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

ИМКН УрФУ2 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 УрФУ3 Основы Wi-Fi Wi-Fi – технология беспроводных локальных сетей Wi-Fi – торговая марка (принадлежит Wi-Fi Alliance) Стандарт IEEE Никак не расшифровывается Игра слов с Hi-Fi Ранее «Wireless Fidelity»

ИМКН УрФУ4 Место Wi-Fi в модели OSI Физический Канальный Сетевой Транспортный Сеансовый Представления Прикладной Подуровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC) Подуровень управления доступом к среде (Media Access Control, MAC)

ИМКН УрФУ5 Место Wi-Fi в модели OSI Физический уровень – способ передачи сигналов 5 стандартов IEEE серии Уровень MAC – способ доступа к общей среде: Один общий способ для всех 5 вариантов физического уровня Уровень LLC – передача данных Один общий способ

ИМКН УрФУ6 Архитектура Wi-Fi Инфраструктурный режим Произвольный режим (ad hoc)

ИМКН УрФУ7 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 УрФУ8 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 УрФУ9 Стандарты физического уровня Wi-Fi НазваниеГод принятияСкорость и 2 Мб/с a Мб/с b Мб/с g Мб/с n Мб/с

ИМКН УрФУ10 Физический уровень Wi-Fi Инфракрасное излучение , устаревший метод Радиоэфир: 2,4 ГГц – b, g, n 5 ГГц – a Диапазоны 2,4 и 5 ГГц не требуют лицензирования Можно использовать свободно Другие устройства также используют этот диапазон и создают помехи

ИМКН УрФУ11 Представление сигнала Современные стандарты Wi-Fi используют метод OFMD: Orthogonal Frequency Division Multiplexing Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением Данные передаются параллельно на разных частотах Частота Мощность

ИМКН УрФУ12 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 УрФУ13 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 УрФУ14 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 УрФУ15 Проблема «скрытой станции» A B C

ИМКН УрФУ16 Проблема «засвеченной станции» A B CD

ИМКН УрФУ17 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 УрФУ18 Обнаружение коллизии и ошибок в Wi-Fi Wi-Fi использует подтверждение доставки кадра: Обнаружение коллизий Обнаружение ошибок При отсутствии подтверждения кадр пересылается повторно

ИМКН УрФУ19 Подтверждения в Wi-Fi A B C 1 ACK ACK 2

ИМКН УрФУ20 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 УрФУ21 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 УрФУ22 Модель CSMA/CA Кадр1 Передача кадра Межкадровый интервал ACK Передача подтверждения ACKКадр2344 Период молчания Слоты ожидания Передача кадра Передача подтверждения

ИМКН УрФУ23 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 УрФУ24 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 УрФУ25 Формат кадра Wi-Fi уровня MAC

ИМКН УрФУ26 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 УрФУ27 Безопасность в Wi-Fi Wi-Fi использует электромагнитное излучение для передачи данных: Данные доступны всем Защита данных встроена в Wi-Fi Шифрование

ИМКН УрФУ28 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 i Шифрование на основе AES

ИМКН УрФУ29 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 УрФУ30 Вопросы?