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Wireless sistemi completo Tra le reti wireless,quelle per cui non dobbiamo essere direttamente collegati per accedervi, possiamo distinguere due famiglie:
- reti radiomobili sono reti wireless dove i terminali utenti possono spostarsi sul territorio senza perdere la connettività con la rete, come la rete cellulare; Ciò avviene grazie a delle zone dette celle che adiacenti o sovrapposte “coprono” tutto il territorio
- wireless LAN (WLAN) sono reti wireless che forniscono coperture e servizi tipici di una LAN.
🔄 2. Hando, hver (o Handoff): cambio di cella durante lo spostamento
Quando ti muovi (es. in auto o a piedi), il telefono potrebbe uscire dalla zona coperta da una cella e entrare in quella di un’altra. Per evitare interruzioni di servizio (voce o dati), avviene l’handover, cioè il passaggio della connessione da una cella all’altra.
Lezione 1 – Wireless: comunicare senza fili
Le reti wireless permettono ai dispositivi di comunicare senza cavi, utilizzando onde radio o segnali ottici. A seconda della copertura geografica , distinguiamo: ● BAN ( Body Area Network ): fino a 2 metri, per wearable e dispositivi medici.
● PAN ( Personal Area Network ): circa 10 metri, spesso via Bluetooth (IEEE 802.15). ● WLAN ( Wireless Local Area Network ): fino a 500 metri, conosciute come Wi-Fi (IEEE 802.11). ● WWAN ( Wireless Wide Area Network ): fino a 10 km, usano reti cellulari e satellitari. Il protocollo 802.11 legacy I il primo standard di riferimento per le reti wireless è l’IEEE 802.11 legacy (costituito nel
standard Wi-Fi 802.11: ● 802.11 (1997) : Primo standard, ormai obsoleto. Velocità massima: 1 Mbps. ● 802.11a (1999) : Usa la banda 5 GHz per ridurre le interferenze. Velocità: fino a 54 Mbps. ● 802.11b (1999) : Usa la banda 2,4 GHz , più economica ma soggetta a interferenze. Velocità: fino a 11 Mbps. ● 802.11g (2003) : Combina vantaggi di a e b. Usa la banda 2,4 GHz , con velocità fino a 54 Mbps. Compatibile con b. ● 802.11n (Wi-Fi 4, 2009) : Usa tecnologia MIMO , velocità fino a 600 Mbps e maggiore copertura. Più costoso. ● 802.11ac (Wi-Fi 5, 2014) : Dual-band (2,4GHz e 5GHz) , velocità fino a 1300 Mbps su 5GHz. Retrocompatibile con precedenti. ● 802.11ax (Wi-Fi 6) : Più efficiente e veloce, fino a 1,3 Gbps , migliora capacità e gestione del traffico. Usa 2,4GHz e 5GHz. Altre tecnologie wireless NO ● HiperLAN (HIgh PErformance Radio LAN), standard per comunicazione wireless WLAN, è derivato dallo standard IEEE 802.11a ○ – TPC (Transmitter Power Control) è la capacità dell’apparato HiperLAN di modificare istantaneamente la sua potenza di trasmissione. ESEMPIO variano potenza in base alla distanza. ○ DFS (Dynamic Frequency Selection) è la capacità dell’apparato HiperLAN di modificare in modo istantaneo la frequenza di trasmissione, permette all’unità Master di evitare di disturbare i RADAR per la navigazione aerea. Infatti le frequenze utilizzate dall’HiperLAN sono le stesse utilizzate dai radar. ● IrDA (Infrared Device Application), tecnologia di interconnessione dati che utilizza i raggi infrarossi. È bidirezionale e point-to-point (max distanza 2m) ● HomeRF, standard per la trasmissione dati in radio frequenza che utilizza il protocollo Swap. In genere usato per dispositivi domestici,trasmissione dati/voce con una distanza di 50 m, sia in modalità peer-to-peer sia access point.
● un “codice” unico viene assegnato a ciascun utente (code set partitioning) che condivide con gli altri la stessa frequenza ● ma ciascun utente ha una propria sequenza “chipping” per codificare i dati ● ●
Definizione di Stazione (STA)
Una stazione è qualsiasi dispositivo dotato di una interfaccia di rete wireless conforme allo standard IEEE 802.11 (Wi-Fi), che può trasmettere e ricevere dati su una rete WLAN (Wireless Local Area Network). Quindi stazione =dispositivo di rete CDMA e CTS/RTS Nello standard 802.11 sono previste due modalità di funzionamento:
- DCF (Distributed Coordination Function), prevede che siano le stazioni a gestire l’accesso al mezzo trasmissivo secondo il protocollo CSMA/CA;
- PCF (Point Coordination Function) affida all’AP la coordinazione di tutte le stazioni nella sua cella (è raramente implementato). Diversamente da Ethernet non si rilevano le collisioni anche perché c’è difficoltà in ricezione (sense collision) a causa della debolezza del segnale ricevuto (fading); per evitare collisioni durante la trasmissione è possibile per il mittente “prenotare” il canale mediante il meccanismo RTS/CTS: ● mittente inizia a trasmettere un piccolo pacchetto RTS (request-to-send) all’AP usando CSMA ● e l’ AP risponde diffondendo in broadcast il pacchetto CTS (clear-to-send) ● inizia a trasmettere il pacchetto di dati ● dato che CTS è ricevuto da tutti i nodi, le altre stazioni rimanderanno eventuali trasmissioni. ● infine se la modalità è DCF, Invio di ACK dal destinatario. Questa modalità è vantaggiosa perchè è probabile che i dati trasmessi nell’etere vengano danneggiati e, quindi, devono essere ritrasmessi. E’ sicuramente meglio ritrasmettere piccole porzioni piuttosto che il frame intero e in DCF è prevista una tecnica di frammentazione ognuno numerato e riscontrato separatamente (ACK)
Quando il mittente acquisisce il canale con RTS e CTS può inviare in sequenza più frammenti generando quello che viene chiamato un fragment burst: nel frame viene lasciato un intervallo di tempo (IFS Inter Frame Spacing) definito nelle specifiche MAC, che può essere di dimensioni diverse a seconda del suo utilizzo:
- DIFS (DCF, Distributed Coordination Function IFS): se l’AP non ha nulla da trasmettere, trascorso l’intervallo DIFS, ogni stazione può tentare di acquisire il canale per iniziare una nuova trasmissione (bassa priorità);
- PIFS (PCF, Point Coordination Function IFS): è l’intervallo di dimensioni medie (media priorità) utilizzato per i servizi time-bounded che utilizzano PCF;
- SIFS (Short Inter Frame Spacing): è l’intervallo più breve (alta priorità), usato per separare i frame appartenenti a una singola trasmissione, tra i frame RTS, CTS, Frag e ACK di un fragment burst. Problemi di sicurezza: 1. Riservatezza : proteggere i dati da intercettazioni. 2. Controllo di accesso : impedire accessi non autorizzati. 3. Integrità : assicurare che i dati non vengano modificati. a. Attenuazione del segnale : le radiazioni elettromagnetiche hanno problemi nel superare gli ostacoli b.. Interferenze da parte di altre sorgenti: l’etere è “saturo “ di dispositivi che trasmettono a radiofrequenza; c. Propagazione su più cammini : oltre all’assorbimento del segnale nei materiali prima descritti, il segnale si riflette su oggetti e sul terreno. d. Shadowing :la presenza di edifici e ostacoli di ogni genere, può creare problemi nella propagazione delle onde elettromagnetiche creando zone d’ombra (no segnale). e. Effetto Doppler : a causa del moto dell’utente rispetto alle stazioni radio il problema della stazione nascosta:
il Frame Control è composto dai seguenti flag: ToDS : indica che la destinazione è il Distribution System. FromDS : indica che proviene dal Distribution System. More Fragments : vale 1 se ci sono altri frammenti. Retry : vale 1 se il frame è una ritrasmissione. Power Management : vale 1 se la stazione andrà in modalità Power Save. More Data : vale 1 se l’AP ha altri dati per la stazione in PS. WEP : vale 1 se i dati sono cifrati con WEP. Order : vale 1 se la trasmissione deve essere in ordine. e da questi che non sono flag: Protocol Version (2 bit): versione del protocollo (di solito 0 per 802.11). Type (2 bit): indica il tipo di frame (data, management, control). Subtype (4 bit): specifica il sottotipo (RTS, CTS, ACK, Beacon, ecc.). Nel pacchetto Gli indirizzi sono quattro, in quanto, oltre agli indirizzi delle stazioni di origine e di destinazione, sono presenti anche quelli degli AP di entrata e uscita nelle comunicazioni fra celle differenti. possibili valori del campo indirizzi:
- DA = Destination MAC Address
- SA = Source MAC Address
- RA = Receiver Address indica il MAC Address della stazione WM che ha ricevuto il frame
- TA = Transmitter Address indica la stazione che ha trasmesso il frame in WM
- BSSID: identificativo di sei byte (48 bit) di ogni BSS Il risparmio energetico nella trasmissione l’interfaccia per le comunicazioni wireless radio è una delle componenti più significative (dopo il display) del consumo energetico. Ciò avviene a causa di due fattori
- computazione: processing associato alle operazioni del protocollo;
- comunicazione: uso del transceiver per inviare e ricevere pacchetti dati e di controllo Componenti di una rete wireless
- Infrastruttura di rete: rete con la quale l’host wireless vuole connettersi.
- Host wireless: laptop, telefoni, stampante ecc che mandano in esecuzione applicazioni TCP/IP;
- Collegamenti: a. i dispositivi si connettono alla stazione base tramite l’etere b. la stazione base è connessa alla rete cablata tramite collegamenti wired (“rete con infrastruttura”)
- Stazione base: è in genere connessa a una rete cablata e ha la funzione di ripetitore in quanto è responsabile dell’invio di pacchetti tra reti cablate e host wireless nella sua “area di copertura” (prende il nome di Cell Tower nelle reti cellulari e di access point nelle LAN 802.11). classificazione delle reti wireless Lo standard 802.11 definisce due topologie di rete:
- Reti IBSS (Independent Basic Service Set) o reti ad hoc; Nella topologia IBSS si realizzano comunicazioni peer-to-peer tra le stazioni (STA). dispositivi peer di questa rete formano la Basic Service Set (BSS) Esistono situazioni in cui viene applicato il concetto master/slave e il controllo è concentrato (PCF Point Coordination Function), dove una STA viene eletta master ed effettua il polling verso le altre stazioni. Nel tipo distribuito i nodi della rete possono liberamente e dinamicamente organizzarsi in maniera arbitraria. In questo caso le reti sono note anche con il nome di MANET (Mobile ad hoc NETwork) e sono dinamiche Ogni nodo di una rete ad hoc opera non solo come host ma anche come router provvedendo a instradare i pacchetti anche ad host più ’lontani’. una nuova stazione vuole unirsi a un BSS deve sintonizzarsi e sincronizzarsi con le altre stazioni e lo fa mediante la scansione di cui abbiamo parlato prima
- Reti ESS (Extended Service Set) o reti a “infrastruttura” Le reti ESS sono costituite dall’unione di più Basic Service Set (BSS). L’AP coordina la trasmissione dei dati e la comunicazione tra i client e generalmente svolge anche la funzione di ponte tra LAN wireless. Tutto il traffico radio dei dati transita da e verso l’access point. I diversi BSS fisicamente possono essere locati all’interno di un ESS secondo diversi criteri:
- BSS parzialmente sovrapposti: permettono di fornire una copertura continua;
● Hop multiplo senza infrastruttura :la destinazione può essere raggiunta attraverso i nodi intermedi. ● Hop multiplo con infrastruttura : un host funge da stazione base ed è collegata alla infrastruttura. I nodi si connettono wireless alla stazione base e trasmettono i dati anche tra di loro. Il ruolo dell’access point In genere è una sorta di bridge locale che interfaccia la rete wireless con una wired e copre una ben determinata area. L’access point è tipicamente un apparato con ridotte funzioni che può essere configurato per funzionare in due modalità, come “root access point” oppure come “repeater access point”. 🔄 Root Access Point (AP Principale)
✅ Funzioni principali:
● È l'access point "di base", quello principale a cui si connettono i dispositivi. ● Si occupa di gestire le connessioni e associare i dispositivi tramite il loro indirizzo MAC. ● Tiene una tabella aggiornata con tutti i dispositivi connessi (chi è dentro la rete).
🔄 Come funziona il traffico dei dati:
● Se riceve un pacchetto Wi-Fi da un dispositivo: ○ Controlla se il destinatario è nella sua tabella. ○ ✅ Se sì → ritrasmette il pacchetto in Wi-Fi. ○ ✅ Se no → manda il pacchetto via cavo (Ethernet) verso l'esterno della rete. ● Se riceve un pacchetto dalla rete cablata (Ethernet): ○ Controlla se il destinatario è uno dei dispositivi connessi in Wi-Fi. ○ ✅ Se sì → lo traduce e lo invia in Wi-Fi. ○ ✅ Se no → lo scarta (lo butta via). 🔄 Repeater Access Point (Ripetitore)
✅ Funzioni principali:
● Non gestisce direttamente i dispositivi. ● Si collega al Root Access Point via Wi-Fi e fa da "ponte" per estendere il segnale. ● I dispositivi si associano comunque al Root AP, anche se si trovano fisicamente vicino al repeater.
🔄 Come funziona il traffico dei dati:
● Quando riceve un pacchetto in Wi-Fi: ○ Lo ritrasmette nel Wi-Fi, verso il Root Access Point. ○ Non ha una tabella propria di dispositivi associati.
⚠️ Svantaggio:
● Raddoppia il traffico nel Wi-Fi → peggiora un po’ le prestazioni. ● Ma è utile per estendere la copertura in zone dove il segnale è debole. i servizi che il DS deve supportare e sono divisi in due sezioni:
- Distribution System Services (DSS);
- Station Services (SS)
📡 Cos'è il Distribution System (DS)?
È la parte della rete che gestisce il passaggio dei dati tra i vari Access Point (AP) e le stazioni (STA), anche se non è definito fisicamente nello standard. Quello che è definito sono i servizi che deve offrire, divisi in due categorie:
📡 1. Distribution System Services (DSS)
(Valgono solo per reti a infrastruttura , cioè con Access Point) Servizio Spiegazione semplice Association Quando una stazione entra nel raggio dell’AP, chiede di collegarsi (associarsi). Può essere collegata a un solo AP alla volta. Disassociation Serve a chiudere un'associazione. Può farlo sia l’AP che la stazione. È una notifica (non si può rifiutare). Reassociation Usato quando una stazione si sposta da un AP a un altro. Serve per il passaggio continuo tra zone diverse della rete (roaming). Distribution Serve a smistare i pacchetti tra le stazioni o tra AP diversi, a seconda di dove si trova il destinatario.
