Standardit / IEEE802.11
Merkitys:
• Yhteensopivuus
• Nopeammin tuotteiksi (valmis speksi)
• Halvemmat tuotteet käyttäjille (kilpailua)
• Standardin evoluutio => Investoinnin arvo säilyy Standardin synty
• PAR (Project Authorization Request)
• Working group perustetaan
• Standardiehdotus katselmointiin (ballot)
• Hyväksyntä
IEEE 802 standardiperhe
IEEE 802.3 Ethernet, Carrier sense
IEEE 802.4 Token
Bus
IEEE 802.5 Token
Ring
IEEE 802.11 Wireless IEEE 802.2
Logical Link Control (LLC)
MAC
PHY
IEEE 802.11
• Langattomien lähiverkkojen lyhyt historia (Alohanet 1971), radioamatöörien computer networking conferenssit 1980-luvulla ja ISM-bändin avaaminen FCC:n toimesta. IEEE 802 standardointiryhmä aloittaa 1980-luvun lopussa langattoman lähiverkkostandardin tekemisen ja se valmistuu 1997. Ensimmäiset standardiin perustuvat laitteet 1998.
• Langattomien lähiverkkojen käyttökohteet ovat moninaiset. Langattoman lähiverkon rakennuskustannukset langallisiin verkkoihin verrattuna tekevät niistä kiinnostavan vaihtoehdon langallisiin ratkaisuihin verrattuna (varsinkin vaikeasti kaapeloitavat ja usein muutoksia vaativat kohteet)
• IEEE 802.11 perusasiat
– IEEE 802.11 (ensimmäinen versio standardista), 2.4GHz bandi, 1Mbit/s (DBPSK) ja 2 Mbit/s (DQPSK), sekä hajaspektritekniikka (FHSS ja DSSS) häiriönsietoon.
– IEEE 802.11b, data nopeuden lisäys, CCK modulaatio
– IEEE 802.11a, 5 GHz bandi, OFDM (häiriön ja monitie-etenemisen sieto), BPSK, QPSK, 16-QAM ja 64-QAM modulaatiot, kanavakoodaus.
– Monikäyttömenetelmä = CSMA/CA.
Verkkoarkkitehtuureja (topologiat)
• Wireless LAN arkkitehtuuri
– Tukiasema, joka kiinnittyy langalliseen verkkoon.
Verkkoarkkitehtuureja (topologiat)
• Peer-to-Peer Wireless LANs (kuva 2.13)
– Langattomasta verkosta ei ole yhteyttä langalliseen verkkoon. Puhutaan
myös Ad-Hoc verkoista.
Verkkoarkkitehtuureja (topologiat)
• Multiple Cell Wireless LANs (kuva 2.14)
– Useita tukiasemia, joista kaikista yhteys langalliseen verkkoon.
– Handover = palvelun siirtyminen automaattisesti toiseen tukiasemaan
liikuttaessa.
LLC protokolla kerros
IEEE 802.2 LLC (logical link control) on yhteinen sekä langalliselle että langattomille lähiverkkotekniikoille.
LLC tukee 3 eri yhteystyyppiä
• Yhteydetön, kuittaamaton (yksinkertaisin, säästää kaistaa)
• Yhteydellinen, kuittaava (flow control = ei tuki vastaanottajaa)
• Yhteydetön, kuittaava (käyttökelpoisin)
LLC
• Siirtää dataa käyttäjien välillä käyttäen 802-pohjaista MAC linkkiä
• Palvelut addressing ja data link control
• Riippumaton verkon topologiasta, siirtotiestä ja siirtotielle pääsyn tekniikasta.
• LLC:n päällä olevat protokollakerrokset odottavat LLC:ltä virheetöntä tiedonsiirtoa verkon yli (ei aina…)
• Kuittaamaton, yhteydetön palvelu on yksinkertaisin toteuttaa ja vaatii että ylemmät kerrokset hoitavat virheet
• Yhteydellinen toteutus hitain
Upper layers LLC MAC/PHY
Upper layers LLC MAC/PHY LLC services:
• Unacknowledged Connectionless
• Connection-Oriented
• Acknowledged Connectionless
IEEE 802.11 MAC
• Päätehtävät
– Radiokanavan varaus – Liittyminen verkkoon
– Käyttäjän (station) tunnistus ja datan salaus
Ryhmätyö (2-3 henkeä)
• Annettua materiaalia käyttäen selvittäkää:
– CSMA:n toimintaperiaate kuvan 4.1 perusteella – Mikä NAV on ?
– Mitä tarkoittaa distributed coordination function?
– Mitä tarkoittaa point coordination function?
– Mikä on kuvan 4.3 IFS aikojen tarkoitus?
Distributed Coordination function
• Tarkoittaa kilpavarausta (CSMA/CA)
• Carrier sense (fyysinen ja virtuaalinen)
• Jokaisella MAC:llä on NAV=Network Allocation Vector (=timeri), johon lisätään vastaanotetuista sanomista luettu arvo (=duration field). MAC voi käytää samaa NAV timeriä kuvan 4.3 SIFS, PIFS ja DIFS varoaikojen toteuttamiseksi. => Yksinkertainen toteutus.
• Backoff arvotaan satunnaisesti tietylle aikavälille. Aikavälin koko kasvaa exponentiaalisesti jos uusintayrityksetkin törmäävät.
Point Coordination Function
• Tukiasema saa lisätehtäväkseen vuoronjakotehtävän
• Tukiasema lähettää itse ja pollaa
tukiaseman alueella olevia verkkokortteja, josko niillä olisi lähetettävää.
• Dynaamisesti päälle ja pois
Interframe space
• Short IFS
– ACK – CTS
– Jatkokehykset
• PIFS
– Tukiaseman vuoronjakokäytöön
• DIFS
– Kilpavarauksien lähetysaika
• EIFS
– (= SIFS, eli kiireellisille ACK viesteille oli varattu lähetysaikaa
heti edellisen päättyneen kehyksen jälkeen)
Radiokanavan varaus
• Toimintaperiaate: Fyysinen ja virtuaalinen radiokanavan tunnustelu (sense)
• Fyysinen = mitataan lähetystaajuudelta kuuluvaa tehoa
• Virtuaalinen = timer = NAV(Network Allocation Vector), jossa lukemana
kanavassa meneillään olevan (tai varattu) lähetysaika.
• Eksponentiaalisesti kasvava backoff aika, jos radiokanavan tunnistelu päättyy
tulokseen kanava = varattu.
Liittyminen verkkoon
• Aktiivinen tai passiivinen skannaus
– Molemmissa tavoitteena ”kiinnittyä” tukiasemaan (access point), jonka SSID on sama kuin verkkokortin (station) SSID.
– Tukiasemalta saadaan
• TSF Timing syncronization function
• PHY setup parametrit
• Passiivisessa skannauksessa kuunnellaan kutakin taajuutta ChannelTime aika
• Aktiivisessa skannauksessa lähetetään pollaus kehys
– Joko kehyksessä SSID, johon vain ko. SSID:n tukiasema vastaa – Tai broadcast SSID, jolloin kaikki kuulevat tukiasemat lähettävät
kontrollikanavaviestin, jossa tukiaseman SSID.
Käyttäjän tunnistus ja data salaus
• Tunnistus (authentication)
– Open system / shared key authentication
• Datan salauksen tavoitteet
– Suojaudutaan datan muuttamiselta (Integrity Check)
– Piilotetaan data (Cipher)
Error recovery
• Virhetilanteita:
– Request to send ja clear to send ei kuulla – ACK frame jää tunnistamatta
• Mitä MAC tekee?
– Toistaa lyhyitä kehyksiä RetryLimitShort kertaa – Toistaa pitkiä kehyksiä RetryLimitLong kertaa – Ja lopulta hylkää kehyksen
Eli voi jäädä virheitä
LLC kerrokselle jää vielä tehtävää
(acknowledged/unacknowleded)
MAC frame LLC-kehys
MAC-kehys
Ryhmätyötehtävä
• Selvitä MAC-kehyksen eri kenttien tehtävät
– frame control – Duration/ID – Address
– Sequence Control – Frame body
– FCS
MAC-kehyksen eri kenttien tehtävät
• frame control
– Protokollan versionumero
– Kehyksen tyyppi (Management, Control tai Data) + alityypit – To/from distribution system (tukiasemien väliseen
kommunikointiin?) – Retry
– Power management (tieto tukiasemalle) / more data (tieto tukiasemalta)
– WEP (salaus päällä / pois)
– Order (kehykset prosessoitava tarkasti järjestyksessä)
• Duration/ID
– Yleensä (kehystyypistää riippuen) tämä kenttä kertoo kehyksen keston => NAViin
– Joskus assosiation ID
MAC-kehyksen eri kenttien tehtävät (jatkuu)
• Address
– Jälleen kehystyypistä riippuvainen – BSSID identification
– Source, destination, transmitting station, receiving station osoitteet.
– Individual osoitteet
– Group osoitteet (multicast = tietty ryhmä / broadcast = kaikki)
• Sequence Control
– Kehyksen ja sen osien numerointi
– Toistettujen kehysten suodatus (miten kehys voidaan vahingossa toistaa?)
• Frame body – LLC data,
– MACin omia management ja control kehysten parametridataa
• FCS = CRC tarkiste
Frame types
• Management frame(type kentän bitit 3,2 = 00)
– Duration kenttään pitkä lukuarvo =32768 mikrosekunttia.
– Keskustelun aloittamiseen tukiaseman ja verkkokortin välillä.
– Authentication, Assosiation, probe,…
• Control frame (type kentän bitit 3,2 = 01)
– Data kehysten kuljetusta auttavat kehykset
• Ready to send / clear to send toiminto (hidden stations ongelmaan ja kovaan liikenteeseen)
• ACK
• Power save poll
• Contention free end (point coordination toiminta)
• Data frame (type kentän bitit 3,2 = 10)
– LLC-kerroksen kehyksen datan (specific information, supervisory, unnumbered) kuljetukseen.
