1 Hálózati technológiák és alkalmazások Vida Rolland 2008.04.14.

Az előadások a következő témára: "1 Hálózati technológiák és alkalmazások Vida Rolland 2008.04.14."— Előadás másolata:

1 1 Hálózati technológiák és alkalmazások Vida Rolland 2008.04.14

2 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.142 Ad-hoc mód Minden csomópont közvetlenül kommunikál a hatósugarán belüli többi csomóponttal Távolabbi csomópontok közötti kommunikáció ad-hoc útválasztással  AODV, DSR, DSDV, stb. Minden állomás egyben router is  Többugrásos ad-hoc hálózatok  Nincs szükség AP-ra Nagyon gyorsan fel lehet építeni egy ideiglenes hálózatot  Egy rendezvény vagy konferencia résztvevői között

3 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.143 Infrastruktúra mód Cellás rendszer  Basic Service Set (BSS) – cella  Access Point (AP) – hozzáférési pont Minden cellát egy AP vezérel A csomópontokat periódikusan lekérdezve (polling) a csomagküldést vezérli  Elosztó hálózat – Distribution System (DS) Az AP-kat egymáshoz kapcsoló vezetékes (Ethernet) vagy vezeték nélküli hálózat Több cella alkot egy kiterjesztett szolgáltatási hálózatot  Extended Service Set – ESS Elosztó hálózat AP1 AP2 BSS-ABSS-B ESS

4 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.144 802.11b csatornák Milyen frekvencián kommunikáljunk a cellán belül? 802.11b a 2.4 GHz-es ISM sávban  Max. 14 csatorna  Részben egymásra lapolódnak Országonként változó szabályozás  Magyarországon és Európában általában az 1-13 csatornák  Franciaországban csak a 10-13 csatornák  Az USA-ban 1-11 csatornák  Japánban mind a 14 csatorna CsatornákFrekvenciák (GHz) 12.412 22.417 32.422 42.427 52.432 62.437 72.442 82.447 92.452 102.457 112.462 Az USA-ban használt IEEE 802.11b csatorna frekvenciák

5 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.145 802.11b csatornák  Kis cellákat alakítunk ki Minden szomszédos cella más-más frekvencián kommunikál A cellákban használt frekvenciák nem fedik egymást 6 1 111

6 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.146 802.11b csatornák A csatornák az adóvevők által használt központi frekvenciát jelentik  Pl. 2,412 GHz az 1. csatorna, 2,417 GHz a 2. csatorna Csak 5 MHz eltérés a központi frekvenciák között  A 802.11b jel kb. 30 MHz-es spektrumot fed le A jel kb. 15 MHz-et foglal el a központi frekvencia mindkét oldalán Átfedés jön létre több szomszédos csatorna frekvenciasávja között  Cellás megoldásban a szomszédos cellák frekvenciatávolságának legalább 5 csatornának kell lennie Használhatjuk pl. az (1, 6, 11) kombinációt

7 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.147 Csatlakozás egy új cellához Egy állomás csatlakozhat egy létező BSS-hez...  Bekapcsolás után  Alvó módból való kilépéskor  A BSS területére lépéskor Passive Scanning  Az állomás egy Beacon Frame-et vár az AP-tól  Az AP periódikusan küldi azt, szinkronizációs információt hordoz Active Scanning  Az állomás megpróbál egy AP-t találni magának  Probe Request kereteket küld  Probe Response választ vár az AP-któl Ha több AP válaszol, kiválasztja a „legjobbat”  Legjobb jel/zaj viszony SNR – Signal to Noise Ratio

8 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.148 802.11 MAC alréteg Eltér az Ethernet megfelelő protokolljától (CSMA/CD)  Egy Ethernet állomás vár ameddig csend nem lesz, aztán elkezd adni Ha nem hall zajlöketet, akkor nem volt ütközés  Vezeték nélküli környezetben nem működik Rejtett állomás problémája  Nem minden állomás tartózkodik az összes többi vételkörzetében C ad a B-nek A nem hall semmit a csatornán Ő is elkezd adni B-nek C rádiójának hatósugara C adása CBA

9 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.149 Látható állomás problémája B akar küldeni C-nek  Belehallgat a csatornába, és látja hogy foglalt A által  Arra következtet, hogy nem küldhet C-nek  Lehet, hogy A D-nek küld, nem zavarná C-t A rádiójának hatósugara A adása CBA D

10 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1410 DCF vs. PCF Fél-duplex rádiók  Nem képesek egyidejűleg adni és zajlöketet venni ugyanazon a csatornán A 802.11 ezért nem használ CSMA/CD-t Két másik megoldás:  DCF – Distributed Coordination Function Nem használ központi vezérlést Minden megvalósításnak támogatnia kell  PCF – Point Coordination Function A bázisállomás segítségével vezényel minden tevékenységet a cellában Támogatása opcionális

11 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1411 802.11 DCF CSMA/CA-t használ  Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA ütközéselkerüléssel  Kétféle működési elv: Fizikai és virtuális csatornaérzékelés Fizikai csatornaérzékelés:  Ha egy állomás adni akar, belehallgat a csatornába Ha szabad, elkezd adni  Nem figyeli a csatornát adás közben Lehet, hogy interferencia miatt a vevőnél megsemmisül  Ha foglalt a csatorna, megvárja míg szabad lesz és akkor kezd el adni

12 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1412 MACAW Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless  Virtuális csatornaérzékelés A szeretne küldeni B-nek  C az A állomás vételkörzetében van  D a B állomás vételkörzetében, de az A vételkörzetén kívül A rádiójának hatósugara DBA C B rádiójának hatósugara

13 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1413 MACAW A egy RTS keretet küld B-nek, és e ngedélyt kér egy adatkeret küldésére  Request To Send Ha B megadja az engedélyt, visszaküld egy CTS keretet  Clear To Send A elküldi a keretet és elindít egy ACK időzítőt  Ha B megkapja rendben az adatokat, válaszol egy ACK kerettel  Ha az A időzítője lejár mielőtt megkapná az ACK-ot, újból kezdődik az egész DB A C CTS ACK RTS Adat

14 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1414 MACAW C hallja A-t, megkaphatja az RTS keretet  Rájön, hogy nemsokára valaki adatokat fog küldeni  Eláll adatküldési szándékától, amíg az üzenetváltás véget nem ér Hogy mikor lesz vége tudja az ACK időzítőből  Foglaltra állít magának egy virtuális csatornát NAV – Network Allocation Vector D nem hallja az RTS-t, de a CTS-t igen  Ő is beállítja magának a NAV-ot A NAV belső emlékeztető hogy csendben kell lenni, nem küldik el RTS CTSACK Adat NAV Idő CABDCABD

15 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1415 Fragment burst Vezeték nélküli hálózatokban nagy zaj, nagy csomagvesztés  Minél nagyobb egy keret, annál nagyobb a valószínűsége a hibának A kereteket fel lehet darabolni  Ha RTS/CTS-el megszerzi a csatornát, több részt küldhet egymás után Fragment burst - részlöket  Nő az átbocsátóképesség Ha hiba van, nem kell a teljes keretet újraküldeni  A NAV eljárás csak az első részre kerüli el az ütközést Más megoldásokkal egy teljes részlöket átküldhető ütközés nélkül RTS CTSACK 1. rész NAV Idő CABDCABD 2. rész3. rész ACK Részlöket

16 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1416 802.11 PCF A bázisállomás vezérli a kommunikációt  Nincsenek ütközések Körbekérdezi a többi állomást, hogy van-e elküldésre váró keretük  A szabvány csak a körbekérdezés menetét szabályozza Nem szabja meg annak gyakoriságát, sorrendjét Nem írja elő, hogy minden állomásnak egyenlő kiszolgálásban kell részesülnie A bázisállomás periódikusan elküld egy beacon frame-et  10-100 beacon/s  Rendszerparamétereket tartalmaz Ugrási sorozatok és tartózkodási idő (FHSS-nél), óraszinkronizáció, stb.  Ezzel hívja az új állomásokat is, hogy csatlakozzanak a körbekérdezéshez A bázisállomás utasíthatja az állomásokat, menjenek készenléti állapotba  Addig amíg a bázisállomás vagy a felhasználó fel nem ébreszti őket Kíméli az állomások akkumulátorát  A bázisállomás puffereli a készenléti állapotban lévőknek szánt kereteket

17 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1417 PCF vs. DCF A PCF és a DCF egy cellán belül egyszerre is működhet  Egyszerre elosztott és központosított vezérlés? Gondosan definiálni kell a keretek közti időintervallumot Egy keret elküldése után kell egy holtidő, mielőtt bárki elkezdene küldeni valamit Négy ilyen intervallumot rögzítettek  SIFS – Short Inter-Frame Spacing A legrövidebb intervallum, a rövid párbeszédet folytatókat részesíti előnyben A SIFS után a vevő küldhet egy CTS-t egy RTS-re Egy vevő küldhet egy ACK-ot egy részre vagy a teljes keretre A részlöket adója elküldheti az újabb részt, új RTS nélkül ACK Idő SIFS Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet

18 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1418 PCF vs. DCF PIFS – PCF Inter-Frame Spacing  PCF keretek közti időköz  A SIFS után mindig egyvalaki adhat csak  Ha ezt nem teszi meg a PIFS végéig, a bázisállomás elküldhet egy új beacon-t vagy egy lekérdező keretet Az adatkeretet vagy részlöketet küldő nyugodtan befejezheti a keretet A bázisállomásnak is van alkalma magához ragadnia a csatornát  Nem kell a mohó felhasználókkal versengenie érte ACK Idő PIFS SIFS Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet Itt lehet elküldeni a PCF kereteket

19 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1419 PCF vs. DCF DIFS – DCF Inter-Frame Spacing  DCF keretek közti időköz  Ha a bázisállomásnak nincs mondanivalója, a DIFS elteltével bárki megpróbálhatja megszerezni a csatornát Szokásos versengési szabályok Kettes exponenciális visszalépés ütközés esetén EIFS – Extended Inter-Frame Spacing  Olyan állomások használják, akik egy hibás vagy ismeretlen keretet vettek, és ezt próbálják jelenteni Legalacsonyabb prioritás ACK Id ő EIFS DIFS PIFS SIFS Itt lehet elküldeni a vezérlőkeretet vagy a következő részkeretet Itt lehet elküldeni a PCF kereteket Itt lehet elküldeni a DCF kereteket Itt kezdődhet a hibás keretek javítása

20 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1420 Hotspot Egy adott földrajzi terület, ahol egy hozzáférési pont segítségével publikus szélessávú internet hozzáférést biztosítanak mobil felhasználók számára egy WLAN-on keresztül  Általában forgalmas helyeken reptér, pályaudvar, bevásárlóközpont, könyvtár, szállodák, stb.  Viszonylag kis területek Hotspot keresők

21 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1421 Hotspot-ok Magyarországon Hotspotter.hu  Magyarországi hotspot adatbázis > 1100 hotspot, >120 városban  Budapest (567), Siófok (32), Sopron (32), Eger (28), stb.  étterem (280), hotel (204), kávézó (113), üzlet/bevásárlóközpont (91) közterület (30), iskola/egyetem (20), stb.  Nagyobb szolgáltatók: Fizetős: T-Com, Wiera, T-Mobile Ingyenes: HuWiCo FON hotspotok HuWiCo – Hungarian Wireless Community  Non-profit közösség  Vezeték nélküli technológiák terjesztése, népszerűsítése  Egy ingyenes Wi-Fi hálózat kiépítése

22 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1422 Hotspot-ok Budapesten

23 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1423 WLAN rendszerek külföldön MobileStar  1996-ban alapították  Az egyik első hotspot üzemeltető Az egész USA-ban kiterjedő hálózat  Wi-Fi hotspot-ok a Starbucks Coffee láncban  2001-ben megvásárolja a VoiceStream Wireless Cometa Networks  Az AT&T, az IBM és az Intel közös vállalkozása  McDonalds éttermekben – 1 órás ingyenes hozzáférés minden menühöz 2004-ben a McDonalds a Wayport-ot bízza meg egy WiFi hálózat kiépítésével  A Cometa bezár

24 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1424 Wayport hálózat Több mint 12.000 hotspot, 35 országban

25 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1425 WLAN rendszerek külföldön Boingo  A világ (egyik) legnagyobb hotspot szolgáltatója  Több mint 100.000 hotspot Több mint 10.000 Angliában és Oroszországban Magyarországon 143  $21.95 korlátlan havi előfizetés iPass  Több mint 90.000 hotspot, a világ 70 országában  Több mint 40.000 Európában, 75 Budapesten Rengeteg más szolgáltató nagy hotspot hálózattal  Korea Telecom, Metronet, Netcheckin, NTT DoCoMo, SingTel, Sonera, Starhub, stb.

26 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1426 WLAN rendszerek külföldön Macedónia  Európa egyik legelmaradottabb országa az internetfelhasználók számában Magyarország is hátul, utolsó helyen az uniós tagállamok között (33,2%)  Fessel Gfk adatok, 2005 december  Az egyik legnagyobb WiFi hálózatot építették ki A lakosság 95%-a hozzáférhet  WiFi hotspotok és mesh hálózatok A MakTel monopóliumának felszámolása 2004 december 31-én

27 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1427 WLAN rendszerek külföldön Önkormányzati hálózatok  Sok amerikai városban terveznek önkormányzati forrásokból a város teljes területét lefedő WiFi hálózatot létrehozni Los Angeles, Boston, Philadelphia, stb. Budapesten is?  Sokan ellenzik az ötletet Sokba kerül, az adófizetők pénzéből Az önkormányzati források szűkösek, sok mást lehetne csinálni a pénzzel A technológia hamar elavulhat, anélkül hogy a befektetés megtérülne Rossz hatással lenne a helyi, kis szolgáltatókra Sokak szerint gazdasági fellendülést hozhat egy városnak a WiFi lefedettség  A közvetlen kapcsolat nem bizonyított  B. Cox, et. al, “Not In The Public Interest - The Myths of Municipal Wi-Fi Wireless Networks, Why Municipal Schemes To Provide Wi-Fi BroadBand Services Are Ill-Advised, ” New Millennium Research Council, Wash. D.C. Feb. 2005. http://www.heartland.org/pdf/17737.pdf

28 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1428 P2P alapú WiFi hálózat Központosított, egységes rendszer helyett bízzuk a felhasználókra  Pl. a FON nevű spanyol cég kezdeményezése A Google és a Skype támogatásával (21.7 millió dollár, 2006 február)  Miért fizess egy hotspot-os hozzáférésért, ha már otthon van egy előfizetésed ? Három fajta FON felhasználó  Linus A saját vezetékes internet hozzáférését kibővíti egy mini hotspottal  Ha azt megosztja, ő is ingyenesen hozzáfér a többi peer hotspotjához  Alien Nem tudja/akarja megosztani a hozzáférését, de használni akarja a FON hálózatot  Alkalmi felhasználó, fizetni fog  Bill Olyan felhasználó, akit nem érdekel az ingyenes roamingolás  Megosztja a hozzáférését, de roamingolás helyett pénzt kap cserébe  Az ő hozzáférését használó Alien-ek által fizetett összeg felét

29 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1429 FON Speciális WiFi router (La Fonera)  Kezdetben 5 $ vagy 5 €, ma már 34 €  Cserébe aktiválni kell a FON szolgáltatást Meg kell osztani a hozzáférést

30 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1430 P2P alapú WiFi hálózat Az Internet szolgáltatók nem fognak örülni  Általában nem engedélyezik a megosztást Ha megosztom a szomszédommal, elesnek egy potenciális előfizetőtől Még kevésbé szeretik ha valaki „viszonteladó” lesz (Bill)  Lehet hogy mégis megérné nekik Kaphatnának egy részt a bevételből Minden peer amúgy is fizetne a vezetékes hozzáférésért amit megoszt Annél hatékonyabb, minél több előfizető  Biztonsági kérdések Ki a felelős az esetleges illegális letöltésekért melyek a WiFi router-emen keresztül mennek?

31 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1431 A kaotikus hálózatépítés hátrányai Több „kaotikus” módon létrehozott hotspot összekötése  Nem egy tervezett hálózat Néhol nagyon sűrű, máshol gyér  Interferenciák a sűrűn lehelyezett AP-k között 4.5 millió eladott AP a világban csak 2004 harmadik negyedévében  Az AP-kat nem konfigurálják ezek minimalizálására  Nem egy menedzselt hálózat A hotspotok menedzselése, karbantartása nincs összehangolva  SSID, biztonsági intézkedések, AP-k elhelyezése, teljesítményszabályozása Legtöbben az alapbeállításokat használják pl. a csatornaválasztásnál  Legtöbb eszköz a 6-os csatornán  Egy önmenedzselő megoldás nagyban javítaná a hozzáférés minőségét

32 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1432 A kaotikus hálózatépítés hátrányai Tanulmány a kaotikus hálózatépítésről: Aditya Akella, Glenn Judd, Srinivsan Seshan, and Peter Steenkiste. „Self-Management in Chaotic Wireless Deployments”, Proc. of ACM Mobicom 2005. Aug. - Sept. 2005, Cologne, Germany Több amerikai városra vonatkozó AP adatbázis alapján  GPS koordináták minden AP-ra  50 méteres interferencia határ Ha két AP ennél közelebb, akkor „szomszédok”

33 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1433 Egymást zavaró technológiák Nem csak a közeli 802.11b eszközök zavarják egymást A Bluetooth és a 802.11b ugyanazt a 2.4 GHz-es ISM sávot használja  Az FHSS-t használó rendszerek (pl. Bluetooth) ki tudják szűrni a zavart frekvenciasávokat Úgy állítják be a frekvenciaugratást hogy ne legyen gond  A DSSS-t használó megoldások (pl. 802.11b) érzékenyebbek Minél hosszabb a csomag, annál nagyobb a valószínűsége, hogy egy FHSS eszköz „beugrik” a frekvenciatartományba Az RTS/CTS sem zárja ki a zavarást  Egy lefoglalt adósávba is „beugorhat” egy Bluetooth eszköz Interferencia mérési eredmények  Ha egy Bluetooth eszköz 10 cm-nél közelebb van egy 802.11b eszközhöz, annak a 802.11b eszköznek teljesen megszakad a kiépített kapcsolata  Ha 1 méteren belül, akkor 50%-os csomagvesztés  Fordítva is igaz, habár a Bluetooth jobban reagál a zavarásra Mikrohullámú sütők, orvosi műszerek, stb. is az ISM sávban

34 Hálózati technológiák és alkalmazások2008.04.1434 Biológiai kockázatok A WLAN új technológia  Legfejlettebb helyeken is csak ’98 után terjedt el  A távközlésben használt spektrumot ilyen alacsony adási teljesítmény mellett nem tesztelték A 2.4 GHz-es tartomány biológiailag veszélyes  Nagy teljesítményen koagulálja az emberben is lévő fehérjéket  Így működik a mikrohullámú sütő, de nagyságrendekkel nagyobb teljesítménnyel (750-800 W) A teljesítményt szabályozzák  Az USA-ban 1000 mW max sugárzási teljesítmény  Európában 100 mW