Презентация на тему Основы теории wi-fi. Новые системы телеком

WLAN, 1997 г, 1 Mbps и 2 Mbps, 2.4

GHz RF. В настоящее время часть 802.11b
IEEE 802.11a - стандарт 1999 г, 54 Mbps, 5 GHz RF
IEEE 802.11b - расширение 802.11, 5.5 and 11 Mbps (1999), 2.4 GHz
IEEE 802.11e - расширение для использования средств мультимедиа (2005)
IEEE 802.11F - Inter-Access Point Protocol (2003), описывает процедуру аутентификации при перемещении клиента между точками доступа
IEEE 802.11g - стандарт 2003 г, 54 Mbit/s, 2.4 GHz (обратно совместим с b)
IEEE 802.11i - расширение для использования шифрования WPA2 (2004)
IEEE 802.11n - стандарт 2008 г, увеличение скорости передачи до 600 Mbps, 2.4 & 5 Ghz RF
IEEE 802.11s - расширение для использования технологии Mesh
IEEE 802.11k - bandsteering (2.4 и 5 GHz)
IEEE 802.11r - fast roaming
IEEE 802.11u - (Hotspot 2.0) интеграция Wi-Fi с сетями других стандартов
IEEE 802.11ac - cкорость передачи данных — до 6,77 Gbps (MIMO 8x8). Утвержден в январе 2014 года.
IEEE 802.11ad - cтандарт с дополнительным диапазоном 60 ГГц (частота не требует лицензирования). Скорость передачи данных — до 7 Гбит/с.

системы:
- Используется минимальная полоса для передачи сигнала
- Узкая полоса,

высокая мощность передачи сигнала
- Подвержены интерференции

Расширенный спектр:
- Используемая полоса много больше, чем необходимо для передачи информации
- Широкая полоса – низкая мощность передачи сигнала
- При интерференции теряется только небольшая часть информации, которая может быть передана повторно

Ограниченная пропускная способность (

– Устойчивость к многолучевой интерференции
– В наст. время используется в Bluetooth (802.15)

Технологии распределённого спектра (Spread spectrum)

– Высокая пропускная способность
– Простота реализации
– Более высокая

скорость кодирующей последовательности обеспечивает устойчивость к интерференции
– Реализуются различные методы модуляции несущих
– Множество информационных несущих
– В настоящее время используется в 802.11 WLAN

2.4 GHz Band

Каждый бит информации кодируется 11-ю битами кода. DSSS используется

в 802.11, получаемые скорости 1 и 2 Мбит/с.
HR-DSSS (высокоскоростная DSSS технология) использует 8-ми битное избыточное кодирование CCK (Complementary Code Keying). CCK используется в 802.11b. CCK позволяет кодировать 4 бита данных 8-ми битным кодом – 5.5 Мбит/с, 8 бит данных 8-ми битным кодом – 11 Мбит/с.

Технологии распределённого спектра

мультиплексирование) – технология, используемая в 802.11а стандарте, позволяет передавать

данные до 54 Мбит/с. OFDM не является технологией расширенного спектра, но обладает похожими свойствами: низкая мощность передачи, использование более широкой полосы, чем требуется для передачи данных. OFDM использует 52 субчастоты, 48 используется для передачи данных, 4 – служебные.
ERP-OFDM – Extended Rate Physical OFDM – расширение OFDM для диапазона 2.4 ГГц. Используется в 802.11g стандарте, также позволяет передавать данные до 54 Мбит/с.

каналов
ETSI 13 каналов
Japan 14 каналов
По стандарту между несущими должен

быть разнос не менее 25 МГц, т.о. в 802.11 b/g может быть 3 непересекающихся канала – обычно 1, 6, 11.

службы) – точка доступа и клиент/клиенты. Базовый означает только

одна ТД/”одна сота”
BSS относится к “инфраструктурному режиму” --режим, который требует ТД. Весь беспроводной трафик проходит через точку доступа. Прямой обмен клиент-клиент не допускается.
BSS имеет уникальный SSID

WLAN (от 2 до 32 символов)
SSID устанавливаются администратором

на ТД (м.б. несколько SSID на ТД)
SSID включается во все пакеты на WLAN (в т.ч. в кадры beacon, probe request, probe response)
Только устройства с равными SSID могут обмениваться информацией
На клиентской станции необходимо указать с каким SSID (с какой WLAN) она будет работать

два или более BSS соединенных через распределительную сеть.
Все

пакеты в ESS должны проходить через одну из ТД.

не имеет ТД. Покрывает одну ячейку и имеет один

SSID.
IBSS известна как ad-hoc сеть (равный с равным).
Для передачи данных вне IBSS один из клиентов должен действовать как шлюз или маршрутизатор.

ТД к клиенту (в инфраструктурном режиме) или от клиента-к-клиенту

(в ad-hoc режиме) для организации и синхронизации беспроводной связи.
Beacon обслуживает следующие функции:
– Синхронизация (станции корректируют свои часы, получают информацию о beacon интервале);
– Параметры DSSS (информация о канале);
– Информация об SSID;
– TIM (Traffic Indication Map) (указывает для какого клиента есть пакеты в буфере ТД);
– Поддерживаемые скорости (информирует клиентов о поддерживаемых ТД скоростях).

SSID, канал, синхронизация, поддерживаемые скорости и др.
Клиенты пассивно

сканируют радиоканалы для приема beacons.
Клиенты выбирают ТД с “правильным” SSID и пробуют ассоциироваться с ней.

Если несколько ТД используют один SSID, то выбирается соединение с наилучшими параметрами (сила сигнала, минимальные ошибки и т.п.).
Клиенты остаются в режиме сканирования (для обеспечения роуминга/ хэндовера к другой ТД).

– SSID, канал, поддерживаемые скорости и др;
– SSID м.б.

Broadcast SSID.

Если указан конкретный SSID, то отвечает ТД с этим SSID, если указан broadcast SSID, то отвечать будут все станции в зоне досягаемости станции.
После определения ТД, через которую станция подключится к сети, начинается процесс аутентификации и ассоциации.

проверки идентичности беспроводного узла (PC карты, USB адаптера, но

не пользователя) сетью к которой узел пытается подключиться (т.е. что это тот узел за которого он себя выдает).
– Клиент посылает кадр аутентификационного запроса к ТД;
– ТД либо принимает, либо отвергает этот запрос, уведомляя клиента кадром аутентификационного ответа.
Процесс аутентификации может выполняться на ТД или ТД может передать это право далее вверх по потоку аутентификационному серверу (например, RADIUS).
Ассоциация – состояние в котором клиенту позволено передавать данные через ТД.
– После успешного завершения аутентификации станция посылает кадр запроса на ассоциацию (assotiation request);
– ТД отвечает кадром assotiation response позволяя или запрещая ассоциацию.

совпадения SSID
- WEP для шифрования трафика
Состоит из 4-х

шагов:
1. клиент шлёт AUTH фрейм на ТД;
2. ТД отвечает клиенту ACK;
3. ТД шлёт клиенту AUTH фрейм с подтверждением аутентификации;
4. клиент отвечает ТД ACK.

ключей WEP;
– Более уязвимый и менее безопасный метод

(по сравнению с Open System). Состоит из 8-ми шагов.
1. клиент шлёт на ТД AUTH фрейм с указанием использования Shared Key аутентификации;
2. ТД отвечает ACK;
3. ТД шлёт клиенту 2-й AUTH фрейм с содержанием 128 бит текста, который должен быть зашифрован;
4. клиент отвечает ACK;
5. клиент шифрует текст, используя статический WEP алгоритм и шлёт его на ТД в 3-м AUTH фрейме;
6. ТД отвечает ACK;
7. ТД расшифровывает текст и сравнивает с исходным. При совпадении результата клиенту отсылается 4-й AUTH фрейм, подтверждающий аутентификацию, при несовпадении – отвергающий;
8. клиент отвечает ACK.

схему взаимной аутентификации клиента и ТД. Схема использует сервер

аутентификации и протокол аутентификации;
– EAP представляет и обрабатывает пользовательские мандаты ( цифровой сертификат, имя-пароль, ID и т.п.). EAP-MD-5, LEAP, EAP-TLS, EAP-TTLS, EAP-SRP, EAP-SIM – различные реализации EAP.

WPA (Wi-Fi Protected Access)/WPA2 (802.11i) – метод защиты и целостности данных использующий управление ключами и новейшие математические методы шифрования
WPA(WPA2) -PSK – SOHO аутентификация

response
- Reassociotion request & response
- Probe request

& response
- Beacone
- ATIM
- Disassociation
- Authentification
- Deauthefication
Control Frames
- Request to sent (RTS)
- Clear to sent (CTS)
- Acknowledgement (ACK)
- Power-Save poll (PS poll)
- Contention-Free End (CF End)
- CF End + CF Ack
Data Frames

наличие коллизий в WLAN, поэтому используется CSMA/CA (Collision Avoidance)

вместо CSMA/ CD (в Ethernet)
CDMA/CA
– Передающая станция посылает пакет;
– Принимающая станция шлет обратно ACK, если она приняла пакет;
– Если посылающая станция не получает ACK, значит предполагается наличие коллизии и передача будет повторена;
– Если физические или логические механизмы станции определяют занятость среды передачи, то после освобождения среды станция начнет передавать через случайный промежуток времени (random back off time).

групповые (multicast) пакеты.
Уменьшение порога фрагментации позволяет увеличить производительность

если наблюдается большой уровень ошибок.

Adaptive Rate Selection (ARS) – метод динамического уменьшения скорости

передачи на WLAN станции.
Изменение скорости происходит при ухудшении уровня принимаемого сигнала.
Скорость устанавливается к заданным дискретным значениям.

доступа к среде передачи (определенный в 802.11), использующий CSMA/CA.

Режим DCF используется во всех WLAN архитектурах (BSS, ESS, IBSS).

Point Coordination Function (PCF) – режим передачи, допускающий свободный от конкуренции доступ к среде передачи путем использования механизмов опроса (polling).
PCF дает возможность реализации механизмов QoS.
Не может быть применен в конфигурации ad-hoc.
DCF может использоваться без PCF. PCF – нет.
PCF создает большой избыточный трафик (overhead) и менее масштабируем, чем DCF.

доступом к среде передачи
Три типа IFS
– SIFS

– Short IFS (10 мксек) – время, после которого посылаются кадры: RTS, CTS, ACK. Обеспечивает максимальный приоритет доступа к среде передачи;
– PIFS – Point Coordination IFS (30 мксек) – используется в режиме PCF. Обеспечивает приоритет режима PCF перед DCF;
– DIFS – Distributed Coordination IFS (50 мксек) – время после которого станции в режиме DCF начинают “борьбу” за доступ к среде передачи (Contention Period).

В течение PCF ТД опрашивает станции на необходимость посылки

данных
Если станция желает послать данные, она отправляет один кадр, если нет – возвращает null кадр для ТД
Опрос (polling) продолжается в течение Contention-Free периода
Затем станция переходит в DCF режим
Суперкадр заканчивается с концом CP (Contention Period)

захватывает среду передачи для опроса. После CFP ТД переключается

в режим DCF.

PCF и DCF

CP станция считает ее random back off (rand *

slot time);
В конце каждого slot time периода проверяется занятость среды и станция с наименьшим временем первая получает контроль среды передачи;
Станция посылает данные;
Получающая станция ждет SIFS перед посылкой ACK станции, передающей данные;
Передающая станция получает ACK и процесс начинается сначала с новым DIFS.

на основе RSSI (Received Signal Strength Indicator);
– Логический,

использующий Network Allocation Vector (NAV) и реализуется через RTS/CTS протокол (расширение CDMA/CA).
По умолчанию “OFF”. Целесообразно использовать при наличии большого количества коллизий в сети.

(установит поле NAV для всех станций, слышавших этот кадр

на время необходимое для завершения передачи плюс возвращение ACK).
Кадр CTS – ответ на RTS, чтобы гарантировать, что все остановят передачу.
ACK – используется для уведомления посылающей станции, что данные прибыли в читаемом формате на принимающую станцию.

к другой, сохраняя соединение для приложений верхних уровней.
За принятие

решения переходе на другую ТД отвечает клиентская сторона, при этом на новую ТД шлёт REASSOCIATION request:
1. Клиент шлёт Reassociation request на APnew, в котором содержится SSID, MAC APold;
2. APnew отвечает ACK;
3. APnew связывается с APold, уведомляя её, что клиент пытается выполнить ассоциацию к ней. Данная процедура не описана в стандарте, существует IAPP, реализуемый каждым вендором по-своему;
4. При успешном соединении ТД APold шлёт ACK APnew;

ACK на APnew. Клиенту не обязательно отправлять Disassociation фрейм

на APold, т.к. подразумевается, что APold и APnew успешно обменялись фреймами 3 и 4 через среду передачи (distribution system medium).