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6: Redes Inalámbricas y Móviles 6-1 Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

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Page 1: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-1

Capiacutetulo 6redes inalaacutembricas y moacuteviles

Computer Networking A Top Down Approach Featuring the Internet 3rd edition Jim Kurose Keith RossAddison-Wesley July 2004

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-2

Capiacutetulo 6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles

Antecedentes previos subscriptores de teleacutefonos inalaacutembricos

(moacuteviles) ahora supera subscriptores de teleacutefonos cableados

Redes de computadores laptops palmtops PDAs teleacutefonos Internet prometen libre acceso a Internet

Dos desafiacuteos importantes (pero diferentes) Comunicaciones sobre enlaces inalaacutembricos Manejo de usuarios que cambian su punto de

entrada a la red

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-3

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-4

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

wireless hosts laptop PDA

Teleacutefonos Corren aplicaciones Pueden ser fijos (no

moacuteviles) o moacuteviles wireless no siempre

significa movilidad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-5

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade Red

Estacioacuten base Tiacutepicamente

conectada a red cableada

relay ndash responsables por enviacuteo de paquetes entre red cableada y wireless host(s) en su ldquoaacutereardquo eg torres

celulares puntos de acceso 80211

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 2: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-2

Capiacutetulo 6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles

Antecedentes previos subscriptores de teleacutefonos inalaacutembricos

(moacuteviles) ahora supera subscriptores de teleacutefonos cableados

Redes de computadores laptops palmtops PDAs teleacutefonos Internet prometen libre acceso a Internet

Dos desafiacuteos importantes (pero diferentes) Comunicaciones sobre enlaces inalaacutembricos Manejo de usuarios que cambian su punto de

entrada a la red

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-3

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-4

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

wireless hosts laptop PDA

Teleacutefonos Corren aplicaciones Pueden ser fijos (no

moacuteviles) o moacuteviles wireless no siempre

significa movilidad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-5

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade Red

Estacioacuten base Tiacutepicamente

conectada a red cableada

relay ndash responsables por enviacuteo de paquetes entre red cableada y wireless host(s) en su ldquoaacutereardquo eg torres

celulares puntos de acceso 80211

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
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  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
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Page 3: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-3

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-4

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

wireless hosts laptop PDA

Teleacutefonos Corren aplicaciones Pueden ser fijos (no

moacuteviles) o moacuteviles wireless no siempre

significa movilidad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-5

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade Red

Estacioacuten base Tiacutepicamente

conectada a red cableada

relay ndash responsables por enviacuteo de paquetes entre red cableada y wireless host(s) en su ldquoaacutereardquo eg torres

celulares puntos de acceso 80211

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

  • Slide 1
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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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  • Slide 49
  • Slide 50
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Page 4: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-4

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

wireless hosts laptop PDA

Teleacutefonos Corren aplicaciones Pueden ser fijos (no

moacuteviles) o moacuteviles wireless no siempre

significa movilidad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-5

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade Red

Estacioacuten base Tiacutepicamente

conectada a red cableada

relay ndash responsables por enviacuteo de paquetes entre red cableada y wireless host(s) en su ldquoaacutereardquo eg torres

celulares puntos de acceso 80211

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 5: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-5

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade Red

Estacioacuten base Tiacutepicamente

conectada a red cableada

relay ndash responsables por enviacuteo de paquetes entre red cableada y wireless host(s) en su ldquoaacutereardquo eg torres

celulares puntos de acceso 80211

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 6: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-6

Elementos de una red inalaacutembrica

Infraestructurade red

Enlaces wireless Tiacutepicamente usados para

conectar moacutevil(es) a estacioacuten base

Tambieacuten usados como enlaces principales (backbone)

Protocolo de acceso muacuteltiple coordina acceso al enlace

Variadas tasa distancias de transmisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 7: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-7

Caracteriacutesticas de estaacutendares de enlaces inalaacutembricos

En ELO con plan de 10K$mes hemos medido80Kbps y 100 Kbps de subida con EDGE y HSDPA respectivamente

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 8: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-8

Elementos de una Red Inalaacutembrica

Infraestructurade red

Modo infraestructura Estacioacuten base

conecta moacuteviles a la red cableada

Handoff o handover moacutevil cambia de estacioacuten base que provee conectividad

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 9: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-9

Elementos de una red inalaacutembrica

Modo Ad hoc no hay estacioacuten

base Nodos soacutelo pueden

transmitir a otros dentro de su cobertura

nodos se organizan entre ellos en red proveen servicios de ruteo asignacioacuten de direcciones entre ellos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 10: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-10

Caracteriacutesticas de los enlaces inalaacutembricos

Diferencias con enlaces cableados hellip Potencia de la sentildeal reducida sentildeales de radio se

atenuacutean al propagarse (peacuterdidas de enlace) interferencia de otras fuentes frecuencias

estaacutendares de redes wireless (eg 24 GHz) compartidas con otros dispositivos (eg teleacutefonos) otros como motores interfieren tambieacuten

Propagacioacuten multitrayectoria sentildeal de radio se refleja en objetos y tierra llega a destino con diferencias de tiempo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 11: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-11

Caracteriacutesticas de las redes Inalaacutembricas

Transmisores y receptores inalaacutembricos muacuteltiples crean problemas adicionales (ademaacutes de acceso muacuteltiple)

AB

C

Problema del terminal oculto

B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan A C

no saben se su interferencia en B

A B C

Potencia de sentildeal A

espacio

Potencia de sentildeal C

Decaimiento de sentildeal B A se escuchan B C se escuchan A C no se escuchan e

interfieren en B

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
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Page 12: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-12

Acceso muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo - Code Division Multiple Access (CDMA)

Usado en varios estaacutendares de canales broadcast inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)

ldquoCoacutedigordquo uacutenico asignado a cada cliente ie coacutedigo define particioacuten

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia pero cada usuario tiene su secuencia de bits propia (ie coacutedigo tambieacuten llamado ldquochiprdquo) para codificar los datos

Sentildeal codificada = (data original) X (secuencia de chipping)

decodificacioacuten producto interno de la sentildeal codificada con la secuencia de chipping

Permite que muacuteltiples usuarios puedan ldquocoexistirrdquo y transmitir simultaacuteneamente con interferencia miacutenima (si el coacutedigo es ldquoortogonalrdquo es decir la suma de su producto es cero)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
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  • Slide 58
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Page 13: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-13

CDMA CodificacioacutenDecodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicmd0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutput

channel output Zim

Txcode

databits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0channeloutput

slot 1channeloutputRx

code

receivedinput

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 14: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-14

CDMA interferencia de dos-Txs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-15

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

63 IEEE 80211 wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 16: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-16

Pareacutentesis Revisioacuten 8023

Este repaso es necesario para entender direccionamiento al interior de la red

inalaacutembrica (capa 2)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 17: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-17

Direcciones MAC y ARP Direcciones IP son de 32-bit

Son direcciones de la capa de red Son usada para conducir un datagrama a la subred

(subnet) destino IP es jeraacuterquico y no es portaacutetil (depende de su

subnet)bull asignado por administrador de subnet

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 18: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-18

Direcciones MAC y ARP Direccioacuten MAC (usada en Ethernet)

Son usadas para conducir un datagrama de un interfaz a otra interfaz fiacutesicamente conectadas (en la misma red)

Son de 48 bits (en mayoriacutea de LANs) estaacuten grabadas en una ROM de la tarjeta adaptadora

Direcciones MAC administradas por IEEE Compantildeiacuteas compran porciones del espacio de

direcciones disponibles MAC no es jeraacuterquico es portaacutetil

bull Se puede mover una tarjeta de una LAN a otra

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 19: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-19

Direcciones LANs y ARPCada adaptador (tarjeta) en la LAN tiene una direccioacuten uacutenica

Direccioacuten de Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= adaptador

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(cableada o inalaacutembrica)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

  • Slide 1
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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
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  • Slide 49
  • Slide 50
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Page 20: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-20

ARP Address Resolution Protocol

Cada nodo IP (Host o Router) de la LAN tiene una tabla ARP

Tabla ARP mapea direcciones IP -gt MAC para algunos nodos de la LAN

lt IP address MAC address TTLgt TTL (Time To Live)

tiempo de expiracioacuten para el mapeo (tiacutepicamente 20 min)

Mismo nombre pero no confundir con TTL en encabezado IP

Pregunta coacutemo determinar la direccioacuten MAC sabiendola direccioacuten IP

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

237196723

237196778

237196714

237196788

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
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  • Slide 65
  • Slide 66
Page 21: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-21

Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacute en tabla ARP de A

A difunde (broadcasts) un paquete consulta ARP conteniendo la IP de B Direccioacuten destino MAC =

FF-FF-FF-FF-FF-FF Todas las maacutequinas de la

LAN reciben la consulta ARP

B recibe paquete ARP y responde a A con su direccioacuten MAC

La respuesta es enviada a la MAC de A (unicast)

A guarda el par IP-a-MAC en su tabla ARP hasta que la informacioacuten envejece (times out) La informacioacuten expira

a menos que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquo Los nodos crean sus

tablas de ARP sin intervencioacuten de la administradores

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
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  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
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  • Slide 50
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Page 22: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-22

Ruteo a otra LANSeguimiento enviacuteo de datagrama desde A a B

viacutea R asume que A conoce direccioacuten IP de

B

En router R hay dos tablas ARP una por cada interfaz (o por cada red LAN del router R)

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 23: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-23

A crea datagrama con fuente A y destino B A usa ARP para obtener la MAC de R para la interfaz

111111111110 A crea una trama (frame) con direccioacuten MAC de R como destino los

datos de la trama contienen el datagrama IP de A a B El adaptador de A enviacutea la trama El adaptador de R recibe la trama R saca el datagrama IP de la trama Ethernet y ve que el destino es

B R usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea la trama con el datagrama IP de A para B y lo enviacutea a B

A

RB

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 24: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-24

Algunas implementaciones de ARP actualizan la asociacioacuten IP-MAC cuando se recibe un mensaje de respuesta ARP auacuten cuando no se haya difundido una consulta ARP Muestre coacutemo esta debilidad puede ser explotada para hacer pasar por una maacutequina intermedia el traacutefico que se desea enviar al router

La maacutequina atacante puede enviar una respuesta ARP a la maacutequina A diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP del router Luego enviacutea una respuesta ARP al router diciendo que su MAC es la correspondiente a la IP de la maacutequina A

LAN

Router

Atacante que desea recibir traacutefico queA intenta hacer llegar al router

A

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
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  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
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Page 25: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-25

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

  • Slide 1
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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
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Page 26: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-26

Topologiacutea Estrella

En los 90 era comuacuten la topologiacutea Bus Hoy (2008) domina la topologiacutea estrella Elecciones de conexioacuten hub (en

extincioacuten) o switch

hub oswitch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 27: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-27

Estructura de trama Ethernet

El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u otro

protocolo de red) en la trama Ethernet

Preaacutembulo 7 bytes con patroacuten 10101010 seguido por un byte

con patroacuten 10101011 Usado para sincronizar la frecuencia de reloj del

receptor

Dir MACs

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 28: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-28

Estructura de Trama Ethernet Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe trama con direccioacuten destino propia o direccioacuten de broadcast (eg paquete ARP) eacuteste pasa los datos de la trama al protocolo de capa de red

de otro modo el adaptador descarta la trama

Tipo indica el protocolo de capa superior (principalmente IP pero hay otros como Novell IPX y AppleTalk)

CRC chequeado en receptor si un error es detectado la trama es simplemente descartada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
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  • Slide 54
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Page 29: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-29

Ethernet usa CSMACD

No hay slots (ranuras) Sensa por carrier

portador adaptador no transmite si otro adaptador lo estaacute haciendo

Detecta Colisiones adaptador transmisor aborta cuando eacuteste detecta que otro adaptador estaacute transmitiendo

Acceso Aleatorio Antes de intentar una retransmisioacuten el adaptador espera un tiempo aleatorio

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 30: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-30

Algoritmo CSMACD de Ethernet 1 El adaptador recibe un

datagrama de la capa de red y crea la trama

2 Si el adaptador sensa que el canal estaacute libre eacuteste comienza a transmitir la trama Si eacuteste sensa canal ocupado espera hasta que esteacute libre y transmite

3 Si el adaptador transmite la trama entera sin detectar colisioacuten se considera transmisioacuten lograda

4 Si el adaptador detecta otra transmisioacuten mientras transmite aborta y enviacutea una sentildeal de bloqueo (jam)

5 Despueacutes de abortar el adaptador entra en backoff exponencial despueacutes de la m-eacutesima colisioacuten el adaptador elige un K aleatorio entre 012hellip2m-1 El adaptador espera K512 periodos de 1 bit y retorna al paso 2

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
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6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-31

CSMACD de Ethernet (maacutes)

Sentildeal de bloqueo asegura que todos los transmisores detecten la colisioacuten 48 bits

Periodo de 1 bit 1 microsec en 10 Mbps Ethernet para K=1023 se esperaraacute alrededor de 50 msec

Backoff Exponencial Objetivo retransmisiones

intentan estimar la carga actual Alta carga espera aleatoria seraacute

mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 retardo es K 512 periodos de bits

Despueacutes de segunda colisioacuten elige K de 0123hellip

Despueacutes de 10 colisiones elige K de 01234hellip1023

La eficiencia es mucho mayor que ALOHA (ranurado o no)Revisar applet de Java en sitio del texto guiacutea

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

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Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

  • Slide 1
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  • Slide 14
  • Slide 15
  • Slide 16
  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
  • Slide 52
  • Slide 53
  • Slide 54
  • Slide 55
  • Slide 56
  • Slide 57
  • Slide 58
  • Slide 59
  • Slide 60
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  • Slide 63
  • Slide 64
  • Slide 65
  • Slide 66
Page 32: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-32

10BaseT y 100BaseT Tasas de 10100 Mbps 100 Mbps es llamado ldquofast

ethernetrdquo T significa Twisted Pair (par trenzado) Nodos se conectan a un hub ldquotopologiacutea estrellardquo

100 m es la distancia maacutexima entre nodo y hub

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 33: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-33

Hubs Hubs son esencialmente repetidores de capa

fiacutesica Los bits que ingresan por un enlace salen por

TODOS los otros No hay almacenamiento y reenviacuteo No hay CSMACD en hub el adaptador detecta

la colisioacuten

Par trenzado

hub

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 34: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-34

Programas como wireshark permiten monitorear todos los paquetes disponibles en el cable de la interfaz que eacutesta captura Suponga que usted necesita monitorear con wireshark todos paquetes de un brazo roboacutetico conectado a un switch iquestCoacutemo lo puede hacer

Ese monitoreo se puede realizar con facilidad usando un HUB el cual se conecta entre el switch y el brazo roboacutetico Asiacute conectamos nuestro computador con wireshark al hub y tenemos acceso a todo el traacutefico enviado y recibido por el brazo roboacutetico

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

  • Slide 1
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  • Slide 16
  • Direcciones MAC y ARP
  • Slide 18
  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
  • Slide 23
  • Slide 24
  • Slide 25
  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
  • Slide 34
  • Slide 35
  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
  • Slide 41
  • Switch Aislamiento de traacutefico
  • Slide 43
  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
  • Slide 46
  • Slide 47
  • Slide 48
  • Slide 49
  • Slide 50
  • Slide 51
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Page 35: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-35

Capa Enlace de Datos

51 Introduccioacuten y servicios

52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores

53 Protocolos de acceso muacuteltiple

54 Direccionamiento de capa enlace

55 Ethernet

56 Hubs y switches 57 PPP 58 Enlaces Virtuales

ATM y MPLS

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-49

80211 Canales asociacioacuten 80211b 24GHz-2485GHz espectro dividido en 11 canales

de frecuencias diferentes Administrador de AP elige frecuencia (canal) Posible interferencia canal puede ser el mismo al del AP

vecino

host deben asociarse con AP Rastrea canales escuchando por trama beacon que

contiene el nombre del AP (SSID) y dir MAC selecciona AP a cual asociarse Puede efectuar autentificacioacuten [Capiacutetulo 8] Tiacutepicamente corre DHCP para obtener IP en la subred del

AP

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-50

IEEE 80211 acceso muacuteltiple Abolir colisiones 2 o maacutes nodos transmitiendo al mismo tiempo 80211 CSMA ndash sensar antes de transmitir

Evita colisioacuten con transmisioacuten en curso de otros nodos 80211 no usa deteccioacuten de colisioacuten

Difiacutecil para receptor (sensar colisioacuten) cuando estaacute transmitiendo debido a pequentildea sentildeal recibida (desvanecimiento)

No puede sensar todas la colisiones terminal oculto desvanecimiento

meta abolir colisiones CSMAC(ollision)A(voidance)

AB

CA B C

Arsquos signalstrength

space

Crsquos signalstrength

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-51

IEEE 80211 Protocolo MAC CSMACA

80211 Tx1 si sensa canal libre por DIFS entonces

transmite trama entera (no CD)2 si sensa canal ocupado entonces

Inicia tiempo de backoff aleatoriotimer decrementa mientras canal estaacute

libreTransmite cuando el timer expirasi no hay ACK incrementa intervalo de

backoff aleatorio repite 2

80211 Rx- si trama recibida es OK retorna ACK despueacutes de SIFS (ACK

necesario debido ademaacutes a problema del terminal oculto)

sender receiver

DIFS

data

SIFS

ACK

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-52

Abolicioacuten de colisiones (cont)

idea permitir a Tx ldquoreservarrdquo el canal en lugar de acceso aleatorio de tramas abolir colisiones de largas tramas de datos

Tx primero transmite request-to-send (RTS) pequentildeo a BS (AP) usando CSMA RTSs pueden colisionar entre siacute (pero son cortos)

BS difunde un clear-to-send CTS en respuesta a RTS CTS es escuchado por todos los nodos

Tx transmite su trama Otras estaciones posponen su transmisioacuten

Permite abolir colisiones de tramas de datos completa-mente usando paquetes de reserva pequentildeos

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-53

Abolicioacuten de Colisiones RTS-CTS

APA B

time

RTS(A)RTS(B)

RTS(A)

CTS(A) CTS(A)

DATA (A)

ACK(A) ACK(A)

reservation collision

Pospone tx

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-54

bulliquestQueacute mecanismo propone Wifi para resolver el problema de terminal oculto

Wifi usa mensajes RTS (request to send) y CTS (clear to send) para reservar el canal y asiacute permitir que a traveacutes de los CTS los terminales ocultos se enteren del uso del canal por parte de otro terminal Ademaacutes estos mensajes sentildealan el tiempo que el canal es reservado

Veremos con detencioacuten maacutes adelante

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-55

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

Trama 80211 direccionamiento

Address 2 dir MAC delhost wireless o AP transmisor de trama

Address 1 dir MAC del host wireless o AP receptor de trama

Address 3 dir MACDe interfaz del router al cual el AP estaacute conectado

Address 4 usada soacutelo en modo ad hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-56

Internetrouter

AP

H1 R1

AP MAC addr H1 MAC addr R1 MAC addr

address 1 address 2 address 3

Trama 80211

R1 MAC addr H1 MAC addr

dest address source address

Trama 8023

Trama 80211 direccionamiento

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-57

framecontrol

durationaddress

1address

2address

4address

3payload CRC

2 2 6 6 6 2 6 0 - 2312 4

seqcontrol

TypeFromAP

SubtypeToAP

More frag

WEPMoredata

Powermgt

Retry RsvdProtocolversion

2 2 4 1 1 1 1 1 11 1

Trama 80211 contDuracioacuten del tiempo de Txreservado (RTSCTS)

sec trama(para ARQ confiable)Automatic Repeat-reQuest

Tipo de trama(RTS CTS ACK data)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-58

hub or switch

AP 2

AP 1

H1 BBS 2

BBS 1

80211 movilidad dentro de la misma subred

router H1 permanece en la

misma subred IP dir IP se mantiene igual

switch queacute AP estaacute asociado con H1 Auto-aprendizaje (Ch

5) switch veraacute tramas de H1 y recuerda queacute puerta del switch es usada para llegar a H1

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-59

Mradius ofcoverage

S

SS

P

P

P

P

M

S

Master device

Slave device

Parked device (inactive)P

80215 redes de aacuterea personal Menos de 10 m diaacutemetro Reemplazo de cables

(mouse keyboard headphones)

ad hoc no infraestructura maestroesclavos

Esclavos requieren permiso para Tx (al maestro)

Maestro concede permiso

80215 evoluciona de especificacioacuten Bluetooth Banda de radio 24-25 GHz hasta 721 kbps

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-60

Capiacutetulo 6 Contenidos61 Introduccioacuten Wireless 62 Enlaces Wireless

caracteriacutesticas CDMA

Pareacutentesis 8023 63 IEEE 80211

wireless LANs (ldquowi-firdquo)

64 Acceso a Internet viacutea celular arquitectura estaacutendares (eg

GSM)

Movilidad 65 Principios

direccionamiento y ruteo de usuarios moacuteviles

66 IP moacutevil 67 Manejo de

movilidad en redes celulares

68 Movilidad y protocolos de capas superiores

69 Resumen

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-61

Mobile Switching

Center

Public telephonenetwork andInternet

Mobile Switching

Center

Componentes de arquitectura de red Celular

conecta celdas a WAN administra establecimiento de llamadas (maacutes luego) maneja movilidad (maacutes luego)

MSC

cubre regioacuten geograacutefica base station (BS) anaacuteloga a 80211 AP usuarios moacuteviles conectados a red viacutea BS interfaz aeacuterea protocolo capa fiacutesica y enlace entre moacutevil y BS

celdas

Red cableada

Nota Falta el Base Station Controller (BSC)

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-62Fuente GSM Wikipedia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-63

Redes Celulares El primer salto

Dos teacutecnicas para compartir espectro de radio entre moacutevil y BTS (base transceiver station o antena)

FDMATDMA combinado divide espectro en canales de frecuencias divide cada canal en ranuras de tiempo

CDMA code division multiple access

frequencybands

time slots

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-64

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 2G canales de voz IS-136 TDMA FDMATDMA combinado

(Ameacuterica del norte) GSM (global system for mobile

communications) FDMATDMA combinado Maacutes ampliamente difundido (Usado hoy -2008- en

Chile)

IS-95 CDMA code division multiple access

IS-136 GSM IS-95GPRS EDGECDMA-2000

UMTS

TDMAFDMANo nos ahoguemos en una sopa de alfabetoUsemos esto soacutelo como referencia

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-65

Estaacutendar Celulares resumen breveSistemas 25 G voz y canales de datos Para aquellos que no pueden esperar servicios 3G

extensiones 2G general packet radio service (GPRS)

Evoluciona de GSM Enviacutea datos en muacuteltiples canales (si los dispone)

enhanced data rates for global evolution (EDGE) Tambieacuten evolucionoacute de GSM usando modulacioacuten

mejorada Tasa de datos hasta 384K

CDMA-2000 (phase 1) Tasa de datos hasta 144K Evolucionoacute de IS-95

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-66

Estaacutendar Celulares resumen breve

Sistemas 3G voz y datos Universal Mobile Telecommunications Service

(UMTS) Proacuteximo paso de GSM pero usando CDMA

CDMA-2000

hellip maacutes (y maacutes interesante) toacutepicos celulares debido a movilidad (esteacuten sintonizados por detalles)

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  • Direcciones MAC y ARP
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  • Direcciones LANs y ARP
  • ARP Address Resolution Protocol
  • Protocolo ARP Dentro de la misma LAN (network)
  • Ruteo a otra LAN
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  • Topologiacutea Estrella
  • Estructura de trama Ethernet
  • Estructura de Trama Ethernet
  • Ethernet usa CSMACD
  • Algoritmo CSMACD de Ethernet
  • CSMACD de Ethernet (maacutes)
  • 10BaseT y 100BaseT
  • Hubs
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  • Switches
  • Reenviacuteo
  • Auto aprendizaje
  • Filtrado y re-enviacuteo
  • Ejemplo de Switches
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  • Switch Aislamiento de traacutefico
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  • Switches accesos dedicados
  • Switches vs Routers
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Page 36: Capítulo 6 redes inalámbricas y móviles - Inicioprofesores.elo.utfsm.cl/~agv/elo323/2s12/lectures/WirelessAnd... · protocolos de capas superiores 6.9 Resumen. 6: Redes Inalámbricas

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-36

Switches

Dispositivo de capa enlace de datos Almacena y re-enviacutea tramas Ethernet Examina encabezados de tramas y

selectivamente re-enviacutea tramas basado en direccioacuten MAC destino

Cuando debe re-enviar una trama usa CSMACD para acceder al medio

Transparente Hosts no notan la presencia de switches

Plug-and-play y aprenden solos Switches no requieren ser configurados

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-37

Reenviacuteo

bulliquestCoacutemo determinar en queacute segmento LAN enviar la tramabull Similar a problema de ruteo

hub

hubhub

switch1

2 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-38

Auto aprendizaje

Cada switch tiene una tabla de conmutacioacuten (switching table) Entradas de la tabla del switch

(Direccioacuten MAC Interfaz Marca de tiempo) Entradas antiguas son descartadas (TTL ~60 min)

Switches aprenden queacute hosts se encuentra en queacute interfaz Cuando una trama es recibida el switch ldquoaprenderdquo la

localizacioacuten del Tx viendo el segmento LAN de llegada Graba el par Txlocalizacioacuten en tabla del switch

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-39

Filtrado y re-enviacuteoCuando un switch recibe una tramaBusca en su tabla usando la direccioacuten MAC destinoif encuentra entrada para el destino

then if destino estaacute en segmento desde donde llegoacute trama

then descarte trama else re-enviacutee la trama a la interfaz indicada else inunde Registre direccioacuten origen

Re-enviacutee en todas la interfacesexcepto la de llegada

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-40

Ejemplo de Switches

Supongamos que C enviacutea una trama a D

El switch (o bridge) recibe trama de C Anota en tabla del switch que C estaacute en interfaz 1 Debido a que D no estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama a interfaces 2 y 3

La trama es recibida por D

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

Direccioacuten interfaz

ABEGC

11231

12 3

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-41

Ejemplo de Switches

Supongamos que D responde a C con otra trama

El switch recibe la trama de D Y anota en su tabla que D estaacute en interfaz 2 Debido a que C ya estaacute en la tabla el switch re-enviacutea

la trama soacutelo por interfaz 1

La trama es recibida por C

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

direccioacuten interfaz

ABEGCD

112312

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-42

Switch Aislamiento de traacutefico El uso de un switch divide la subred en segmentos de

LAN (para efectos de colisiones por ejemplo)

El switch filtra paquetes Las tramas de una mismo segmento de la LAN no son

re-enviados normalmente a los otros segmentos Los segmentos pasan a ser dominios de colisioacuten

separados

hub hub hub

switch

Dominio de colisioacuten Dominio de colisioacuten

Dominio de colisioacuten

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-43

Alguien se pregunta iquestPor queacute los switches ocupan CSMACD cuando enviacutean datos siendo que usan dos pares trenzados para enviar datos y dos para recibir datos Puede usted dar una explicacioacuten

Los switches funcionan igualmente si en una de sus bocas tiene conectando otro switch o un hub Cuando se conecta un hub el switch debe usar CSMACD pues cuando el par receptor de datos estaacute activo todos los pares receptores de los equipos el hub lo estaraacute El enviacuteo de datos por parte del switch en este caso generaraacute colisioacuten Cuando el switch tiene conectado otro switch en una se sus bocas ocurre lo mismo cuando el segundo switch replica los datos en todas las bocas antes de saber la ubicacioacuten del destinatario

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-44

Switches accesos dedicados Switch con muchas

interfaces Cada host tiene conexioacuten

directa al switch No hay colisiones full

duplex

Conmutacioacuten puede haber comunicacioacuten A-a-Arsquo y B-a-Brsquo simultaacuteneamente no hay colisiones

switch

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-45

Switches vs Routers Ambos son dispositivos de almacenamiento y re-

enviacuteo Routers son dispositivos de capa de red (examinan

encabezados de capa de red) Switches son dispositivos de capa enlace de datos

Routers mantienen tablas de ruteo implementas los algoritmos de ruteo

Switches mantienen las tablas de switches implementan filtrado y algoritmos de aprendizaje

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-46

Fin del pareacutentesis 8023

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-47

IEEE 80211 Wireless LAN 80211b

24-25 GHz espectro de radio ldquono licenciadordquo

hasta 11 Mbps Direct sequence

spread spectrum (DSSS) en capa fiacutesica

bull Todos los hosts usan el mismo coacutedigo de chip

Ampliamente difundido usando estaciones bases

80211a Rango 5-6 GHz hasta 54 Mbps

80211g Rango 24-25 GHz hasta 54 Mbps

Todos usan CSMACA para acceso muacuteltiple

Todos tienen versiones con estacioacuten base y ad-hoc

6 Redes Inalaacutembricas y Moacuteviles 6-48

80211 Arquitectura LAN

Hosts inalaacutembricos se comunican con estacioacuten base Estacioacuten base= access

point (AP) Basic Service Set (BSS)

(aka ldquocellrdquo) en modo infraestructura contiene Hots inalaacutembricos access point (AP)

Estacioacuten base Modo ad hoc soacutelo hosts

BSS 1

BSS 2

Internet

hub switcho routerAP

AP

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80211 Canales asociacioac