Computer Networks.Wireless

Retele de calculatoare

Retele wireless
Sabin-Corneliu Buraga
busaco@infoiasi.ro
http://www.infoiasi.ro/~busaco

Sabin-Corneliu Buraga 2006/2007 – www.infoiasi.ro/~busaco/ [1]


Cuprins
• Preliminarii
• Dispozitive
• Retele wireless
• Internet fara fir
• Arhitecturi de aplicatii



Preliminarii
• Dispozitive mobile vs. wireless
– Mobil: nu are o locatie fixa, comunicatiile avind loc
si in momentul in care dispozitivul se misca
– Nomad: are abilitati de miscare, incepind
sa comunice dupa ce isi stabileste o alta locatie
– Comunicatii mobile: abilitatea unui dispozitiv de
a comunica via una sau mai multe legaturi de acces
(i.e., Ethernet, 802.11 etc.) cu alte dispozitive aflate
in alte locatii
• Wireless – se refera la transmisia de voce si
date prin intermediul undelor radio


Preliminarii
• Pot exista situatii in care aplicatiile wireless
nu sunt mobile, dar folosesc o retea wireless
– Acces via WLAN (Wireless Local Area Network)

Mobile Wireless

• Exista si aplicatii mobile care nu sunt wireless
– Exemplu: PDA (Personal Digital Assistant)


Preliminarii
• Probleme: • Provocari:
– Acoperirea si – Descoperirea locatiei
penetrarea – Detectarea mutarii
– Latimea de banda
– Actualizarea
– Latenta comunicatiei
– Fiabilitatea
– (Re)Stabilirea caii de
transmiterii
comunicare
– Standardizarea



Preliminarii
• Solutiile privind mobilitatea vizeaza:
– Nivelul legatura de date
• Probleme de scalabilitate
– Nivelul retea (IP, IP mobil)
• Aplicatiile nu trebuie restartate la trecerea de la
wireless la comunicatii conventionale sau invers
– Celelalte niveluri (transport, aplicatie)
• Necesita ca aplicatiile sa fie special concepute
pentru a suporta mobilitatea
• Se folosesc rar in practica


Dispozitive
• Aspecte de interes:
– Marime & greutate
– Memorie disponibila pentru aplicatii & date
– Viteza procesorului
– Caracteristicile ecranului
(rezolutie, adincime de culoare,
utilizare in exterior etc.)
– Mecanismele de intrare (achizitie de date)
– Suport pentru mobilitate
din partea sistemului de operare


Dispozitive
• Aspecte de interes (continuare):
– Slot-uri pentru extinderea ulterioara
(memorie suplimentara,
conectivitate cu alte dispozitive etc.)
– Timpul de viata a bateriei
– Caracteristici integrate: camera digitala,
tastatura, porturi infrarosu, Bluetooth,…
– Suport software: aplicatii, instrumente de
dezvoltare, navigatoare mobile,
drivere pentru hardware etc.


Dispozitive
• Posibilitati de comunicare wireless
– Two-unit: necesita ca 2 echipamente
sa poata conlucra (i.e.: telefon mobil + PDA)
• Cablu / conexiune infrarosu / Bluetooth
via PAN (Personal Area Network)



Dispozitive
• Posibilitati de comunicare wireless
– Configuratii detasabile: folosirea unui plug-in
sau atasament clip-on pe dispozitiv, cu functii
de conectivitate – necesita existenta unui slot
• Dispozitivul se poate conecta la diverse tipuri de
retele wireless, folosind protocoale diferite
– Configuratii integrate: conectivitatea wireless
este inclusa direct in dispozitiv



Dispozitive
• Clasificare:



Retele wireless

• Categorii:
–WPAN (Wireless Personal Area Network)
• Spatiu de operare ~10 m.
• Inlocuieste cablurile de interconectare
la alte echipamente
• Standarde: IrDA, Bluetooth, 802.15



Retele wireless

• Categorii:
–WLAN (Wireless Local Area Network)
• Spatiu de operare ~100 m.
(cladiri, campus-uri etc.)
• Extensie/alternativa la LAN-ul conventional
• Standarde: 802.11a, b, g, HIPERLAN/2



Retele wireless

• Categorii:
–WWAN (Wireless Wide Area Network)
• Acoperire nationala,
via mai multe surse (carriers)
• Extensie a LAN/WAN-ului conventional
• Standarde: GSM, TDMA, CDMA, GPRS,
EDGE, WCDMA



Retele wireless

• Categorii:
–Retele de sateliti
• Acoperire mondiala
• Extensie a WAN-ului conventional
• Standarde: TDMA, CDMA, FDMA



Retele wireless
• Standarde de conectivitate pentru WPAN:
– IrDA (Infrared Data Association): comunicatie
punct-la-punct bidirectionala via porturi cu infrarosu
– Bluetooth: interconectivitate intre dispozitive,
folosind frecventa 2.4 GHz
• Un dispozitiv poate fi setat ca putind fi descoperit in mod
general, limitat sau deloc (descoperirea e automata)
• 8 dispoz. formeaza un piconet (retea ad-hoc)
• Mai multe piconet-uri = scatternet
• Interoperabilitatea se realizeaza via profiluri de dispozitiv
(standardizate) – vezi www.bluetooth.com
• Securitatea e tratata la nivel de legatura de date


Retele wireless
• Standarde:
– Bluetooth



Retele wireless
• Standarde de conectivitate pentru WPAN:
– IEEE 802.15: se bazeaza pe modelul Bluetooth,
pentru a oferi standarde de comunicare wireless
– detalii la www.ieee802.org/15/
• Ofera si interoperabilitate cu dispozitive suportind 802.11
• 802.15.1 – latime de banda: 1 Mbps
• 802.15.3 – latime de banda: 20 Mbps



Retele wireless
• Moduri de interconectare (configuratii) WLAN:
– Peer-to-peer
– Cu punct de acces (Access Point)
• pot utiliza si puncte de extensie (Extension Point)



Retele wireless
• Standarde de conectivitate pentru WLAN:
– 802.11b/Wi-Fi (Wireless Fidelity): www.wi-fi.org
• Foloseste frecventa de 2.4 GHz
• Latimea de banda poate fi de maxim 11 Mbps
• Aria de comunicare este ~100 m. (viteza de transfer
depinde de departarea dispozitivului)
– E.g., pentru o distanta de 65 m. intre doua dispozitive,
transferul se efectueaza cu maxim 2 Mbps
– 802.11a
• Mai complex, ofera 54 Mbps, foloseste 5 GHz (mai putine
coliziuni), dar necesita mai multa putere de procesare
– 802.11g
• Combina facilitatile de la precedentele


Retele wireless
• Standarde de conectivitate pentru WLAN:
– HomeRF (Radio Frequency)
• Destinat comunicatiilor casnice
• Suporta comunicatii de calitate prin voce
– HIPERLAN (High-Performance Radio Local Area
Network) – HIPERLAN/2
• Utilizeaza frecventa de 5 GHz
• Transfer de maxim 54 Mbps, pe o raza de ~150 m.
• Incorporeaza facilitati pentru asigurarea QoS
(pentru transmisii multimedia in timp-real)
• Ofera interoperabilitate cu Ethernet, IEEE 1394 (Firewire)
si sisteme mobile 3G
– UWB (Ultra Wide Band)
• Vizeaza utilizarea frecventelor >5 GHz


Retele wireless

• Retelele WWAN:
– Transferul de date se realizeaza
prin comutare de pachete (packet-switch)
• Contrast cu modul de comutare
prin circuite virtuale
• Nu necesita conexiuni dedicate
• Permit mai multor utilizatori sa foloseasca
o singura conexiune
(se maximizeaza spectrul de transmisie)



Retele wireless
• Retelele WWAN:
– Celula (cell): zona geografica avind o arie de
acoperire a semnalului
• Depinde de protocol, puterea semnalului,
obstacole
• Raza de actiune: 1-40 km.
• Celulele sunt coordonate de un cell system
• Ariile foarte populate contine micro-celule
(diam.~100m.)
• Conexiunea dintre utilizatori din celule diferite
este pasata printr-un proces numit handoff
sau handover


Retele wireless
• Retelele WWAN:
– Reutilizarea frecventei de emisie
conform gruparii celulelor
– Plasarea elementelor de
retea se realizeaza
conform unor strategii
de optimizare a acoperirii
si maximizarii semnalului



Retele wireless

• Retelele WWAN:
– Multiplexarea: semnalul este folosit (partajat)
de mai multi utilizatori
• Frequency-division multiplexing (FDM): fiecare semnal
din cadrul canalului de comunicatie are o frecventa unica
(modelul posturilor radio)
• Time-division multiplexing (TDM): se asigneaza fiecarui
utilizator segmente de timp in care poate comunica
• Code-division multiplexing (CDM): fiecare semnal are
atasat un cod, toate semnalele fiind transmise
pentru a “umple” intreaga latime de banda; receptorul
va procesa doar semnalele avind codul “corect”


Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 2 (2G):
– Imbunatatire a generatiei 1 (’70-’80)
– In afara transmiterii digitale de voce,
suporta transmisii de date (9.6-19.2 Kbps)
– Code Division Multiple Access (CDMA IS-95)
– Global System for Mobile Communications (GSM)
– Facilitati: mesaje scurte (SMS), acces via WAP,
aplicatii de tip calendar, managementul informatiilor
personale (PIM), tonuri, jocuri etc.



Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 2.5 (2.5G):
– Tranzitie de la comutare de circuite
la comutare de pachete
– Rate de transfer ~115 Kbps
– General Packet Radio Services (GPRS) →
Enhanced Data for Global Evolution (EDGE)
– Code Division Multiple Access CDMA 2000 1x
– Retele GPRS se comporta similar cu cele LAN
clasice, aplicatiile fiind mai usor de implementat
– Un dispozitiv GPRS ≡ terminal


Retele wireless

• Retelele WWAN de generatia 3 (3G):
– Standardele 3GPP
(Third-Generation Partnership Project)
• International Mobile Telecommunications
Beyond the Year 2000 (IMT-2000)
• Wideband CDMA (W-CDMA)
– Rate de transfer de 144 Kbps – 2 Mbps
– Mobilitate sporita, asigurarea QoS, bazate pe IP
– Detalii la www.3gpp.org si www.3gpp2.org


Retele wireless
• Protocoale (exemple):
– Paging: Flex/reflex (Motorola),
ERMES (European Radio Message System)
– Doar pt. date: Cellular Digital Packet Data (CDPD)
– Time-Division Multiple Access (TDMA) – America
– Global System for Mobile Communications (GSM) –
frecv. 900 MHz & 1800 MHz in Europa,
frecv. 1900 MHz in USA
– Wideband Code-Division Multiple Access (WCDMA)
– in Europa: Universal Mobile Telecommunication
System (UMTS), in Japonia: Freedom of Multimedia
Access (FOMA) – regasite la nivelul 3G


Wireless Internet

• Mobile IP (RFC 3344)
– Protocol de rutare dinamica in care dispozitivele
terminale (end devices) isi semnalizeaza propriile
actualizari de rute si tunelele dinamice de date
elimina necesitatea propagarii informatiilor
privitoare la rute
– Un utilizator poate folosi (roam) diverse sub-retele
IP si legaturi de acces, mentinindu-se o comunicare
continua


Wireless Internet: IP mobil

• Componente:
– Nod mobil:
dispozitiv folosind IP,
rulind un client IP mobil
– Home
(home is where the route is)



• Componente:
– Home address:
adresa IP a nodului mobil
• Poate fi alocata static ori dinamic,
in timpul procesului de inregistrare
– Home network: reteaua la care
este atasat un nod mobil
– Home agent: responsabil cu
redirect. datelor spre locatia
curenta a nodului mobil
• Proceseaza actualiz. de rutari IP
(registrations)
• Expediaza date via tuneluri dinamice


• Componente:
– Care-of Address (CoA): adresa IP valida si rutabila
• Desemneaza marginea retelei ce poate fi accesata
prin rutari obisnuite
• Reprezinta punctul terminal al unui tunel
• Punctul de legatura cu agentul strain (Foreign Agent)
• Colocated CoA (CCoA): un nod mobil primeste un IP de la
reteaua straina via un protocol de management de adrese
precum DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
– nodul mobil are 2 adrese:
Home Address (nerutabila) & CCoA (rutabila)
• Foreign Agent Care-of Address (FA CoA):
mai multe noduri partajeaza aceeasi adresa IP
oferita de agentul strain


• Componente:
– Foreign Agent (FA): e un router atasat la o legatura
de acces, aflat la celalalt capat al tunelului stabilit
cu un nod mobil
• Ofera (advertises) una sau mai multe adrese IP referite
drept CoA
• Cind un nod se inregistreaza la un Home Agent,
o face via un FA
• FA trebuie sa fie conectat
direct cu nodul mobil



• Descoperirea agentilor
– Internet Control Message Protocol (ICMP)
– Router advertisement – via multi/broad-cast
– Router solicitation (se restrictioneaza TTL=1)



Internet Protocol, Src Addr: 192.168.100.6, Dst Addr: 255.255.255.255
Version: 4
Header length: 20 bytes
Differentiated Services Field: 0x00 (DSCP 0x00: Default; ECN: 0x00)
Total Length: 54
Identification: 0xd838
Fragment offset: 0
Time to live: 1
Protocol: ICMP (0x01)
Header checksum: 0xbce0 (correct)
Source: 192.168.100.6 (192.168.100.6)
Destination: 255.255.255.255 (255.255.255.255)
Internet Control Message Protocol
Type: 9 (Router advertisement)
Checksum: 0x6ba4 (correct)
Number of addresses: 1
Address entry size: 2
Lifetime: 30 seconds
Router address: 192.168.100.6


Ext: Mobility Agent Advertisement Extension
Extension Type: Mobility Agent Advertisement Extension (16)
Length: 10
Sequence Number: 3
Registration Lifetime: 36000
Flags: 0x15
0... .... = Registration Required: False
.0.. .... = Busy: False
..0. .... = Home Agent: False
...1 .... = Foreign Agent: True
.... 0... = Minimal Encapsulation: False
.... .1.. = GRE (Generic Routing Encapsulation): True
.... ..0. = Reserved: False
.... ...1 = Reverse Tunnel: True
Reserved: 0x00
Care-Of-Address: 192.168.100.6 (192.168.100.6)



• Descoperirea locatiei
– Un nod mobil se poate gasi in doua tipuri de locatii:
Home Network si reteaua vizitata (straina)
– Cind nodul nu este acasa, se foloseste CoA
• Care-of Address Extension contine macar o adresa CoA
oferita de FA
– Daca nodul nu primeste mesaje
de tip agent advertisement, atunci incearca
sa obtina o adresa prin tehnici precum DHCP
pentru a-si cunoaste locatia curenta


• Detectarea mutarilor & politica de handover
– Algoritmul Steady-state: nodul mobil foloseste
FA-ul curent cit
de mult timp poate



– Algoritmul New network: pe baza prefixurilor
adreselor IP primite via agent advertisments,
nodul determina
noile sub-retele la
care se poate conecta



– Link-state triggers:
se foloseste
starea legaturii



• Intrebari privitoare la handover :
– Did I leave my Home Network?
– Did I roam to a different Foreign Network
than the one I was already visiting?
– Did I come back to my Home Network?
• Handover implica inregistrarea nodurilor mobile
– Foloseste UDP la portul 434
– Se utilizeaza mesaje de tip cerere-raspuns



Wireless Internet: mobile IP



• Identificarea unui nod se realizeaza prin:
– Adresa IP static alocata, de tip Home Address
– Network Access Identifier (NAI) – RFC 3846
• Un nod se poate atasa simultan
la mai multe retele straine (via FA multipli):
simultaneous bindings
• Autentificarea poate avea loc folosind
extensii la mesajele vehiculate:
authentication extensions
– Authentication, Authorization and Accounting
(AAA)


• Tuneluri: legaturi logice la distanta de 1 hop,
aflate la marginile Foreign Network
la care sunt atasate nodurile mobile
– Pot transporta orice pachete IP
intre punctele finale ale comunicatiei
– Incapsularea datelor se face via IP-in-IP – RFC 2003
(20 de bytes suplimentari)
– Se poate folosi si o incapsulare minimala (8-12 bytes
suplim.; nu functioneaza daca apar fragm. IP) – RFC 2004
– Pentru transportarea pachetelor cu date privitoare la
protocoale de retea diferite, se recurge la GRE (Generic
Routing Encapsulation) – RFC 1701


• Rutarea: se foloseste tehnica triangle routing
(dirijare asimetrica bazata pe cai)



Aplicatii wireless
• Protocolul WAP (Wireless Access Protocol)



Aplicatii wireless
– Protocol de comunicatii pentru dispozitive mobile
fara fir (handheld, mobile phone,…)
– Standard permitind accesarea informatiilor si
serviciilor oferite de Internet via un dispozitiv mobil
(wireless)
– Standard industrial sub coordonarea consortiului
Open Mobile Alliance (fost WAP Forum)
www.wapforum.org
– Versiuni: WAP 1.0, WAP 1.1, WAP 1.2, WAP 2.0



Aplicatii wireless
– Poarta WAP: mediator intre Internet si
un dispozitiv folosind WAP
• Pentru WAP 2 nu este neaparat necesara,
folosindu-se direct HyperText Transfer Protocol
(HTTP/1.1)
– Wireless Services Provider:
ofertant de servicii de comunicare fara fir
(AT&T, British Telecom, Verizon, Zapp, …)



Aplicatii wireless
– Servicii oferite de poarta WAP
• Conversie de protocoale – mai ales pentru WAP < 2
• Statistici
• Transmiterea deliberata de date spre o aplicatie
rulind pe un dispozitiv mobil (WAP Push)
via PAP (Push Access Protocol) – e.g., notificari



Aplicatii wireless
– Protocoalele WAP2
• Wireless Profiled HTTP (WP-HTTP)
interoperabil cu HTTP, asigura compresia datelor
si realizarea de tunele (HTTP tunneling)
• Transport Layer Security (TLS)
protocol de transport securizat
(interoperabilitate & tranzactii sigure)
• Wireless Profiled TCP (WP-TCP)
ofera servicii orientate-conexiune,
interoperabil cu TCP clasic


Aplicatii wireless
– Maniere de specificare a profilului unui dispozitiv
(caracteristici hardware, platforma,
capacitati de procesare etc.)
• User Agent Profile (UAProf) bazat pe standardul
Composite Capabilities/Preferences Profile
(CC/PP) – http://www.w3.org/TR/CCPP-struct-vocab/
– Format RDF/XML
• Wireless Universal Resource FiLe (WURFL) –
initiativa open source – http://wurfl.sourceforge.net
– Format XML


Aplicatii wireless
– Categorii de dispozitive mobile
• Clienti slabi (thin clients) – ofera un micro-
browser incorporat pentru transfer si prezentare
de date reprezentate in formate WML, XHTML,...
• Clienti compacti (thick clients) – pot fi instalate
aplicatii externe (e.g., prin transfer via Internet),
prezentarea datelor fiind realizata de acestea
– Sistem de operare: Symbian OS, Palm OS,
Windows CE, Embedded Linux,...
– Masina virtuala: J2ME, .NET Compact Framework
• Clienti de sine-statatori (standalone clients)
similari unor PC-uri (e.g., Tablet PC)


Aplicatii wireless

• Acces la Web via un micro-browser WAP
(componente arhitecturale):



Aplicatii wireless
• Smart clients sincronizindu-si datele



Aplicatii wireless
• Sisteme de messaging



Aplicatii wireless
• Comunicarea
in cadrul
unui campus
industrial
(componente
arhitecturale):



Aplicatii wireless
• Campus universitar wireless
(componente arhitecturale & activitati):
– Puncte de acces in locatii selectate
(cladiri academice, camine,…)
• Localizare optima, maximizarea latimii de banda etc.
– Placi de retea wireless (wireless cards)
– Instalare & mentenanta a echipamentelor hardware
• Software de monitorizare
• Solutionarea problemelor de acces, securitate,
confidentialitate (wired equivalent privacy)
– Managementul resurselor (servicii, date, utilizatori)


Aplicatii wireless
• Directii de interes:
– Retele oferind servicii vocale de calitate
(voice-oriented networks)
– Acces la date via wireless
• Wireless home networking – unificarea telefoniei
(cu/fara fir), Internet-ului, TV (prin cablu/satelit)
• Home access networks – vezi initiativele 802.16
si HIPERACCESS
• Managementul unificat al retelelor ad-hoc cu
auto-configurare: UPnP (Universal Plug’n’Play),
RendezVous, Digital Living Network Alliance


Aplicatii wireless
• Alte provocari:
– Asigurarea conectivitatii continue
• Calitatea continutului (fidelitate)
• Concurenta
(partajarea/managementul resurselor)
• Agilitatea
(viteza/flexibilitatea adaptarii la schimbari)
– Reducerea puterii consumate
– Asigurarea independentei de dispozitiv
a aplicatiilor wireless
• Vezi si initiativa Wireless Web


Rezumat
• Preliminarii
• Dispozitive
• Retele wireless
• Internet fara fir
• Arhitecturi de aplicatii



Intrebari?


Computer Networks.Wireless

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (7)

Mais de Sabin Buraga

Mais de Sabin Buraga (20)

Computer Networks.Wireless