seer_04_wi_fi_ieee_802_11
TRANSCRIPT
1
Cuprins
3. Tehnologia de acces Wi-Fi ..................................................................................................... 2
3.1 Aspecte introductive ......................................................................................................... 2
3.2 Noţiuni de bază despre standardul IEEE 802.11 ............................................................. 3
3.2.1 Topologia reţelelor .................................................................................................... 3
3.2.2 Evoluţia standardului IEEE 802.11 ........................................................................... 4
3.2.3 Standardul Iniţial ....................................................................................................... 5
3.2.4 Standardele curente ................................................................................................... 5
3.2.5 Lista standardelor și amendamentelor existente în cadrul Grupului de Lucru IEEE
802.11 al Asociației de Standardizare IEEE .................................................................... 12
3.2.6 Certificarea produselor destinate reţelelor fără fir .................................................. 15
3.3 Stratul fizic al rețelelor fără fir (PHY) ........................................................................... 15
3.3.1 Canalele radio în standardul 802.11 ........................................................................ 15
3.3.2 Parametrii semnalului OFDM ................................................................................. 18
3.3.3 Prelucrarea semnalului OFDM ............................................................................... 20
3.3.4 Antrenarea receptorului pentru prelucrarea datelor (training) ................................ 21
2.4 Stratul de Control al Accesului la Mediu (MAC) .......................................................... 26
2.4.1 Aspecte generale ..................................................................................................... 26
3.4.2 Descrierea substratului Controlul Accesului la Mediu ........................................... 27
3.4.3 Tehnici specifice stratului de Control Accesului la Mediu 802.11 ........................ 34
3.4.3 Structura cadrului MAC si modul de adresare ........................................................ 40
3.4.4 Algoritmul de asociere a unei Stații la un Punct de Acces ...................................... 44
3.4.5 Sincronizarea şi Economisirea Energiei .................................................................. 44
2
3. Tehnologia de acces Wi-Fi
3.1 Aspecte introductive
În prezent când reţelele locale de calculatoare fără fir (WLA�) bazate pe
standardul IEEE 802.11b/g (Wi-FiTM
) sunt aşa de răspândite puţini se mai
gândesc că în urmă cu cca 20 de ani astfel de reţele erau rezervate unor aplicaţii
de nişă.
În acest capitol vor fi descrise reţelele Wi-FiTM şi modul în care standardul
802.11 a evoluat şi continuă să evolueze cu scopul de a oferi rate tot mai mari de
transmisie a datelor şi o calitate a serviciului tot mai ridicată.
Vor fi analizate elementele care stau la baza standardului actual folosit în
domeniul reţelelor fără fir: 802.11-2007, prezentarea realizându-se pentru cele
două straturi de la baza Modelului de Referinţă OSI: Stratul Fizic (PHY) și
stratul de Control al Accesului la Mediu (MAC).
Se va evidenţia faptul că ultimele variante, şi cele mai performante ale
standardului, folosesc tehnica de modulaţie OFDM şi se vor analiza câteva
aspecte specifice.
Ajungând cu prezentarea la stratul conexiunii, se va evidenţia modul în
care este realizat accesul dispozitivelor la rețeaua fără fir și modul în care sunt
transmise pachetele de date prin protocoalele de la stratul MAC.
3
3.2 Noţiuni de bază despre standardul IEEE 802.11
3.2.1 Topologia reţelelor
Echipamentele WiFi sunt fie staţii fie puncte de acces. Staţiile (STA) sunt
echipamente client. Ele pot fi încorporate într-un card LAN instalat pe un
desktop, într-un adaptor USB, într-un card PC sau PCMCIA, ori pot fi integrate
în calculatoare portabile (laptop) sau alte dispozitive. Punctele de acces (AP)
formează o punte între reţelele fără fir şi cele cu fir. Fiecare echipament dintr-o
reţea fără fir include un transceiver radio.
Se spune că se formează un Set de Serviciu de Bază (SSB, BSS) atunci
când două sau mai multe staţii s-au recunoscut una pe alta şi au format o reţea.
Reţeaua poate fi configurată în două variante:
• Reţea Peer-to-peer (modul ad-hoc) – Această configuraţie este
asemănătoare cu configuraţiile cu fir, cu observaţia că lipsesc cablurile.
Două sau mai multe staţii pot comunica una cu alta fără existenţa unui
punct de acces. Când două sau mai multe staţii formează o reţea ad-hoc,
aceasta este denumită Set de Serviciu de Bază Independent (SSBI -
IBSS).
• Reţea Client/Server (reţea structurată) – Această configuraţie constă în
multiple staţii conectate la un punct de acces, care se comportă ca o
punte către o reţea cu fir. Un BSS în această configuraţie este referit ca
lucrând în modul infrastructură.
Un Set de Serviciu Extins (SSE-ESS) se constituie atunci când mai multe
seturi de bază suprapuse (fiecare conţinând un AP) sunt conectate împreună
printr-un sistem de distribuţie (de obicei - un LAN Ethernet cu fir). Seturile ale
căror raze de acoperire se suprapun trebuie să transmită pe canale diferite pentru
a evita interferenţele.
4
Distanţa până la care un punct de acces interacţionează cu staţiile este de
până la 100 m (în funcţie de rata de transmisie a datelor), însă raza generală a
unui ESS este limitată doar de raza de acoperire a sistemului de distribuţie cu fir.
De asemenea, seturile extinse pot acoperi noi arii, pe raze de până la mai mulţi
kilometri, folosind conexiuni wireless cu antene directive.
Figura 3.2.1 Set de Serviciu Extins tipic
3.2.2 Evoluţia standardului IEEE 802.11
Comitetul pentru Standardizare 802 al IEEE a elaborate seriile de standarde
denumite IEEE 802.x3, care iniţial cuprindeau reţele locale (LAN) şi
metropolitane (MAN), iar acum includ şi reţele personale (PAN precum
BluetoothTM, Zigbee etc.). IEEE 802 se limitează la standardizarea proceselor şi
procedurilor care corespund primelor două straturi din Modelul de Referinţă
OSI: stratul de Control al Accesului la Mediu (MAC) şi stratul Fizic (PHY).
Comitetul este împărţit în Grupuri de Lucru (Working Groups) numerotate
de la 802.1 la 802.23. Fiecare grup de lucru studiază diferite subiecte legate de
reţelele de transmisiune de date şi dezvoltă standarde care sunt apoi denumite cu
codul grupului care le-a produs. Primele două grupuri 802.1 (securitatea,
managementul reţelei) şi 802.2 (Controlul Logic al Legăturii) se ocupă de
standarde care se aplică atât la reţelelor cu fir cât şi la cele fără fir. Grupul de
lucru 802.11 creează standarde pentru reţelele locale fără fir (WLAN), 802.15
5
pentru reţelele personale (PAN) fără fir, iar 802.16 pentru reţele metropolitane
fără fir. Grupurile de lucru sunt împărţite, mai departe, în Grupuri de Acţiune
(Task Groups), notate de la “a” la “z” care studiază diverse completări şi
îmbunătăţiri care pot fi aduse standardelor. Unele dintre completări sunt
considerate opţionale de către IEEE şi este posibil să nu devină un standard
acceptat de industrie.
3.2.3 Standardul Iniţial
Primul standard pentru reţele Ethernet fără fir, IEEE 802.11, a fost adoptat
în1997 şi îmbunătăţit în 1999. El specifica trei tehnologii diferite pentru stratul
fizic(PHY):
• infraroşu difuz – la viteza de 1Mbps,
• spectru împrăştiat cu salturi în frecvenţă (FHSS) şi
• spectru împrăştiat tip secvenţă directă (DSSS).
Ultimele două tehnologii ofereau viteze de până la 2 Mbps lucrând în
banda de 2,4 GHz (ISM). Din cauză că reţelele cu fir de la acea dată permiteau
viteze de până la 10 Mbps la costuri mult mai mici, standardul iniţial a avut un
succes limitat.
3.2.4 Standardele curente
După anul 1999 standardul iniţial a evoluat în două direcţii:
• Grupul de acţiune 802.11b a creat specificaţia cu acelaşi nume care
necesită o rată de transmisie de până la 11 Mbps (comparabilă deci cu
reţelele tradiţionale) şi care menţine compatibilitatea cu standardul iniţial;
lucrează în aceeaşi gamă de frecvenţe de lucru, 2,4 GHz, şi constituie o
extensie directă a tehnicii de modulaţie DSSS.
6
• Pentru a atinge o viteză maximă de 11 Mbps 802.11b încorporează o
schemă de codare mai eficientă bazată pe coduri complementare (CCK-
Complementary Code Keying). A fost concepută şi o a doua schemă de
codare, Codare Convoluţională Binară în Pachete (PBCC-Packet Binary
Convolutional Code), ca o opţiune pentru performanţe mai ridicate (22
Mbps), deoarece ea asigură un câştig de 3 dB la codare.
• Grupul de acţiune 802.11a, s-a constituit în timpul dezvoltării 802.11b şi
care a făcut publice rezultatele în aceeaşi perioadă cu acesta; El a vizat o
bandă de frecvenţe diferită, cea de 5,2 GHz (U-NII), obţinând viteze de
transfer de până la 54 Mbps. Spre deosebire de 802.11b, care foloseşte
modulaţie cu o singură frecvenţă purtătoare, 802.11a foloseşte tehnica de
modulaţie OFDM. Specificaţia 802.11a impune folosirea unui cod
corector de erori, rezultând astfel o rată de transmisie utilă în jurul a
20Mbit/s. Deoarece se utilizează spectrul radio din jurul frecvenţei de 5
GHz, 802.11a nu este compatibil cu 802.11b sau cu standardul iniţial
802.11.
Pe piaţă, primele au apărut produsele bazate pe standardul 802.11b (la
începutul anului 2000), şi au fost în scurt timp acceptate ca un standard
industrial, beneficiind de un preţ substanţial redus faţă de produsele anterioare.
Deşi aceste dispozitive pot fi afectate de interferenţe dacă sunt plasate în
apropierea altor echipamente care folosesc banda nelicenţiată de 2,4 GHz
(cuptoare cu microunde, echipamente Bluetooth, telefoane fără fir, etc.), costul
redus, raza de acoperire bună şi accesibilitatea benzii de frecvenţe oriunde în
lume a dus la o răspândire rapidă.
Produsele bazate pe specificaţia 802.11a au apărut aproape doi ani mai
târziu pe piaţă, şi deşi beneficiau de avantaje clare precum: viteză mult mai mare
de transmisie şi mult mai puţine probleme cu interferenţele, ele au reuşit să se
impună numai parţial, pe piaţa reţelelor fără fir destinate utilizatorilor de tip
“business”. Costul ridicat al implementării unei reţele fără fir pe frecvenţa de 5
7
GHz a fost un factor hotărâtor. La creşterea preţului a contribuit şi faptul că
odată cu creşterea frecvenţei purtătoare scade raza de acoperire deoarece creşte
atenuarea semnalului la trecerea prin ziduri sau obiecte solide (lungimea de undă
fiind mai mică). Astfel, uneori era nevoie de mai multe puncte de acces pentru a
asigura o acoperire echivalentă cu cea corespunzătoare specificaţiei 802.11b.
De regulă, la viteze mici 802.11b asigură o acoperire mai bună, în timp ce
la viteze mai mari 802.11a asigură o rază de acoperire echivalentă sau uşor
superioară (banda reglementată de 5 GHz este afectată de mult mai puţine
interferenţe).
Aceste două direcţii de evoluţie au suportat la rândul lor completări şi
îmbunătăţiri, în 2003 fiind ratificate două noi standarde de transmisiune fără fir:
802.11g şi 802.11h. Primul este o extensie a specificaţiei 802.11b, iar al doilea o
extensie a specificaţiei 802.11a.
Sarcina grupului 802.11g de a găsi soluţii pentru creşterea vitezei de
transmisie în banda de 2,4 GHz nu a fost deloc uşoară, ajungând aproape să fie
abandonată, la sfârşitul anului 2001, din lipsă de consens asupra soluţiei finale.
Apoi, odată decisă direcţia de dezvoltare, lucrurile au luat o întorsătură
favorabilă şi în 2002, cu un an înainte ca forma finală a standardului să fie
ratificată, au apărut pe piaţă primele produse ce se bazau pe această nouă
specificaţie. În prezent, se observă ca această specificaţie a devenit baza
comunicaţiilor Wi-Fi, din 2005 fiind inclusă în majoritatea laptop-urilor si
dispozitivelor portabile.
802.11g combină avantajele specificaţiilor 802.11a şi 802.11b; Folosind
tehnica de modulaţie (OFDM) de la 802.11a se obţine o rată de transfer de până
la 54 Mbps (exclusiv codurile corectoare de erori). Echipamentele lucrează în
gama de frecvenţe de 2,4 GHz şi realizează o acoperire mai mare decât cele
produse conform specificaţiilor 802.11b. Costul dispozitivelor este mai mic
decât în cazul 802.11a şi, datorită noilor tehnologii, a fost doar uşor crescut faţă
de echipamentele bazate pe standardul 802.11b.
8
Produsele dual-band care suportă 802.11a şi 802.11b au devenit rapid
produse dual-band/tri-mode, suportând, într-un singur card adaptor sau intr-un
singur punct de acces, specificaţiile a, b, g. Preţul unei astfel de implementări
este comparabil cu cel al implementării unei reţele bazate numai pe 802.11a.
Se poate observa asemănarea acestui moment cu momentul în care
dispozitivele destinate reţelei Ethernet cu fir au început să suporte atât
specificaţia de 10 Mbps cât şi pe cea de 100 Mbps (Ethernet în dual-mode), fără
intervenţia utilizatorului.
Folosind tabelul 3.2.1 se pot compara ratele de transmisie a datelor, pentru
specificaţiile 802.11a, b, g, în funcţie de tehnicile de modulaţie şi codare.
Tabelul 3.2.1 Ratele de transmisie în funcție de tipul modulației
Se remarcă faptul că standardul 802.11g asigură o viteză obligatorie de 24
Mbps folosind tehnica OFDM şi prevede posibilitatea folosirii unor soluţii
opţionale: PBCC-22 (DSSS) şi CCK-OFDM pentru a atinge viteze superioare de
33 Mbps, respectiv 54 Mbps.
În fine graficul dat în figura următoare pune în evidenţă rata de transmisie
disponibilă funcţie de raza de acoperire normată (relativ la codarea CCK – 11
Mbps) pentru diverse variante standardizate de 802.11, considerând o rată de
eroare a pachetelor de 10-2 . Se remarcă faptul că schemele de codare specifice
9
802.11g conduc la o rată de transmisie mai mare pentru o rază de acoperire dată,
sau la o rază de acoperire mai mare pentru o rată oarecare.
Fig 3.2.2 Rata de transfer a datelor în funcție de acoperirea normată
Activitatea grupului 802.11h a marcat începutul implementării
tehnologiilor radio-cognitive în echipamentele Wi-Fi. Punctul de plecare pentru
noile specificaţii a vizat compatibilizarea reţelelor Wi-Fi cu unele reglementări
europene şi japoneze referitoare la banda de 5 GHz în care apar o serie de
probleme din punctul de vedere al interferenţelor cu sateliţii sau radarele
militare care folosesc aceeaşi bandă. În acest scop, această extensie a introdus
două mecanisme inovatoare:
• Selecţia Dinamică a Frecvenţei (DFS) – care se ocupă de
managementul spectrului disponibil, urmărind să garanteze faptul că
10
punctele de acces evită canalele care conţin semnale radar iar energia
este împrăştiată pe toată banda disponibilă (pentru a reduce interferenţa
cu sateliţii).
• Controlul Puterii Transmise (TPC) – care reglează puterea medie de
emisie astfel încât să nu se depășească valorile maxime reglementate
(tot în scopul reducerii interferenţei cu sateliţii).
Problema asigurării unei anumite calități a serviciilor și a unei securități
sporite pentru transmisiilor Wi-Fi a fost pusă înainte de ratificarea 802.11g și
h. Inițial, ambele sarcini au revenit Grupului de Acţiune 802.11e. Ulterior însă,
din cauza presiunii crescânde pentru rezolvarea aspectelor legate de securitate
sarcina aceasta a fost delegată unui nou Grup de Acţiune – 802.11i
Acest grup, împreună cu Alianța Wi-Fi au dezvoltat un standard robust și
interoperabil de securitate care a fost denumit Wi-Fi Protected Acces (WPA). El
a fost prezentat public în 2003 și a reprezentat un salt remarcabil în securitatea
datelor transmise în reţele Wi-Fi. WPA a rezolvat slăbiciunile cunoscute ale
Wired Equivalent Privacy(WEP) – mecanismul de securitate nativ al
standardului 802.11, prin adăugarea mai multor extensii la stratul MAC.
Astfel, WPA nu numai că a oferit o criptare mai puternică a datelor, dar a
adăugat și o procedură de autentificare securizată care aproape lipsea
protocolului inițial de securitate. El a fost conceput pentru a securiza toate
tipurile de dispozitive bazate pe standardele 802.11a, 802.11b/g, multi-bandă
sau multi-mod şi pentru a asigura compatibilitatea astfel încât să poată fi instalat
atât pe echipamentele Wi-Fi existente, prin descărcare (download), cât și pe cele
produse ulterior.
Aceasta a fost însă doar o primă etapă pentru că, un an mai târziu, WPA a
cunoscut o versiune perfecţionată cunoscută sub numele WPA2. Din punctul de
vedere al mecanismelor introduse, WPA a adus mai multe noutăți decât WPA2.
Astfel, WPA a introdus criptarea prin Protocolul de Integritate cu Cheie
11
Temporală (TKIP), autentificarea specifică 802.1x cu un Protocol de
Autentificare Extensibil (EAP) și Cheie Pre-Distribuită (PSK). La rândul său,
WPA2 a venit cu o nouă schemă de criptare denumită Standardul Avansat de
Criptare (AES).
Extensia 802.11i a fost ratificată în 2004, permițând tuturor utilizatorilor de
rețele fără fir să se bucure de mobilitatea și flexibilitatea oferită de tehnologia
Wi-Fi, cu garanţia unei protecţii de înalt nivel a datelor transmise faţă de
utilizarea neautorizată.
În aceste condiţii obiectivul grupului 802.11e a rămas acela de a face în
aşa fel încât standardul 802.11 să suporte atât aplicații din mediul de afaceri cât
și din mediul utilizatorilor obişnuiți, mai ales aplicaţii de tip multimedia. Astfel,
el a fost mandatat să modifice Controlul Accesului la Mediu (MAC) specific
802.11, în scopul extinderii suportului pentru aplicațiile care implică cerințe de
calitate a serviciilor.
După cum se ştie, transmisiile obișnuite de date sunt relativ imune la
întârzierile cauzate de retrimiterea pachetelor sau de schimbarea ordinii atunci
când urmează rute diferite. Cu totul alta este însă situația în cazul fluxurilor de
informație care trebuiesc transmise într-o manieră continuă, cum sunt semnalele
telefonice, audio sau video. În acest caz, aceste întreruperi și/sau întârzieri ale
pachetelor de date pot avea efecte devastatoare. Pentru aceasta, au fost căutate
metode de tratare a traficului sensibil din punctul de vedere al succesiunii
temporale. Printre altele, soluţiile găsite garantează evitarea coliziunilor și oferă
mecanisme pentru programarea transmisiilor și îmbunătățirea robusteții
canalului de comunicații. Scopul lor este de a oferi prioritate și de a asigura
lărgimea de bandă necesară traficului în timp real (interactiv), asigurându-se în
același timp că traficul de pe celelalte canale nu este întrerupt.
12
Astfel, transmisiile de sunet și imagini în timp real prin intermediul
rețelelor fără fir au devenit realitate odată cu ratificarea extensiei 802.11e în
2005.
În 2003, Grupul de acţiune 802.11ma a fost autorizat să se ocupe de
compilarea majorității amendamentelor aduse de-a lungul timpului versiunii din
1999 a standardului 802.11. Astfel, grupul a creat un singur document care a
unit cele 8 amendamente (a, b, d, e, g, h, i, j) cu standardul de bază. După
ratificarea din 8 martie 2007, 802.11REVma a fost redenumit 802.11-2007.
Acesta este în prezent standardul utilizat de industria producătoare de
echipamente Wi-Fi.
Cel mai nou standard intrat în familia comunicațiilor locale fără fir este
802.11n – construit pentru a îmbunătăți standardele anterioare în domeniul ratei
de transmisiune realizabile – ajungând la mai mult de 100Mbps. Pentru aceasta
se utilizează echipamente MIMO, precum și alte mecanisme. Deși se estimează
că va fi ratificat abia la începutul lui 2010, companiile producătoare de
echipamente au început deja migrația către această nouă tehnologie, bazându-se
pe schița numărul 2 a propunerii grupului 802.11n.
3.2.5 Lista standardelor și amendamentelor existente în cadrul Grupului de
Lucru IEEE 802.11 al Asociației de Standardizare IEEE
• IEEE 802.11 (1997) – Standardul WLAN iniţial, cu rate de 1 Mbit/s şi 2
Mbit/s, folosind radio-frecvenţa de 2,4 GHz și standardul infraroşu;
• IEEE 802.11a (1999) – WLAN cu rata 54 Mbit/s, pe frecvența 5 GHz;
• IEEE 802.11b (1999) – Îmbunătățiri aduse la stratul fizic al 802.11 pentru a
se realiza rate de 5,5 și 11 Mbit/s;
• IEEE 802.11c (2001) – Proceduri de operare a legăturilor cu alte conexiuni,
incluse ulterior în standardul IEEE 802.1d;
13
• IEEE 802.11d (2001) – Se convine la strat internațional asupra
reglementărilor pentru folosirea spectrului RF în reţelele Wi-Fi;
• IEEE 802.11e (2005) – Se definesc mecanisme pentru serviciile de asigurare
a calității (QoS), inclusiv „packet bursting”;
• IEEE 802.11f (2003, RETRAS în 2006) – Se definesc practici recomandate
pentru Protocolul de comunicare dintre Punctele de Acces, în scopul
interoperabilității Punctelor de Acces fabricate de producători diferiți, de-a
lungul unui sistem de distribuție bazat pe rețele fără fir;
• IEEE 802.11g (2003) – Permite obținerea de rate de transfer de până la 54
Mbit/s în banda de 2,4 GHz fiind, în acelaşi timp, compatibil cu 802.11b;
• IEEE 802.11h (2003) – Se introduce administrarea spectrului în banda de 5
GHz, pentru a face 802.11a compatibil cu unele reglementări naţionale cu
privire la protecţia unor benzi folosite de radare sau sateliţi; iniţial a fost
conceput pentru Europa dar acum se aplică pentru multe alte ţări;
• IEEE 802.11i (2004) – Se aduc îmbunătățiri în securitatea şi în procedurile
de autentificare corespunzătoare reţelelor bazate pe standardele 802.1;
• IEEE 802.11j (2004) – Se aduc îmbunătățiri comunicațiilor în banda de 5
GHz pentru a fi compatibile cu reglementările japoneze;
• IEEE 802.11-2007 (iulie 2007) – Aceasta este o ediție a standardului 802.11,
care include amendamentele a, b, d, e, g, h, i și j
• IEEE 802.11k (2008) – Se aduc îmbunătățiri aduse tehnicilor de măsurare a
resurselor radio.
• IEEE 802.11l – Acest cod este sărit pentru a se evita confundarea cu 802.11i;
• IEEE 802.11m – termenul se referă la întreţinerea documentaţiei familiei
802.11 dar şi la versiunea care tratează întreţinerea echipamentelor;
• IEEE 802.11n (2010) – Se asigură creșterea ratei de transmisie a datelor
peste 100Mbps folosind echipamentele cu tehnologia MIMO;
• IEEE 802.11o – Acest cod este sărit pentru a evita confuzia care poate apărea
cu 802.110;
14
• IEEE 802.11p (2010) – Această versiune tratează accesul vehiculelor
(ambulanțe, turisme) la rețelele fără fir (WAVE);
• IEEE 802.11r (2008) – Oferă suport pentru mobilitatea dispozitivelor
wireless asigurând transferul (handover) rapid şi insesizabil la trecerea de la
o staţie de bază la alta;
• IEEE 802.11s (2010) – Se defineşte ESS pentru rețelele tip „plasă” (mesh
networks);
• IEEE 802.11T (ANULAT) – Propunea metode de test și metrică pentru
Predicția Performanțelor Comunicațiilor Fără Fir (WPP);
• IEEE 802.11u (2010) – Se urmăreşte asigurarea compatibilităţii cu celelalte
rețele fără fir (celulare, orice alte forme);
• IEEE 802.11v (2010) – Managementul rețelelor fără fir și configurarea
echipamentelor;
• IEEE 802.11w (2009) – Îmbunătățirea Securității Cadrelor de Management
Protejate;
• IEEE 802.11x – nume generic pentru familia 802.11;
• IEEE 802.11y (2008) – Defineşte parametrii pentru a se permite operarea în
banda de 3650-3700 MHz, în S.U.A.;
• IEEE 802.11z (2010) – Defineşte extensii cu referire la Conectarea prin
Legătură Directă (DLS);
• IEEE 802.11aa (2011) – Propune tranmsiterea unor fluxuri (stream) robuste
pentru transmisiuni Audio-Video;
• IEEE 802.11mb (2010) – Mentenanța standardului. Va deveni probabil
802.11-2010.
• IEEE 802.11ac (2012) – Se urmăreşte realizarea de rate de transmisie foarte
ridicate pentru benzile cu frecvenţe mai mici de 6 GHz;
• IEEE 802.11ad (2012) – Se urmăreşte realizarea de rate de transmisie extrem
de ridicate pentru gama de 60GHz.
15
3.2.6 Certificarea produselor destinate reţelelor fără fir
Certificarea produselor realizate conform standardului IEEE 802.11 este
realizată de către Alianţa pentru Compatibilitatea reţelelor Ethernet Wireless
(WECA) verificând dacă un anumit produs respectă un minim de cerinţe de
interoperabilitate. Prima familie de produse care au fost certificate de WECA a
fost cea bazată pe standardul 802.11b. Produsele corespunzătoare sunt marcate
cu Wi-FiTM şi numite dispozitive Wi-Fi. A urmat certificarea produselor 802.11a
care sunt marcate cu marca Wi-Fi5TM. Marca Wi-Fi certifică faptul că produsul
va funcţiona cu orice alt dispozitiv certificat Wi-Fi, indiferent de producător.
3.3 Stratul fizic al rețelelor fără fir (PHY)
Funcţiunile stratului fizic se referă la crearea canalelor radio care să permită
realizarea transmisiunilor de date între nodurile rețelei WLAN.
3.3.1 Canalele radio în standardul 802.11
Standardul 802.11 împarte banda disponibilă în canale de câte 22 MHz, cu o
suprapunere destul de mare între canale. De exemplu, banda 2,4000 – 2,4835
GHz este împărțită în 13 canale, spațiate la numai 5 MHz distanță, primul canal
fiind centrat pe frecvența de 2412 MHz iar al 13-lea pe cea de 2472. Japonia a
adăugat un al 14-lea canal, cu 12 MHz mai sus de canalul 13 – figura 3.3.1.
Figura 3.3.1 Dispunerea canalelor în banda de 2,4 GHz
16
Disponibilitatea canalelor diferă de la țară la țară, fiind limitată de modul în
care se alocă resursele radio diverselor servicii. În timp ce majoritatea statelor
europene permit, în prezent, folosirea tuturor canalelor, mai puţin canalul 14,
S.U.A. și unele țări din America Centrala și de Sud limitează numărul canalelor
disponibile pentru standardul 802.11b/g la 11. Dintre acestea, numai 3 sunt
nesuprapuse, după cum se poate observa din figura 3.3.2.
Figura 3.3.2. Canalele nesuprapuse în 802.11b/g
Banda U-NII de 5 GHz în care opereaza 802.11a permite în schimb
existența a 23 canale nesuprapuse (inițial erau doar 12), după cum se poate
observa din figurile 3.3.3 şi 3.3.4 .
Fig.3.3.3 Constituirea canalelor OFDM în banda de 5 GHz.
17
Figura 3.3.4 Canalele nesuprapuse în 802.11a
Pe lângă frecvența centrală, standardul 802.11 specifică (în clauza 17) și
masca spectrală care definește variaţia densităţii spectrale de putere pentru
fiecare canal. Se impune ca puterea să scadă cu cel puțin 30 dB față de puterea
de vârf, la o distanță de ±11 MHz față de frecvența centrală. Una dintre
consecințe constă în aceea că, aşa cum se menţiona mai devreme, se pot
identifica numai patru canale în Europa (1,5,9 și 13) şi trei în America (1,6 și
11) care nu prezintă suprapuneri. O altă consecință ar fi aceea că pentru cele 13
canale se utilizează banda 2401-2483 MHz, în vreme de conform prevederilor
actuale în Marea Britanie este alocată banda 2400-2483.5 MHz, respectiv, în
S.U.A, 2402 – 2483.5 etc.
Masca spectrală specifică şi faptul că la ±22 MHz de la frecvența centrală
densitatea de putere transmisă trebuie să scadă cu cel puţin 50 dB deci, este
acceptată ideea că energia canalului nu se extinde dincolo de aceste limite. Este
însă mai corect a afirma că, având în vedere separarea dintre canalele 1,5,9 și 13,
semnalul de pe orice canal trebuie să fie suficient de mic pentru a genera
interferențe minime cu semnalele de pe celelalte canale. Este bine de ştiut că din
cauza particularităților de propagare și a problemei „aproape-departe”(specifică
mai ales CDMA), un emițător poate afecta un receptor de pe un canal
18
nesuprapus în cazul în care este aproape de „receptorul victimă” (de exemplu pe
o rază de un metru) sau operează deasupra nivelelor de putere admise. Dacă
emițătoarele lucrează pe alte canale decât 1,5,9 și 13, suprapunerile dintre canale
pot cauza degradări inacceptabile ale calității semnalului și ale debitului binar
transmis. În unele situații speciale sunt folosite și canale suprapuse, în scopul
măririi numărului de canale disponibile.
Ca o concluzie, în figura 3.3.5, este ilustrat modul cum variază capacitatea
de transfer oferită de fiecare standard în parte, in funcție de numărul de canale
disponibile.
Figura 3.3.5 Capacitatea de transfer funcţie de numărul de canale
3.3.2 Parametrii semnalului OFDM
Aşa cum a rezultat din prezentarea generală versiunile cele mai performate ale
reţelelor WiFi folosesc tehnica de modulaţie OFDM. În paragrafele care
19
urmează vor fi evidenţiate o serie de aspecte specifice. Principalii parametrii
sunt listaţi în tabelul 3.3.1
Evident, parametrul care a fost ales la început şi care a determinat, în mare
măsură, valorile pentru ceilalţi parametri a fost intervalul de gardă Tg=800ns. In
acest mod se asigură o rezistenţă la împrăştieri ale întârzierii cu o valoare medie
pătrată (rms) de câteva sute de nanosecunde. Conform valorilor rezultate în
urma unor campanii de măsurători, această valoare permite ca sistemele
realizate să poată fi utilizate, practic în orice mediu interior, inclusiv în
întreprinderi cu hale mari. Pot fi folosite şi în exterior dar se recomandă
echiparea cu antene directive pentru a limita împrăştierea întârzierilor.
Tabel 3.3.1 IEEE 802.11a/g: parametrii semnalului OFDM
Viteză transmisie date 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps
Modulaţie BPSK, QPSK, 16QAM, 64-QAM
Rata codului 1/2, 2/3, 3/4
Număr de subpurtătoare 52
Număr de subpurtătoare pilot 4
Durata simbol OFDM 4µs
Interval de gardă 800ns
Spaţiu între subpurtătoare 312,5kHz
Banda -3dB 16,56MHz
Interval între canale 20MHz
Durata simbolului este de 4µs pentru a limita pierderea de RSZ la circa
1dB, cu aceasta rezultând intervalul între două subpurtătoare de 312.5 kHz.
Semnalul OFDM este constituit din 52 de subpurtătoare dintre care 48 pentru
20
date şi 4 pentru sincronizare (pilot). Cele 48 de subpurtătoare, permit
transmiterea de date necodate la rate cuprinse între 12 şi 72Mbps. Pentru a
atinge acest obiectiv se folosesc tehnici de modulaţie începând cu BPSK şi
terminând cu 64-QAM.
Cele patru subpurtătoare de sincronizare sunt utilizate pentru a urmări
decalajul rezidual pentru frecvenţele subpurtătoarelor. Pentru a corecta
subpurtătoarele care sunt puternic atenuate, se foloseşte o codare anticipativă
(FEC) a datelor care face ca rata pentru datele codate să fie între 6 şi 54Mbps.
Se poate folosi un cod convoluţional de rata ½ . Această soluţie în combinaţie cu
BPSK, QPSK, respectiv 16-QAM permite realizarea unor rate de transmisie de
6, 12 sau 24 Mbps, respectiv. Rate de codare mai mari (2/3 şi ¾) se obţin prin
reducerea (puncturing) codurilor de rată ½. Folosind un cod de rată 2/3 cu
modulaţia 64 QAM se obţine rata de 48Mbps. Folosind coduri de rată ¾ cu
modulaţie de tip BPSK, QPSK, 16-QAM şi 64-QAM se obţin ratele de 9, 18, 36
şi 54 Mbps.
3.3.3 Prelucrarea semnalului OFDM
Schema bloc dată în figura 3.3.6 este similară cu cea care a fost prezentată la
analiza semnalelor OFDM.
Figura 3.3.6 Schema bloc pentru prelucrarea semnalelor OFDM conform standardului IEEE 802.11
21
Datele care urmează a fi transmise sunt codate cu un codor convoluţional
standard cu rata ½ . Celelalte coduri se obţin prin reducerea unor biţi din fluxul
de date codat ½. După întreţesere semnalul binar este convertit la simbolul
QAM. Se adaugă patru simboluri pilot corespunzătoare subpurtătoarelor pilot.
În acest mod rezultă blocuri de 52 de simboluri cărora li se asociază prin IFFT
(în 64 de puncte) cele 52 de subpurtătoare. Se adaugă prefixul ciclic pentru
protecţie la propagarea multicale şi se realizează ferestruirea simbolului pentru
îngustarea spectrului.
Semnalul digital este convertit la semnal analogic, se schimbă frecvenţa
purtătoare după care semnalul RF este amplificat şi radiat.
La recepţie se execută operaţiile duale cu câteva etape adiţionale pentru
antrenarea echipamentului în vederea recepţiei datelor. Intr-o primă etapă se
evaluează abaterea de frecvenţă şi tactul de simbol folosind simbolurile speciale
de antrenare. Folosind FFT se refac cele 52 de simboluri QAM. Simbolurile de
antrenare şi subpurtătoarele pilot sunt utilizate pentru a corecta răspunsul
canalului şi abaterea de fază remanentă. Simbolurile QAM sunt convertite la
date binare după care se realizează eliminarea redundanţei cu un decodor
Viterbi.
3.3.4 Antrenarea receptorului pentru prelucrarea datelor (training)
Formatul unui cadru structurat conform standardului IEEE 802.11este dat în
figura 3.3.7.
22
Fig 3.3.7 PLCP OFDM
Preambulul este format din 12 simboluri de învățare, pentru a asigura, aşa
cum se va vedea mai departe, sincronizarea de simbol şi de frecvenţă. Antetul
(header) include o serie de câmpuri cum ar fi: rată (rate), rezervare (reserved),
lungime (length), paritate (parity) și coadă (tail), care sunt purtate de un singur
simbol OFDM, codat BPSK și cunoscut drept simbolul de semnalare. Rolul
unora dintre ele va fi comentat în continuare. Câmpurile: date (PSDU -Physical
Service Data Layer), coadă (tail) și tampon (pad) completează structura
cadrului. Secvenţa de date se transmite pe un număr variabil de simboluri
OFDM.
Preambulul este utilizat pentru a realiza:
• detectarea începutului cadrului,
• controlul automat al câştigului,
• sincronizarea de simbol,
• estimarea frecvenţei şi
• estimarea canalului;
Aceste acţiuni sunt realizate înaintea decodării datelor propriu-zise.
În acest paragraf se va detalia, structura preambulului şi modul cum este
acesta utilizat pentru realizarea funcţiilor care îi revin. Structura preambulului în
timp şi frecvenţă, în conformitate cu standardul IEEE 802.11-5, pot fi observate
urmărind diagramele date în figurile 3.3.8 respectiv 3.3.9.
Figura 8.2.3.Preambulul OFDM
23
Figura 3.3.8.Preambulul OFDM
Prima parte a preambulului constă din 10 repetări ale unui simbol de
antrenare cu durata de 800ns, durată care reprezintă un sfert din perioada FFT
pentru un simbol normal. Aceste simboluri sunt produse folosind valori diferite
de zero pentru subpurtătoarele normate care sunt multiplii de 4. Cu alte cuvinte
dintre cele 52 de subpurtătoare se transmit 12 {-24, -20, -16, -12, -8, -4, 4, 8, 12,
16, 20, 24}.
Figura 3.3.9 Structura pachetului OFDM în domeniile timp şi frecvenţă.
24
Alegerea unor impulsuri scurte a avut două raţiuni:
• simbolurile scurte permit o evaluare a decalajului frecvenţelor într-o gamă
largă; Astfel dacă semnalul care se repetă are perioada T, decalajul
măsurat fără ambiguitate este 1/2T, având în vedere că rezultă decalaje
mai mari atunci când schimbarea de fază de la un simbol la altul depăşeşte
π. În cazul ales, prin măsurarea variaţiei fazei între două simboluri
consecutive (durata de 800ns) se pot estima abateri de până la 624 kHz,
adică abateri care rezultă la o instabilitate relativă de 104ppm. Standardul
IEEE impune o instabilitate relativă per utilizator de 20ppm, adică pe
ansamblu 40ppm.
• Simbolurile scurte asigură o soluţie convenabilă pentru a realiza ajustarea
controlului automat al câştigului. Astfel detecţia prezenţei unui pachet se
face prin corelarea semnalului de pe durata unui simbol scurt cu următorul
simbol, verificând apoi dacă rezultatul depăşeşte un prag dat. Câştigul
receptorului poate fi ajustat după fiecare detecţie care are loc la un
interval de două simboluri. In comparaţie cu simbolurile lungi în cazul
ales, pe aceiaşi durată de antrenare, există mai multe măsurători şi reglaje.
După cele 10 simboluri scurte urmează un simbol de antrenare lung de
8µs (T1) care este constituit din toate cele 52 de subpurtătoare. Se constată că
acest simbol are durata de două ori mai mare decât durata unui simbol OFDM.
Acest simbol este format prin extensia ciclică a unui simbol obţinut după IFFT
de la 3,2 µs la 8 µs; deci el conţine 2.5 simboluri FFT; prima secţiune de 1,6µs
serveşte ca interval de gardă fiind o copie a ultimelor 1,6µs;
Această soluţie a avut următoarele raţiuni:
• Pe folosirea unui simbol lung se poate mări precizia în estimarea abaterii
de frecvenţă care după prima etapă de corecţie are valori relativ mici. Prin
măsurarea defazajului între eşantioane aflate la întârziere de 3,2µs pe
25
durata acestui impuls se realizează o estimare fină a decalajului de
frecvenţă (∆fmax=1/2T=156KHz).
• Existenţa unui impuls lung permite obţinerea referinţelor de amplitudine
şi de fază pentru realizarea demodulării coherente;
Trebuie menţionat că ambele simboluri lungi au fost proiectate pentru a
realiza un raport PAP de circa 3dB, adică mai puţin decât realizează un simbol
generat aleatoriu. Această opţiune garantează faptul că în această fază
degradarea datorată neliniarităţilor rămâne mică în comparaţie cu degradarea
datelor. Totodată se poate implementa un corelator cu o structură simplă;
După prelucrarea preambulului rămâne o etapă de antrenare neexecutată:
urmărirea fazei de referinţă. Pentru a preciza acest aspect trebuie menţionat că,
oricât de precise sunt reglajele, rămâne un decalaj de frecvenţă care introduce un
defazaj variabil la toate subpurtătoarele. Pentru a urmări acest defazaj, 4 dintre
cele 52 de subpurtătoare conţin valori pilot cunoscute de receptor. Datele purtate
de subpurtătoarele pilot sunt aleatorizate (scramblate) cu o secvenţă pseudo-
aleatoare de lungime 127 pentru a se evita apariţia unor linii spectrale care să
depăşească densitatea medie de putere a spectrului OFDM.
In fine, preambulul este încheiat de un simbol OFDM de semnalizare
transmis cu viteza minimă de 6Mbps care conţine informaţii cu privire la:
• lungimea pachetului,
• tipul modulaţiei,
• rata de codare;
Transmiterea acestui simbol la rata minimă, garantează recepţia corectă
chiar în condiţiile în care canalul este puternic perturbat. In acest mod este
posibil ca toţi utilizatorii să cunoască lungimea unui pachet chiar dacă nu-l vor
putea prelucra, şi aşa cum se va vedea mai departe aceasta informaţie este
necesară la stratul MAC unde, pentru a evita coliziunile, trebuie să nu se încerce
captarea canalului până când nu se termină transmiterea pachetului curent.
26
2.4 Stratul de Control al Accesului la Mediu (MAC)
2.4.1 Aspecte generale
Așa cum s-a mai menţionat standardele IEEE 802.x specifică numai cele două
straturi de la baza modelului OSI. Mai mult, IEEE a divizat Stratul Legăturii de
Date în două substraturi: Controlul Logic al Conexiunii (LLC) şi Controlull
Accesului la Mediu (MAC) (figura 3.4.1).
Stratul legătura de date
802.2 LLC
802.11 MAC
Stratul Fizic (PHY)
Figura 4.1 Divizarea stratului legătură de date (Link Layer) conform IEEE
Prin standardul 802.2 IEEE a definit substratul de Control Logic al
Legăturii (LLC), substrat care este folosit de toate celelalte standarde elaborate
de Comitetul 802. Aşadar toate aceste standarde se referă numai la Controlul
Accesului la Mediu (MAC) și la Stratul Fizic(PHY).
Substratul MAC 802.11 are drept principale obiective specificarea
următoarelor aspecte:
• formatul pachetelor (mărime, antete),
• mecanismele de acces la canalul de comunicație
• facilitățile legate de managementul rețelelor.
Ca funcţionalităţi, el include:
• accesul la mediul fără fir;
27
• asocierea şi dezasocierea la o reţea;
• servicii de securitate.
În tabelul 3.4.1 este menţionat setul complet de servicii oferit în cazul
standardului 802.11.
Tabelul 3.4.1 Servicii suportate de substratul MAC 802.11
Servicii de Staţie (SS) Servicii de Sistem de Distribuţie (DSS)
Autentificare
De-autentificare
Intimitate
Livrarea MSDU
Asociere
Dezasociere
Distribuţie
Integrare
Reasociere
3.4.2 Descrierea substratului Controlul Accesului la Mediu
Sarcina principală a protocoalelor MAC este de a reglementa folosirea mediului,
iar acest lucru este realizat printr-un mecanism de accesare a canalului care
implementează o procedură de a împărți resursele radio între noduri. Urmând
acest protocol fiecare nod poate să stabilească momentele la care poate să
transmită date sau când ar trebui să primească date. Algoritmii de acces la
canalul de comunicaţie reprezintă nucleul substratului MAC.
Din multitudinea de algoritmi de acces multiplu ne vom opri la trei:
a. Accesul multiplu cu diviziune în timp (Time Division -Multiple Access -
TDMA )
b. Acces multiplu cu sesizarea purtătoarei şi evitarea coliziunilor (Carrier
Sense Multiple Access/colosion Avoidance -CSMA/CA) și
c. Interogarea (Polling).
Primul va fi amintit ca termen de comparaţie iar ceilalţi doi pentru locul lor
standardul 802.11.
28
a. TDMA
Metoda de acces multiplu prin divizare în timp (TDMA) se bazează pe
existenţa unei stații de bază care coordonează nodurile rețelei și intermediază
schimburile de date. Fiecare nod primește un anumit număr de canale temporale
în care poate transmite și care sunt, de obicei, organizate în cadre care se repetă
periodic. În acest mod se poate garanta pentru orice utilizator rata de transmisie
necesară şi latenţa scăzută. Deci această metodă este potrivită aplicațiilor
telefonice (celulare, DECT), deoarece acestea au nevoi previzibile.
În cazul aplicațiilor corespunzătoare rețelelor de transmisiune de date,
această metodă nu este însă utilizabilă din cauza lipsei de flexibilitate care o
caracterizează. Pe de o parte, metoda TDMA este orientată pe comutare de tip
circuit și utilizează pachete de lungime fixă și conexiuni simetrice. Protocoalele
de transmisiune utilizate în reţelele de transmitere de date sunt orientate pe
comutare de pachete și trebuie să gestioneze trafic variabil și/sau în rafale. De
asemenea se poate spune că metoda TDMA este foarte sensibilă la calitatea
benzii de frecvență și la prezenţa interferențelor caracteristice benzilor
nelicențiate.
b. CSMA/CA
Acesta este un protocol de disputare a rețelei care impune sondarea
mediului de transmisie pentru a evita coliziunile. El este implementat la orice
reţea 802.11 în cadrul aşa numitei Funcţii cu control Distribuit (Distributed
Control Function – DCF). CSMA/CA implementează un mecanism de
transmitere a mesajelor pe pachete, asincron (fără circuit dedicat) care oferă un
serviciu tip „best effort” (adică cel mai bun serviciu posibil), fără a putea garanta
însă o rată de transmisie (lărgime de bandă) sau latența. Prin comparaţie cu
metodele de acces al canalului folosite de sistemele celulare de telefonie acesta
are ca principal avantaj adaptabilitatea la protocoalele de rețea precum TCP/IP și
29
la condițiile variabile specifice acestui tip de trafic. El se dovedeşte, de
asemenea, mai robust la interferențe.
CSMA/CA este derivat din CSMA/CD (Colision Detection), protocolul
folosit în reţelele Ethernet. Într-o conexiune clasică, nodul care vrea să transmită
are capacitatea de a asculta în timp ce transmite și de a detecta coliziunile
bazându-se pe faptul că într-o rețea cu fir toate transmisiunile au aproximativ
aceeași putere. În reţelele fără fie chiar dacă un nod ar putea asculta canalul în
timp ce transmite, puterea propriilor transmisii ar masca toate celelalte semnale
de pe canal. Astfel, din imposibilitatea detectării coliziunilor, a părut necesitatea
evitării lor cu preţul reducerii vitezei de transmisie.
După cum se poate vedea în figura 3.4.2 , atunci când se foloseşte metoda
CSMA/CA un dispozitiv din reţeaua fără fir care doreşte să transmită un pachet,
trebuie să analizeze canalul radio verificând dacă este sau nu activitate, cu alte
cuvinte dacă vreun alt dispozitiv transmite date. Dispozitivul poate începe
transmisia unui pachet dacă găseşte canalul liber. Dacă acesta este ocupat,
dispozitivul așteaptă terminarea transmisiei curente și la începutul intervalului
care urmează numit interval de disputare (contention period) iniţiază un
temporizator cu o durată aleasă aleatoriu. El poate face un nou test cu privire la
ocuparea canalului numai după expirarea duratei temporizatorului. Nodul care a
ales cea mai scurtă întârziere câștigă canalul și va transmite pachetul. În acest
timp, celelalte noduri așteaptă următorul interval de dispută, care va avea loc la
sfârșitul acestui pachet. Deoarece întârzierea de disputare este un număr aleator
pentru fiecare pachet, fiecare nod are şanse statistic egale de a accesa canalul.
30
Figura 3.4.2 Mecanismul de acces al canalului CSMA/CA
Trebuie menţionat că în mediul radio nu se pot detecta coliziunile și din
cauză că dispozitivele au nevoie de un anumit timp pentru a trece de la recepție
la emisie ca atare intervalul de dispută este, de regulă, divizat în segmente de
timp. Astfel, transmisia poate începe numai la începutul unui segment de timp
aspect care poate fi remarcat în figura 3.4.2. Acest mod de lucru mărește
întârzierea medie datorată disputării canalului, dar reduce semnificativ
coliziunile.
Procedura descrisă constituie evitarea coliziunilor prin detecţia activităţii pe
canal la stratul fizic. Deoarece este posibil ca nu orice staţie să poată detecta
activitatea tuturor celorlalte staţii pot începe transmisii care să ducă la coliziuni.
Pentru a rezolva acest aspect standardul 802.11 prevede şi o detecţie la nivel
logic. Echipamentele au implementat un contor denumit Vector de Alocare în
Reţea - �AV (�etwork Allocation Vector). În urma detecţiei unui pachet
oarecare se citeşte câmpul care specifică durata transmisiei şi cu valoarea
respectivă este iniţializat NAV. Atâta timp cât vectorul nu a ajuns la zero staţia
ştie că are loc o transmisie şi aşteaptă. Mai mult, dacă este nevoie ea poate trece
în regim de economisire a bateriei.
Acest mod evită multe coliziuni deoarece chiar dacă două staţii nu se aud
reciproc ele pot auzi alte cadre transmise de parteneri. Aşa cum se va arăta,
31
practic toate cadrele transmise la interfaţa radio conţin o informaţie despre
durata transmisiei.
Un alt aspect specific standardului 802.11 constă în aceea că sunt definite
intervalele între cadre (IFS – Inter Frame Spaces) care, prin durata lor permit ca
transmiterea anumitor pachete să aibă prioritate.
Variantele de intervale dintre cadre folosite în reţelele 802.11 sunt:
1. SIFS - short interframe space;
2. PIFS - PCF interframe space;
3. DIFS - DCF interframe space;
4. AIFS - arbitration interframe space (folosit de opţiunile QoS);
5. EIFS - extended interframe space.
Figura 3.4.3 Relaţia dintre principalele intervale dintre cadre
1. SIFS (Short Interframe Space) – este folosit pentru a separa
transmisiile care aparțin unui singur dialog (confirmarea fragmentului).
Este intervalul cu cea mai scurtă durată; Totdeauna există cel mult o
stație care să folosească acest interval, aceasta conferindu-i prioritate în
preluarea canalului faţă de toate celelalte. Valoarea SIFS este stabilită
la stratul fizic și este calculată astfel încât stația care transmite să poată
reveni în modul de recepţie și să poată decoda pachetul care urmează să
fie recepționat. De exemplu în 802.11b această valoare este setată la 28
µs (pentru tehnica de modulaţie cu spectru împrăştiat cu salt în
frecvență).
32
2. PIFS (Point Interframe Space) – folosit de către Punctul de Acces
care joacă rolul de Coordonator în modul de lucru PCF pentru a câștiga
accesul la mediu înaintea oricărei alte stații. Valoarea lui este egală cu
SIFS + durata unui segment definit în perioada de dispută (adică 78
µs).
3. DIFS (DCF Interframe Space) – folosit de către o stație care dorește
să înceapă o nouă transmisie, în modul DCF de acces la mediu.
Valoarea lui este calculată ca fiind PIFS + durata unui segment definit
în perioada de dispută (adică 128 µs).
4. EIFS (Extended Interframe Space) – folosit de către o stație care a
recepționat un pachet care nu a putut fi înțeles. Este un IFS extins care
este necesar pentru a preveni stația care a transmis că nu s-a putut
decoda durata informației (pentru NAV) din cauza coliziunii cu un
pachet care aparține dialogului curent.
În cele ce urmează se va reveni cu privire la logica de utilizare a acestor
intervale.
c. Interogarea (Polling)
Interogarea reprezintă o soluţie intermediară între TDMA şi CSMA/CA.
Staţia de bază menţine controlul total al canalului, dar conţinutul cadrului nu
mai este fix, permiţând trimiterea unor pachete de lungime variabilă. Staţia de
bază trimite un pachet specific (pachet de interogare) pentru a declanşa
transmisia unui anumit nod. Nodul aşteaptă să primească un pachet de interogare
şi, numai atunci când îl primeşte, începe să transmită.
33
Figura 3.4.4 Implementarea metodei bazate pe interogare
Interogarea poate fi implementată atât ca un serviciu orientat pe circuit (în
genul TDMA, dar cu o mai mare flexibilitate cu privire la mărimea pachetelor),
cât şi ca un serviciu orientat pe pachete. Staţia de bază (punctul de acces) poate
interoga permanent toate nodurile reţelei pentru a verifica dacă acestea au ceva
de transmis (aplicabil în reţele mici) sau protocolul poate folosi segmente de
timp de rezervare, în care fiecare nod poate solicita alocarea unui circuit sau
dreptul de a transmite un pachet, (în funcţie de tipul reţelei: cu comutare de
circuit sau de pachete). Crearea segmentelor de rezervare va fi comentată
ulterior.
Procedeul cu interogare este destinat folosirii în reţelele care funcţionează
în modul infrastructură, caz în care este oferit sub forma unei metode de acces
opţionale –Funcţia de Coordonare Punctuală (Point Coordination Function -
PCF). În acest caz se foloseşte un coordonator, care este reprezentat de către
Punctul de Acces (AP) al Setului de Servicii de Bază (BSS). Acesta stabileşte
care staţie are dreptul de a transmite. Funcţia PCF se bazează pe prioritatea pe
care o poate câştiga punctul de acces prin folosirea unui Spaţiu Inter-Cadru
(PIFS) mai mic. Din cauză că toate pachetele de interogare se transmit pe
aceeaşi lărgime de bandă a canalului, ele conduc la transmisii adiţionale
(overhead) consistente de date. Sistemele care folosesc segmente de rezervare
sunt mult mai flexibile, însă şi ele prezintă transmisii adiţionale deranjante.
34
Din cauză că algoritmul CSMA/CA oferă şi posibilitatea constituirii
reţelelor ad-hoc (care nu necesită punct de acces) la performanţe similare, ea
este preferată în multe reţele fără fir. Mai mult modul DCF este preferat, uneori,
de producătorii de echipamente, în dauna modului PCF. Ca atare există staţii
care nu sunt capabile să lucreze în modul PCF. O reţea ce funcţionează în
modul PCF, trebuie să permită şi acestor staţii să acceseze mediul, lăsând
suficient timp între perioadele de interogare pentru modul DCF.
3.4.3 Tehnici specifice stratului de Control Accesului la Mediu 802.11
Protocolul MAC 802.11 foloseşte o serie de tehnici adiționale pentru a
îmbunătăți performanța CSMA/CA:
a. Retransmisiile MAC
b. Fragmentarea (și reasamblarea)
c. RTS/CTS
a. Retransmisiile MAC
Aşa cum se menţiona anterior, principala problemă a protocolului CSMA/CA
constă din faptul că dispozitivul care transmite nu poate detecta coliziunile. O
altă problemă se referă la faptul că rata erorilor in mediul radio este mai mare
decât în cazul comunicațiilor cablate ceea ce se traduce într-un procent mai mare
de pachete eronate.
Protocolul TCP nu tolerează bine pierderile de pachete la stratul MAC,
interpretând acest lucru drept o congestie și reducând rata de transmitere fără să
fie cazul. Retransmisiile MAC rezolvă aceste probleme detectând și eliminând
pierderile de pachete cauzate de erori și coliziuni. Astfel, TCP vede mediul radio
ca un canal sigur și nu are motive să reducă rata de transmitere a datelor.
Pentru a evita pierderea pachetelor în aer, majoritatea protocoalelor
implementează retransmisiile la stratul MAC împreună cu confirmarea pozitivă.
35
Principiul de lucru este următorul (figura 3.4.5): de fiecare dată când un nod
primește un pachet corect, răspunde cu un mesaj scurt de confirmare (ACK)
pentru a indica faptul că a primit pachetul fără erori. Dacă, după trimiterea unui
pachet, transmițătorul nu primește un astfel de mesaj (ACK) el deduce că
pachetul s-a pierdut și îl va retransmite (urmând din nou procedura de disputare
a mediului) la o rata a datelor mai scăzută și pornind un contor. Când contorul
expiră sau numărul de confirmări privind recepția cu succes ajunge la 10, rata de
transmitere este ridicată la următorul strat şi contorul este resetat. Dacă, în
schimb, pentru cadrul de date retransmis nu este recepționată confirmarea , rata
de transmisie este micșorată din nou și contorul este repornit.
Figura 3.4.5 Retransmisiile MAC în CSMA/CA
Acest algoritm este pur euristic și cât se poate de conservativ, fiind
incapabil să reacționeze rapid la schimbarea condițiilor din canalul de
comunicație. Cu alte cuvinte, transmițătorul poate încerca să crească rata de
transmitere pentru a testa condiția canalului după mai multe confirmări
succesive sau poate să scadă rata datelor după retransmisii consecutive eșuate,
fără să ia în considerare cauza reală a acestor pierderi – erori datorate fie
perturbaţiilor fie coliziunilor.
Majoritatea protocoalelor MAC folosesc un mecanism „Trimite-şi-
Aşteaptă”, în sensul că pachetul următor din stivă este transmis numai dacă
pachetul curent a fost confirmat pozitiv. Acest procedeu este util pentru a
simplifica protocolul, a minimiza latența și a evita desecvențierea pachetelor.
36
Confirmările sunt încapsulate în protocolul MAC, astfel încât este garantat
faptul că nu pot apărea coliziuni, perioada de dispută a mediului începând după
transmiterea confirmării (a se vedea figura 3.4.5). Trebuie remarcat că,
pachetele tip difuziune (broadcast) sau cu mai multe destinaţii (multicast) nu
sunt confirmate și prezintă o probabilitate mult mai mare de a fi pierdute.
b. Fragmentarea (și reasamblarea)
Mediul radio prezintă o rată a erorii mai mare decât un cablu. S-a văzut în
paragraful anterior modul în care retransmisiile MAC rezolvă această problemă
dar, din păcate, această metodă nu este foarte performantă. Dacă pachetul de
transmis este lung și conține numai o eroare, nodul va fi nevoit să îl retransmită
în întregime. Dacă rata erorilor este foarte mare, se poate ajunge în situația în
care probabilitatea de eroare în pachetele mari este periculos de aproape de
unitate, iar pachetul nu poate fi transmis (el nu încape între erorile care apar în
pachete din cauza fadingului sau interferențelor).
Din acest motiv, în unele situaţii se foloseşte fragmentarea. Este vorba de
o tehnică prin care pachetele mari se transmit în pachete mai mici (figura 3.4.6).
Evident, fragmentarea adaugă o transmisie suplimentară de informație
(overhead) deoarece se adaugă câte un antet de pachet în fiecare fragment, apoi
fiecare fragment este verificat individual și retransmis dacă este necesar.
Transmiterea fragmentelor se face după un mecanism de tipul Trimite-și-
Așteaptă, stația transmițătoare având voie să transmită un alt fragment fie dacă a
recepționat o confirmare, fie dacă decide că pachetul a fost retransmis de prea
multe ori și renunță la tot cadrul.
37
Figura 3.4.6 Fragmentarea pachetelor lungi
Primul avantaj al acestui mecanism este că, în cazul unei erori, nodul
trebuie să retransmită un pachet mic (fragmentul), deci se câștigă în rapiditate.
Al doilea avantaj este că, în cazul mediilor foarte zgomotoase, un pachet mai
mic are o șansă mai mare de a se strecura fără erori ceea ce crește șansele
transmisiei corecte de date în condiții nefavorabile.
c. RTS/CTS
Un alt aspect interesant în transmisiile radio constă în aceea că există unele
probleme cu detecția activităţii de către toţi membrii unui Set de Servicii de
Bază din cauza atenuării semnalelor în transmisia radio. O primă astfel de
problemă este cunoscută drept „problema terminalului expus” şi poate fi
enunţată după cum urmează: staţiile A şi C se găsesc în aria de acoperire a
staţiei B; staţiile D şi B se găsesc în aria de acoperire a staţiei C. A şi D nu sunt
una în raza de acoperire a celeilalte; Presupunem ca staţia B transmite către A,
iar C vrea să transmită către D; Evident că dacă acţionează numai algoritmul
CSMA/CA staţia C nu poate transmite din cauza detecţiei transmisiunii lui B
deşi nu ar duce la coliziune.
38
Figura 3.4.7 Problema terminalului expus
A doua problemă este denumită „problema terminalului ascuns” și se
referă la situația următoare: stațiile A și C sunt în aria de acoperire a stației B,
dar nu sunt una în aria de acoperire a celeilalte, deci nu știu nimic, în mod direct,
una despre activitatea celeilalte. Dacă A transmite deja către B, C constată că
mediul este liber şi poate începe să transmită un pachet către B, deci va apărea o
coliziune (figura 3.4.7). Deoarece transmisiile sunt bazate pe mecanismul de
detecție a purtătoarei, nodurile A şi C se ignoră unul pe altul și pot transmite în
același timp. Uneori, acesta este un lucru bun fiindcă permite reutilizarea
frecvențelor. Dar în cazul transmisiei către un nod plasat între cele două,
transmisiile simultane realizate cu o putere comparabilă conduc la coliziuni. Din
cauza acestor coliziuni, nodul poate deveni imposibil de contactat sau creşte
foarte mult întârzierea.
Problema fundamentală a folosirii detecției purtătoarei la strat fizic, ca
soluţie unică, este că cel care va transmite încearcă să estimeze dacă receptorul
are canalul liber și o face utilizând informațiile locale. De multe ori însă, situația
este diferită la cele două noduri.
Această problemă poate fi rezolvată simplu și elegant prin utilizarea
mecanismului RTS/CTS (figura 3.4.8). Nodul care urmează să transmită
lansează un cadru „Cerere Transmitere” - RTS iar cel care urmează să
recepţioneze, dacă totul este în ordine, răspunde cu un pachet „Liber la
Trimitere” - CTS. Toate nodurile din raza de acoperire a receptorului (și care ar
39
putea crea coliziuni) vor recepţiona fie RTS fie CTS și astfel sunt informate că
va avea loc o transmisie şi vor aştepta suficient de mult timp înainte de a-și
trimite datele, chiar dacă mecanismul lor de detecție a purtătoarei indică mediul
liber.
Figura 3.4.8 Mecanismul RTS/CTS şi problema nodului ascuns în CSMA/CA
Urmărind figura 3.4.9 se poate remarca modul de actualizare a NAV în
cazul transmisiunilor care folosesc procedura RTS/CTS. Informaţia de durată
este transmisă şi în cadrele RTS şi CTS. Ca atare unele staţii vor iniţializa NAV
pe baza informaţiei din pachetul RTS, altele pe baza informaţiei transmise în
CTS iar altele din cadrul de date.
Figura 3.4.9 Schimbul de mesaje RTS/CTS şi iniţializarea NAV
În concluzie, transmisia unui pachet cu mecanismul RTS/CTS implică
transmiterea a 4 cadre: RTS, CTS, cadrul util și cadrul de confirmare a recepţiei
corecte – ACK. Cadrele în plus aferente se constituie într-un surplus de
40
informație care poate deranja în anumite situații. De aceea mecanismul
RTS/CTS nu este recomandat pentru transmiterea unor cadre scurte sau pentru
rețele cu puțini clienți.
În schimb în cazul unor cadre lungi apariţia unei coliziuni introduce un
surplus de date datorat retransmisiilor important. Folosind mecanismul
RTS/CTS se evită coliziunile care ar afecta cadrul util (lung) putând să apară
coliziuni numai la unul dintre cadrele RTS sau CTS care sunt mult mai scurte.
Decizia de a folosi acest mecanism revine staţiei care transmite și este luată
atunci când mărimea cadrului de date aflat în aşteptare este mai mare sau egală
cu o valoare de prag (RTS Threshold). În mod uzual, această valoare de prag
este setată la cea mai mare valoare posibilă (2347 octeți), ceea ce împiedică
practic folosirea mecanismului RTS/CTS.
Standardul 802.11e a introdus o excepție prin care mecanismul RTS/CTS
poate fi folosit independent de valoarea pragului RTS. De exemplu, un cadru
RTS poate fi transmis pentru a rezerva un interval de timp numit Oportunitate
de Transmisie (TXOP), pentru transmisiile consecutive ale unor cadre multiple
de date. Acest fapt îmbunătățește semnificativ calitatea serviciului (QoS), mai
ales în mediile fără fir aglomerate.
3.4.3 Structura cadrului MAC si modul de adresare
Standardul IEEE 802.11. specifică trei tipuri principale de cadre:
a. cadre de date
b. cadre de control
c. cadre de management.
Informaţia utilă este transmisă prin intermediul cadrelor de date. Cadrele de
control oferă mecanisme pentru controlul transmisiilor (RTS, CTS, ACK).
Cadrele de management sunt transmise ca şi cadrele de date (numai ca nu sunt
41
expediate straturilor superioare), fiind folosite în mai multe feluri: pentru
semnalizare, asociere, autentificare și sondare.
Fiecare dispozitiv conectat într-o reţea fără fir are o adresă de 48 biţi
denumită adresa MAC şi folosită pentru identificarea unică a fiecărui aparat.
Protocolul prevede şi adrese de tip multi-destinaţie şi difuziune, cum ar fi de
exemplu FF-FF-FF-FF-FF.
Formatul general al cadrului MAC corespunzător standardului 802.11 este
dat în tabelul 3.4.2.
Tabelul 3.4.2 Structura unui cadru MAC
Controlul cadrului 2 octeți
Durată / Identificare 2 octeți
Adresa 1 6 octeți
Adresa 2 6 octeți
Adresa 3 6 octeți
Secvență control 2 octeți
Adresa 4 6 octeți
Date Maxim 2312
octeți
Secvență Verificare Cadru
(FCS)
4 octeți
Câmpul controlul cadrului este folosit pentru a transfera informaţii de
control între dispozitive. Subcâmpurile lui identifică elemente precum versiunea
protocolului, tipul cadrului, informaţii cu privire la locul fragmentului de date
în pachet, starea managementului consumului de energie, nivelul de securitate
etc. (figura 3.4.10).
Antetul (header) MAC
42
Figura 3.4.10 Structura câmpului Controlul Cadrului
Câmpul durată indică timpul necesar transferării cadrului. Dacă valoarea
lui este mai mică decât 32768, această indicaţie va fi folosită pentru a actualiza
vectorul de alocare a reţelei (NAV).
Primele trei câmpuri de adresă sunt folosite pentru adresele Punctului de
Acces receptor, Punctului de Acces transmiţător şi dispozitivului destinaţie. În
cazul în care cadrul este transferat prin mai multe Puncte de Acces (cazul
sistemelor de distribuție fără fir), al patrulea câmp adresă indică adresa
dispozitivului care a trimis cadrul.
Secvenţa de control este folosită pentru a gestiona fragmentarea MSDU
(MAC Service Data Layer) şi pentru a detecta cadrele duplicate. Ea menţionează
ordinea diferitelor fragmente din același cadru.
În fine, câmpul de date conţine sarcina utilă, iar câmpul Secvență de
Verificare a Cadrului (FCS) conţine un cod ciclic detector de eroare CRC
(Cyclic Redundancy Check) calculat pentru toate câmpurile din antetul MAC şi
din corpul cadrului. El are rolul de a verifica integritatea cadrelor primite
comparând rezultatul evaluărilor de la recepție cu cele de la transmisie.
În încheierea acestui paragraf, în figurile 3.4.11-3.4.13 este ilustrată
structura câtorva utilizate de protocolul aferent standardului IEEE 802.11.
43
Figura3.4.11 Cadrul RTS
Figura 3.4.12 Cadrul CTS
Figura3.4.13 Cadrul ACK
RA=adresa stației ce recepționează TA=adresa stației ce transmite Duration = Durata necesară transmiterii următorului cadru de date sau management + durata CTS + durata ACK + 3 intervale SIFS;
RA=adresa stației care recepționează (copiată din TA-ul RTS-ului) Duration = Durata din câmpul RTS anterior minus timpul transmiterii CTS și SIFS;
RA=adresa stației care recepționează (copiată din al doilea câmp de adrese al cadrului imediat anterior) Duration = 0 sau durata din câmpul cadrului anterior minus timpul transmiterii ACK și SIFS;
44
3.4.4 Algoritmul de asociere a unei Stații la un Punct de Acces
O stație care intră în aria de acoperire a unui Set de Servicii de Bază (BSS) sau
este pornită aflându-se în această arie parcurge următoarele etape pentru a se
asocia la punctul de control:
1. Stația caută Puncte de Acces disponibile. Punctele de Acces pot să nu
transmită toate datele din motive de securitate și atunci stația trebuie să
cunoască Identificatorul Setului de Servicii (SSID) corespunzător.
2. Stația identifică un Punct de Acces, dorește să i se asocieze și trimite o
cerere de asociere către Punctul de Acces. Are loc un schimb de
informații tip „handshake”, în vederea autentificării clientului care se
va alătura rețelei.
3. După autentificare stația se asociază cu Punctul de Acces și poate
transmite şi recepţiona pachete.
4. După folosirea serviciilor de rețea, stația trebuie să se dezasocieze de
Punctul de Acces. Punctele de Acces mai folosesc și contoare de „timpi
morţi”, pentru a putea dezasocia staţiile inactive.
3.4.5 Sincronizarea şi Economisirea Energiei
La stratul MAC sunt implementate şi funcțiile de sincronizare și management al
puterii. Stațiile trebuie să își mențină permanent sincronizarea, acest lucru fiind
necesar pentru alte funcții printre care şi funcţia de economisirea energiei.
Aceste funcţii pot fi activate numai în rețelele care funcționează în modul
infrastructură, unde toate stațiile își reglează tactul propriu după tactul Punctului
de Acces la care sunt asociate.
45
Sincronizarea se realizează după cum urmează: Punctul de Acces transmite
cadre periodice numite cadre de semnalizare, care conțin valoarea tactului în
momentul efectiv al transmiterii cadrului (nu cel al adăugării în stiva de
transmisie, fiindcă întârzierea cauzată de algoritmul CSMA poate fi
semnificativă). Stațiile care primesc mesajul verifică apoi valoarea propriului
tact la momentul recepției și îl corectează pentru a menține sincronizarea cu
tactul punctului de acces. Astfel se împiedică pierderile de sincronizare care ar
putea apărea după mai multe ore de funcționare.
Există două metode în care o staţie poate identifica Punctul de Acces şi
primi informaţiile de sincronizare:
• Scanarea pasivă – staţia aşteaptă să primească un Cadru de
Semnalizare (sau sincronizare) trimis periodic de la Punctul de Acces;
• Scanarea activă – staţia încearcă să găsească un Punct de Acces prin
transmiterea de Cadre de Cerere de Interogare (Poll) şi aşteaptă
primirea unui răspuns de la acesta.
Ambele variante sunt valide; se va alege una sau alta în funcţie de nivelul
de compromis acceptat între puterea consumată şi performanţă.
În reţelele locale fără fir sunt folosite, adesea, terminale mobile pentru care
energia este o resursă prețioasă și de aceea standardul 802.11 abordează şi
problema Economisirii Energiei definind un mecanism complet care permite
stațiilor să intre în stand-by pentru perioade lungi de timp fără a pierde din
informațiile care le sunt adresate. Astfel, într-o rețea de tipul infrastructură,
stațiile pot alege modul de control al puterii și vor informa apoi Punctul de
Acces printr-un un cadru corespunzător despre acest aspect.
Ideea principală din spatele acestui mecanism este aceea că Punctul de
Acces deține informații actualizate despre stațiile care se află în modul de
Economisire a Puterii. El va menține în memoria tampon pachetele destinate
46
acelor stații până când fie sunt solicitate de staţii prin trimiterea unei cereri de
sondare, fie staţiile comunică schimbare modului de operare.
Punctul de Acces transmite periodic (ca parte din cadrele de semnalizare)
informații despre stații care se află în modul de Economisire a Puterii şi care au
cadre în memoria lui tampon; acele stații ar trebui să se revină din stand-by
pentru a primi unul dintre aceste cadre de semnalizare. Dacă există indicații cum
că în memoria tampon a Punctului de Acces se află cadre care așteaptă
expedierea, atunci stația va rămâne „trează” și va trimite un mesaj de sondaj
pentru a le primi.
Dacă stația se află, de exemplu, în modul „putere scăzută”, ea ascultă
numai semnalizările trimise de Punctul de Acces, iar acesta o să țină în memoria
tampon pachetele destinate stației până când va trimite un mesaj de interogare
„PS-Poll”.
Punctul de Acces stochează de asemenea mesajele multi-destinaţie sau de
difuziune și le transmite la un moment pre-stabilit (DTIM), când toate stațiile
care sunt în starea de Economisire a Puterii și care ar trebui să recepționeze
acest gen de mesaje vor redeveni „active”.
4.2. Conectarea la Internet a staţiilor mobile
Aşa cum am văzut terminalele mobile se pot conecta la Internet în acelaşi fel ca
şi terminalele dintr-o reţea cablată de tip Ethernet, token-ring sau punct-la-punct.
Dacă terminalul rămâne în BSS mobilitatea sa nu afectează, în mod esenţial
funcţionarea reţelei; Problema apare atunci când se schimbă punctul de acces la
reţea.
Din punctul de vedere al reţelei, această mobilitate se interpretează ca o
schimbare a topologiei reţelei. În principiu utilizatorii mobili doresc acces
neîntrerupt la servicii în timp ce se deplasează în zona de lucru. Din păcate, nici
protocolul de Internet (IP) şi nici arhitectura OSI nu suportă această facilitate
deoarece adresa staţiei nu mai este valabilă, trebuie o nouă adresă şi o activitate
47
de configurare corespunzătoare; Evident nu se pune problema înlocuirii IP cu alt
protocol.
În schimb trebuie menţionat că în ultima perioadă protocolul IP a suferit
multe ajustări pentru a face faţă altor cerinţe care au rezultat din dezvoltarea sa
şi din introducerea unor noi servicii; printre altele se poate menţiona extinderea
spaţiului de adresă şi prelucrarea mesajelor multi-difuzate;
S-a pus problema de a se găsi o soluţie care să permită reţelelor WLAN să
funcţioneze respectând arhitectura specifică Internet, cu modificări compatibile.
Pentru a rezolva această problemă IETF (Internet Engineering Task Force) a
creat un grup de lucru numit "Mobile IP" cu sarcina de a pune la punct un
protocol adecvat şi apoi să-l propună spre standardizare. Acest grup de lucru a
propus unele modificări ale protocolului IP astfel încât terminalele mobile să-şi
poată schimba punctul de acces radio în reţea fără să întrerupă sesiunea de lucru.
Soluţia propusă are la bază înregistrarea locaţiei şi redirijarea pachetelor;
Un nod (o staţie) care a schimbat poziţia trebuie să se înregistreze la un
agent dedicat: un AP 802.11, un controler DECT sau o centrală GSM. Acest
agent (agent extern, Foreign Agent, FA) ia legătura cu agentul de origine (HA,
Home Agent) care este responsabil cu urmărirea adresei curente a staţiei; Dacă
înregistrarea are succes adresa curentă, CA (care-of-adress) care reprezintă
adresa locală din reţeaua vizitată, este legată de adresa de acasă prin FA;
Datagramele primite vor fi dirijate prin FA la staţia mobilă;
O schemă simplificată a soluţiei propuse este dată în figura 3.5.1.
48
Aşadar funcţiile definite prin acest standard permit staţiei mobile să se deplaseze
dintr-o celulă în alta sau dintr-o reţea în alta fără să-şi schimbe adresa IP. Acest
lucru este posibil deoarece transportul datelor este realizat în mod transparent la
nivelul transport şi, mai mult, transparent la orice router care nu are implicaţii în
funcţiunile de mobilitate;
În schema de mai sus toate datagramele adresate MN circulă via HA. Pachetele
de date care circulă pe calea inversă, de la mobil la un utilizator staţionar, sunt
dirijate pe calea cea mai scurtă de către sistemul de rutare Internet. Transparenţa
acestor servicii are şi unele dezavantaje; primul ar consta în aceea că ruta aleasă
nu poate fi decât sub-optimală, care în cel mai rău caz poate duce la "rutarea în
triunghi".
Acest aspect poate fi compensat prin distribuirea informaţiei de localizare
la mai multe gazde, denumite curent agenţi depozitari (cache agents) care pot
grăbi redirijarea datagramelor adresate staţilor a căror locaţie o cunosc;
Ca în orice mediu mobil, legătura fără fir este vulnerabilă la atacuri pasive
sau active; ca urmare trebuie implementate mecanisme de autentificare la nivelul
HA
FA
Internet
MN
Foreign network
Home network
HA - Home agent FA - Foreign agent MN - Mobile Node
Care-of -Address
Fig.3.5.1 Soluţia pentru INTERNET Mobil
SURSA
49
IP (cel puţin opţional). Astfel de mecanisme se implementează de regulă la
nivele superioare;
Indiferent de soluţie, ar putea să apară trei astfel de nivele de securitate:
autentificare la folosirea mediului, schimbul de mesaje la înregistrarea cu
agentul IP, identificarea utilizatorului pentru accesul la fişiere. Toate acestea duc
la o mare risipă de resurse pentru schimburile de mesaje şi administrarea cheilor
de protecţie;