el principio.Cuando una estacin ha emitido una trama y no ha recibido el correspondiente ACK deduce que se ha producido una colisin. En este caso la estacin repite el proceso antes descrito, pero al tratarse de un segundo intento esta vez se ampla el rango de intervalos para la eleccin del tiempo aleatorio. De forma anloga a lo que ocurre en Ethernet el nmero de intervalos crece de forma exponencial hasta un valor mximo a partir del cual el contador se reinicia y el proceso se repite desde el principio.
33. Ampliacin Redes 7-33 Fragmentacin En el nivel MAC de 802.11 se prev la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos ms pequeos
Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado.
Si el emisor ve que las tramas no estn llegando bien puede decidir fragmentar las tramas grandes para que tengan mas probabilidad de llegar al receptor
La fragmentacin permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead
Todas las estaciones estn obligadas a soportar la fragmentacin en recepcin, pero no en transmisin Muchas de las interferencias que se producen en las transmisiones por radio afectan la emisin en intervalos muy cortos de tiempo. En estos casos la transmisin de tramas grandes resulta especialmente comprometida, pues el riesgo de que una interferencia estropee toda la emisin es muy grande. En situaciones de elevada tasa de error del medio fsico es preferible manejar tramas de pequeo tamao. Sin embargo el nivel de red, que no tiene un conocimiento de la situacin de la red inalmbrica, suministra el paquete al nivel de enlace para que lo enve en una nica trama. Por este motivo el nivel MAC de 802.11 prev un mecanismo por el cual el emisor puede, si lo considera conveniente, fragmentar la trama a enviar en otras ms pequeas. El receptor a su vez reensamblar la trama original para que sea entregada a los niveles superiores, con lo que la fragmentacin actuar de forma transparente a ellos.
En el caso de producirse fragmentacin cada fragmento se enviar siguiendo el mecanismo de CSMA/CA antes descrito, y recibir el correspondiente ACK del receptor.
El overhead que puede introducir el uso de la fragmentacin es considerable, pero puede ser rentable cuando la red tiene mucho ruido.Muchas de las interferencias que se producen en las transmisiones por radio afectan la emisin en intervalos muy cortos de tiempo. En estos casos la transmisin de tramas grandes resulta especialmente comprometida, pues el riesgo de que una interferencia estropee toda la emisin es muy grande. En situaciones de elevada tasa de error del medio fsico es preferible manejar tramas de pequeo tamao. Sin embargo el nivel de red, que no tiene un conocimiento de la situacin de la red inalmbrica, suministra el paquete al nivel de enlace para que lo enve en una nica trama. Por este motivo el nivel MAC de 802.11 prev un mecanismo por el cual el emisor puede, si lo considera conveniente, fragmentar la trama a enviar en otras ms pequeas. El receptor a su vez reensamblar la trama original para que sea entregada a los niveles superiores, con lo que la fragmentacin actuar de forma transparente a ellos.
En el caso de producirse fragmentacin cada fragmento se enviar siguiendo el mecanismo de CSMA/CA antes descrito, y recibir el correspondiente ACK del receptor.
El overhead que puede introducir el uso de la fragmentacin es considerable, pero puede ser rentable cuando la red tiene mucho ruido.
34. Ampliacin Redes 7-34
35. Ampliacin Redes 7-35 El problema de la estacin oculta es una consecuencia del hecho de que en una red inalmbrica no todas las estaciones tienen por que ver a todas las dems. Esto provoca situaciones problemticas como la que aparece en la figura.
Supongamos que A quiere enviar una trama a B. A detecta que el canal est libre y empieza a transmitir. Instantes ms tarde, cuando A est an transmitiendo, C quiere tambin enviar una trama a B; C detecta que el canal est libre, ya que el no est recibiendo la emisin de A pues se encuentra fuera de su radio de cobertura. Por tanto C empieza a transmitir y en B se produce una colisin. Como consecuencia B no recibe correctamente ni la trama de A ni la de C. El problema de la estacin oculta es una consecuencia del hecho de que en una red inalmbrica no todas las estaciones tienen por que ver a todas las dems. Esto provoca situaciones problemticas como la que aparece en la figura.
Supongamos que A quiere enviar una trama a B. A detecta que el canal est libre y empieza a transmitir. Instantes ms tarde, cuando A est an transmitiendo, C quiere tambin enviar una trama a B; C detecta que el canal est libre, ya que el no est recibiendo la emisin de A pues se encuentra fuera de su radio de cobertura. Por tanto C empieza a transmitir y en B se produce una colisin. Como consecuencia B no recibe correctamente ni la trama de A ni la de C.
36. Ampliacin Redes 7-36 La solucin que normalmente se aplica al problema de la estacin oculta se basa en el intercambio entre emisor y receptor de dos mensajes previos al envo de la trama.
El emisor (A) enva un mensaje RTS (Request To Send) a B en el que le advierte de su deseo de enviarle una trama; adems en dicho mensaje A le informa de la longitud de la misma. Este mensaje no es recibido por C.
Como respuesta al mensaje de A B enva un CTS (Clear To Send) en le que le confirma su disposicin a recibir la trama que A le anuncia. Dicho mensaje CTS lleva tambin indicada la longitud de la trama que B espera recibir de A.
C no recibe el mensaje RTS enviado por A, pero s recibe el CTS enviado por B. Del contenido del mensaje CTS C puede deducir por cuanto tiempo estar ocupado el canal que comparte con B, pues el mensaje incluye indicacin de la longitud de la trama a transmitir y C conoce la velocidad con que se realiza la transmisin.La solucin que normalmente se aplica al problema de la estacin oculta se basa en el intercambio entre emisor y receptor de dos mensajes previos al envo de la trama.
El emisor (A) enva un mensaje RTS (Request To Send) a B en el que le advierte de su deseo de enviarle una trama; adems en dicho mensaje A le informa de la longitud de la misma. Este mensaje no es recibido por C.
Como respuesta al mensaje de A B enva un CTS (Clear To Send) en le que le confirma su disposicin a recibir la trama que A le anuncia. Dicho mensaje CTS lleva tambin indicada la longitud de la trama que B espera recibir de A.
C no recibe el mensaje RTS enviado por A, pero s recibe el CTS enviado por B. Del contenido del mensaje CTS C puede deducir por cuanto tiempo estar ocupado el canal que comparte con B, pues el mensaje incluye indicacin de la longitud de la trama a transmitir y C conoce la velocidad con que se realiza la transmisin.
37. Ampliacin Redes 7-37 RTS/CTS El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces Virtual Carrier Sense
Permite a una estacin reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo
Si todas las estaciones se escuchan directamente entre s el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeas
No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Lo que lo soportan permiten indicar en un parmetro de configuracin a partir de que tamao de trama se quiere utilizar RTS/CTS. Tambin se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual
38. Ampliacin Redes 7-38
39. Ampliacin Redes 7-39 Hasta ahora en los ejemplos solo habamos visto computadores con tarjetas LAN inalmbricas. Ahora incorporamos un nuevo elemento que denominamos Punto de Acceso o AP. Un AP es un dispositivo diseado especficamente para constituir una LAN inalmbrica. Los puntos de acceso son a menudo los dispositivos que permiten integrar una LAN inalmbrica con una LAN convencional.
Cuando aparece en escena un AP las reglas del juego cambian de manera drstica. Las estaciones en cuanto descubren que se encuentran dentro del radio de cobertura de un AP se registran en el para que les tome en cuenta. La comunicacin entre estaciones registradas en un AP nunca se realiza de forma directa sino que siempre tiene lugar a travs del AP, que acta como intermediario en cualquier comunicacin. Esto tiene la consecuencia de que las comunicaciones entre las estaciones se hacen siempre en dos pasos y ocupando dos veces el medio inalmbrico, pero no es un problema si la mayora del trfico va dirigido a la LAN convencional.
Una ventaja del uso de AP es que la existencia de estaciones ocultas ya no es un problema, puesto que la comunicacin se realiza a travs del AP que siempre esta (y debe estar) visible para todas las estaciones.Hasta ahora en los ejemplos solo habamos visto computadores con tarjetas LAN inalmbricas. Ahora incorporamos un nuevo elemento que denominamos Punto de Acceso o AP. Un AP es un dispositivo diseado especficamente para constituir una LAN inalmbrica. Los puntos de acceso son a menudo los dispositivos que permiten integrar una LAN inalmbrica con una LAN convencional.
Cuando aparece en escena un AP las reglas del juego cambian de manera drstica. Las estaciones en cuanto descubren que se encuentran dentro del radio de cobertura de un AP se registran en el para que les tome en cuenta. La comunicacin entre estaciones registradas en un AP nunca se realiza de forma directa sino que siempre tiene lugar a travs del AP, que acta como intermediario en cualquier comunicacin. Esto tiene la consecuencia de que las comunicaciones entre las estaciones se hacen siempre en dos pasos y ocupando dos veces el medio inalmbrico, pero no es un problema si la mayora del trfico va dirigido a la LAN convencional.
Una ventaja del uso de AP es que la existencia de estaciones ocultas ya no es un problema, puesto que la comunicacin se realiza a travs del AP que siempre esta (y debe estar) visible para todas las estaciones.
40. Ampliacin Redes 7-40 Puntos de acceso Con puntos de acceso (AP) cada trama requiere dos emisiones de radio (salvo que el destino est en la LAN y no en la WLAN).
Aunque haya estaciones ocultas la comunicacin siempre es posible, pues se hace a travs del AP que siempre est accesible para todos
Los AP son dispositivos fijos de la red. Por tanto:
Sus antenas pueden situarse en lugares estratgicos, y pueden ser de alta ganancia.
Se pueden dotar de antenas diversidad (para evitar los problemas de multitrayectoria)
No tienen requerimientos de bajo consumo (no usan bateras)
41. Ampliacin Redes 7-41 La topologa de un ESS (Extended Service Set) consiste en tener dos o ms APs interconectados (normalmente por una LAN convencional), de forma que cada AP abarca una zona o celda que corresponde a su radio de alcance. Los usuarios pueden moverse libremente de una celda a otra y su conexin se establecer automticamente con el AP que tengan ms cerca, o mas exactamente con aquel del que reciban una seal ms potente. La topologa de un ESS (Extended Service Set) consiste en tener dos o ms APs interconectados (normalmente por una LAN convencional), de forma que cada AP abarca una zona o celda que corresponde a su radio de alcance. Los usuarios pueden moverse libremente de una celda a otra y su conexin se establecer automticamente con el AP que tengan ms cerca, o mas exactamente con aquel del que reciban una seal ms potente.
42. Ampliacin Redes 7-42
43. Ampliacin Redes 7-43 En este ejemplo se ha ampliado el tamao de una celda colocando un segundo AP que se conecta con el primero por el mismo canal de radio que se utiliza para conectar las estaciones. Evidentemente en esta disposicin existe un gran solapamiento de las dos celdas, ya que la distancia del segundo AP respecto del primero no puede ser superior a su radio de alcance.En este ejemplo se ha ampliado el tamao de una celda colocando un segundo AP que se conecta con el primero por el mismo canal de radio que se utiliza para conectar las estaciones. Evidentemente en esta disposicin existe un gran solapamiento de las dos celdas, ya que la distancia del segundo AP respecto del primero no puede ser superior a su radio de alcance.
44. Ampliacin Redes 7-44 Asociacin de APs con estaciones Cuando una estacin se enciende busca un AP en su celda. Si recibe respuesta de varios atiende al que le enva una seal ms potente.
La estacin se registra con el AP elegido. Como consecuencia de esto el AP le incluye en su tabla MAC
El AP se comporta para las estaciones de su celda como un hub inalmbrico. En la conexin entre su celda y el sistema de distribucin el AP acta como un puente
45. Ampliacin Redes 7-45 Itinerancia (Handover) Los AP envan regularmente (10 veces por segundo) mensajes de gua (beacon) para anunciar su presencia a las estaciones que se encuentran en su zona
Si una estacin se mueve y cambia de celda detectar otro AP ms potente y cambiar su registro. Esto permite la itinerancia (handover) sin que las conexiones se corten.
Los estndares 802.11 no detallan como debe realizarse la itinerancia, por lo que la interoperablidad en este aspecto no siempre es posible
Para corregirlo varios fabricantes han desarrollado el IAPP (Inter-Access Point Protocol)
46. Ampliacin Redes 7-46 Usando canales no solapados es posible superponer diferentes celdas en una misma zona fsica. Esto puede ser til si por alguna razn han de coexistir estaciones de redes completamente diferentes, o bien por razones de rendimiento ya que al superponer diferentes celdas cada una de ellas dispone de una capacidad de hasta 33 Mb/sUsando canales no solapados es posible superponer diferentes celdas en una misma zona fsica. Esto puede ser til si por alguna razn han de coexistir estaciones de redes completamente diferentes, o bien por razones de rendimiento ya que al superponer diferentes celdas cada una de ellas dispone de una capacidad de hasta 33 Mb/s
47. Ampliacin Redes 7-47 Ahorro de energa Importante en WLANs ya que muchos dispositivos funcionan con bateras
Muchos equipos contemplan un modo de funcionamiento latente o 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 enven durante ese tiempo.
Peridicamente las estaciones dormidas han de despertarse y escuchar si el AP tiene algo para ellos
El AP descarta las tramas retenidas cuando ha pasado un tiempo sin que sean solicitadas
48. Ampliacin Redes 7-48 Rendimiento El rendimiento real 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)
Fragmentacin (si se produce)
Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre tramas)
Transmisin del Prembulo (sincronizacin, seleccin de antena, etc.) e informacin de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envo, por lo que se transmite a la velocidad mnima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM). Solo por esto el rendimiento de DSSS a 11 Mb/s nunca puede ser mayor del 85% (9,35 Mb/s)
49. Ampliacin Redes 7-49 Seguridad Los clientes y el punto de acceso se asocian mediante un SSID (System Set Identifier) comn.
El SSID sirve para la identificacin de los clientes ante el punto de acceso, y permite crear grupos lgicos independientes en la misma zona (parecido a las VLANs)
Esto no es en s mismo una medida de seguridad, sino un mecanismo para organizar y gestionar una WLAN en zonas donde tengan que coexistir varias en el mismo canal
50. Ampliacin Redes 7-50 Seguridad Se dispone de mecanismos de autentificacin y de encriptacin.
La encriptacin permite mantener la confidencialidad aun en caso de que la emisin sea capturada por un extrao. El mecanismo es opcional y se denomina WEP (Wireless Equivalent Privacy). Se basa en encriptacin de 40 o de 128 bits. Tambin se usa en Bluetooth
Recientemente se han detectado fallos en WEP que lo hacen vulnerable (ver http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html). En casos donde la seguridad sea importante se recomienda usar tneles IPSec.
Ver tambin: http://www.cisco.com/warp/public/779/smbiz/wireless/wlan_security.shtml/
51. Ampliacin Redes 7-51 Salud La radiacin electromagntica de 2,4 GHz es absorbida por el agua y la calienta (hornos de microondas). Por tanto un emisor WLAN podra calentar el tejido humano
Sin embargo la potencia radiada es tan baja (100 mW mximo) que el efecto es despreciable. Es mayor la influencia de un horno de microondas en funcionamiento.
Un terminal GSM transmite con hasta 600 mW y se tiene mucho ms cerca del cuerpo normalmente (aunque GSM no emite en la banda de 2,4 GHz).
Los equipos WLAN solo emiten cuando transmiten datos. Un telfono GSM emite mientras est encendido.
Ver tambin: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/rfhr_wi.htm
52. Ampliacin Redes 7-52 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas inalmbricas mviles, historia y Modelo de Referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
Bluetooth (IEEE 802.15)
53. Ampliacin Redes 7-53 En este ejemplo se da cobertura de LAN inalmbrica a un almacn. El sistema de distribucin est formado por una red Ethernet de 100 Mb/s y se supone que es posible disponer de tomas de red en cualquier punto del almacn, por lo que se ha previsto colocar seis APs repartidos de forma aproximadamente equidistante entre s, para maximizar el rea de cobertura. Para minimizar la interferencia entre celdas contiguas se utilizan diferentes canales. Para conseguir un mayor alcance se colocan antenas omnidireccionales de mstil de alta ganancia.En este ejemplo se da cobertura de LAN inalmbrica a un almacn. El sistema de distribucin est formado por una red Ethernet de 100 Mb/s y se supone que es posible disponer de tomas de red en cualquier punto del almacn, por lo que se ha previsto colocar seis APs repartidos de forma aproximadamente equidistante entre s, para maximizar el rea de cobertura. Para minimizar la interferencia entre celdas contiguas se utilizan diferentes canales. Para conseguir un mayor alcance se colocan antenas omnidireccionales de mstil de alta ganancia.
54. Ampliacin Redes 7-54 En este caso se supone que por limitaciones del cableado el sistema de distribucin (y por tanto los APs) solo est disponible en la pared este del almacn. Para poder cubrir la distancia hasta el otro extremo se utilizan antenas yagi muy direccionales, habindose estimado que con cuatro es suficiente para dar un nivel de cobertura aceptable hasta el otro extremo. Debido a la direccionalidad de las antenas yagi se producen zonas de sombra en las inmediaciones de la pared este, por lo que para resolverlo se instalan otros dos APs con antenas dipolo diversidad de ganancia normal.En este caso se supone que por limitaciones del cableado el sistema de distribucin (y por tanto los APs) solo est disponible en la pared este del almacn. Para poder cubrir la distancia hasta el otro extremo se utilizan antenas yagi muy direccionales, habindose estimado que con cuatro es suficiente para dar un nivel de cobertura aceptable hasta el otro extremo. Debido a la direccionalidad de las antenas yagi se producen zonas de sombra en las inmediaciones de la pared este, por lo que para resolverlo se instalan otros dos APs con antenas dipolo diversidad de ganancia normal.
55. Ampliacin Redes 7-55 En este caso se trata de suministrar cobertura en un campus (posiblemente para que los estudiantes se puedan conectar a la red). Se disponen cuatro APs con antenas dipolo normales en las aulas para dar cobertura en el edificio, y para el patio se ha previsto instalar dos Aps con antenas de parche, que tienen un ngulo de cobertura prximo a los 90.
La utilizacin de redes inalmbricas en edificios de oficinas puede verse limitada por la presencia de paredes. El nmero de paredes que pueden atravesar las ondas de radio depende mucho del material de que esten hechas y de su grosor, pero normalmente es posible atravesar una o dos paredes interiores sin problemas.En este caso se trata de suministrar cobertura en un campus (posiblemente para que los estudiantes se puedan conectar a la red). Se disponen cuatro APs con antenas dipolo normales en las aulas para dar cobertura en el edificio, y para el patio se ha previsto instalar dos Aps con antenas de parche, que tienen un ngulo de cobertura prximo a los 90.
La utilizacin de redes inalmbricas en edificios de oficinas puede verse limitada por la presencia de paredes. El nmero de paredes que pueden atravesar las ondas de radio depende mucho del material de que esten hechas y de su grosor, pero normalmente es posible atravesar una o dos paredes interiores sin problemas.
56. Ampliacin Redes 7-56 En esta figura se muestran algunas de las antenas utilizadas en los ejemplos anteriores.
La ganancia de una antena se mide en una escala logartmica llamada dBi que mide la ganancia relativa a una antena isotrpica, es decir una antena que radia exactamente con la misma potencia en todas las direcciones. As una antena que tiene una ganancia de 6 dBi radia en el sentido de mxima intensidad con una potencia unas 4 veces mayor que una antena isotrpica (100,6=3,98), lo cual le da un alcance doble que dicha antena isotrpica.
En la prctica las antenas isotrpicas no se utilizan por lo que todas las antenas presentan cierta ganancia. Incluso las antenas omnidireccionales son algo direccionales ya que su patrn de radiacin solo es homogneo en direccin horizontal, no en direccin vertical. La antena habitual de menor ganancia es la dipolo simple, que es la estndar en las tarjetas de red de los equipos; esta antena es omnidireccional y tiene una ganancia de 2,14 dBi.
Otras antenas ms direccionales tienen mayores ganancias. Por ejemplo la antena de parche que aparece en la figura tiene una ganancia de 8,5 dBi.
En esta figura se muestran algunas de las antenas utilizadas en los ejemplos anteriores.
La ganancia de una antena se mide en una escala logartmica llamada dBi que mide la ganancia relativa a una antena isotrpica, es decir una antena que radia exactamente con la misma potencia en todas las direcciones. As una antena que tiene una ganancia de 6 dBi radia en el sentido de mxima intensidad con una potencia unas 4 veces mayor que una antena isotrpica (100,6=3,98), lo cual le da un alcance doble que dicha antena isotrpica.
En la prctica las antenas isotrpicas no se utilizan por lo que todas las antenas presentan cierta ganancia. Incluso las antenas omnidireccionales son algo direccionales ya que su patrn de radiacin solo es homogneo en direccin horizontal, no en direccin vertical. La antena habitual de menor ganancia es la dipolo simple, que es la estndar en las tarjetas de red de los equipos; esta antena es omnidireccional y tiene una ganancia de 2,14 dBi.
Otras antenas ms direccionales tienen mayores ganancias. Por ejemplo la antena de parche que aparece en la figura tiene una ganancia de 8,5 dBi.
57. Ampliacin Redes 7-57 Relacin antena-potencia Las normativas fijan una potencia mxima de emisin y una densidad de potencia. Por tanto con una antena de mucha ganancia es preciso reducir la potencia.
Los lmites varan segn el dominio regulatorio. Por ejemplo en el caso de EMEA (Europa, Medio Oriente y frica) los lmites son los de la tabla adjunta.
58. Ampliacin Redes 7-58 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas, historia y Modelo de Referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
Bluetooth (IEEE 802.15)
59. Ampliacin Redes 7-59 Puentes inalmbricos entre LANs Los sistemas de transmisin va radio de las LANs inalmbricas pueden aprovecharse para unir LANs entre s
Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefnicos
Los dispositivos que se utilizan son puentes inalmbricos, parecidos a los puntos de acceso
Como los puntos a unir no son mviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable Los puentes inalmbricos permiten unir redes fsicamente separadas entre s sin necesidad de tender cables. En algunos casos, como cuando se ha de atravesar una va pblica, esto supone un ahorro considerable frente al alquiler de circuitos dedicados, quedando amortizado en poco tiempo el costo de la infraestructura. Adems permite la conexin a una velocidad mayor de lo que normalmente es posible en enlaces telefnicos.
A pesar de sus ventajas conviene saber cuales son las limitaciones de los enlaces entre puentes inalmbricos. Por un lado, aunque se realice un enlace punto a punto entre dos puentes la comunicacin va radio es half duplex, ya que ambos sentidos de la comunicacin comparten un canal. Por otro lado tenemos el bajo rendimiento de las LANs inalmbricas, que significa que una velocidad de 11 Mb/s se queda en unos 6 Mb/s. Por comparacin un enlace dedicado convencional de tan solo 2 Mb/s es full duplex y tiene un rendimiento muy cercano al 100%, por lo que puede soportar un caudal total de unos 4 Mb/sLos puentes inalmbricos permiten unir redes fsicamente separadas entre s sin necesidad de tender cables. En algunos casos, como cuando se ha de atravesar una va pblica, esto supone un ahorro considerable frente al alquiler de circuitos dedicados, quedando amortizado en poco tiempo el costo de la infraestructura. Adems permite la conexin a una velocidad mayor de lo que normalmente es posible en enlaces telefnicos.
A pesar de sus ventajas conviene saber cuales son las limitaciones de los enlaces entre puentes inalmbricos. Por un lado, aunque se realice un enlace punto a punto entre dos puentes la comunicacin va radio es half duplex, ya que ambos sentidos de la comunicacin comparten un canal. Por otro lado tenemos el bajo rendimiento de las LANs inalmbricas, que significa que una velocidad de 11 Mb/s se queda en unos 6 Mb/s. Por comparacin un enlace dedicado convencional de tan solo 2 Mb/s es full duplex y tiene un rendimiento muy cercano al 100%, por lo que puede soportar un caudal total de unos 4 Mb/s
60. Ampliacin Redes 7-60 Fsicamente el puente inalmbrico es similar a un punto de acceso, con las adaptaciones necesarias para su nueva funcin. Dado que el puente es normalmente un dispositivo esttico se pueden utilizar antenas muy direccionales para concentrar el haz radioelctrico en la direccin de la otra antena con la que se desea contactar. Con las condiciones de emisin permitidas en Europa y antenas parablicas, que son las que ofrecen mayor ganancia (20 dBi), es posible llegar hasta una distancia de 13 Km (a 1 Mb/s) siempre y cuando se disponga de visin directa entre las antenas.
A menudo las antenas se colocan en el exterior del edificio, para minimizar el riesgo de que se presenten obstculos en el camino. Esto conlleva que a menudo se requiera un cable de conexin de cierta longitud entre el puente y la antena. A estas frecuencias la atenuacin de la seal producida por el cable es considerable, por lo que es importante minimizar el trayecto de este cable y utilizar en cualquier caso cable de baja atenuacin, lo cual significa que se debe instalar el puente lo ms cerca posible de la antena alargando el cable de la LAN en caso necesario.Fsicamente el puente inalmbrico es similar a un punto de acceso, con las adaptaciones necesarias para su nueva funcin. Dado que el puente es normalmente un dispositivo esttico se pueden utilizar antenas muy direccionales para concentrar el haz radioelctrico en la direccin de la otra antena con la que se desea contactar. Con las condiciones de emisin permitidas en Europa y antenas parablicas, que son las que ofrecen mayor ganancia (20 dBi), es posible llegar hasta una distancia de 13 Km (a 1 Mb/s) siempre y cuando se disponga de visin directa entre las antenas.
A menudo las antenas se colocan en el exterior del edificio, para minimizar el riesgo de que se presenten obstculos en el camino. Esto conlleva que a menudo se requiera un cable de conexin de cierta longitud entre el puente y la antena. A estas frecuencias la atenuacin de la seal producida por el cable es considerable, por lo que es importante minimizar el trayecto de este cable y utilizar en cualquier caso cable de baja atenuacin, lo cual significa que se debe instalar el puente lo ms cerca posible de la antena alargando el cable de la LAN en caso necesario.
61. Ampliacin Redes 7-61 Estas son dos de las antenas tpicas en aplicaciones de puentes inalmbricos cuando se quieren cubrir grandes distancias. Como puede verse por el patrn de radiacin se trata de antenas muy direccionales.
Como siempre es posible obtener un alcance mayor si se est dispuesto a sacrificar parte de la velocidad.Estas son dos de las antenas tpicas en aplicaciones de puentes inalmbricos cuando se quieren cubrir grandes distancias. Como puede verse por el patrn de radiacin se trata de antenas muy direccionales.
Como siempre es posible obtener un alcance mayor si se est dispuesto a sacrificar parte de la velocidad.
62. Ampliacin Redes 7-62 Para asegurar la visin directa en grandes distancias es preciso en ocasiones utilizar prismticos y en algunos casos globos aerostticos.
La visin directa debe mantenerse durante todo el ao. Con relativa frecuencia se realizan enlaces de radio que pasan cerca de rboles u otra vegetacin y ms tarde son obstruidos por crecimiento de la misma.
En realidad no es suficiente disponer de visin directa entre antenas para asegurar un trnsito de la seal libre de obstculos. Es preciso disponer de un margen de seguridad, una zona con forma elptica a lo largo de la lnea de visin directa. Dicha zona, denominada zona de Fresnel, tiene una anchura que depende de la longitud de onda de la seal (12,5 cm a 2,4 GHz) y de la distancia a cubrir. Si se quiere que llegue el mximo de seal al receptor es preciso disponer de una zona mayor, denominada segunda zona de Fresnel.
En la tabla se indica a ttulo orientativo la anchura (dimetro transversal) de la primera y segunda zona de Fresnel para el caso de 2,4 GHz a varias distancias.
En distancias cortas (500 m o menos) la seal llega normalmente con potencia ms que suficiente por lo que es menos importante asegurar la zona de Fresnel. Para asegurar la visin directa en grandes distancias es preciso en ocasiones utilizar prismticos y en algunos casos globos aerostticos.
La visin directa debe mantenerse durante todo el ao. Con relativa frecuencia se realizan enlaces de radio que pasan cerca de rboles u otra vegetacin y ms tarde son obstruidos por crecimiento de la misma.
En realidad no es suficiente disponer de visin directa entre antenas para asegurar un trnsito de la seal libre de obstculos. Es preciso disponer de un margen de seguridad, una zona con forma elptica a lo largo de la lnea de visin directa. Dicha zona, denominada zona de Fresnel, tiene una anchura que depende de la longitud de onda de la seal (12,5 cm a 2,4 GHz) y de la distancia a cubrir. Si se quiere que llegue el mximo de seal al receptor es preciso disponer de una zona mayor, denominada segunda zona de Fresnel.
En la tabla se indica a ttulo orientativo la anchura (dimetro transversal) de la primera y segunda zona de Fresnel para el caso de 2,4 GHz a varias distancias.
En distancias cortas (500 m o menos) la seal llega normalmente con potencia ms que suficiente por lo que es menos importante asegurar la zona de Fresnel.
63. Ampliacin Redes 7-63 Si necesitamos cubrir una distancia mayor que el alcance de los equipos es posible instalar un repetidor intermedio, como se muestra en esta figura.
En la primera configuracin se trata de dos enlaces punto a punto independientes; cada uno tendr la capacidad para el solo. Para minimizar la inteferencia se ha utilizado un canal diferente en cada caso.
E la segunda los dos enlaces comparten el mismo puente en el edificio B. Por tanto los tres equipos funcionan compartiendo el mismo canal y la capacidad disponible se reparte entre los dos enlaces. Es interesante el hecho de que en esta segunda configuracin se puede presentar el problema de la estacin oculta, ya que los puentes del edificio A y del C no se ven directamente. Por tanto en este caso deberemos habilitar la portadora virtual, o lo que es lo mismo el uso de mensajes RTS/CTS. Si necesitamos cubrir una distancia mayor que el alcance de los equipos es posible instalar un repetidor intermedio, como se muestra en esta figura.
En la primera configuracin se trata de dos enlaces punto a punto independientes; cada uno tendr la capacidad para el solo. Para minimizar la inteferencia se ha utilizado un canal diferente en cada caso.
E la segunda los dos enlaces comparten el mismo puente en el edificio B. Por tanto los tres equipos funcionan compartiendo el mismo canal y la capacidad disponible se reparte entre los dos enlaces. Es interesante el hecho de que en esta segunda configuracin se puede presentar el problema de la estacin oculta, ya que los puentes del edificio A y del C no se ven directamente. Por tanto en este caso deberemos habilitar la portadora virtual, o lo que es lo mismo el uso de mensajes RTS/CTS.
64. Ampliacin Redes 7-64 Esta es otra configuracin interesante en la que se conectan dos redes utilizando en paralelo tres enlaces inalmbricos. Aqu es imprescindible utilizar canales diferentes no solapados. Normalmente el router se encargara de repartir el trfico entre los tres enlaces de la forma mas equilibrada posible.Esta es otra configuracin interesante en la que se conectan dos redes utilizando en paralelo tres enlaces inalmbricos. Aqu es imprescindible utilizar canales diferentes no solapados. Normalmente el router se encargara de repartir el trfico entre los tres enlaces de la forma mas equilibrada posible.
65. Ampliacin Redes 7-65 Tambin es posible interconectar entre s varios edificios en una configuracin multipunto, lo cual supone un ahorro en el nmero de equipos a instalar. Como es lgico en este caso la capacidad ser compartida por todos ellos de acuerdo al protocolo CSMA/CA, y ser conveniente utilizar mensajes RTS/CTS pues puede haber estaciones ocultas.
El tipo y configuracin de las antenas a ubicar en cada edificio depender de la distancia y la situacin concreta de cada caso.Tambin es posible interconectar entre s varios edificios en una configuracin multipunto, lo cual supone un ahorro en el nmero de equipos a instalar. Como es lgico en este caso la capacidad ser compartida por todos ellos de acuerdo al protocolo CSMA/CA, y ser conveniente utilizar mensajes RTS/CTS pues puede haber estaciones ocultas.
El tipo y configuracin de las antenas a ubicar en cada edificio depender de la distancia y la situacin concreta de cada caso.
66. Ampliacin Redes 7-66 Precios productos 802.11b (orientativos)
67. Ampliacin Redes 7-67 LANs Inalmbricas Comparacin tecnologas, historia y Modelo de Referencia
Nivel fsico
Nivel MAC
Ejemplos de aplicacin
Puentes inalmbricos
Bluetooth (IEEE 802.15)
68. Ampliacin Redes 7-68 Bluetooth (IEEE 802.15) Objetivo: reemplazar cables de conexin entre perifricos
Esta tecnologa se cre en el seno de un Grupo de Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adopt el IEEE como el comit 802.15
Bluetooth fue un rey dans que en el siglo X unific Dinamarca y Noruega
Estndar aprobado por el IEEE en junio de 2002.
69. Ampliacin Redes 7-69 Nivel fsico en Bluetooth Tecnologa muy similar a 802.11 FHSS:
Misma banda (2,4 GHz)
Misma tecnologa de radio (Frequency Hoping)
Pero:
Potencias de emisin inferiores (diseado para equipos porttiles, como PDAs, con bateras de baja capacidad)
Alcance mucho menor (10 m)
Velocidad ms reducida (721 Kb/s)
Cambio de frecuencias mucho ms frecuente que en 802.11 (1600 en vez de 50 veces por segundo)
Existe probabilidad de interferencia entre:
Dos redes Bluetooth prximas
Una red Bluetooth y una 802.11 a 2,4 GHz (sobre todo FHSS)
Una red Bluetooth y un horno de microondas
70. Ampliacin Redes 7-70 Arquitectura y protocolo MAC de Bluetooth Arquitectura:
No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs porttiles, PDAs, impresoras, etc.)
Uno de los dispositivos de la red acta como maestro y el resto (mximo 7) como esclavos.
El maestro fija el patrn de salto de frecuencias y da las seales de reloj para que el resto de dispositivos se sincronicen con l.
Protocolo MAC:
El maestro se encarga de dar turno de palabra a los esclavos
71. Ampliacin Redes 7-71
72. Ampliacin Redes 7-72
73. Ampliacin Redes 7-73
74. Ampliacin Redes 7-74 Sumario LANs inalmbricas: IEEE 802.11 y 802.15
Redes de telefona celular: GSM, GPRS, UMTS
IP mvil
75. Ampliacin Redes 7-75 Historia Aos 70: los laboratorios Bell prueban la telefona celular analgica (telefona de 1 generacin, 1G). No estandarizada.
Aos 80: se comercializa la 1G, sobre todo en Norte de Europa. Aparecen incompatibilidades entre pases. En Espaa, aparece MoviLine.
1982: El CEPT (Conference of Europe Posts and Telecom) crea el Groupe Special Mobile (GSM) para estandarizar telefona 2G
1989: La estandarizacin de GSM se traslada de CEPT a ETSI
1991: Se comercializa GSM en Europa (inicialmente 900 MHz)
1993: Existen 36 redes GSM en 22 pases diferentes
2000: Aparece GPRS (General Packet Radio Service, 2,5G). Solucin provisional para datos mientras llega UMTS (3G)
76. Ampliacin Redes 7-76 Objetivos de GSM Uso mas eficiente del espectro que la telefona analgica, utilizando tcnicas de multiplexacin en tiempo y frecuencia.
Incluir roaming internacional
Terminales y sistema de bajo coste
Buena calidad de voz (comparable a la telefona fija)
Ampliacin de servicios
Baja potencia de transmisin: reutilizacin de canales, al no saturar canales de clulas vecinas
Privacidad en las comunicaciones
77. Ampliacin Redes 7-77 Tipos de servicio Teleservicios: voz, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc...
Servicios portadores (datos)
Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificacin de llamadas, etc...)
78. Ampliacin Redes 7-78 Radiofrecuencia (1/2) GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz de anchura:
890-915 Mhz, desde la estacin mvil a la estacin base (ascendente)
935-960 Mhz, desde la estacin base a la estacin mvil (descendente)
Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de anchura cada uno.
El primer canal est reservado, por lo que hay disponibles 124.
Tambin se han definido servicios en bandas de 1800 MHz (denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado PCS 1900, usado en Amrica).
79. Ampliacin Redes 7-79
80. Ampliacin Redes 7-80 Asignacin de frecuencias en telefona celular digital en Europa
81. Ampliacin Redes 7-81 Radiofrecuencia (2/2) Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o slots que dan servicio a otros tantos usuarios:
La ranura asignada a una comunicacin se cambia (en tiempo y frecuencia) a razn de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency hopping y se hace para evitar interferencias.
Cada ranura transporta 22,8 Kb/s de informacin digital en bruto; por ella se puede enviar voz (13,2 Kb/s) o datos (9,6 Kb/s).
La combinacin de una ranura de subida y una de bajada permite una comunicacin full dplex. El nmero mximo de comunicaciones simultneas es tericamente de 124*8=992. Sin embargo muchos canales no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas.
82. Ampliacin Redes 7-82 Uso de frecuencias en GSM
83. Ampliacin Redes 7-83 Codificacin de voz en GSM Una conversacin telefnica normal ocupa en formato digital 64 Kb/s ( 8.000 muestras de un byte por segundo)
En GSM la voz se comprime segn un algoritmo llamado RPE-LPC (Regular Pulse Excited Linear Predictive Coder) que da una calidad casi equivalente usando slo 13,2 Kb/s
Adems en GSM solo se transmite cuando la persona habla (transmisin discontinua o supresin de silencios). Esto supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de batera del emisor.
Para evitar que el receptor crea que la conexin se ha cortado la transmisin discontinua se acompaa de ruido de confort.
84. Ampliacin Redes 7-84 Terminales GSM Los terminales puedes ser de tres tipos segn su potencia:
Fijos (en vehculos): 20 W (vatios)
Portables (de maletn): 5 y 8 W
De mano: 2 y 0,8 W
El alcance mximo (independientemente de la potencia) es de 35 Km. Esto se debe al retardo mximo en la propagacin de la seal que requiere el uso de TDMA.
Los terminales siempre operan a la mnima potencia posible para que haya comunicacin con la estacin base. De esta forma se minimiza la interferencia en las celdas vecinas.
El BER se ha de mantener entre 10-6 y 10-8 . Si el BER es mayor se aumenta la potencia (hasta llegar al mximo). Si el BER es menor se disminuye, hasta llegar al mnimo, que es de 20 mW.
85. Ampliacin Redes 7-85 Celdas GSM El rea atendida por una estacin base (BTS) se denomina celda.
Todos los usuarios de una misma celda comparten los canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de una celda mas riesgo hay de que se produzca saturacin.
En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades) se tiende a crear celdas pequeas. En zonas rurales, con densidad pequea, se prefiere crear celdas grandes.
Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar interferencias.
Cada cluster est formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, segn la topologa del terreno y las circunstancias concretas de la zona.
86. Ampliacin Redes 7-86
87. Ampliacin Redes 7-87
88. Ampliacin Redes 7-88 Mobile Station (MS) Mobile Station (MS) con potencia de 0,8 hasta 20 W (coches). Posee un nmero de serie o IMEI International Mobile Equipment Identity (de 15 dgitos)
Posee un mdulo SIM (Subscriber Identity Module) protegido con PIN (Personal Identificacion Number)
El mdulo SIM contiene el International Mobile Subscriber Identity IMSI, que es utilizado para identificacin del usuario.
89. Ampliacin Redes 7-89 Base Station Subsystem (BSS) Se compone de dos partes:
BTS: Base Transceiver Station, que incluye transceptor y antenas (laminares o dipolos). Cada BTS define una celda.
BSC: Base Station Controller, se encarga de handovers, saltos de frecuencia (frequency hopping del CDMA). Acta como concentrador de trfico.
90. Ampliacin Redes 7-90 NSS: Network Switching Subsystem (1/3) Esta formada por ocho componentes:
MSC (Mobile Services Switching Center): Es el componente central del NSS y se encarga de realizar las labores de conmutacin dentro de la red, as como de proporcionar conexin con otras redes.
GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): es un dispositivo traductor (puede ser software o hardware) que se encarga de interconectar dos redes haciendo que los protocolos de comunicaciones que existen an ambas redes se entiendan, por ejemplo con la telefona fija.
91. Ampliacin Redes 7-91 NSS: Network Switching Subsystem (2/3) AuC (Authentication Center): se encarga de la autentificacin de los usuarios (utilizando el IMSI del mdulo SIM).
EIR (Equipment Identity Register): proporciona seguridad a nivel de equipos vlidos. Contiene una base de datos con los IMEI de todas las MS autorizadas en la red. Si una MS cuyo IMEI no est en el EIR trata de hacer uso de la red se le rechaza.
GIWU (GSM Interworking Unit): sirve como interfaz de comunicacin entre diferentes redes para comunicacin de datos.
OSS (Operation Support Subsystem): controla y monitoriza la red GSM
92. Ampliacin Redes 7-92 Home Location Register (HLR): base de datos distribuida (nica por red GSM) que contiene informacin sobre localizacin y caractersticas de los usuarios conectados a cada MSC.
Visitor Location Register (VLR): contiene toda la informacin sobre un usuario de otra red necesaria para que dicho usuario acceda a los servicios de red (informacin extrada del HLR y MSC).
NSS: Network Switching Subsystem (3/3)
93. Ampliacin Redes 7-93 Roaming Se produce cuando tratamos de identificarnos y el terminal no es capaz de encontrar la red.
Permite que un usuario haga uso de una red fornea (si el operador tiene acuerdo y el roaming est habilitado)
La red fornea obtiene el HLR del usuario y lo incorpora en su VLR.
El usuario visitante corre a cargo con el costo extra cuando recibe una llamada.
94. Ampliacin Redes 7-94 Handover Al menos una vez por segundo el terminal GSM evala las posibles alternativas a la estacin base actual
El terminal intenta cambiar a otra estacin base cuando:
La seal actual no cumple un nivel de calidad mnimo, o
Otra estacin base ofrece una seal de mayor calidad
El cambio de estacin se denomina handover o handoff. Tipos de handover:
De canales en la misma celda,
De celdas (BTS) dentro de la misma BSC
De celdas de BSCs diferentes pero que dependen del mismo MSC
De celdas que dependen de diferente MSC
95. Ampliacin Redes 7-95 GPRS (General Packet Radio Service) Es una nueva tecnologa para la transmisin de datos en redes mviles GSM. Conexin de alta velocidad.
Utiliza misma infraestructura radio que GSM.
Supone una nueva red de conmutacin superpuesta a la red convencional GSM.
Uso de paquetes, no orientado a conexin --> uso ms eficiente del espectro
Los usuarios estn permanentemente conectados
Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para acceder a Internet.
96. Ampliacin Redes 7-96 Conmutacin de paquetes vs circuitos
97. Ampliacin Redes 7-97 Caractersticas de GPRS La facturacin se realiza por cantidad de datos transmitidos, no por tiempo.
El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que slo se factura por trfico
Los canales son compartidos por varios usuarios
Se puede recibir simultneamente voz y datos (terminales clase A)
Alcanza velocidades de hasta 171,2 Kb/s
Incorpora un backbone para transmisin de datos en modo paquete, paralelo al de modo circuito
Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a multipunto (p.ej. informacin de tiempo, trfico, noticias, ...)
98. Ampliacin Redes 7-98
99. Ampliacin Redes 7-99 Arquitectura GPRS (2/4)
100. Ampliacin Redes 7-100 Arquitectura GPRS (3/4)
101. Ampliacin Redes 7-101
102. Ampliacin Redes 7-102 GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificacin:
Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una misma comunicacin. La velocidad mxima terica es de 21,4 * 8 = 171,2 Kb/s
El nmero de ranuras y la codificacin empleadas son negociados entre la red y el usuario
Se distingue entre la informacin real y la til transmitida
103. Ampliacin Redes 7-103
104. Ampliacin Redes 7-104
105. Ampliacin Redes 7-105 El direccionamiento se realiza por medio de direcciones IP
Segn la naturaleza de estas direcciones tendremos:
Direcciones IP Privadas: accesibles slo dentro de un entorno determinado dentro de la red
Direcciones IP Pblicas: accesibles desde cualquier punto de Internet
Segn la asignacin de estas direcciones tendremos:
Direcciones IP Estticas: estas direcciones irn asociadas de forma esttica va el HLR
Direcciones IP Dinmicas: estas direcciones se obtienen de unos pools de direcciones gestionados bien por el Operador de la red bien por una Entidad Externa (como un servidor DHCP).
106. Ampliacin Redes 7-106
107. Ampliacin Redes 7-107
108. Ampliacin Redes 7-108 UMTS (Universal Mobile Telecom System) Nueva tecnologa radio, red de 3 generacin (3G)
Red con mayor capacidad, completamente basada en conmutacin de paquetes
Mayores velocidades de datos: hasta 2 Mbps en condiciones estticas (a menos de 10 km/h) y hasta 384 kbit/s con movilidad (en espacios abiertos)
Nuevos terminales (ms potentes, con posibilidad de ser sistemas abiertos y de ejecutar un sistema operativo).
Nueva tarjeta SIM.
Basado en la tecnologa de WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) que emplea espectro disperso. Permite enmascarar seales con cadenas pseudoaleatorias para compartir mismo medio
Utiliza IPv6 sobre backbone de ATM
Pretende introducir VozIP (VoIP)
109. Ampliacin Redes 7-109
110. Ampliacin Redes 7-110 Sumario LANs inalmbricas: IEEE 802.11 y 802.15
Redes de telefona celular: GSM, GPRS, UMTS
IP mvil
111. Ampliacin Redes 7-111 Movilidad y Portabilidad Movilidad: El host se traslada de una red origen a una red destino. Se requiere que la conexin se mantenga en todo momento mientras el host se mueve.
Portabilidad: Se requiere conexin en la red origen y en la red destino, pero la conexin puede perderse durante el cambio de una red a otra.
En ambos casos se requiere una cierta transparencia del usuario respecto al cambio de ubicacin
112. Ampliacin Redes 7-112 Qu es IP mvil? Mecanismo a nivel de red diseado para permitir la movilidad de un host en Internet de forma que se mantenga en todo momento su direccin IP original, as como las conexiones o sesiones que tuviera establecidas
El cambio de router se produce dinmicamente y de forma transparente a los niveles superiores. Las sesiones se mantienen incluso durante el cambio de router, siempre y cuando la comunicacin se mantenga en todo momento, aunque la velocidad de movimiento puede influir en este factor
IP mvil est diseado para resolver el problema de la macro movilidad, o sea entre redes diferentes. La micro movilidad (entre clulas en una red inalmbrica) se resuelve mejor con mecanismos a nivel de enlace.
113. Ampliacin Redes 7-113 En esta figura se muestra el problema que plantea la movilidad en IP. Supongamos que el host X desea enviar un datagrama al Y, de direccin IP 147.156.135.22. Los routers encaminarn el paquete de acuerdo con sus tablas, es decir siguiendo en este caso concreto la ruta C-B-A. Una vez en A el paquete es entregado a Y a nivel de enlace, puesto que A conoce (por ejemplo por ARP) la direccin MAC de Y.
Supongamos ahora que Y se traslada a la red de D (la 152.48.0.0/16). Dado que las tablas de rutas en B no se han modificado seguir encaminando el paquete hacia A quien, en el caso de que aun conserve en su ARP cache la direccin MAC de Y, enviar el datagrama a la LAN, si bien este no ser recibido. En caso de que A no tenga en su cache la entrada de Y lanzar una ARP request que no ser respondida, por lo que el datagrama tambin se perder.
Con el funcionamiento normal de IP si un host cambia de red manteniendo su direccin de red pierde por completo la conectividad.
En esta figura se muestra el problema que plantea la movilidad en IP. Supongamos que el host X desea enviar un datagrama al Y, de direccin IP 147.156.135.22. Los routers encaminarn el paquete de acuerdo con sus tablas, es decir siguiendo en este caso concreto la ruta C-B-A. Una vez en A el paquete es entregado a Y a nivel de enlace, puesto que A conoce (por ejemplo por ARP) la direccin MAC de Y.
Supongamos ahora que Y se traslada a la red de D (la 152.48.0.0/16). Dado que las tablas de rutas en B no se han modificado seguir encaminando el paquete hacia A quien, en el caso de que aun conserve en su ARP cache la direccin MAC de Y, enviar el datagrama a la LAN, si bien este no ser recibido. En caso de que A no tenga en su cache la entrada de Y lanzar una ARP request que no ser respondida, por lo que el datagrama tambin se perder.
Con el funcionamiento normal de IP si un host cambia de red manteniendo su direccin de red pierde por completo la conectividad.
114. Ampliacin Redes 7-114 Solucin DHCP + DNS dinmico Una primera solucin al problema de la movilidad es la utilizacin de DHCP. En este caso el host itinerante (Y) no mantiene su direccin IP sino que recibe una nueva direccin que pertenece a la red visitada. Esto crea el problema de la no transparencia a los niveles superiores, aunque esto puede paliarse en parte con actualizaciones dinmicas del DNS. Las actualizaciones dinmicas permiten que el host Y solicite al servidor DNS principal del dominio del que depende que asocie la nueva direccin IP con el nombre que le corresponde. As por ejemplo si el host Y tiene el nombre www.uv.es, cuando se ubique en la nueva red pedir al servidor primario del dominio uv.es que asocie a dicho nombre la direccin IP 152.48.15.37 en vez de la 147.156.135.22. Recordemos que el servidor de un dominio (uv.es en este ejemplo) puede asociar cualquier direccin IP, no esta obligado a utilizar nicamente las que pertenecen a su organizacin (147.156.0.0/16 en este caso).
Esta solucin puede conseguir portabilidad pero nunca movilidad, puesto que las sesiones se interrumpen completamente cuando se cambia de direccin IP.Una primera solucin al problema de la movilidad es la utilizacin de DHCP. En este caso el host itinerante (Y) no mantiene su direccin IP sino que recibe una nueva direccin que pertenece a la red visitada. Esto crea el problema de la no transparencia a los niveles superiores, aunque esto puede paliarse en parte con actualizaciones dinmicas del DNS. Las actualizaciones dinmicas permiten que el host Y solicite al servidor DNS principal del dominio del que depende que asocie la nueva direccin IP con el nombre que le corresponde. As por ejemplo si el host Y tiene el nombre www.uv.es, cuando se ubique en la nueva red pedir al servidor primario del dominio uv.es que asocie a dicho nombre la direccin IP 152.48.15.37 en vez de la 147.156.135.22. Recordemos que el servidor de un dominio (uv.es en este ejemplo) puede asociar cualquier direccin IP, no esta obligado a utilizar nicamente las que pertenecen a su organizacin (147.156.0.0/16 en este caso).
Esta solucin puede conseguir portabilidad pero nunca movilidad, puesto que las sesiones se interrumpen completamente cuando se cambia de direccin IP.
115. Ampliacin Redes 7-115 Solucin LAM (Local Area Mobility) Propietaria Cisco El LAM es un protocolo propietario de Cisco diseado para permitir la portabilidad. Se basa en el uso de rutas host, y tiene la ventaja de no requerir modificaciones en el software de los hosts. Sin embargo requiere que los routers incorporen el protocolo LAM, propietario. Como se tienen que propagar rutas host por toda la red tiene una convergencia relativamente lenta que lo hace inaceptable como solucin de autntica movilidad. Adems el uso de rutas host lo convierte en una solucin poco escalable pues es difcil realizar la agregacin de rutas.El LAM es un protocolo propietario de Cisco diseado para permitir la portabilidad. Se basa en el uso de rutas host, y tiene la ventaja de no requerir modificaciones en el software de los hosts. Sin embargo requiere que los routers incorporen el protocolo LAM, propietario. Como se tienen que propagar rutas host por toda la red tiene una convergencia relativamente lenta que lo hace inaceptable como solucin de autntica movilidad. Adems el uso de rutas host lo convierte en una solucin poco escalable pues es difcil realizar la agregacin de rutas.
116. Ampliacin Redes 7-116 Solucin IP mvil En IP mvil cuando el host cambia a depender de otro router se construye un tnel entre el router inicial y el router de la red visitada. A travs de este tnel el router de la red original enva el trfico encapsulado, que cuando llega al router de la red visitada es desencapsulado y entregado al host mvil de destino. El host mvil mantiene en todo momento su direccin original, lo cual permite una total transparencia hacia el nivel de transporte y superiores. El relevo de un router al otro se realiza de forma que normalmente no se pierden las conexiones, aunque esto depende de la velocidad de movimiento relativa a la zona de cobertura entre el rea abarcada por ambos routers.
Con IP mvil no se modifica nada en los routers que no participan en la itinerancia (B y C en nuestro ejemplo). Tampoco se modifica nada en el host fijo que mantiene la conversacin con el host mvil (X). Los que si han de incorporar nuevos protocolos son el router en la red original (A), el router en la red visitada (D) y el propio host mvil (Y).
Uno de los principales inconvenientes de IP mvil es que generalmente las comunicaciones no discurren por la ruta ptima ya que el trfico de X a Y ha de pasar necesariamente por A.En IP mvil cuando el host cambia a depender de otro router se construye un tnel entre el router inicial y el router de la red visitada. A travs de este tnel el router de la red original enva el trfico encapsulado, que cuando llega al router de la red visitada es desencapsulado y entregado al host mvil de destino. El host mvil mantiene en todo momento su direccin original, lo cual permite una total transparencia hacia el nivel de transporte y superiores. El relevo de un router al otro se realiza de forma que normalmente no se pierden las conexiones, aunque esto depende de la velocidad de movimiento relativa a la zona de cobertura entre el rea abarcada por ambos routers.
Con IP mvil no se modifica nada en los routers que no participan en la itinerancia (B y C en nuestro ejemplo). Tampoco se modifica nada en el host fijo que mantiene la conversacin con el host mvil (X). Los que si han de incorporar nuevos protocolos son el router en la red original (A), el router en la red visitada (D) y el propio host mvil (Y).
Uno de los principales inconvenientes de IP mvil es que generalmente las comunicaciones no discurren por la ruta ptima ya que el trfico de X a Y ha de pasar necesariamente por A.
117. Ampliacin Redes 7-117 Terminologa de IP mvil Esta figura muestra la terminologa utilizada en IP mvil:
Mobile Node (MN): Es el host que se mueve de una red a otra.
Correspondent Node (CN): es el host que enva datagramas al MN
Home Network (HN): La red a la que pertenece el host mvil y en la que se encuentra inicialmente. Est definida por un prefijo.
Foreign Network (FN): la red en la que se encuentra el MN de forma transitoria
Home Agent (HA): El agente (normalmente un router) encargado de las labores de mantenimiento asociadas a IP mvil en la HN. Entre otras cosas se encarga de crear el tnel con el FA
Foreign Agent (FA): El agente (normalmente un router) que se encarga de las labores de mantenimiento asociadas a IP mvil en la FN. Entre otras cosas se encarga de mantener el tnel con el HA
Care of Address (CoA): la direccin IP que tiene el tnel de IP mvil en el lado del FA. El FA es normalmente un router con varias interfaces y el tnel puede terminar en cualquiera de ellas, por lo que la CoA puede ser cualquiera.
Home Address (Had): la direccin IP del MN en la HN
Esta figura muestra la terminologa utilizada en IP mvil:
Mobile Node (MN): Es el host que se mueve de una red a otra.
Correspondent Node (CN): es el host que enva datagramas al MN
Home Network (HN): La red a la que pertenece el host mvil y en la que se encuentra inicialmente. Est definida por un prefijo.
Foreign Network (FN): la red en la que se encuentra el MN de forma transitoria
Home Agent (HA): El agente (normalmente un router) encargado de las labores de mantenimiento asociadas a IP mvil en la HN. Entre otras cosas se encarga de crear el tnel con el FA
Foreign Agent (FA): El agente (normalmente un router) que se encarga de las labores de mantenimiento asociadas a IP mvil en la FN. Entre otras cosas se encarga de mantener el tnel con el HA
Care of Address (CoA): la direccin IP que tiene el tnel de IP mvil en el lado del FA. El FA es normalmente un router con varias interfaces y el tnel puede terminar en cualquiera de ellas, por lo que la CoA puede ser cualquiera.
Home Address (Had): la direccin IP del MN en la HN
118. Ampliacin Redes 7-118 Ventajas de IP mvil Slo el HA (Home Agent) y el FA (Foreign Agent) necesitan saber la ubicacin del host mvil. Los dems routers realizan encaminamiento de paquetes de la manera normal.
Solo los routers y los hosts mviles necesitan nuevo software. Transparente al resto de la red
Escalable. Solo el HA y el FA almacenan informacin de estado
El host mvil siempre est accesible en la misma direccin IP.
Se produce ineficiencia por:
Encapsulado (cabecera IP adicional)
Ruta no ptima (problema de triangulacin) como consecuencia del tnel (slo en el sentido CN?MN)
119. Ampliacin Redes 7-119 Funcionamiento de IP mvil Para el funcionamiento de IP mvil es fundamental que el MN localice a su FA. Esto se hace por medio de extensiones al mecanismo de Router Discovery (RFC 1256) que usa mensajes ICMP (Agent Solicitation y Agent Advertisement)
El MN emite a intervalos regulares mensajes de bsqueda de agentes (Agent Solicitation). Si recibe respuesta del HA deduce que est en su casa (su HN) y no usa los servicios de IP mvil
Si el MN recibe respuesta de un FA inspecciona el prefijo de red; si se trata de una red extraa pide la CoA y enva un mensaje de registro a su HA para que construya el tnel
Por otro lado los agentes (HA y FA) se anuncian peridicamente en el mbito de su LAN (TTL = 1) e indican cuales son sus posibilidades (actuar como HA, como FA o como ambos)
Si el MN recibe un Agent Advertisement de un FA nuevo deduce que ha cambiado de zona (quiz se est moviendo); entonces pide una nueva CoA y se reregistra en su HA.
120. Ampliacin Redes 7-120 Proceso de IP mvil (simplificado) Esta figura muestra de forma simplificada el proceso que se sigue para el funcionamiento de IP mvil.
En primer lugar el MN busca un agente en su red. Si encuentra un FA y ve que el prefijod e red no coincide con el suyo deduce que se encuentra en una red extraa y debe por tanto iniciar el proceso de IP mvil. Para ello pide en primer lugar la CoA al FA y enva un mensaje de registro hacia su HA, cuya direccin conoce por configuracin. El mensaje de registro (que viaja en un datagrama UDP) no lo enva directamente al HA sino que lo hace a travs del FA. Esto permite al FA actualizar su lista de visitantes con una entrada que identifica al MN que acaba de llegar y al HA del que depende. Cuando el mensaje de registro llega al HA este actualiza su lista de desplazados o mobility binding con una entrada que identifica al MN y a la CoA que le asigno el FA (la CoA viene indicada en el mensaje de registro). A continuacin el HA construye el tnel IP con el FA y enva a travs de l encapsulados los datagramas que recibe dirigidos al MN.
Para la comunicacin en sentido contrario (del MN al CN) se utilizan las tablas de rutas normales, sin tneles. As pues las rutas no son simtricas.
El MN enva peridicamente mensajes Agent Solicitation. De esta forma descubrir cuando dependa de otro FA debido a un cambio de ubicacin o cualquier otra circunstancia; en ese caso se repetir el proceso de registro sustituyndose la nuvea CoA en la entrada correspondiente al MN en la lista de desplazados. Cuando el MN vuelva a casa dicha entrada desaparecer.Esta figura muestra de forma simplificada el proceso que se sigue para el funcionamiento de IP mvil.
En primer lugar el MN busca un agente en su red. Si encuentra un FA y ve que el prefijod e red no coincide con el suyo deduce que se encuentra en una red extraa y debe por tanto iniciar el proceso de IP mvil. Para ello pide en primer lugar la CoA al FA y enva un mensaje de registro hacia su HA, cuya direccin conoce por configuracin. El mensaje de registro (que viaja en un datagrama UDP) no lo enva directamente al HA sino que lo hace a travs del FA. Esto permite al FA actualizar su lista de visitantes con una entrada que identifica al MN que acaba de llegar y al HA del que depende. Cuando el mensaje de registro llega al HA este actualiza su lista de desplazados o mobility binding con una entrada que identifica al MN y a la CoA que le asigno el FA (la CoA viene indicada en el mensaje de registro). A continuacin el HA construye el tnel IP con el FA y enva a travs de l encapsulados los datagramas que recibe dirigidos al MN.
Para la comunicacin en sentido contrario (del MN al CN) se utilizan las tablas de rutas normales, sin tneles. As pues las rutas no son simtricas.
El MN enva peridicamente mensajes Agent Solicitation. De esta forma descubrir cuando dependa de otro FA debido a un cambio de ubicacin o cualquier otra circunstancia; en ese caso se repetir el proceso de registro sustituyndose la nuvea CoA en la entrada correspondiente al MN en la lista de desplazados. Cuando el MN vuelva a casa dicha entrada desaparecer.
121. Ampliacin Redes 7-121 Funcionamiento de IP mvil: resumen
122. Ampliacin Redes 7-122 Seguridad en IP mvil La autentificacin de los mensajes de registro entre el MN y el HA es fundamental. De lo contrario un impostor podra suplantar al MN
Los mensajes de registro tienen una extensin de autentificacin basada en una clave hash MD5 y un timestamp, para evitar los replay attacks.
La autentificacin es obligatoria para el registro del MN en el HA y opcional en los dems casos
123. Ampliacin Redes 7-123 Comunicacin de hosts de la HN con el MN IP mvil plantea un problema interesante en la comunicacin entre el MN y los hosts de su Home Network. Supongamos en la figura una comunicacin entre el MN y el host X, situado en su Home Network. Los datagramas de MN hacia X llegan sin problemas puesto que siguen la ruta normal, que pasa por D-B-A.
Sin embargo los datagramas enviados por X hacia el MN no llegarn. La razn es que X, al ver que el host de destino pertenece a su misma red, le buscar en su LAN mediante un ARP Request y MN no recibir dicho mensaje pues no se encuentra en esa LAN.
La solucin a este problema es que el HA suplante a efectos de ARP el papel del MN y responda a los ARP Request como si el mismo fuera el MN. A efectos del host X la direccin del MN ser la de la interfaz Ethernet del HA. Este mecanismo se conoce como Proxy ARP. El HA empieza a funcionar como Proxy ARP para el MN en cuanto este se registra desde un FA, es decir cuando se cre una mobility binding para l.
Pero queda por resolver un problema. Cuando el MN se marcha de la HN la ARP cache de X contiene la direccin MAC de MN y no enviar una ARP Request hasta despus de variso minutos. Para forzar la rpida actualizacin de la ARP Cache en X cuando el HA realiza una mobility binding para el MN enva un mensaje ARP broadcast anunciando la nueva direccin MAC de MN. Esto provoca la inmediata actualizacin de todas las ARP caches que tuvieran una entrada para la IP del MN. Este mecanismo de envo de mensajes ARP no solicitados se conoce como Gratuitous ARP.IP mvil plantea un problema interesante en la comunicacin entre el MN y los hosts de su Home Network. Supongamos en la figura una comunicacin entre el MN y el host X, situado en su Home Network. Los datagramas de MN hacia X llegan sin problemas puesto que siguen la ruta normal, que pasa por D-B-A.
Sin embargo los datagramas enviados por X hacia el MN no llegarn. La razn es que X, al ver que el host de destino pertenece a su misma red, le buscar en su LAN mediante un ARP Request y MN no recibir dicho mensaje pues no se encuentra en esa LAN.
La solucin a este problema es que el HA suplante a efectos de ARP el papel del MN y responda a los ARP Request como si el mismo fuera el MN. A efectos del host X la direccin del MN ser la de la interfaz Ethernet del HA. Este mecanismo se conoce como Proxy ARP. El HA empieza a funcionar como Proxy ARP para el MN en cuanto este se registra desde un FA, es decir cuando se cre una mobility binding para l.
Pero queda por resolver un problema. Cuando el MN se marcha de la HN la ARP cache de X contiene la direccin MAC de MN y no enviar una ARP Request hasta despus de variso minutos. Para forzar la rpida actualizacin de la ARP Cache en X cuando el HA realiza una mobility binding para el MN enva un mensaje ARP broadcast anunciando la nueva direccin MAC de MN. Esto provoca la inmediata actualizacin de todas las ARP caches que tuvieran una entrada para la IP del MN. Este mecanismo de envo de mensajes ARP no solicitados se conoce como Gratuitous ARP.
124. Ampliacin Redes 7-124 Caractersticas de IP mvil El MN y el FA deben tener comunicacin a nivel de enlace, sin routers intermedios.
El tnel es unidireccional, los datagramas de vuelta (desde el MN al CN) siguen la ruta normal estndar, sin tneles (salvo que el CN sea tambin un MN).
Pero si los routers tienen filtros rechazarn datagramas que vengan de la FN (Foreign Network) con direccin de origen HA (Home Address); en ese caso hay que hacer el tnel bidireccional (camino de vuelta a travs del HA).
125. Ampliacin Redes 7-125 Problema de IP mvil en routers con filtros En principio IP mvil solo requiere el establecimiento de tneles en el sentido HA ? FA. Para el sentido opuesto se puede utilizar en principio la ruta estndar, sin tneles.
Sin embargo esto plantea el problema de enviar datagramas cuya direccin de origen no corresponde con la direccin de la red que los enva. Esta prctica est desaconsejada por motivos de seguridad y muchos ISPs establecen filtros que impiden el envo de estos datagramas. En la figura se muestra un ejemplo donde se ha configurado en el router B un filtro que impide a un usuario conectado al router D enviar a Internet cualquier datagrama que no tenga como direccin de origen el prefijo 152.48.0.0/16. En estas condiciones B descartar cualquier datagrama enviado por MN hacia CN.En principio IP mvil solo requiere el establecimiento de tneles en el sentido HA ? FA. Para el sentido opuesto se puede utilizar en principio la ruta estndar, sin tneles.
Sin embargo esto plantea el problema de enviar datagramas cuya direccin de origen no corresponde con la direccin de la red que los enva. Esta prctica est desaconsejada por motivos de seguridad y muchos ISPs establecen filtros que impiden el envo de estos datagramas. En la figura se muestra un ejemplo donde se ha configurado en el router B un filtro que impide a un usuario conectado al router D enviar a Internet cualquier datagrama que no tenga como direccin de origen el prefijo 152.48.0.0/16. En estas condiciones B descartar cualquier datagrama enviado por MN hacia CN.
126. Ampliacin Redes 7-126 Tnel bidireccional: Solucin al problema de routers con filtros La solucin al problema anterior es crear un tnel FA ? HA, es decir hacer bidireccional el tnel creado para la comunicacin CN-MN. De esta forma los datagramas enviados por el MN hacia el CN sern encapsulados cuando lleguen al FA en otros datagramas que tendrn como direccin de origen la CoA, que si es una direccin vlida para enviar a travs del router con filtros.
Esto supone que los datagramas del MN al CN tienen que dar un rodeo adicional por el HA, como ya ocurra para el sentido opuesto. Se incurre por tanto en una ineficiencia debido al enrutamiento subptimo y a las cabeceras adicionales.La solucin al problema anterior es crear un tnel FA ? HA, es decir hacer bidireccional el tnel creado para la comunicacin CN-MN. De esta forma los datagramas enviados por el MN hacia el CN sern encapsulados cuando lleguen al FA en otros datagramas que tendrn como direccin de origen la CoA, que si es una direccin vlida para enviar a travs del router con filtros.
Esto supone que los datagramas del MN al CN tienen que dar un rodeo adicional por el HA, como ya ocurra para el sentido opuesto. Se incurre por tanto en una ineficiencia debido al enrutamiento subptimo y a las cabeceras adicionales.
127. Ampliacin Redes 7-127 IP mvil sin Foreign Agent Aunque lo normal en IP mvil es que haya un FA su presencia no es imprescindible para el funcionamiento de este mecanismo. Cuando la red visitada no posee un FA el MN puede construir directamente el tnel IP con el HA. Para ello el MN tiene previamente que obtener una direccin IP de la red visitada, que utilizar como CoA ya que es en ella donde terminar el tnel IP. Esto se conoce como la co-located Care of Address.
Esta modalidad de IP mvil tiene la ventaja de no requerir la presencia de un FA en la red visitada, por lo que puede utilizarse en redes que no hayan sido adaptadas para IP mvil, es decir que no hayan modificado el software y configuracin de su router para que acte como un FA.
El uso de IP mvil sin FA presenta dos inconvenientes: por un lado requiere reservar en la red visitada un rango de direcciones para asignarlas a los MN visitantes. Por otro requiere que el MN sea capaz de establecer el tnel con el HA, lo cual requiere un softwrae ms complejo y que el MN desempee tareas adicionales.
La asignacin de la direccin de la red visitada al MN se realiza por mecanismos independientes de IP mvil. Lo mas normal es utilizar para ello DHCP, con lo que se asigna de forma automtica dentro del rango previsto, aunque tambin es posible asignar una direccin permanente a un MN concreto si es un visitante asiduo en dicha red.Aunque lo normal en IP mvil es que haya un FA su presencia no es imprescindible para el funcionamiento de este mecanismo. Cuando la red visitada no posee un FA el MN puede construir directamente el tnel IP con el HA. Para ello el MN tiene previamente que obtener una direccin IP de la red visitada, que utilizar como CoA ya que es en ella donde terminar el tnel IP. Esto se conoce como la co-located Care of Address.
Esta modalidad de IP mvil tiene la ventaja de no requerir la presencia de un FA en la red visitada, por lo que puede utilizarse en redes que no hayan sido adaptadas para IP mvil, es decir que no hayan modificado el software y configuracin de su router para que acte como un FA.
El uso de IP mvil sin FA presenta dos inconvenientes: por un lado requiere reservar en la red visitada un rango de direcciones para asignarlas a los MN visitantes. Por otro requiere que el MN sea capaz de establecer el tnel con el HA, lo cual requiere un softwrae ms complejo y que el MN desempee tareas adicionales.
La asignacin de la direccin de la red visitada al MN se realiza por mecanismos independientes de IP mvil. Lo mas normal es utilizar para ello DHCP, con lo que se asigna de forma automtica dentro del rango previsto, aunque tambin es posible asignar una direccin permanente a un MN concreto si es un visitante asiduo en dicha red.
128. Ampliacin Redes 7-128 Encapsulado de IP Mvil
129. Ampliacin Redes 7-129 Documentos sobre IP Mvil (IETF) RFCs (IPv4):
IP Mvil:
RFC 2002 (10/96)
RFC 3220 (1/02)
RFC 3344 (8/02)
Encapsulado: RFC 2003, RFC 2004, RFC 1701
Aplicabilidad de IP Mvil: RFC 2005
MIBs de IP Mvil: RFC 2006
Grupo de trabajo de IP Mvil (desarrollos en curso):
http://www.ietf.org/html.charters/mobileip-charter.html
130. Ampliacin Redes 7-130 Desarrollos en curso Optimizacin de ruta: <draft-ietf-mobileip-optim-11.txt>
Intenta evitar el problema de la ineficiencia debida a la triangulacin
El HA informa al CN de la CoA asociada con el MN para que ste cree su propio tnel directo, sin hacer uso del HA
El HA informa al CN de la nueva CoA del MN cada vez que sta cambia
Otros desarrollos:
Seguridad y autentificacin
Calidad de Servicio
131. Ampliacin Redes 7-131 IP mvil e IPv6 An no est estandarizado para IPv6. El borrador est en <draft-ietf-mobileip-ipv6-15.txt>
Principales diferencias:
En vez de tneles se utiliza la cabecera de routing (de IPv6). El CN enva directamente los datagramas al MN. Esto conlleva automticamente la optimizacin de ruta
La cabecera de routing resuelve tambin el problema de los routers con filtros sin recurrir al uso de tneles inversos
No existen Foreign Agents (pero si Home Agents)
No se requiere el uso de Proxy ARP y Gratuitous ARP. En su lugar se emplea el protocolo Neighbour Discovery de IPv6 (RFC 2461)
Los protocolos son ms sencillos, robustos y eficientes
