Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Παρουσίαση με θέμα: "Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής
Ασύρματα Τοπικά Δίκτυα ΙΕΕΕ CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

2 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Περιεχόμενα Βασικές Έννοιες και Ορισμοί Αρχιτεκτονική - Τοπολογίες Συχνότητες Λειτουργίας Ρυθμοί Μετάδοσης Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο Τα Υποπρότυπα ΙΕΕΕ x Ποιότητα Υπηρεσίας σε WLANs Ασφάλεια WLANs Κινητικότητα Χρηστών (Mobility Support) All IP Networks και ΙΕΕΕ CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

3 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Εισαγωγή Ένα ασύρματο τοπικό δίκτυο (Wireless Local Area Network-WLAN) είναι ένα επικοινωνιακό σύστημα που χρησιμοποιείται ως επέκταση ή εναλλακτική λύση ενός κοινού ενσύρματου δικτύου (Ethernet) και επιτρέπει στον κινητό χρήστη την ασύρματη μετάδοση και λήψη δεδομένων. Προσφέρουν ασύρματη πρόσβαση ανάμεσα σε PCs, φορητούς υπολογιστές αλλά και άλλες προσωπικές συσκευές όπως Palmtops και PDAs. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

4 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Εφαρμογές των WLANs Μικρές ομάδες εργασίας με διαμοιραζόμενες πληροφορίες Εργαστήρια πανεπιστημίων Ιστορικά κτήρια όπου η εγκατάσταση καλωδίων είναι δύσκολη ή αδύνατη Μεγάλες βιομηχανικές μονάδες με τεράστιες ανάγκες καλωδίωσης CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

5 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Το Πρότυπο ΙΕΕΕ Το ΙΕΕΕ είναι το πρώτο πρότυπο που δημιουργήθηκε για ασύρματη δικτύωση. Ορίζονται το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων (MAC) και το φυσικό επίπεδο (PHY). Εφαρμογή του ΙΕΕΕ στα Επίπεδα OSI CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

6 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Wi-Fi και ΙΕΕΕ To Wi-Fi είναι μη κερδοσκοπικός διεθνής οργανισμός με μέλη κατασκευαστές προϊόντων Σκοπός του είναι να πιστοποιήσει την διαλειτουργικότητα προϊόντων βασισμένων στο ΙΕΕΕ Η πιστοποίηση Wi-Fi σε μία συσκευή αποτελεί κατά συνέπεια μία εγγύηση για τον αγοραστή για την διαλειτουργικότητα της συσκευής. Επειδή δε πλέον όλοι οι κατασκευαστές φροντίζουν ώστε τα προϊόντα τους να επιτυγχάνουν την πιστοποίηση έχει επικρατήσει να αναφερόμαστε στο πρότυπο ΙΕΕΕ με τον όρο Wi-Fi. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

7 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
IEEE Components Τα βασικά στοιχεία ενός δικτύου ΙΕΕΕ είναι: Station (STA): Ένας προσωπικός υπολογιστής ή μια συσκευή με ασύρματη σύνδεση. Access Point (AP): Η γέφυρα μεταξύ του ασύρματου και του ενσύρματου LAN Basic Service Set (BSS): Σύνολο από STAs τα οποία επικοινωνούν μέσω του ίδιου καναλιού στην ίδια περιοχή. Extended Service Set (ESS): Ένα σύνολο από BSSs και ενσύρματα LANs. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

8 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Αρχιτεκτονική (1/3) Τυχαία (Ad-hoc ή peer to peer) Η πιο απλή διάρθρωση στην οποία οι ασύρματοι σταθμοί που μετέχουν είναι ισότιμοι και επικοινωνούν μεταξύ τους κατευθείαν. Πλεονέκτημα είναι η γρήγορη και εύκολη εγκατάσταση. Δομημένης Διάρθρωσης (Infrastructure WLAN) Ακολουθεί μια κυψελοειδή αρχιτεκτονική, όπου το δίκτυο χωρίζεται σε κυψέλες με κάθε κυψέλη να ονομάζεται BSS (Basic Service Set). Κάθε κυψέλη περιλαμβάνει ένα σταθμό βάσης AP (Access Point) και ένα αριθμό από ασύρματους σταθμούς. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

9 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Αρχιτεκτονική (2/3) BSS Distribution System BSS Infrastructure Network CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

10 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Αρχιτεκτονική (3/3) Ad Hoc Network CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

11 Συχνότητες Λειτουργίας
Τα πιο κοινά WLANs λειτουργούν στη μη αδειοδοτημένη περιοχή συχνοτήτων ISM (Industrial, Scientific and Medical) των 2,4 GHz και στην UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) μπάντα των 5 GHz. Τα ΙΕΕΕ b WLANs λειτουργούν στη ζώνη 2, GHz. Το πρότυπο IEEE a χρησιμοποιεί την περιοχή των 5 GHz UNII. Αυτή η περιοχή έχει εύρος 300 MHz και είναι χωρισμένη σε δύο υποπεριοχές. Η χαμηλότερη υποπεριοχή επεκτείνεται από 5,15 MHz ως 5,35 MHz. Η ανώτερη υποπεριοχή είναι από MHz ως MHz. (Η ΕΕΤΤ δεν έχει δώσει άδεια χρήσης της στην Ελλάδα) CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

12 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Διαμόρφωση (1/2) Στο φυσικό επίπεδο προδιαγράφονται δύο τεχνικές διαμόρφωσης (Απλωμένου Φάσματος): FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Και στις δύο υποστηρίζονται ρυθμοί μετάδοσης 1 και 11Mbps στην ζώνη συχνοτήτων 2.4 – GHz. Για το φυσικό επίπεδο προδιαγράφονται τρεις τεχνολογίες: n        FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) n        DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Και στις δύο υποστηρίζονται ρυθμοί μετάδοσης 1 και 2Mbps στην ζώνη συχνοτήτων 2.4 – GHz. Η ζώνη αυτή είναι μία μη αδειοδοτημένη ζώνη για χρήση ISM (Industrial, Scientific and Medical), δηλαδή όχι για εμπορική εκμετάλλευση. n        Υπέρυθρη ακτινοβολία (Infrared) Και οι FHSS και η DSSS είναι τεχνικές εξάπλωσης φάσματος (spread spectrum). Σε αυτές αφού διαμορφώσουμε με το σήμα πληροφορίας μία φέρουσα στη συνέχεια εξαπλώνουμε την ισχύ του σήματος σε μία ευρεία περιοχή συχνοτήτων. Έτσι από την μια καταναλώνουμε περισσότερο φάσμα, από την άλλη το σήμα μας αποκτά εξαιρετική ανοσία σε παρεμβολές, θόρυβο και φαινόμενα διάδοσης, όπως ανακλάσεις CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

13 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Διαμόρφωση (2/2) Στην ζώνη συχνοτήτων 5GHz η τεχνική η οποία χρησιμοποιείται είναι: Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Ρυθμοί μετάδοσης ως και 54Mbps Μόνο για το πρότυπο ΙΕΕΕ a άρα όχι ακόμη στην Ελλάδα Για το φυσικό επίπεδο προδιαγράφονται τρεις τεχνολογίες: n        FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) n        DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) Και στις δύο υποστηρίζονται ρυθμοί μετάδοσης 1 και 2Mbps στην ζώνη συχνοτήτων 2.4 – GHz. Η ζώνη αυτή είναι μία μη αδειοδοτημένη ζώνη για χρήση ISM (Industrial, Scientific and Medical), δηλαδή όχι για εμπορική εκμετάλλευση. n        Υπέρυθρη ακτινοβολία (Infrared) Και οι FHSS και η DSSS είναι τεχνικές εξάπλωσης φάσματος (spread spectrum). Σε αυτές αφού διαμορφώσουμε με το σήμα πληροφορίας μία φέρουσα στη συνέχεια εξαπλώνουμε την ισχύ του σήματος σε μία ευρεία περιοχή συχνοτήτων. Έτσι από την μια καταναλώνουμε περισσότερο φάσμα, από την άλλη το σήμα μας αποκτά εξαιρετική ανοσία σε παρεμβολές, θόρυβο και φαινόμενα διάδοσης, όπως ανακλάσεις CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

14 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Frequency Hopping SS Η ζώνη των 2,4GHz διαιρείται σε υποκανάλια των 75MHz Ο πομπός και ο δέκτης συμφωνούν σε ένα hopping pattern και τα δεδομένα στέλνονται σε μια ακολουθία από αυτά τα υποκανάλια Κάθε σύνδεση χρησιμοποιεί διαφορετικό pattern. Τα patterns είναι έτσι σχεδιασμένα ώστε να ελαχιστοποιούν την πιθανότητα δύο πομποί να χρησιμοποιούν το ίδιο υποκανάλι ταυτόχρονα Οι τεχνικές FHSS επιτρέπουν ταχύτητες όχι υψηλότερες από 2 Mbps. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

15 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Direct Sequence SS H ζώνη των 2,4GHz διαιρείται σε 14 κανάλια που διαφέρουν κατά 25 MHz. Το προς αποστολή σήμα πολλαπλασιάζεται με μια ακολουθία από bits (chip) πολύ μεγαλύτερης συχνότητας και αυτό οδηγεί στο άπλωμα του φάσματος του τελικού προς αποστολή σήματος. Ο δέκτης πρέπει να γνωρίζει την ψευδοτυχαία ακολουθία προκειμένου να αποκωδικοποιήσει σωστά το σήμα. Οι τεχνικές DSSS επιτρέπουν ταχύτητες ως 11 Mbps. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

16 Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο (1/3)
Οι δύο τρόποι πρόσβασης στο MAC επίπεδο που έχουν οριστεί στο πρωτόκολλο IEEE είναι οι: DCF (Distributed Coordination Function) Αποτελείται από έναν μηχανισμό CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). PCF (Point Coordination Function) Χρησιμοποιείται για εφαρμογές πραγματικού χρόνου, όπου απαιτείται προνομιακή μεταχείριση έναντι της απλής αποστολής δεδομένων. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

17 Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο (2/3)
CSMA Έλεγχος αν ο δίαυλος είναι ελεύθερος για χρονικό διάστημα DISF (Distributed Inter Frame Space) Εκπομπή δεδομένων (Χωρίς έλεγχο συγκρούσεων) Ο δέκτης στέλνει ACK μετά από χρόνο SIFS (Short Inter Frame Space) Αν ο πομπός δεν λάβει ACK τότε επαναμεταδίδει. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

18 Μέθοδοι Πρόσβασης στο Μέσο (3/3)
CA Ο πομπός στέλνει ένα RTS στο δέκτη. Αν ο δέκτης εκείνη τη χρονική στιγμή δεν επικοινωνεί με άλλο STA στέλνει στον πομπό CTS. Όσα STAs ακούν το CTS δεν επιτρέπεται να εκπέμψουν Στη συνέχεια ο πομπός στέλνει τα πακέτα και περιμένει επιβεβαίωση CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

19 Συσχέτιση και Περιαγωγή (1/2)
Το MAC επίπεδο είναι υπεύθυνο για το πως ένας σταθμός συσχετίζεται με ένα σημείο πρόσβασης. Όταν ένας τέτοιος πελάτης μπει στην εμβέλεια ενός ή περισσότερων σημείων πρόσβασης διαλέγει ένα AP για να συσχετιστεί μαζί του βασιζόμενος στην ισχύ του σήματος και τα ποσοστά λαθών στα πακέτα που παρατηρεί. Μόλις γίνει δεκτός από το σημείο πρόσβασης, ο πελάτης συγχρονίζεται στη ραδιοσυχνότητα του καναλιού του AP. Περιοδικά εξετάζει όλα τα κανάλια για να αποφανθεί αν υπάρχει κάποιο σημείο πρόσβασης που θα του παρείχε καλύτερη απόδοση. Αν διαπιστώσει κάτι τέτοιο, επανασυσχετίζεται με το νέο AP. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

20 Συσχέτιση και Περιαγωγή (2/2)
CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

21 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Υποπρότυπα ΙΕΕΕ ΙΕΕΕ a Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 5GHz και OFDM. Ταχύτητα:<54Μbps IEEE b (Χρησιμοποιείται στην Ελλάδα) Χρησιμοποιεί τη ζώνη των 2.4GHz και DSSS. Ταχύτητα:<11Μbps IEEE e Παρέχει εγγυήσεις για ποιότητα υπηρεσίας IEEE f Κινητικότητα των σταθμών μέσα σε ένα IP δίκτυο (Intra-network Handover) IEEE g Επεκτείνει το b ώστε να προσεγγίζει ταχύτητες υψηλότερες από 11Μbps IEEE i Πρότυπο το οποίο μελετά θέματα ασφάλειας στα WLANs CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

22 Ποιότητα Υπηρεσίας σε WLAN
Φυσικά όπως και στα LAN έτσι και στα WLAN η ποιότητα υπηρεσιών από άκρη σε άκρη δεν είναι εξασφαλισμένη. Πρόβλημα: Και οι δύο μέθοδοι πρόσβασης (DCF, PCF) δεν υποστηρίζουν μηχανισμούς Diffserv και κατ’ επέκταση QoS. Λύση: Στο πρότυπο IEEE e ορίζονται δύο νέες συναρτήσεις πρόσβασης: Enhanced Distributed Coordination Function (ΕDCF) Hybrid Coordination Function (HCF) Ένα BSS που υποστηρίζει το πρότυπο IEEE e ονομάζεται QoS supporting BSS CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

23 Ασφάλεια σε WLANs - Γενικά
Στα WLANs το μέσο μετάδοσης (Ασύρματο κανάλι) έχει συγκεκριμένες δυνατότητες απόδοσης και εμφανίζει σημαντικές και μεγάλες διαφορές συγκρινόμενο με το ενσύρματο κανάλι των LANs. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη ασύρματη φύση του καναλιού και στο ότι παρουσιάζει μεγάλες μεταβολές με το πέρασμα του χρόνου. O οποιοσδήποτε μπορεί να έχει πρόσβαση στο κανάλι μετάδοσης (Αέρας) κάτι που δεν ισχύει στα ενσύρματα δίκτυα. Βέβαια από την άλλη πρέπει να τονιστεί ότι ο εξοπλισμός που πρέπει να διαθέτει ο επίδοξος εισβολέας στην περίπτωση των ασύρματων δικτύων πρέπει να είναι πιο ακριβός και πιο δυνατός από άποψη ισχύος. Ειδικότερα στα IEEE WLANS όπου για την μετάδοση των δεδομένων χρησιμοποιούνται τεχνικές απλωμένου φάσματος (FHSS και DSSS), η ισχύς των πομπών παρεμβολής πρέπει να κυμαίνεται σε πολύ υψηλά επίπεδα προκείμενου να έχουμε Jamming σε όλο το φάσμα του προς αποστολή σήματος. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

24 Ασφάλεια σε WLANs - Αλγόριθμοι
Οι αλγόριθμοί που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι: Wired Equivalent Privacy (WEP) Wi-Fi Protected Access (WPA) (Αναπτύχθηκε από WI-Fi οργανισμό) IP SEC Προβλήματα: WEP: Εμφανίζει σημαντικά κενά ασφάλειας WPA: Καλύπτει κενά του WEP, δεν καλύπτει την ανάγκη για ουσιαστική ασφάλεια στα ασύρματα τοπικά δίκτυα IP SEC:Εφαρμόζεται τοπικά σε κάθε χρήστη και καλύπτει μόνο Point to Point συνδεσεις Συγκεκριμένα, ένας χρήστης, μπορεί να υλοποιήσει μια τεχνική ασφάλειας όπως το IPsec (Internet Protocol Security) τόσο στο ενσύρματο όσο και στο ασύρματο δίκτυο, εξαλείφοντας την ανάγκη να χρησιμοποιηθούν τα ειδικά χαρακτηριστικά ασφάλειας του ΙΕΕΕ Ολοκληρώνοντας αξίζει να τονιστεί ότι το θέμα της ασφάλειας των WLANs πρέπει να είναι σε συμφωνία με την ολική πολιτική ασφάλειας του δικτύου και όχι μεμονωμένα για ορισμένες δικτυακές διαδρομές. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

25 Ασφάλεια σε WLANs – Η Λύση
Η ΙΕΕΕ βρίσκεται στη διαδικασία ορισμού του προτύπου ΙΕΕΕ i Extensible Authentication Protocol (EAP) Advanced Encryption Standard (AES) Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) Robust Security Network (RSN) CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

26 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Κινητικότητα Χρηστών Σε ένα IP-based δίκτυο, υπάρχουν δύο ειδών user mobility: roaming (περιπλάνηση) εντός του ίδιου subnet (η IP διεύθυνση ενός STA παραμένει ίδια κατά την αλλαγή AP) (Intra-Network Handover). roaming μεταξύ διαφορετικών subnets (η IP διεύθυνση ενός STA μπορεί να αλλάξει κατά την αλλαγή AP) (Inter-Network Handover). Το υποπρότυπο ΙΕΕΕ f ορίζει ακριβώς τη διαδικασία του Handover. CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

27 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Αλματώδη Εξέλιξη CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

28 Διαλειτουργικότητα με UMTS
CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

29 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Το Όραμα των Δικτύων 4G CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων

30 CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων
Τέλος Ευχαριστώ για την προσοχή σας! CEID - Δίκτυα Υψηλών Ταχυτήτων