Alfabetul 802.11

Alfabetul 802.11

Standardele IEEE 802.11 fac parte din inima revolutiei wireless.

Alfabetul wireless incepe cu 802.11a si se intinde pana la 802.11n.

1 Tehnologia

Retelele wireless se impart in doua clase importante, factorul decisiv fiind frecventa de banda. Tehnologiile mostenite folosesc banda de 2.4 GHz, in timp ce variantele ulterioare folosesc banda mai lata, de 5 GHz. Prima clasa include standardul The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11b (11 Mbps) si succesorul sau, 802.11g (54 Mbps). Aceasta prima clasa este, in prezent, cea mai frecventa optiune.

Pe de alta parte, 802.11a si 802.11h, ambele putand sa obtina o rata nominala de 54 Mbps, opereaza in banda de 5 GHz. 802.11h, care este numita in SUA o "problema de compatibilitate in Europa", este varianta europeana a standardului american. Cele mai importante functionalitati ale acesteia sunt selectarea dinamica a frecventei si puterea variabila a transmitatorului, pe care European Telecommunications Standards Institute(ETSI) o mandateaza pentru piata europeana pentru a se asigura ca sistemele au o putere a transmitatorului rezonabila.

IEEE 802.11c specifica metode de wireless bridging, adica, metode de conectare a unor tipuri diferite de retele prin mijloace wireless. 802.11d este numit si "World Mode": acest lucru se refera la diferentele regionale din tehnologii, de exemplu cat de multe si care canale sunt disponibile pentru utilizare si in care regiuni ale lumii. Ca user, trebuie doar sa numiti tara in care doriti sa folositi placa WLAN si driverul se ocupa de restul.

IEEE 802.11e defineste Quality-of-Service si extensiile streaming pentru 802.11a/ h si g. Scopul este de a imbunatati retelele de 54 Mbps pentru aplicatii multimedia si Voice over IP, adica, telefonie prin retele IP si internet. Pentru a fi utilizate cu multimedia si voce, reteaua trebuie sa suporte ratele garantate pentru fiecare serviciu, cu intarzieri minime de propagare. 802.11f descrie metodele de schimbare a standardului ("Roaming")

intre access point-uri, iar IAPP, Inter Access Point Protocol, se ocupa de detalii.

Standarde de securitate

802.11i a fost conceput pentru a solutiona problemele de securitate existente in domeniu pana in momentul acela. Integreaza tot ce poate oferi lumea securitatii. Printre principalele functionalitati ale 802.11i se numara autentificare IEEE 802.1x, cu Extensible Authentication Protocol (EAP), RADIUS si Kerberos, precum si criptare bazata pe algoritmul Rijndael AES. Complexitatea standardului 802.11i a facut ca acesta sa fie extrem de greu de finalizat: standardul a fost in cele din urma lansat de IEEE dupa un dificil proces de negociere, in vara lui 2004.

Durata etapei de standardizare pentru 802.11i arata cat de preocupati de problema securitatii sunt acum producatorii si organizatiile. Ratiunea acestei griji este dezastrul aproape total care a inconjurat prima tehnica standardizata de criptare pentru WLAN-uri, cunoscut sub numele de standardul Wireless Equivalent Privacy (WEP)(Figura 2.1). WEP se bazeaza pe un cifru RC4, cu chei statice si un Initialization Vector (IV), care este modificat pentru fiecare pachet dintr-o transmisie.

Figura 2.1 Tehnica WEP (Wire Equivalent Privacy)

WEP avea unele puncte slabe foarte importante, in implementarea IV, iar acestea le permiteau atacatorilor care puteau intercepta un numar suficient de mare de pachete de date, sa reconstruiasca cheia. De fapt, exista instrumente de analiza care se ocupa automat de aceasta sarcina. Anterior introducerii 802.11i, producatorii de WLAN au incercat sa compenseze inerentele vulnerabilitati ale WEP prin intermediul unei solutii provizorii, cunoscuta ca Wi-Fi Protected Access (WPA), dezvoltata sub egida Wi-Fi Alliance . Cele mai importante functionalitati ale WPA sunt Weak Key Avoidance ("WEPplus"), autentificare EAP-enabled si Temporal Key Integrity Protocol (TKIP). TKIP este conceput astfel incat sa evite principalele deficiente ale WEP, inlocuind cheia statica cu chei modificate in mod dinamic si implementand o verificare a integritatii mult imbunatatita. Din ratiuni de compatibilitate, TKIP foloseste tot cifrul RC4. WPA2 este termenul pe care Wi-Fi Alliance il foloseste pentru a face referire la implementarea tuturor componentelor obligatorii ale standardului 802.11i.

3 Probleme de compatibilitate

Daca nu se configureaza un WLAN complet nou, va trebui probabil sa se acorde atentie

compatibilitatii cu dispozitivele 802.11b existente. 802.11g are cateva lucruri: dispozitivele 11b si g folosesc aceeasi frecventa, aceeasi tehnica de modulatie si acelasi domeniu, asadar operatiile mixte nu sunt o problema. Insa, compatibilitatea afecteaza performanta: daca o singura componenta 11b se asociaza cu o retea 11g, rata sistemului scade imediat de la 54 la 11 Mbps. Operatiile mixte cu componente 802.11b si g, dar si cu dispozitive g mai noi si mai vechi, pot cauza unele probleme.

Standardul de securitate WLAN 802.11i nu a fost introdus pana in vara anului 2004. Retelele wireless mai vechi suporta, de obicei, doar metoda WEP si necesita o protejare suplimentara a retelei, cu ajutorul tehnologiilor VPN. Unii producatori de dispozitive care suporta un subset al 802.11i WPA ofera upgrade-uri firmware la 802.11i/ WPA2. Asa-numitele produse Dual-Band/Triple-Mode ajuta sa se evitate problemele de compatibilitate chiar de la inceput. Aceste sisteme suporta operatiuni in banda de 2.4 si 5 GHz si toate cele trei tehnologii de baza: 11a, 11b si 11g.

Din punct de vedere al unei tehnologii radio, nu exista obstacole pentru interoperarea cu alta componenta WLAN. In schimb, aceste dispozitive, au un pret mult mai mare. Wi-Fi Alliance a introdus eticheta "Wi-Fi certified" pentru a asigura interoperarea fara probleme intre sisteme LAN de la producatori diferiti. Inainte de a primi aceasta aprobare, produsele trebuie sa-si probeze conformitatea cu standardele curente, prin intermediul unei suite de teste, si sa-si demonstreze interoperabilitatea cu dispozitive de la alti producatori. Wi-Fi Alliance acorda aceasta certificare sistemelor 2.4 GHz cu viteze de 11 si 54 Mbps si sistemelor 54 Mbps 5 GHz pentru WPA, WPA2 si WMM. WMM inseamna Wi-Fi Multimedia si indica conformitatea cu 802.11e.

Figura 2.2 Standarde 802.11

Tehnologiile de transmisie specifice anumitor chipseturi si non-standardizate, cu rate mai mari, esueaza complet in ceea ce priveste compatibilitatea. Mai exact, acestea sunt "802.11b+" cu o viteza de 22 Mbps, moduri 108 Mbps pentru produse IEEE 802.11a ("Turbo Mode") si 802.11g ("Super G", "Extreme G"). Ratele promise de aceste sisteme pot fi atinse doar folosind o aparatura de acelasi producator si din aceeasi serie de

produse.

4 Mister G-scurta istorie a prezentului

Adoptarea noului standard 802.11g a reprezentat un semnificativ pas inainte in ceea ce priveste dezvoltarea standardelor pentru tehnologia WLAN. Inca de la inceput, noul standard isi propunea doua obiective majore: aducerea modulatiei OFDM in banda de 2,4 GHz si compatibilitatea cu sistemele Wi-Fi deja existente (respectiv 802.11b). Standardul propus de Intersil necesita, asadar, utilizarea OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) pentru rate de transfer ce depasesc 20 Mbps si suport CCK (Complementary Code Keying) pentru a asigura compatibilitatea cu standardul existent.
Pe langa aceste elemente, Intersil a propus si doua elemente optionale. Un prim element consta intr-un hibrid intre CCK si OFDM, dedicat facilitarii utilizarii undelor OFDM in acelasi timp cu asigurarea compatibilitatii cu echipamentele radio CCK existente. CCK va fi astfel utilizat pentru a transmite preambul/header-ul pachetului, in timp ce pentru corpul acestuia se va utiliza OFDM. Acest ansamblu este cel ce va suporta viteze de transmisie de pana la 54 Mbps.

Al doilea element optional este o solutie sustinuta de Texas Instruments numita single carrier. Si aceasta unda poate fi descrisa ca un hibrid, deoarece utilizeaza CCK pentru transmiterea portiunii preambul/header a fiecarui pachet si PBCC (Packet Binary Convolutional Coding ) pentru transmiterea corpului pachetului. Trebuie spus ca PBCC suporta rate de transfer de pana la 33 Mbps. 802.11g permite compatibilitatea cu echipamentele Wi-Fi existente, oferind astfel o optiune echivalenta largimii de banda a 802.11a. Avantajul pe termen scurt consta in faptul ca toti utilizatorii care au deja echipamente Wi-Fi (al caror numar este de ordinul milioanelor) au putut beneficia de noile rate de transfer de 54 Mbps in aceeasi banda de 2,4 GHz.

Deoarece echipamentele 802.11b nu pot demodula transmisiile OFDM, exista probleme in reteaua formata din echipamente mixte. In conditii normale, toate echipamentele ce folosesc acelasi canal impart accesul la comunicare dupa mecanismul "listen-before-talk". Termenul tehnic ce descrie acest mecanism este CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance). In termeni simpli, fiecare echipament din retea asculta pentru a determina daca un altul transmite. Nicio transmisie nu va incepe daca o alta este in desfasurare. Astfel, echipamentele 802.11g vor putea receptiona transmisii atat CCK, cat si OFDM, dar echipamentele Wi-Fi mai vechi nu le pot recepta decat pe cele CCK. In acest caz, intrebarea este: cum vor putea aceste echipamente evita coliziunile cu transmisiile OFDM? Mecanismul CSMA/CA nu va putea functiona in conditiile in care avem, in acelasi canal, ambele echipamente. Exista insa un mecanism ce poate face acest lucru. In conditii de operare normala, toate radiourile ce impart acelasi canal (inclusiv access-point-ul) se pot auzi intre ele. Exista insa si cazuri in care comunicarea cu access-point-ul se poate face in timp ce echipamentele din doua noduri diferite nu pot comunica direct. Evident, in aceste conditii mecanismul "listen-before-talk" nu poate functiona, deoarece echipamentele ar incepe transmisia catre access-point in timp ce acesta asculta un alt echipament ascuns pentru cel in cauza. Acest lucru este cunoscut ca problema nodului ascuns.

Rezolvarea vine de la un alt mecanism ce a fost introdus in standardul 802.11: "Request-To-Send/Clear-To-Send" (RTS/CTS). Conform acestui mecanism, fiecare nod trebuie sa trimita un mesaj RTS la access-point si sa primeasca un raspuns CTS pentru a putea transmite. Situatia echipamentelor CCK si OFDM ce opereaza in acelasi canal este similara problemei nodului ascuns, deoarece echipamentele CCK nu pot auzi transmisiile OFDM. Folosind mecanismul RTS/CTS, echipamentele OFDM vor putea functiona in acelasi canal cu echipamentele Wi-Fi mai vechi, fara aparitia coliziunilor. In mod clar, mecanismul RTS/CTS, asa cum era de asteptat, duce la o aglomerare a retelei. Totusi, avand in vedere avantajele, acesta este un lucru ce poate fi trecut cu vederea. Beneficiul imediat este migratia echipamentelor din banda de 2 GHz catre rate de transfer mai mari, asa cum o demonstreaza noul standard 802.11n.

Ceea ce deosebeste fundamental standardul 802.11n de predecesoarele sale este faptul ca dispune de o varietate de moduri si configuratii ce pot duce, in functie de alegerea lor, la rate de transfer maxim foarte diferite. Aceasta versatilitate ofera producatorilor posibilitatea de a amplifica si configura echipamentele pentru a raspunde exact unor anumite aplicatii si niveluri de pret. Chiar si asa, specificatiile 802.11n anunta o cifra incredibila pentru transferul de date pe calea aerului: cu toate optiunile posibile activate, datele ar putea fi transmise cu viteze de pana la 600 Mbps. Din pacate insa, echipamentele ce suporta acest standard nu trebuie neaparat sa aiba aceste optiuni activate pentru a fi compatibile cu standardul. Din acest motiv, cele mai multe echipamente anuntate pentru sfarsitul anului trecut vor oferi probabil transmisii de date cu viteze de pana la 300 Mbps.

Evolutia OFDM

Prima cerinta a standardului n este suportul pentru modulatia OFDM in scopul asigurarii compatibilitatii inverse cu standardele 802.11a/g. Totodata insa, se utilizeaza o rata de codare maxima mai mare, precum si o latime de banda usor mai larga.Aceste adaugiri asigura o rata maxima de transfer a datelor de 65 Mbps, de la 54 in standardele actuale.

MIMO

Una dintre cele mai interesante componente obligatorii ale standardului 802.11n este cunoscuta drept MIMO (Multiple Input Multiple Output). Aceasta nu este nicio facilitate, niciun nou chipset. Nu este nici macar o bine-definita tehnologie. MIMO se bazeaza pe un fenomen al undelor radio numit multipath: undele radio de la emitator sunt reflectate de pereti, usi sau alte obiecte, ajungand la antena receptoare de mai multe ori, din mai multe directii si chiar la intervale diferite de timp. Necontrolate, acestea pot chiar distorsiona receptia semnalului original si afecta performanta retelei Wi-Fi. Din aceasta cauza, tehnologia MIMO a dezvoltat o tehnica numita space-division multiplexing pentru a gestiona fenomenul multipath. Gratie acestei tehnici, fluxul de date este impartit de echipamentul wireless in mai multe parti, numite curenti spatiali, ce vor fi transmisi fiecare prin cate o antena separata catre antena corespondenta a echipamentului receptor.

Standardul 802.11n prevede pana la patru astfel de curenti spatiali, desi nu este necesar ca toate echipamentele ce suporta acest standard sa fie dotate cu atat de multe. In ceea ce priveste viteza de transmisie a datelor a unui astfel de echipament, sa spunem doar ca dublarea numarului de curenti spatiali de la unul la doua creste proportional si rata de transmisie a datelor. Exista, din nefericire, si cateva aspecte mai putin incantatoare, cum ar fi cresterea puterii consumate si, evident, a costurilor de productie. Din acest motiv, standardul 802.11n prevede dotarea obligatorie a echipamentelor cu un mod power-save pentru MIMO, cu ajutorul caruia transmisia multipath sa fie activata doar atunci cand comunicarea are de castigat de pe urma performantei aduse de aceasta. Doua sunt modurile in care MIMO sporeste performanta echipamentelor wireless: beam-forming si diversity.