Download 802_11 - GUNET eClass

Overview of
IEEE 802.11 Standard
Η οικογένεια προτύπων 802.x
IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC)
OSI Layer 2
(Data Link)
MAC
IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5
CSMA/CD
Token
Token
Bus
Ring
...
IEEE 802.11
Wireless
PHY
OSI Layer 1
(Physical)
802.11 Με Υποδομή
ESS
802.11 LAN
Station (STA)
BSS 1
STA 2
802.x LAN
STA 1
– terminal with access mechanisms
to the wireless medium and radio
contact to the access point
Basic Service Set (BSS)
Access
Point
Portal
– group of stations using the same
radio frequency
Access Point
Distribution System
– station integrated into the wireless
LAN and the distribution system
Portal
Access
Point
– bridge to other (wired) networks
Distribution System
STA 3
BSS 2
802.11 LAN
STA 4
– interconnection network to form
one logical network (EES:
Extended Service Set) based
on several BSS
802.11 Ad-Hoc
802.11 LAN
STA 1
STA 2
– Station (STA):
IBSS 1
terminal with access mechanisms to the
wireless medium
STA 3
– Independent Basic Service Set
(IBSS):
group of stations using the same
radio frequency without an Access
Point
STA 1
STA 2
IBSS 2
802.11 LAN
Στοίβα Πρωτοκόλλων 802.11
802.11 – Ασύρματη Επέκταση
του Ethernet
Application Level Data
Applications
TCP/IP
stack
802.11
WLAN
radio
Application
Διάφανη υποστήριξη
IP εφαρμογών
Network addressing, routing
TCP/IP
Bridge control
802.11
WLAN Ethernet
radio
IP routing
Ethernet
Ethernet
Τεχνικά Χαρακτηριστικά
Spectrum
2.4 GHz
Max Physical Rate
2 Mbps
Max Rate Layer 3
1.2 Mbps
Medium Access Control
CSMA/CA
Fixed Network Support
802 Family
FH
DS
Spectrum
2.4 GHz
2.4 GHz
Sub-carrier
1 MHz wide
11 sub-channels each of 11MHz
Physical Rate
1 and 2 Mbps
1 and 2Mbps
Other
Hop over 79 channels
11 chip sequence
To ΜAC είναι υπεύθυνο για

δέσμευση του καναλιού

διευθυνσιοδότηση (addressing)

δομή των πλαισίων μετάδοσης

έλεγχο λαθών (επαναμεταδόσεις)

fragmentation/reassembly
Τρία είδη πλαισίων:
management (association, synchronization, authentication)
control (acks, end of contention-free period)
data
Μέθοδοι Πρόσβασης
Distributed Coordination
Function (DCF)
- υποχρεωτική
- η βασική μέθοδος πρόσβασης
- βασίζεται στον ανταγωνισμό
για το μέσο (contention)
Point Coordination Function
(PCF)
- προαιρετική
- χωρίς ανταγωνισμό
- μειώνει τις μεταβολές στις
καθυστερήσεις μετάδοσης
- μόνο στη δομημένη διάρθρωση
Distributed Coordination Function (I)
(Listen Before Talk - CSMA/CA)
Sense the medium
medium free for t > DIFS ?
No
Yes
Send RTS
Collision ?
Yes
No
Backoff
Receive CTS
Send data
Error ?
No
Yes
(Retransmission)
Receive ACK
DIFS: DCF Interframe Space
Hidden Terminal Problem
Collision
Πολύ σημαντική η ενημέρωση των NAVs με τη χρήση των RTS/CTS/data MPDUs
(επιλύει το πρόβλημα του “κρυμένου τερματικού” - hidden terminal problem)
Παράδειγμα Μετάδοσης με DCF
CTS
RTS
Point Coordination Function (I)
 Ενεργοποιείται από το ΑΡ όποτε αυτό κρίνει ότι πρέπει να περάσει
σε contention-free period (πιθανόν για να επιλύσει πολλαπλές
συγκρούσεις)
 Σε αυτή τη λειτουργία το ΑΡ ονομάζεται και Point Coordinator
 Έχει προτεραιότητα σε σχέση με την DCF γιατί ενεργοποιείται μετά
από idle χρόνο PIFS<DIFS
Point Coordination Function (II)
Synchronization beacon
(Including the Target Beacon
Transition Time - TBTT)
Variable duration of
Contention Free Period
Point Coordination Function (III)
Στην περίπτωση που ένα STA θέλει να μιλήσει σε ένα άλλο
STA κατά τη διάρκεια της PCF
SIFS
(TBTT)
Μόλις έρθει η σειρά του, ένα STA επιλέγει να μεταδώσει σε ένα άλλο STA στο ίδιο BSS
Mόλις το άλλο STA λάβει τα δεδομένα, απαντά με ένα DCF Ack στο πρώτο STA
To AP περιμένει χρόνο ίσο με PIFS πριν συνεχίσει με το επόμενο STA
Ασφάλεια στο 802.11
Όπου απαιτείται κρυπτογράφηση και πιστοποίηση 3 παράγοντες
λαμβάνονται υπόψη
- οι ανάγκες του χρήστη για ασφάλεια και πόσο αυτές θα κοστίσουν
- η ευκολία στη χρήση του μηχανισμού
- οι κυβερνητικοί περιορισμοί στις μεθόδους κρυπτογράφησης, ειδικά όσον
αφορά την εξαγωγή τους
Wired Equivalent Privacy (WEP)
Protocol
•Σχετικά ισχυρό, σε σχέση με το κόστος και τις ανάγκες που
καλύπτει
•«Αυτο-συγχρονιζόμενο» (σταθμοί μπαίνουν και βγαίνουν
εύκολα)
•Χαμηλών υπολογιστικών αναγκών
•Μπορεί να εξάγεται εκτός ΗΠΑ
•Προαιρετικό στην υλοποίηση
•Περιλαμβάνει δύο διαδικασίες (κρυπτογράφηση και
πιστοποίηση)
Κρυπτογράφηση (Encryption)
•Υλοποιείται με ένα κρυφό κλειδί μήκους 40 bits αποθηκευμένο
μόνιμα στους σταθμούς
•Το κλειδί αυτό περνά από μια γεννήτρια για να παραχθεί μια
ακολουθία χαρακτήρων βασισμένη στο κρυφό κλειδί
•Η ακολουθία και τα δεδομένα τροφοδοτούν μια XOR
•Το αποτέλεσμα τροφοδοτείται για μετάδοση
Παράδειγμα Κρυπτογράφησης
Έστω ότι το διαδικό 2 (00000010) είναι το κλειδί κρυπτογράφησης.
Περνάει από μια XOR με το κείμενο που θέλουμε να μεταδώσουμε.
Για το παράδειγμά μας το κείμενο είναι το “HI”
H
01001000
XOR 0 0 0 0 0 0 1 0
01001010
I
01001001
00000010
01001011
Κρυπτογραφημένο κείμενο
Όταν λαμβάνεται το κρυπτογραφημένο κείμενο περνά πάλι από μια XOR
Με το ίδιο κλειδί για να ανακτηθεί το αρχικό κείμενο.
01001010
XOR 0 0 0 0 0 0 1 0
01001000
H
01001011
00000010
01001001
I
Κρυπτογραφημένο κείμενο
Πιστοποίηση (Authentication)
•Χρησιμοποιεί το ίδιο κρυφό κλειδί με την κρυπτογράφηση (όχι
και τόσο καλό από άποψη ασφάλειας)
Shared Key Authentication
Node
Access Point
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Access Point
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Challenge Text
Access Point
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Challenge Text
WEP Encryption of
Challenge Text
Access Point
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Challenge Text
WEP Encryption of
Challenge Text
Encrypted Challenge Text
Access Point
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Access Point
Challenge Text
WEP Encryption of
Challenge Text
Encrypted Challenge Text
WEP Decryption of
Encrypted Challenge
Text
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Access Point
Challenge Text
WEP Encryption of
Challenge Text
Encrypted Challenge Text
Authentication Decision
WEP Decryption of
Encrypted Challenge
Text
Shared Key Authentication
Node
Authentication Req
Access Point
Challenge Text
WEP Encryption of
Challenge Text
Node Approval
based on Decision
Encrypted Challenge Text
Authentication Decision
WEP Decryption of
Encrypted Challenge
Text
Κινητικότητα
A STA associated with a BSS
Poor connection quality ?
Yes
Scan the medium
Find a better connection ?
Yes
No
Reassociation request to new AP
Reassosiation response
Yes
No
STA has roamed to a new AP
New AP informs DS
Old AP is notified through DS
•Καμία ρύθμιση για τα πακέτα που θα χαθούν κατά τη διάρκεια
του handover (αφήνεται στα υψηλότερα επίπεδα - IP)
MT
MT
Εξέλιξη του 802.11
IEEE 802.11a
– compatible MAC
– now 5 GHz band
– OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
– transmission rates up to 54 Mbit/s
– close cooperation with BRAN (ETSI Broadband Radio Access
Network) - HIPERLAN/2
IEEE 802.11b
– combatible MAC
– higher data rates at 2.4 GHz
– Direct Sequence Spread Specrtum (Complemendary Code Keying)
– proprietary solutions already offer 10 Mbit/s
Characteristics
802.11
802.11b
802.11a
Hiperlan/2
Modulation
FH/DSSS
DSSS
OFDM
OFDM
Carrier
Frequency
2.4 GHz
2.4 GHz
5 GHz
5 GHz
Max Physical
Rate
2 Mb/s
11 Mb/s
54 Mb/s
54 Mb/s
Max Data Rate,
Layer 3
1.2 Mb/s
5 Mb/s
32 Mb/s
32 Mb/s
Medium Access
Control / Media
Sharing
CSMA/CA
CSMA/CA
CSMA/CA
Central Resource
Control /
TDMA/TDD
Connectivity
Conn.-less
Conn.-less
Conn.-less
Conn.-oriented
Multicast
Yes
Yes
Yes
Yes
IEEE 802.11e
Wireless LAN for QoS
Περιορισμοί του 802.11 σε QoS
• To DCF βασίζεται στον ανταγωνισμό και γι’ αυτό το λόγο δεν
παρέχει διαφοροποίηση της κίνησης και εγγυημένες
καθυστερήσεις ή απώλειες.
•Στο PCF το Beacon μπορεί να καθυστερήσει αν το κανάλι
χρησιμοποιείται για μετάδοση, καθυστερώντας τη μετάβαση σε
contention-free περίοδο.
•Στο PCF είναι άγνωστη η περίοδος μετάδοσης ενός τερματικού
στο οποίο δίνεται η άδεια μετάδοσης (polling).
EDCF
(Enhanced Distributed Coordination Function)
• CSMA/CA and Exponential Backoff
• Eight Traffic Categories (TCs) within one station
Inter Frame Space and Contention Window
newCW [TC]>=((oldCW[TC]+1)*PF)-1
HCF
(Hybrid Coordination Function)
Inter-Access Point Protocol
(IAPP) – 802.11f
• Στόχος του η δυνατότητα επικοινωνίας μεταξύ
Aps για την ανταλλαγή πληροφοριών, ώστε να
επιταχυνθεί η διαδικασία μεταπομπής.
• Θεωρητικά το IAPP δεν περιορίζεται μόνο για το
802.11, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε
άλλα συστήματα (π.χ. Bluetooth).
Διαδικασία Μεταπομπής
Μηνύματα IAPP
• Μεταδίδονται πάνω από TCP
• Το Move-Response περιέχει το Context Block
– “A container for information defined in other 802.11
standards that needs to be forwarded from one AP to
another upon reassociation of a MS”.
– Αποτελείται από μια μεταβλητή σειρά Information
Elements (IΕs) της μορφής:
– To 802.11f δεν ορίζει συγκεκριμένα ΙΕs, εξαρτάται από
τη χρήση του
Διαλειτουργικότητα WLANs με δίκτυα GPRS/UMTS
Corresponding
Node
HLR
(3)
(4)
GPRS/
UMTS
Internet
(2)
Authentication Server
(7)
IWU
(5)
AP
IP Gateway
WLAN
(6)
(1)
EAP-SIM
[email protected]