Wi-Fi

1. Wi-Fi Сети и системы телекоммуникаций Созыкин А.В.

2. План • Основы Wi-Fi • Место Wi-Fi в модели OSI • Wi-Fi и Ethernet • Физический уровень Wi-Fi • Уровень MAC в Wi-Fi • Метод доступа CSMA/CA • Сервисы Wi-Fi • Безопасность Wi-Fi ИМКН УрФУ

3. Основы Wi-Fi • Wi-Fi – технология беспроводных локальных сетей • Wi-Fi – торговая марка (принадлежит Wi-Fi Alliance) • Стандарт IEEE 802.11 • Никак не расшифровывается • Игра слов с Hi-Fi • Ранее «Wireless Fidelity» ИМКН УрФУ

4. Место Wi-Fi в модели OSI Прикладной Представления Сеансовый Подуровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC) Транспортный Сетевой Подуровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC) Канальный Физический ИМКН УрФУ

5. Место Wi-Fi в модели OSI • Физический уровень – способ передачи сигналов • 5 стандартов IEEE серии 802.11 • Уровень MAC – способ доступа к общей среде: • Один общий способ для всех 5 вариантов физического уровня • Уровень LLC – передача данных • Один общий способ ИМКН УрФУ

6. Архитектура Wi-Fi Инфраструктурный режим Произвольный режим (ad hoc) ИМКН УрФУ

7. Wi-Fi и Ethernet • Wi-Fi похожа на технологию Ethernet • Адресация – MAC-адреса • Разделяемая среда: • Ethernet – кабели • Wi-Fi – радиоэфир • Формат кадра уровня LLC ИМКН УрФУ

8. История развития • Беспроводная сеть ALOHA • Разделяемая среда - радиоэфир • Проводная сеть Ethernet • Разделяемая среда - кабели • Коммутируемый Ethernet • Отказ от разделяемой среды • Беспроводная сеть Wi-Fi • Разделяемая среда - радиоэфир ИМКН УрФУ

9. Стандарты физического уровня Wi-Fi ИМКН УрФУ

10. Физический уровень Wi-Fi • Инфракрасное излучение • 802.11, устаревший метод • Радиоэфир: • 2,4 ГГц – 802.11b, 802.11g, 802.11n • 5 ГГц – 802.11a • Диапазоны 2,4 и 5 ГГц не требуют лицензирования • Можно использовать свободно • Другие устройства также используют этот диапазон и создают помехи ИМКН УрФУ

11. Представление сигнала • Современные стандарты Wi-Fi используют метод OFMD: • Orthogonal Frequency Division Multiplexing • Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением • Данные передаются параллельно на разных частотах Мощность Частота ИМКН УрФУ

12. Адаптация скорости • Wi-Fi позволяет менять скорость при разном уровне сигнала: • Высокий уровень – скорость увеличивается • Низкий уровень – скорость уменьшается • Адаптация скорости реализуется за счет изменения числа и ширины гармоник сигнала ИМКН УрФУ

13. Уровень MAC в Wi-Fi • Wi-Fi использует разделяемую среду передачи данных • Возможны коллизии • Задача уровня MAC в Wi-Fi: • Обеспечить доступ к разделяемой среде только одного компьютера в каждый момент времени • Безопасность передачи данных ИМКН УрФУ

14. Особенности беспроводной связи • Вероятность ошибки передачи выше, чем в проводной среде • Мощность передаваемого сигнала намного выше, чем принимаемого • Ограниченный диапазон распространения сигнала – не все компьютеры в сети получают данные ИМКН УрФУ

15. Проблема «скрытой станции» B A C ИМКН УрФУ

16. Проблема «засвеченной станции» A B C D ИМКН УрФУ

17. Обнаружение коллизий • Ethernet • Компьютер передает и одновременно принимает сигнал, если они не совпадают - коллизия • Jam-последовательность для усугубления коллизии • Wi-Fi • Передаваемый сигнал намного мощнее принимаемого • Проблемы «Скрытой» и «засвеченной» станции • Сигнал о коллизии может не дойти до всех компьютеров ИМКН УрФУ

18. Обнаружение коллизии и ошибок в Wi-Fi • Wi-Fi использует подтверждение доставки кадра: • Обнаружение коллизий • Обнаружение ошибок • При отсутствии подтверждения кадр пересылается повторно ИМКН УрФУ

19. Подтверждения в Wi-Fi ACK 1 ACK 2 1 1 2 2 B A C ИМКН УрФУ

20. Коллизия в Wi-Fi • Коллизии в Ethernet дешевы: • Обнаруживаются сразу после возникновения • Все компьютеры в сети информируются о коллизии с помощью Jam-последовательности • Коллизия в Wi-Fi обходится очень дорого: • Обнаруживается по отсутствию подтверждения • Временные затраты: передача кадра, тайм-аут ожидания подтверждения • Вывод: коллизий в Wi-Fi следует избегать ИМКН УрФУ

21. Метод доступа к среде • Метод доступа к среде в Ethernet: • CSMA/CD - Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты и распознаванием коллизий • Метод доступа к среде в Wi-Fi: • CSMA/CA - Множественный доступ с прослушиванием несущей частоты с предотвращением коллизий ИМКН УрФУ

22. Модель CSMA/CA Слоты ожидания Кадр ACK 1 2 3 4 4 Кадр ACK Передача кадра Передача кадра Период молчания Межкадровый интервал Передача подтверждения Передача подтверждения ИМКН УрФУ

23. CSMA/CA • В Wi-Fi компьютеры прослушивают несущую чтобы определить, свободен ли канал • Период передачи состоит из двух частей: • Передача кадра • Передача подтверждения • После завершения передачи и межкадрового интервала компьютеры в Wi-Fi начинают период молчания: • Слот ожидания - промежуток времени фиксированной длины • Количество слотов ожидания компьютеры выбирают случайным образом ИМКН УрФУ

24. CSMA/CA • Начинает передачу тот компьютер, который выбрал наименьшее число слотов ожидания • Компьютер передает кадр и ожидает подтверждения • Если подтверждение не пришло: • Произошла ошибка • Произошла коллизия • Производится повторная передача кадра • Время ожидания увеличивается экспоненциально с каждой новой попыткой (как в Ethernet) ИМКН УрФУ

25. Формат кадра Wi-Fi уровня MAC ИМКН УрФУ

26. Сервисы Wi-Fi • Ассоциациия • Подключение компьютера к точке доступа • Аутентификация • Проверка права передачи данных • Доставка данных • Служба распределения • Выбор способа доставки: беспроводная или проводная сеть • Служба конфиденциальности ИМКН УрФУ

27. Безопасность в Wi-Fi • Wi-Fi использует электромагнитное излучение для передачи данных: • Данные доступны всем • Защита данных встроена в Wi-Fi • Шифрование ИМКН УрФУ

28. Безопасность в Wi-Fi • Wired Equivalent Privacy (WEP) – первоначальная схема, высокая уязвимость • Wi-Fi Protected Access (WPA) – временная улучшенная схема • Wi-Fi Protected Access 2 (WPA2): • Используется сейчас • Стандарт 802.11i • Шифрование на основе AES ИМКН УрФУ

29. Итоги • Основы Wi-Fi • Место Wi-Fi в модели OSI • Wi-Fi и Ethernet • Физический уровень Wi-Fi • Уровень MAC в Wi-Fi • Метод доступа CSMA/CA • Сервисы Wi-Fi • Безопасность Wi-Fi ИМКН УрФУ

30. Вопросы? ИМКН УрФУ