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Redes inalámbricas y móviles Dr. Víctor J. Sosa Sosa

Parte de esta información ha sido tomada del libro: Computer etworking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004. 1

Agenda 1. Introducción 2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links, características


CDMA


2.3 IEEE 802.11 wireless

LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por Celular



arquitectura estándares (e.g., GSM)

3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de niveles superiores 4. Resumen

2

Redes Inalámbricas y móviles Antecedentes:
El # de suscriptores de teléfonos celulares ya excede

al # de suscriptores de teléfonos fijos.
Redes de computadoras: existe la intención de que las laptops, palmtops, PDAs, y los celulares se conecten a Internet de manera inalámbrica desde cualquier lugar.
Dos retos importantes:



La comunicación sin cables El manejo de usuarios móviles que continuamente cambian su punto de acceso a la red 3

Top 10: Desarrollos relacionados con redes de interconexión recientes… 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Grandes inversiones en seguridad: Interconexión conciente del mensaje ⇒ Todos los mensajes se escanean mediante gateways de seguridad Amplio crecimiento en Wireless (WiFi) - Intel CentrinoMás teléfonos celulares que teléfonos fijos. Teléfonos celulares inteligentes con PDAs, email, video, imagenes ⇒ Mobilidad El acceso a banda ancha está creciendo mas rápido que los teléfonos celulares Ethernet se extiende a todos los niveles > El cableado es más caro que el equipo ⇒ Acceso sin cables La voz sobre IP (VoIP) es la corriente dominante. VoIP sobre banda ancha/Wi-Fi/Celular Multi-servicios IP: Voz, Video, y Datos Almacenamiento a niveles de Terabyte/Petabyte ⇒ Interconexión de alta velocidad Juegos: basados en internet e inalámbricos 4

Tendencia de las ganancias en Telecomunicaciones

 

Las largas distancias tienden a desaparecer. La tendencia en ganancias proviene de lo inalámbrico.

Fuente: Instat/MDR (Business Week, Feb 28, 2005)

5

Historia de las WLA# (Wireless LA#s) Fecha

Evento

1986

Primeras WLANs (propietarias) 860 Kb/s. 900 MHz, no disponibles en Europa.

1993

Primeras WLANs disponibles en Europa. 1 y 2 Mb/s, 2,4 GHz.

7/1997 1998 9/1999

IEEE aprueba 802.11. 1 y 2 Mb/s. 2,4 GHz e infrarrojos. Primeras WLANs de 11 Mb/s a 2,4 GHz (preestándar 802.11b) IEEE aprueba 802.11b (11 Mb/s, 2,4 GHz) y 802.11a (54 Mb/s, 5 GHz, no disponible en Europa)

12/2001 Primeros productos comerciales 802.11a 12/2001 Borrador 802.11e (QoS en WLANs) 6/2003

IEEE aprueba 802.11g (hasta 54 Mb/s, 2,4 GHz)

10/2003 IEEE aprueba 802.11h (5 GHz, hasta 54 Mb/s en Europa) 6

Red inalámbrica: Elementos Host inalámbrico
laptop, PDA, teléfono IP
Corre las aplicaciones
Puede ser estacionario Infraestructura de red

o móvil
Inalámbrico no siempre significa móvil

7

Red inalámbrica: Elementos Estación base
Usualmente conectada

Infraestructura de red

a una red cableada
retransmisión – responsable de enviar paquetes entre red cableada y hosts inalámbricos ubicados en su “area” de acción 

e.g., torres de celulares, puntos de acceso 802.11

8

Red inalámbrica: Elementos Enlace inalámbrico
Usado normalmente para

Infraestructura de red

conectar estaciones base con móviles
También utilizada como enlace troncal
Protocolo de acceso múltiple que cordina los accesos al enlace
Varias distancias y tasas de transmisión

9

Red inalámbrica: Modos de operación

Infraestructura de red

Modo: Infraestructura
La estación base conecta a los disp móviles a la red cableada
handoff: El disp. móvil cambia de estanción base

10

Red inalámbrica: Modos de operación Modo: Ad hoc
Sin estación base
Los nodos sólo pueden transmitir a otros nodos que estén dentro de la cobertura del enlace
Los nodos se organizan entre ellos como red: los paquetes se enrutan entre ellos.

11

Características de los estándares para enlaces inalámbricos 54 Mbps 5-11 Mbps

802.11{a,g} 802.11b

.11 p-to-p link

1 Mbps 802.15

3G

UMTS/WCDMA, CDMA2000

384 Kbps

2G

IS-95 CDMA, GSM

56 Kbps

Interior

Exterior

10 – 30m

50 – 200m

Rango medio en exterior

Rango largo en exterior

200m – 4Km

5Km – 20Km

12

Tecnologías inalámbricas: Comparación

(*)

Tipo de red

WWAN (Wireless WAN)

WLAN (Wireless LAN)

WPAN (Wireless Personal Area Network)

Estándar

GSM/GPRS/UMTS

IEEE 802.11 (WiFi)

IEEE 802.15 (Bluetooth)

Velocidad

9,6/170/2000 Kb/s

1-2-11-54 Mb/s(*)

721 Kb/s

Frecuencia

0,9/1,8/2,1 GHz

2,4 y 5 GHz Infrarrojos

2,4 GHz

Rango

35 Km

70 - 150 m

10 m

Técnica radio

Varias

FHSS, DSSS, OFDM

FHSS

Itinerancia (roaming)

Sí

Sí

No

Equivalente a:

Conexión telef. (módem)

LAN

Cables de conexión

Las velocidades bajas (1-2 Mb/s) corresponden a la norma 802.11 antigua 13

Alcance en función de la frecuencia Enlace punto a punto (antena direccional)

Alcance (Km)

Enlace punto a multipunto (antena omnidireccional)

Alcance (Km)

Las frecuencias altas se atenúan más. Por tanto a mayor frecuencia menor alcance 14

Estándares 802.16 y 802.11

15

Espectro electromagnético
La mayor parte del espectro radioeléctrico está regulada

por la ITU-R y se requiere licencia para emitir
La ITU-R divide el mundo en tres regiones, Europa es la región 1. Cada una tiene una regulación diferente de las frecuencias (http://www.itu.int/brfreqalloc/). Algunos países tienen normativas propias más restrictivas (ver p. ej. http://www.setsi.mcyt.es).
Como no sería práctico pedir licencia para cada WLAN el IEEE decidió asignar para esto algunas de las bandas ISM (designadas para aplicaciones de tipo industrialcientifico-médico, Industrial-Scientific-Medical).
Algunas bandas ISM están restringidas a ciertas regiones. 16

Bandas designadas por la ITU para aplicaciones ISM Banda

Ancho

Uso en WLAN

13 553 – 13 567 kHz

14 kHz

No

26 957 – 27 283 kHz

326 kHz

No

40.66 – 40.7 MHz

40 kHz

No

902 – 928 MHz*

26 MHz

Sistemas propietarios antiguos (solo en EEUU y Canadá)

2 400 – 2 500 MHz

100 MHz

802.11, 802.11b, 802.11 g

5 725 – 5 875 MHz

150 MHz

802.11 a (América, Japón, Singapur, Taiwán)

24 – 24.25 GHz

250 MHz

No

* Solo autorizada en región 2 (EEUU y Canadá) 17

Nivel físico en 802.11
Infrarrojos: solo válido en distancias muy cortas y en la misma







habitación (802.11) Radio FHSS (Frequency Hoping Spread Spectrum): Sistema de bajo rendimiento, poco utilizado actualmente.(802.11) Radio DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): Buen rendimiento y alcance. El más utilizado hoy en día. (802.11-/b/g) Radio OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Usado para altas velocidades (>11 Mb/s) en la banda de 5 GHz (802.11a/h). Emplea una técnica parecida a ADSL para aprovechar el espectro lo mejor posible Los equipos que utilizan diferentes sistemas no pueden interoperar entre sí (salvo que tengan varias etapas de radio). Dentro de un mismo sistema hay autonegociación de la velocidad y funcionalidades

18

Nivel físico en 802.11 Medio físico

Infrarrojos

FHSS

DSSS

OFDM

Banda

850 – 950 nm

2,4 GHz

2,4 GHz

5 GHz

Velocidades* (Mb/s)

1 y 2 (802.11)

1 y 2 (802.11)

1, 2 (802.11) 5.5, 11 (802.11b) 6, 9, 12, 18, 22, 24, 33, 36, 48 y 54 (802.11g)

6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 (802.11a/h)

Utilización

Muy rara

Poca. Sistema antiguo, a extinguir

Mucha

Poca

Características

No atraviesa paredes

Sensible a interferencias Bluetooth y hornos microondas

Buen rendimiento y alcance

Solo disponible en América, Japón, Singapur y Taiwan

*

Las velocidades en negrita son obligatorias, las demás son opcionales

19

Enlaces inalámbricos: Características Diferencias con los enlaces con cables >. 





Intensidad de la señal decreciente : la señal de radio se atenua al propagarse a través de la materia (pérdida de ruta) Interferencia de otras fuentes: las frecuencias estandarizadas para redes inalámbricas (e.g., 2.4 GHz) son compartidas por otros dispositivos (e.g., teléfonos); algunos dispositivos, como motores, provocan interferencias. Propagación multicamino: la señal de radio se refleja con los objetos cercanos al receptor

>. la comunicación entre enlaces inalámbricos suele ser más “difícil” (incluso la punto a punto)

20

Enlaces inalámbricos: Características Múltiples emisores y receptores inalámbricos crean problemas adicionales (más allá del acceso múltiple) B

A

C

C

A

B

Problema de la terminal oculta
B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan entre sí, lo

que significa que A y C no están concientes de su interferencia en B.

Intensidad de la señal en C

Intensidad de la señal en A space

Desvanecimiento de señal:
B, A se escuchan entre sí
B, C se escuchan entre sí
A, C no se escuchan entre sí

interfiriéndose en B

21

Code Division Multiple Access (CDMA)
Utilizado en varios sistemas estándares para






broadcast inálambricos (celular, satelite, etc) “Código” único asignado a cada usuario Todo los usuarios comparten la misma frecuencia, sin embargo, cada usuario tiene su propio “código” para transmitir datos Señal codificada = (datos originales) X (“código”) decodificar: señal codificada por el código entre el número de elementos del “código” ver ejemplo en la siguiente lámina Permite a múltiples usuarios coexistir y transmitir simultáneamente con una mínima interferencia (si los códigos son “mutuamente independientes”) 22

Codificación/Decodificación CDMA

emisor

d0 = 1

Bits de datos código

Zi,m= di.cm

-1 -1 -1 1 1 1

1 -1

-1 -1 -1

slot 1

-1

1 -1

-1 -1 -1

slot 0 slot 1 Salida de Salida de canal canal

1 -1

1 1 1 1 1 1

1

d1 = -1 1 1 1

Salida del canal Zi,m

-1 -1 -1

slot 0

M

Di = Σ Zi,m.cm m=1

Entrada recibida

-1 -1 -1

code

receptor

1 1 1 1 1 1

1

1 1 1

1 1 1

1 -1

-1 -1 -1

-1

-1

-1 -1 -1

slot 1

M

1

1 -1

-1 -1 -1

slot 0

d0 = 1 d1 = -1

slot 0 slot 1 Salida de Salida de canal canal 23

CDMA: interferencia entre dos emisores

24

Agenda 1. Introducción 2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links, características


CDMA


2.3 IEEE 802.11 wireless

LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por Celular



arquitectura estándares (e.g., GSM)

3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de niveles superiores 4. Resumen

25

IEEE 802.11 Wireless LAN
802.11a
Rango 5-6 GHz 2.4-5 GHz espectro de radio no licenciado
hasta 54 Mbps hasta 11 Mbps
802.11g En nivel físico utiliza
Rango 2.4-5 GHz DSSS (Direct Sequence
hasta 54 Mbps Spread Spectrum)
Todos utilizan


802.11b




Todos los hosts CSMA/CA para acceso utilizan el mismo múltiple “código”
Todos tienen su versión Desplegado para redes ad-hoc y de ampliamente, utilizando estación base. estaciones base.





26

802.11 LAN: Arquitectura
El host inalámbrico se Internet

comunica con la estación base


AP

hub, switch o router

BSS 1 AP


En el modo infraestructura, el

conjunto de servicios BSS (Basic Service Set), también conocido como célula contiene :



BSS 2

Estación base = access point (AP)




Hosts inalámbricos Access point (AP): estación base En el modo ad-hoc: sólo hosts

27

802.11: Canales, asociación
802.11b: Espectro de 2.4GHz-2.485GHz dividido en 11 canales

en diferentes frecuencias; 3 sin sobreponerse










El administrador del AP escoge la frecuencia Posible interferencia: el canal puede ser el mismo que el seleccionado por un AP vecino El host se debe asociarse a un AP Se escanean los canales, escuchando por un marco especial que contiene el nombre el AP (SSID) y la dirección MAC. Selecciona un AP con el fin de asociarse; se inicia el protocolo de asociación Se pudiera requerir autenticación Normalmente se ejecutará DHCP para obtener una 28 dirección IP perteneciente a la subred del AP.

IEEE 802.11: Acceso múltiple
Al igual que Ethernet, utiliza CSMA:



Acceso aleatorio Detección de portadora: para no colisionar con transmisiones salientes


A diferencia de Ethernet:



No detecta colisión – transmite todos los marcos Utiliza acknowledgment – debido a que sin la detección de colisiones, no sabemos si la transmisión colisionó o no.


¿porqué no se usa la detección de colisión?



Difícil de recibir (detección de colisión) al transmitir debido a que las señales recibidas se debilitan (se desvanecen) En cualquier caso no es posible detectar todas las colisiones: problemas de terminal oculta, desvaneciemiento 29


Objetivo: evitar colisiones: CSMA/C(ollision)A(voidance)

IEEE 802.11 MAC Protocol: CSMA/CA 802.11 emisor sender 1 if detecta canal ocioso para DIFS* then - Transmite el marco completo (no CD) DIFS 2 if detecta canal ocupado then - Inicia un tiempo aleatorio de espera - El temporizador se decrementa hasta que el canal se encuentre ocioso - Transmite cuando el temporizador expira - if no ACK, incrementa el intervalo y repite 2

802.11 receptor

receiver

data

SIFS

ACK

if marco recibido OK - regresa un ACK después del SIFS* (el ACK es necesario debido al problema de la terminal oculta) 30

• Distributed Inter Frame Space • Short Inter Frame Space

RTS/CTS idea: permitir al emisor “reservar” el canal más que un acceso aleatorio: evita colisiones de grandes marcos de datos
Opcional; típicamente no se usa.
El emisor transmite primero pequeños paquetes del tipo RTS (request-

to-send) al punto de acceso (AP) utilizando CSMA
Los RTSs pudieran colicionar entre ellos (pero los paquetes son pequeños)
El AP emite un broadcasts con CTS (clear-to-send) en respuesta al RTS
El CTS es escuchado por todos los nodos
El emisor transmite su marco de datos


Las otras estaciones difieren su transmisión

Evitar completamente la colisión de marcos de datos utilizando pequeños paquetes de “reservación” 31

Evitar congestión: Intercambio RTS-CTS A

B

AP

RTS(B)

RTS(A)

Colisión en la reservación RTS(A) CTS(A)

CTS(A)

DATA (A)

diferir

tiempo ACK(A)

ACK(A)

32

Marco 802.11: direccionamiento 2

2

6

6

6

2

frame address address address duration control 1 2 3

Address 1: dirección MAC del host inalámbrico o del AP que recibirá este marco

6

seq address 4 control

0 - 2312

4

payload

CRC

Address 4: utilizada sólo en el modo ad hoc Address 3: dir MAC del router al cual el AP está conectado

Address 2: dir MAC del host inalámbrico o del AP transmitiendo este marco

33

Marco 802.11: direccionamiento

R1 router

H1

Internet

AP

R1 MAC addr AP MAC addr dest. address

source address

802.3 frame AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr address 1

address 2

address 3

802.11 frame

34

Marco 802.11: más detalles # secuencia del marco Duración del tiempo de transmisión (para ARQ* fiable) Reservado (RTS/CTS) 2

2

6

6

6

frame address address address duration control 1 2 3

2

2

Protocol version

Type

4

1

Subtype

To AP

6

2

1

seq address 4 control

1

From More AP frag

1

0 - 2312

4

payload

CRC

1

1

Power More Retry mgt data

1

1

WEP

Rsvd

Tipo de marco (RTS, CTS, ACK, data)

35

* Automatic Repeat reQuest

802.11: Mobilidad dentro de la misma subred
H1 permanece en la

misma subred: la dir IP puede permanecer igual
switch: ¿Cuál AP asociar con H1?


Auto-aprendizaje: el switch verá el marco de H! y “recordará” cuál puerto del switch puede ser utilizado para llegar a H1

router hub or switch BBS 1 AP 1 AP 2 H1

BBS 2

36

802.11 Arquitectura….
Información Complementaria>..

37

Arquitectura de 802.11 LAN cableada existente AP

ESS STA Red de Infrastructura

DS AP

STA

STA

STA

BSS

STA STA: Station AP: Access Point DS: Distribution System BSS: Basic Service Set ESS: Extended Service Set

STA Red Ad Hoc

STA STA

BSS

38

Modos de operación
DCF (Distributed Coordination Function). No

hay un control centralizado de la red, todas las estaciones son iguales. Es el modo normal en las redes Ad hoc.
PCF (Point Coordination Function). El AP controla todas las transmisiones. Sólo puede usarse en modo infraesctructura (con puntos de acceso).

39

Protocolo MAC modo DCF
En modo DCF puede haber contención

(colisiones).
Para resolverlas se utiliza una variante de Ethernet llamada CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Colision Avoidance)
No puede usarse CSMA/CD porque el emisor de radio una vez empieza a transmitir no puede detectar si hay otras emisiones en marcha (no puede distinguir otras emisiones de la suya propia) 40

Protocolo CSMA/CA
Cuando una estación quiere enviar una trama escucha primero para







ver si alguien está transmitiendo. Si el canal está libre la estación espera el tiempo DIFS (50 ms) y después transmite Si está ocupado se espera a que el emisor termine y reciba su ACK, después se espera el tiempo DIFS, seguido de un tiempo aleatorio y transmite. El tiempo en espera se mide por intervalos de duración constante Al terminar espera a que el receptor le envíe una confirmación (ACK). Si ésta no se produce dentro de un tiempo prefijado considera que se ha producido una colisión, en cuyo caso repite el proceso desde el principio DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms) SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms) DCF: Distributed Coordination Funtion PCF: Point Coordination Funtion

41

El MAC: entregas de datos fiable backoff
El protocolo mínimo consiste de dos tramas: los datos y el correspondiente ACK Los Los 55 valores valores de de timing: timing: •• Slot Slot time time •• SIFS: (< slot slot time) time) SIFS: short short interframe interframe space space (< •• PIFS: PCF interframe space (=SIFS+1slot) PIFS: PCF interframe space (=SIFS+1slot) •• DIFS: DIFS: DCF DCF interframe interframe space space (=SIFS+2slots) (=SIFS+2slots) •• EIFS: EIFS: extended extended interframe interframe space space DIFS

DIFS

Servicios sin contienda

MAC


CSMA/CA con binary exponential

Servicios con contienda

Point Coordination Function (PCF)

Distributed Coordination Function (DCF)

ventana de contienda

PIFS SIFS

defer access

slot

busy medium

42

Algoritmo de retroceso de CSMA/CA DIFS (50ms)

Emisor (A)

SIFS (10ms)

Trama de Datos

Receptor (B)

ACK DIFS

Segundo emisor (C)

Trama de Datos

Tiempo de retención (Carrier Sense)

Tiempo aleatorio

DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms) SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms) DCF: Distributed Coordination Funtion PCF: Point Coordination Funtion

43

Red ‘ad hoc’ o BSS (Basic Service Set)

Para que los portátiles puedan salir a Internet este PC puede actuar de router

PC portátil 147.156.2.2/24

PC de sobremesa 147.156.2.1/24

Tarjeta PCI

147.156.1.15/24

PC portátil 147.156.2.3/24

Tarjeta PCMCIA

Internet PC portátil 147.156.2.4/24

Las tramas se transmiten directamente de emisor 44 a receptor

Colisiones
Pueden producirse porque dos estaciones a la espera

elijan el mismo número de intervalos (mismo tiempo aleatorio) para transmitir después de la emisión en curso.
En ese caso reintentan ampliando exponencialmente el rango de intervalos y vuelven a elegir. Es similar a Ethernet salvo que las estaciones no detectan la colisión, infieren que se ha producido cuando no reciben el ACK esperado
También se produce una colisión cuando dos estaciones deciden transmitir a la vez, o casi a la vez.
Para una distancia entre estaciones de 70m el tiempo que tarda en llegar la señal es de 0,23 µs 45

El problema de la estación oculta Alcance de A

Alcance de B Alcance de C

A

1 Tr.

2 Tr.

B

C

3

70 m

1: A quiere transmitir una trama a B. Detecta el medio libre y transmite

3. Se produce una colisión en la intersección por lo que B no recibe ninguna de las dos tramas

70 m

2: Mientras A está transmitiendo C quiere enviar una trama a B. Detecta el medio46 libre (pues no capta la emisión de A) y transmite

Solución al problema de la estación oculta

1: RTS: Quiero enviar a B una trama de 500 bytes

A

RTS

3: Debo estar callado durante los próximos 500 bytes

2: CTS: de acuerdo A, envíame esa trama de 500 bytes que dices

CTS

B

CTS

C

Tr. 4

1: Antes de transmitir la trama A envía un mensaje RTS (Request To Send)

2: B responde al RTS con un CTS (Clear To Send)

4. A envía su trama seguro de no colisionar con otras estaciones

3. C no capta el RTS, pero sí el CTS. Sabe que no debe transmitir durante el tiempo equivalente a 47 500 bytes

Mensajes RTS/CTS
El uso de mensajes RTS/CTS se denomina a veces









Virtual Carrier Sense. Permite a una estación reservar el medio durante una trama para su uso exclusivo. Si todas las estaciones se escuchan directamente entre sí el uso de RTS/CTS no aporta nada y supone un overhead importante, sobre todo en tramas pequeñas. No todos los equipos soportan el uso de RTS/CTS. Los que lo soportan permiten indicar en un parámetro de configuración a partir de que tamaño de trama se quiere utilizar RTS/CTS. También se puede deshabilitar por completo su uso, cosa bastante habitual. 48

Detección virtual de portadora por medio de RTS/CTS SIFS Emisor: A Receptor: B

RTS

SIFS

SIFS

Datos CTS

ACK No disponible

C

No disponible

D

Tiempo:

C y D pueden calcular cuanto tiempo va a estar ocupado el canal porque en los mensajes RTS/CTS va información sobre la longitud de la trama a transmitir.

D oye a B pero no a A. C oye a A pero no a B.

C

A

DIFS: DCF Inter Frame Space (50ms) SIFS: Short Inter Frame Space (10 ms)

B

D

49

Protocolo MAC modo PCF
Solo puede darse cuando hay un punto de acceso o







AP (red de infraestructura). Cuando una estación se quiere conectar a la red primero se ha de asociar a un AP El AP interroga a todas las estaciones 10 a 100 veces por segundo y les pregunta si tienen algo que enviar. Las estaciones piden recursos (capacidad) al AP y este asigna según disponibilidad. De esta forma es relativamente fácil reservar capacidad dando QoS a las estaciones. Al asignarse capacidad de forma planificada no se producen colisiones

50

Red con un punto de acceso La comunicación entre dos estaciones siempre se hace a través del punto de acceso, que actúa como un puente

PC táctil 147.156.1.22/24

Punto de acceso (AP)

PC portátil 147.156.1.23/24

PDA 147.156.1.24/24

PC 147.156.1.21/24 147.156.1.1/24

PC 147.156.1.25/24

Internet

PC portátil 147.156.1.20/24

51

Formato de trama 802.11 2

2

Frame Frame Control Control

Duración Duración

Vers Vers Tipo Tipo 2

6

6

6

2

Addr. Addr.11

Addr. Addr.22

Addr. Addr.33

Seq Seq

subtipo subtipo

2

4

• management (00) • control (01), • data (10), • reserved (11)

6 Addr. Addr.44

0-2312

4

Frame Frame Body Body

FCS FCS

Bytes

To From Power More To From MF retry Power MoreWEP order MF retry mgt data WEP order DS DS DS DS mgt data

1

1

1

1

1

1

1

1

bits

Vers.: Permite la coexistencia de varias verisones del protocolo Tipo: Indica si se trata de una trama de datos, de control o de gestión Subtipo: Indica por ejemplo si es una trama RTS o CTS to DS, from DS: Indica los AP de origen y destino en caso de ruta por un ESS MF: Indica que siguen más fragmentos retry.: Indica que esta trama es un reenvío Pwr: Para ‘dormir’ o ‘despertar’ a una estación More: Advierte que el emisor tiene más tramas para enviar WEP: La trama está encriptada con WEP (Wireless Equivalent Privacy) Order: Las tramas que tiene puesto este bit se han de procesar por orden Duración: Dice cuanto tiempo va a estar ocupado el canal por esta trama Dirección 1,2,3,4: Dirección de origen(1), destino(2), AP origen (3) y destino(4) 52 Seq.: Número de secuencia (cuando la trama es un fragmento)

Formato de trama 802.11 (1/3) • management (00) • control (01), • data (10), • reserved (11) • • • • • • • • • • • • • • • • •

Versión Tipo Subtipo order WEP More Power Retransmission MF From DS To DS Duración Direc.1 Destino Direc.2 Fuente Direc.3 Direc.4 Sequence 53

Formato de trama 802.11 (2/3)

54

Formato de trama 802.11 (3/3)

55

Formato de trama 802.11 Dirección MAC fuente

802.2 LLC

Payload

SNAP

AA AA 03 00 00 00 08 00 IP Packet CRC-32 FCS ICV

Data Frame

24-bit IV

Key ID

Seq Cntl

Addr 2

WEP Header Addr 3

Addr 1

Dur/ID

Frame de datos 802.11

Fr Cntl

WEP ON=1

WEP RC4 Encrypted

802.11 DLC

Dirección MAC destino

Data Frame

BSS ID (AP MAC Address)

Addr 2

Frame de datos Ethernet

Addr 1

Dirección MAC fuente Dire cc

08 00

Ethernet DLC

IP Packet

FCS

ión M AC

dest ino

Payload

56

Topología de un ESS (Extended Service Set) Canal 1

Canal 6

Sistema de distribución (DS)

El DS es el medio de comunicación entre los AP. Normalmente es Ethernet, pero puede ser cualquier otra LAN

Internet

57

ESS con DS sin cables Canal 1

Canal 1

Internet 58

DS sin cables con canal dedicado Canal 7

Canal 1

Canal 13

Internet 59

Fragmentación
La redes WLAN tienen una mayor tasa de error que las







LAN Por eso se prevé la posibilidad de que el emisor fragmente una trama para enviarla en trozos más pequeños. Si el emisor ve que las tramas no están llegando bien puede decidir fragmentarlas para que tengan mas probabilidad de llegar bien al receptor Por cada fragmento se devuelve un ACK por lo que en caso necesario es retransmitido por separado. La fragmentación permite enviar datos en entornos con mucho ruido, aun a costa de aumentar el overhead Todas las estaciones están obligadas a soportar la fragmentación en recepción, pero no en transmisión. 60

Envío de una trama fragmentada La separación entre Frag n y ACK es de 10 ms (SIFS). De esta forma las demás estaciones (C y D) no pueden interrumpir el envío. SIFS

A B

RTS

SIFS

SIFS

SIFS

SIFS

Frag 2

Frag 1 CTS

SIFS

ACK

SIFS

Frag 3 ACK

ACK

No disponible

C

No disponible

D

Tiempo

D ‘oye’ a B pero no a A. C oye a A pero no a B.

C

A

B

D 61

Servicios en una red 802.11
Una red 802.11 debe ofrecer dos tipos

de servicios:
Servicios

de distribución (5): son ofrecidos por los puntos de acceso a las estaciones que se encuentran dentro de su alcance
Servicios de estación (4): son utilizados por las estaciones para comunicar dentro de una celda (es decir en un Basic Service Set o BSS) 62

Servicios de distribución
Asociación: lo utiliza una estación cuando está







dentro del área de cobertura de un AP. Anuncia su identidad y capacidades (velocidades, gestión de energía, etc.) Desasociación: cuando la estación o el AP quiere despedirse (por ejemplo porque se va a apagar) Reasociación: se utiliza cuando una estación se mueve y cambia al área de cobertura de otro AP dentro del mismo ESS (handover) Distribución: determina como enrutar las tramas según el destino esté en la misma celda o no Integración: se encarga de la traducción a formatos diferentes cuando parte del trayecto se hace por una red no 802.11 63

Servicios de estación
Autenticación: una vez se ha efectuado la asociación se

ha de validar a la estación solicitante. Esto se hace mediante un mecanismo de reto
Deautenticación: para terminar la comunicación ordenadamente primero hay que desautenticar y luego desasociar. Una vez desautenticado no se puede usar la red.
Privacidad: se encarga de la encriptación/desencriptación de la información. El algoritmo utilizado es el RC4. Se han puesto de manifiesto varios errores en las funciones de privacidad de las redes 802.11
Entrega de los datos: se encarga del envío de los datos por el enlace de radio una vez se han cumplido todos los requisitos previos (asociación, autenticación y privacidad) 64

Asociación de estaciones con APs
Cuando una STA se enciende busca un AP. Si

recibe respuesta de varios atiende al que le envía la señal más potente.
La STA se asocia con el AP elegido. El AP incluye su MAC en la tabla de asociados
El AP se comporta para las STAs de su celda como un hub inalámbrico. En la conexión entre la celda y el sistema de distribución el AP actúa como un puente. 65

Itinerancia (‘Roaming’ o ‘Handover’)
Los AP envían regularmente (10-100 veces por segundo)

mensajes de guía (beacon) para anunciar su presencia a las STA que se encuentran en su zona
Si una STA se mueve y cambia de celda detectará otro AP más potente y cambiará su registro. Esto permite la itinerancia (handover) sin que las conexiones se corten.
Para que el handover pueda hacerse correctamente debe haber una zona de solapamiento entre las dos celdas (entrante y saliente) y la estación debe permanecer el tiempo suficiente en ella.
Por tanto el handover depende del tamaño de la zona de solapamiento y de la velocidad con que se mueve la estación

Nota: En la terminología celular se menciona como Handoff

66

Proceso de Handover X

X

X 1

X

2 3

4 A

B

C

1: La estación se enciende. Se autentifica y asocia con el AP A (el más próximo) 2: La estación se mueve y se pre-autentifica con el AP B 3: La estación decide reasociarse con B 4: B notifica a A la nueva ubicación de X con lo que X se desasocia de A. A envía a B cualquier trama para X en curso 5: X sigue moviéndose por lo que más tarde repite el proceso con C

67

Ahorro de energía
En WLANs muchos dispositivos funcionan con

baterías. A menudo contemplan un modo de funcionamiento ‘standby’ de bajo consumo en el que no pueden recibir tramas
Antes de ‘echarse a dormir’ las estaciones deben avisar a su AP, para que retenga las tramas que se les envíen durante ese tiempo.
Periódicamente las estaciones dormidas han de ‘despertarse’ y escuchar si el AP tiene algo para ellos
En modo PCF el AP puede mandar dormir o despertar a una estación para ahorrarle baterías 68

Rendimiento
El rendimiento real máximo suele ser el 50-60% de la velocidad

nominal. Por ejemplo con 11 Mb/s se pueden obtener 6 Mb/s en el mejor de los casos.
El overhead se debe a:
Mensajes de ACK (uno por trama)
Mensajes RTS/CTS (si se usan)
Fragmentación (si se produce)
Protocolo MAC (colisiones, esperas aleatorias, intervalos entre tramas)
Transmisión del Preámbulo (sincronización, selección de antena, etc.)
Información de control, que indica entre otras cosas la velocidad que se va a utilizar en el envío, por lo que se transmite a la velocidad mínima (1 Mb/s en FHSS y DSSS, 6 Mb/s en OFDM).
Solo por este factor DSSS a 11 Mb/s nunca puede dar más de 9,35 Mb/s. 69

Seguridad
El protocolo WEP tiene múltiples fallas que lo hacen

vulnerable. El comité 802.11 ha sido muy criticado por este motivo. Ver p. ej:
http://www.cs.umd.edu/~waa/wireless.html
http://www.drizzle.com/%7Eaboba/IEEE/rc4_ksaproc.p df
Para resolver esas deficiencias se está desarrollando el estándar 802.11i.
802.11i se apoya fuertemente en otro estándar, el 802.1x (port based control) estandarizado en el 2001
Actualmente el uso de 802.11i/802.1x es muy escaso por la falta de productos, por lo que cuando la seguridad es importante se recomienda usar túneles VPN IPSec. El problema es la ineficiencia de comunicar a través del servidor de túneles 70

Redes Inalámbricas 802.11
Comparación tecnologías inalámbricas

móviles, historia y Modelo de Referencia
Nivel físico
Arquitectura y Nivel MAC
Diseño de redes
Puentes inalámbricos

71

Tres Access Point superpuestos Las estaciones se sintonizan a cualquiera de los tres canales Cada canal dispone de 11/54 Mb/s de capacidad En este caso es imprescindible utilizar canales no solapados

Canal 13 Canal 7 Canal 1

Internet

Los APs se pueden conectar a puertos de un conmutador y asignar a diferentes VLANs 72

Alcance de la señal de las células

11 Mb/s DSSS 30 – 45 mtrs. Radio

5.5 Mb/s DSSS 45 – 75 mtrs Radio

2 Mb/s DSSS 75 – 100 mtrs Radio

73

Alcance de la señal de acuerdo al ancho de banda con células superpuestas 2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

11 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

5.5 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

2 Mbps

74

LAN inalámbrica en un almacén (caso 1) •Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles por todo el almacén para conexión de los AP •Antenas omnidireccionales de mástil de alta ganancia (5,2 dBi)

Canal 1

Canal 13

Canal 7

Canal 1

Canal 13

260 m

Canal 7

600 m

75

LAN inalámbrica en un almacén (caso 2) •Tomas RJ45 (100BASE-TX) disponibles sólo en un lado del almacén •Antenas Yagi (13,5 dBi) y Dipolo diversidad(2,14 dBi)

Canal 1 Canal 13 Canal 7 260 m Canal 13 Canal 7 Canal 1

600 m

76

LAN inalámbrica en un campus •Antenas dipolo diversidad (2,14dBi) en las aulas y de parche (8,5 dBi) montadas en pared para el patio Aula 1

Aula 2

Aula 3

Aula 4

Canal 6

Canal 1

Canal 11

Pasillo

260 m

Aula 5

Aula 6

Aula 7

Canal 6

Aula 8

Canal 11

Canal 1

Edificio

Patio 600 m

77

Ejemplos de antenas Antena dipolo diversidad para contrarrestar efectos multitrayectoria (2,14 dBi)

Antena de parche para montaje en pared interior o exterior (8,5 dBi) Alcance: 3 Km a 2 Mb/s, 1 Km a 11 Mb/s

Radiación horizontal

78

Redes Inalámbricas 802.11
Comparación tecnologías, historia y Modelo

de Referencia
Nivel físico
Arquitectura y Nivel MAC
Diseño de redes
Puentes inalámbricos

79

Puentes inalámbricos entre LANs
Los sistemas de transmisión vía radio de las LANs inalámbricas







pueden aprovecharse para unir LANs entre sí Esto permite en ocasiones un ahorro considerable de costos en alquiler de circuitos telefónicos Los dispositivos que se utilizan son puentes inalámbricos, parecidos a los puntos de acceso Como en este caso los puntos a unir no son móviles se pueden usar antenas muy direccionales, con lo que el alcance puede ser considerable Un puente puede actuar al mismo tiempo de punto de acceso inalámbrico

80

Configuración punto a punto

Hasta 10 Km Visión directa

Ethernet

Cable coaxial de 50 Ω de baja atenuación lo más corto posible (30 m max.)

Ethernet

Restricciones ETSI: Ganancia máxima: 20 dBi (antena parabólica) Potencia máxima: 100 mW Alcance máximo: 10 Km (visión directa) Calculadora de alcances en función de potencias, ganancias, etc.: http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/index.shtml 81

Configuración multipunto Antena omnidireccional o de parche (o varias parabólicas) Antena direccional (parche, yagi o parabólica)

Capacidad compartida por todos los enlaces si se usa una sola antena y un solo emisor de radio en la sede central. Si se usan varias antenas y emisoras se puede tener capacidad dedicada para cada enlace. 82

Antenas de largo alcance Antena Yagi exterior (13,5 dBi) Alcance: 6 Km a 2 Mb/s, 2 Km a 11 Mb/s

Antena Parabólica exterior (20 dBi) Alcance: 10 Km a 2 Mb/s, 5 Km a 11 Mb/s

83

Técnicas para aumentar el alcance Edificio A

Canal 10

Edificio B

Hasta 10 Km

Canal 11

Edificio C

Hasta 10 Km

Hasta 54 Mb/s dedicados (half-duplex) para cada enlace. En B se puede usar dos puentes o bien uno con dos etapas de radio Edificio A

Canal 10

Hasta 10 Km

Edificio B

Canal 10

Edificio C

Hasta 10 Km

Hasta 54 Mb/s, compartidos entre ambos enlaces Posible problema de estación oculta (entre A y C). Necesidad de utilizar mensajes RTS/CTS 84

Técnicas para aumentar la capacidad

Canal 1

Canal 7

Canal 13

Hasta 54 x 3 = 162 Mb/s Imprescindible utilizar canales no solapados 85

Software libre para análisis/ataque de redes 802.11
Análisis:
Netstumbler (www.netstumbler.org): Detecta APs y muestra información sobre ellos
Wellenreiter (www.remote-exploit.org): similar a Netstumbler
Kismet (www.kismetwireless.net): sniffer inalámbrico
Ataque:
Airsnort (airsnort.shmoo.com): para espiar redes inalámbricas que usan WEP
Wepcrack (http://sourceforge.net/projects/wepcrack ): parecido a airsnort

86

Grupos de trabajo 802.11 Grupo

Contenido

Aprobación

802.11

IR, Banda 2,4 GHz transmisión hasta 2 Mb/s

7/1997

802.11a

Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. América

9/1999

802.11b

Banda 2,4 GHz transmisión hasta 11 Mb/s

9/1999

802.11d

Funcionamiento en niveles variables de potencia

2001

802.11e

Calidad de Servicio

Pend.

802.11f

Protocolo para la comunicación entre APs en un DS

7/2003

802.11g

Banda 2,4 GHz, transmisión hasta 54 Mb/s

6/2003

802.11h

Banda 5 GHz transmisión hasta 54 Mb/s. Europa

10/2003

802.11i

Seguridad (corrección de fallos al protocolo WEP)

Pend.

802.11j

Banda de 4,9 y 5 GHz en Japón

Pend.

802.11k

Mejoras en la medición de recursos de radio

Pend.

802.11m

Revisión e interpretación de los estándares

Pend.

802.11n

Alto rendimiento

Pend.

802.11p

Acceso inalámbrico para vehículos en movimiento

Pend.

802.11r

Roaming rápido

Pend.

802.11s

Mallado del ESS (Extended Service Set)

Pend.

802.11t

Recomendaciones para evaluación de rendimiento

Pend.

802.11u

Interoperabilidad con redes externas

Pend.

802.11v

Gestión de redes inalámbricas

Pend.

87

Sumario
Redes inalámbricas IEEE 802.11
Redes inalámbricas IEEE 802.15
IP móvil

88

802.15 Personal Area Network

89

802.15: personal area network
Menos de 10m de diámetro
Remplazo para cables en

ratones, teclados y audifonos
ad hoc: sin infraestructura
maestro/esclavo:


Los esclavos solicitan permisos (al maestro) para enviar


802.15: evolucionó de

Bluetooth



Banda de radio 2.4-2.5 GHz hasta 721 kbps

P

S P

radius of coverage

M

S

P

S

P

M Master device S Slave device P Parked device (inactive) 90

Bluetooth (IEEE 802.15)
Objetivo: reemplazar cables de conexión

entre periféricos
Bluetooth fue un Grupo de Trabajo creado por Nokia y Ericsson. Mas tarde lo adoptó el IEEE como el estándar 802.15
Bluetooth fue un rey danés que en el siglo X unificó Dinamarca y Noruega
Estándar aprobado por el IEEE en junio de 2002. 91

Nivel físico en Bluetooth
Tecnología muy similar a 802.11 FHSS:

Misma banda (2,4 GHz)
Misma tecnología de radio (Frequency Hoping)
Pero:
Potencias de emisión inferiores (diseñado para equipos portátiles, como PDAs, con baterías de baja capacidad)
Alcance mucho menor (10 m)
Velocidad más reducida (721 Kb/s)
Cambio de canal mucho más frecuente que en 802.11 (1600 veces por segundo)
Existe probabilidad de interferencia entre:
Dos redes Bluetooth próximas
Una red Bluetooth y una 802.11 a 2,4 GHz (sobre todo FHSS). Normalmente de Bluetooth a 802.11 y no al revés.
Una red Bluetooth y un horno de microondas 92


Arquitectura y protocolo MAC de Bluetooth
Arquitectura:

No hay puntos de acceso, solo estaciones (PCs portátiles, PDAs, impresoras, etc.)
Uno de los dispositivos de la red actúa como maestro y el resto (máximo 7) como esclavos.
El maestro fija el patrón de salto de frecuencias y da las señales de reloj para que el resto de dispositivos se sincronicen con él.
Protocolo MAC:
El maestro se encarga de dar ‘turno de palabra’ a los esclavos


93

Topología de una red Bluetooth

Dos ‘picoredes’ se pueden unir para formar una ‘scatternet’ 94

Arquitectura de Bluetooth Aplicaciones / Perfiles

Audio

Otros

RFcomm

Telefonía

Capa de aplicación

Descubrimiento de Servicios

Control Capa intermedia (‘middleware’)

LLC Protocolo de adaptación de LLC Capa de enlace

Link Manager Banda Base

Capa física

Nivel físico de radiofrecuencia

95

Formato de una trama Bluetooth Bits

72

54

Código de acceso

Bits

0-2744

Cabecera

3

4

Direcc.

Tipo

1 F

1 A

1 S

Datos

8 Checksum

Esta cabecera (18 bits) se envía tres veces por seguridad

Access Code: identifica al maestro (puede haber más de uno accesible para el esclavo) Addr: Dirección (máximo 8 estaciones) Type: Tipo de trama, corrección de errores y longitud F: Control de flujo A: Acknowledgment S: Num. Secuencia (protocolo de parada y espera) 96

Componentes de la red Celular MSC

cell

 conecta células a la red de área amplia  gestiona inicio de llamada  maneja mobilidad

 cobertura a nivel

región 

base station (BS)

analogo a 802.11 AP 

usuaurios móviles

Mobile Switching Center

enlazados a la red a través de BS 

air-interface:

protocolos de nivel físico y enlace entre el móvil y la BS

Red de telefonía Pública, e Internet

Mobile Switching Center

Red cableada 97

Redes Celulares: “el primer salto” Dos técnicas para compartir el espectro de radio entre móviles y estación base
FDMA/TDMA combinado: divide el espectro en canales de frecuencia, divide cada canal en slots
CDMA: code division frequency bands multiple access

time slots

98

Estándares en Celulares: Breve estudio Sistemas 2G: canales de voz
IS-136 TDMA: combinación de FDMA/TDMA (norte

america)
GSM (global system for mobile communications): combinación de FDMA/TDMA


El más ampliamente utilizado


IS-95 CDMA: code division multiple access TDMA/FDMA CDMA-2000 GPRS EDGE UMT S IS-136 GSM IS-95

En la actualidad contamos con diversas tecnologías

99

Estándares en Celulares: Breve estudio Sistemas 2.5 G systems: voz y canales de datos
Para aquellos que no podían esperar por los servicios 3G:

es una extensión al 2G
General Packet Radio Service (GPRS)



Evoluciona de GSM Envío de datos en múltiples canales (si hay disponibles)


Enhanced Data rates for Global Evolution (EDGE)



También evolucionó de GSM, utilizando modulación mejorada Su tasa de transmisión es hasta de 384K


CDMA-2000 (fase 1)



Tasas de transmisión hasta 144K Evolucionó de IS-95 (Interin Standard –Qualcomm-)

100

Estándares en Celulares: Breve estudio Sistemas 3G: voz/datos
Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS)


Siguiente paso de GSM, pero utilizando CDMA


CDMA-2000

101

Tecnologías inalámbricas

102

Tecnologías Wireless WA#

103

Migración de las tecnologías celulares a través de sus generaciones

Sólo Voz Voz y Datos

Datos

104

105

Ejemplos acceso WiFi
Ejemplo animado:
http://www.ltunas.jovenclub.cu/animation/tecnologiawifi.swf • Listado de tarjetas que soportan WiFi en Linux: http://linux-wless.passys.nl/

106

Agenda 1. Introducción 2. Comunicación sin cables
2.2 Wireless links, características


CDMA


2.3 IEEE 802.11 wireless

LANs (“wi-fi”)
2.4 Acceso a Internet por Celular



arquitectura estándares (e.g., GSM)

3. Movilidad
3.1 Principios: direccionando y encaminando usuarios móviles
3.2 IP móvil
3.3 Manejando la movilidad en redes celulares
3.4 Movilidad y protocolos de niveles superiores 4. Resumen

107

¿Qué es movilidad?
Espectro de movilidad, desde una perspectiva de la red: Sin movilidad

Usuarios inalámbricos móviles, utilizando el Mismo punto de acceso

Alta movilidad

Usuarios móviles, conectándose/ desconectándose de la red utilizando DHCP.

Usuario móvil, pasando por múltiples puntos de acceso mientras mantiene las conexiones en proceso (como los tel 108 celulares)

Movilidad: Vocabulario home network: el hogar permanete del móvil (e.g., 128.119.40/24)

home agent: entidad que efectuará las funciones de movilidad en representación del móvil, cuando el móvil anda remoto

Red de área amplia

Dirección permanente: dirección en la red “home”, puede ser utilizada siempre para alcanzar al móvil

corresponsal

e.g., 128.119.40.186

109

Movilidad: Vocabulario…… Dirección permanente: permanece constante (e.g., 128.119.40.186)

Red visitada: red en la cual el móvil reside actualmente (e.g., 79.129.13/24)

Dirección de atención: dirección en la red visitada (e.g., 79,129.13.2) Red de área amplia

corresponsal: el que se quiere comunicarse con el móvil

home agent: entidad en la red visitada que efectua funciones de movilidad en representación del móvil 110

´¿Cómo se contacta a un usuario móvil? Consideramos que un usuario cambia con frecuencia su dirección, ¿Cómo lo encontraríamos?

¿Dónde podrá estar mi amiga?


¿buscar en el libro

telefónico?
¿Llamamos a sus padres?
¿Esperamos a que nos informe su ubicación?

111

Móvilidad: ¿Cómo manejarla?
Dejar que los encaminadores lo hagan: los routers

podrían publicar las direcciones permanentes de los nodos móviles residentes vía intercambiar las tablas de encaminamiento.



Las tablas de encaminamiento indicarán en dónde se ubica el usuario móvil No produce cambios en sistemas finales


Dejar que los sistemas finales lo hagan:





Encaminamiento indirecto: la comunicación desde el corresponsal al móvil va a través del home agent, para después retransmitirla al sistema remoto. Encaminamiento directo: el corresponsal obtiene la dirección foránea del móvil y le transmite directamente 112

Móvilidad: ¿Cómo manejarla?
Dejar que los encaminadores lo hagan: los routers no podrían publicar las direcciones permanentes de los escala nodos móviles residentes vía intercambiar las tablas de para millones encaminamiento. de móviles



Las tablas de encaminamiento indicarán en dónde se ubica el usuario móvil No produce cambios en sistemas finales


Dejar que los sistemas finales lo hagan:





Encaminamiento indirecto: la comunicación desde el corresponsal al móvil va a través del home agent, para después retransmitirla al sistema remoto. Encaminamiento directo: el corresponsal obtiene la dirección foránea del móvil y le transmite directamente 113

Movilidad: registro Red visitada home network

1 2

Red de área amplia

El agente foráneo contacta al home agent (de casa): “este móvil está residiendo en mi red” Resultado final:
Los agentes foráneos están enterados de la existencia del móvil
El home agent conoce la ubicación del móvil

El móvil contacta el home agent (foráneo) al entrar a la red visitada

114

Movilidad: vía encaminamiento indirecto

home network

El home agent intercepta paquetes, y los retransmite hacia el agente foráneo

El agente foráneo recibe los paquetes, y los retransmite al móvil

Red visitada

3 wide area network

1

2

El corresponsal direcciona los paquetes utilizando la dirección permanente del móvil

4 El móvil responde directamente al corresponsal 115

Encaminamiento indirecto: comentarios
El móvil utiliza dos direcciones:

Dirección permanente: utilizada por el corresponsa (por lo tanto la ubicación del móvil es transparente para el corresponsal)
Dirección de atención: utilizada por el home agent para retransmitir los datagramas al móvil



Las funciones del agente foráneo podrían ser hechas

por el mismo móvil
Encaminamiento triangulado: corresponsal-home-redmóvil


Ineficiente cuando el corresponsal y el móvil están en la misma red

116

Encaminamiento indirecto: Cambiando de red
Suponemos que el usuario móvil se va a otra red
Se registra con el nuevo agente foráneo
El agente foráneo lo registra con el home agent
El home agent actualiza la dirección de atención para el móvil
Los paquetes continúan siendo retransmitidos al móvil (pero con una nueva dirección de atención)
La móvilidad es posible, cambiando las redes foráneas

de manera transparente: conexiones en proceso pueden seguir funcionando!

117

Movilidad: vía encaminamiento directo El corresponsal retransmite al agente foráneo

El agente foráneo recibe paquetes, los retransmite al móvil Red visitada

home network

4 wide area network

2 El corresponsal solicita y recibe la dirección foránea del móvil

1

3 4 El móvil responde directamente al corresponsal 118

Encaminamiento directo: comentarios
Supera el problema de triangulación en el

encaminamiento
No es transparente al corresponsal: el corresponsal debe obtener la dirección de atención del home agent


¿qué hacemos si el móvil cambia de red visitada?

119

Encaminamiento directo: encadenamiento
Agente foráneo de enlace: El agente foráneo que se contacta en la

primer red visitada


Los datos siempre fluirán por el agente foráneo de enlace
Cuando el móvil se cambia de red: El nuevo agente foráneo hace los

arreglos para tener retransmisión de datos del agente foráneo anterior (encadenamiento)

wide area network

Red visitada al inicio de la sesión

Agente foráneo de enlace

1

2 4 5

Agente del corresponsal corresponsal

3 Nuevo agente foráneo

Nueva red visitada 120

Chapter 6 outline 6.1 Introduction

Mobility
6.5 Principles: addressing and routing to mobile Wireless users
6.2 Wireless links,
6.6 Mobile IP characteristics
6.7 Handling mobility in
CDMA cellular networks
6.3 IEEE 802.11 wireless LANs (“wi-fi”)
6.8 Mobility and higherlayer protocols
6.4 Cellular Internet Access 6.9 Summary
architecture


standards (e.g., GSM) 121

IP Móvil
RFC 3220
Presenta muchas de las características que

hemos mencionado:


home agents, foreign agents, registro de foreign-agent, dirección de atención, encapsulación (un paquete dentro de otro)


Tres componentes a estandarizar:
Encaminamiento indirecto de datagrámas
Descubrimiento de agente
Registro con el home agent 122

IP Móvil: Encaminamiento indirecto Paquete del agente foráneo al móvil

Paquete enviado por el home agent al foreign agent: un paquete dentro de otro dest: 79.129.13.2

dest: 128.119.40.186

dest: 128.119.40.186

Dir permanete: 128.119.40.186 Dir de atención: 79.129.13.2

dest: 128.119.40.186

Paquete enviado por el corresponsal

123

IP Móvil: Descubrimiento de agente
Anunciar agente: Los agentes foráneos y home anuncian el

servicio mediante enviar un mensaje ICMP vía (campo: type = 9) 0 type = 9

24 checksum

code = 0 =9

Bits H,F: agente home y/o foráneo Bit R : registro requerido

16

8

standard ICMP fields

router address

type = 16

length

registration lifetime

sequence # RBHFMGV bits

reserved

0 or more care-ofaddresses

mobility agent advertisement extension

124

IP Móvil: ejemplo de registro visited network: 79.129.13/24 home agent HA: 128.119.40.7

foreign agent COA: 79.129.13.2

ICMP agent adv.

Mobile agent MA: 128.119.40.186

COA: 79.129.13.2

>.

registration req. registration req. COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification: 714 encapsulation format >.

COA: 79.129.13.2 HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 9999 identification:714 >.

registration reply time

registration reply

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 encapsulation format >.

HA: 128.119.40.7 MA: 128.119.40.186 Lifetime: 4999 Identification: 714 >. 125

Arquitectura de la red Celular recordamos: Red telefónica pública cableada

corresponsal

MSC

MSC MSC

MSC MSC

Diferentes redes celulares, operadas por diferentes 126

Movilidad: Redes Celulares
home network: el proveedor de la red celular a la que

nos encontramos suscritos (e.g., Telcel, Movistar)
home location register (HLR): base de datos en nuestra home network conteniendo el # permanente del celular, información de nuestro perfil (servicios, preferencias, facturación), información de la ubicación actual (pudiera ser en otra red)
Red visitada: red en la que el móvil reside actualmente
visitor location register (VLR): base de datos con un registro por cada usuario actualmente en la red
Pudiera ser la misma home network 127

GSM: Encaminamiento indirecto al Móvil home network

HLR

2 El home MSC consulta al HLR, Obtiene el número itinerante del móvil en la red visitada

corresponsal

home Mobile Switching Center Llamada encaminada a la home network

1 3 VLR

Mobile Switching Center

4

Red telefónica conmutada pública

El home MSC establece un 2nd enlace de llamada con el MSC en la red visitada

mobile user visited network

El MSC en la red visitada completa La llamada al móvil a través de su estación base

128

GSM: Handoff
Handoff, objetivo: encaminar

VLR Mobile Switching Center new routing

old routing old BSS

new BSS

llamadas vía una nueva estación base (sin interrupción)
Razones del handoff:
Tener una señal más fuerte hacia/desde la BSS (manteniendo la conectividad, menos consumo de batería)
Balanceo de carga: libera el canal en el BSS
GSM no indica el porqué efectuar el handoff (política), sólo cómo (mecanismo)
El handoff es iniciado por la 129 BSS que se está abandonando

GSM: Manejo del handoff con un mismo MSC

VLR Mobile Switching Center 2

4

1 8 old BSS

5

7 3 6

new BSS

1. old BSS informs MSC of impending handoff, provides list of 1+ new BSSs 2. MSC sets up path (allocates resources) to new BSS 3. new BSS allocates radio channel for use by mobile 4. new BSS signals MSC, old BSS: ready 5. old BSS tells mobile: perform handoff to new BSS 6. mobile, new BSS signal to activate new channel 7. mobile signals via new BSS to MSC: handoff complete. MSC reroutes call 8 MSC-old-BSS resources released 130

GSM: handoff entre MSCs
MSC de enlace: primer MSC home network correspondensal Home MSC MSC de enlace

PSTN

MSC MSC

MSC

(a) Antes del handoff

visitado durante la llamada
La llamada permanece encaminada a través del MSC de enlace
Los nuevos MSCs son agregados al final de la cadena al tiempo que el móvil se mueve a otro MSC
El IS-41 permite minimizar caminos de manera opcional con el fin de acortar la cadena de MSCs 131

GSM: handoff entre MSCs
MSC de enlace: primer MSC home network corresponsal Home MSC MSC de enlace

PSTN

MSC MSC

MSC

(a) Después del handoff

visitado durante la llamada
La llamada permanece encaminada a través del MSC de enlace
Los nuevos MSCs son agregados al final de la cadena al tiempo que el móvil se mueve a otro MSC
El IS-41 permite minimizar caminos de manera opcional con el fin de acortar la cadena de MSCs 132

Mobilidad: GSM vs. IP Móvil GSM element

Comment on GSM element

Mobile IP element

Home system

Network to which the mobile user’s permanent phone number belongs

Home network

Gateway Mobile Switching Center, or “home MSC”. Home Location Register (HLR)

Home MSC: point of contact to obtain routable address of mobile user. HLR: database in home system containing permanent phone number, profile information, current location of mobile user, subscription information

Home agent

Visited System

Network other than home system where mobile user is currently residing

Visited network

Visited Mobile services Switching Center. Visitor Location Record (VLR)

Visited MSC: responsible for setting up calls to/from mobile nodes in cells associated with MSC. VLR: temporary database entry in visited system, containing subscription information for each visiting mobile user

Foreign agent

Mobile Station Roaming Number (MSRN), or “roaming number”

Routable address for telephone call segment between home MSC and visited MSC, visible to neither the mobile nor the correspondent.

Care-ofaddress 133

La movilidad y los servicios inalámbricos: impacta sobre los protocolos de capa superior
lógicamente, el impacto debiera ser mínimo >

Permanece sin cambios el modelo de servicio de mejor esfuerzo
TCP y UDP corren sobre los sistemas móviles e inalámbricos
> pero la eficiencia se nota:
Pérdida/retraso de paquetes debido a errores de bit (paquetes descartados, retraso por retransmisión al nivel de enlace), y handoff
TCP interpreta la pérdida como congestión, decrementa la ventana de congestión innecesariamente
Los retrasos imposibilitan el tráfico en tiempo real
Ancho de banda limitado en los enlaces inalámbricos


134

Caso de Estudio: Blackberry

135

Noticias: Redes Inalámbricas Lanza Telmex en Chile red inalámbrica IP Notimex Santiago, 20 de marzo. La empresa Teléfonos de México (Telmex) lanzó hoy aquí su red inalámbrica IP con tecnología WiMax, en un esfuerzo orientado a reducir la brecha digital y contribuir al desarrollo de Chile, dijo su gerente general, Eduardo Díaz Corona. El lanzamiento de la primera red inalámbrica IP en Chile, basada en el estandar WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), se efectuó el martes en el municipio capitalino Los Cerrillos e incluye los principales centros urbanos del país. "Las telecomunicaciones ayudan a acercar a los países, y Telmex, como empresa internacional está comprometida con el desarrollo de este país en el largo plazo", dijo el gerente general de la empresa mexicana en Chile. http://www.jornada.unam.mx/2007/03/21/index.php?section=economia&article=026n2eco 136

Noticias: Redes Inalámbricas Red Inalámbrica Macroplaza (Monterrey) Gobierno de Nuevo Leon

http://www.nl.gob.mx/?P=macro_inalambrica

Esta red está conformada por cinco puntos de acceso, instalados estratégicamente para cubrir la totalidad del área de la Macroplaza. Estos están ubicados físicamente en el edificio del Site Central en 5 de mayo 505, en el edificio del Registro Civil en Washington y Doctor Coss, en el Museo de Historia Mexicana, en la Biblioteca Central y en el Palacio Municipal de Monterrey. Por lo anterior cualquier equipo basado en tecnología IP, que cuente con un navegador web y tarjeta inalámbrica 137 IEEE 802.11a\b\g se podrá conectar a esta Red (Laptop, Desktop, Pocket Pc, Palm, Tablet Pc, etc).