Aplicación Práctica de Tecnología Inalámbrica

El presente documento acompañado de las correspondientes diapositivas fue realizado por SergioMontenegro (a.k.a cerbero), para la presentación de BuenosAiresLibre.org en la 1º Charla Técnica Trimestral 2006 organizada por CaFeLug y UBlug. El temario del mismo está basado en TemarioGeneral e intenta ser el puntapié inicial para las próximas presentaciones del proyecto BuenosAiresLibre.org.

Actualmente consta de dos charlas:

Este documento debería complementarse con un taller práctico de redes inalámbricas, en donde se pueda ver la aplicación de los conceptos aquí mencionados.

Para la realización del las mismas nos basamos integramente en herramientas y formatos de SL. OpenOffice.org Vim Gimp Inkscape etc.

<cerbero AT NOSPAM buenosairelibre.org>

Licencia

        Copyright (c) 1 de Junio 2006 Sergio Montenegro 
        Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
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GFDL (Gnu Free Documentation Licence)

CerBero/IntroWiFi/gfdl.png

disponibilidad


Una copia de este documento podrá obtenerse visitando

Aplicación Práctica de Tecnología Inalámbrica

ToDo


Modificaciones a éste Documento


Futuras modificaciones y agregados a este documento están previstos y serán indicados en esta sección mencionando el cambio y los agregados como asi mismo los nuevos autores.

  1. Esta es una modificación del documento original, que manteniendo la temática y el texto original, se adapto al formato wiki para contribuirlo al Wiki de BuenosAiresLibre. La trasferencia fue realizada en Octubre de 2006 por el autor. {OK}


1º CHARLA

SLIDE 1

" Introducción a WiFi"

SLIDE 2

{breve intro}

Buenas Tardes .... Mi nombre es Sergio Montenegro también conocido como CerBero. Soy miembro de LANUX y CaFeLug, desde el año 2005 participo activamente en el Proyecto BuenosAiresLibre del cuál formo parte en el Grupo de Organización.
Estoy aqui para presentarles este proyecto como ejemplo sobre la aplicación de la tecnología inalámbrica pero no sin antes alcanzarles un breve resúmen de los conceptos que Uds. deberían manejar para comenzar a caminar dentro del mundo de las WLAN's "Redes inalámbricas".
En esta charla de algo más de una hora de duración vamos a ver brevemente el siguiente temario. Luego haremos la Presentación de BuenosAiresLibre como Proyecto Tecnológico Comunitario y una breve introducción para aquellos que tengan interés en formar parte del mismo.

Temario

Listado por SLIDES 

 SLIDE  1) 

 SLIDE  2) Presentacion (lo que estamos haciendo) 

 SLIDE  3) Wireless LAN's 
                *Que es wireless?
                *Las WLAN's
        
 SLIDE  4) Tecnologías Inalámbricas 
                *Clasificación
                *Tipos de tecnologías inalámbricas
                *como surgen?

 SLIDE  5) WiFi 
                *El estándard IEEE 802.11
        
        
 SLIDE  6) Arquitectura 802.11
        
 SLIDE  7) Tipos de Redes 

        SLIDE   8) Tipos de Redes 

 SLIDE  9) Servicios 802.11
                *Categorías de Servicios        
                a) de Estación 
                b) de Sistema de Distribución

 SLIDE  10) Servicios de Estación
                *Mecanismos de autenticación
                a) abierto      
                b) de llave compartida

 SLIDE  11) Servicios del Sistema de Distribución
                

 SLIDE  12) Diseño de Redes 

       SLIDE  13) Configuracione de Red

       SLIDE    14) Dispositivos 
        
                SLIDE   15) lamina dispositivos 
                
       SLIDE            16) Antenas Cables y Conectores

 SLIDE  17) Modos de Operación 
                *Modo Master
                *Modo Managed
                *Modo Ad-Hoc
                *Modo Monitor

 SLIDE  18) Canales
                *Tabla de canales y frecuencias.
 SLIDE  19) Conceptos de Señal

 SLIDE  20) Cerrando

SLIDE 3

Wireless Lan's


Comenzaremos con el termino "wireless" o inalámbrico el cuál aplicado a las comunicaciones se refiere a aquellas que no necesitan de un medio físico para la propagación, más precisamente a aquellas que utilizan la modulacion*[0] de ondas electromagnéticas para propagarse a través del espacio.

Una WLAN (wireless local area network) o red inalábrica es un sistema de transmisión de datos entre computadoras diseñado para proporcionar el acceso a la red independientemente de la ubicación física, permitiendo llegar a puestos alejados varios kilómetros o inclusive puestos móviles.
La extensa aceptación de las WLAN es fruto de la estandarisación de la industria para asegurar compatibilidad y confiabilidad del producto entre los varios fabricantes.

Este tipo de redes se diferencian de las redes ethernet en la capa física y en la capa de enlace del modelo OSI (Open System Interconnection).

La modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.

SLIDE 4

Tecnologías Inalámbricas


En una ampliá clasificación de estas tecnologías podemos identificar dos tipos de LAN's:

Nosotros vamos a desarrollar las de radiofrecuencia...

Que surgen a raiz de que en EE.UU.,a partir del año 1985 cuando la FCC (Federal Communications Commission) permitió la operación sin licencia de dispositivos que utilicen 1 watt de potencia en tres bandas de frecuencias.

Bandas ISM

Estas bandas, (las llamadas bandas ISM), estaban dedicadas originalmente a su utilización en dispositivos con fines industriales, científicos y médicos (ISM), por lo que las redes inalámbricas que operen en estas bandas debían diseñarse para trabajar bajo interferencias considerables. Por ello, se utilizaron técnicas de espectro ensanchado, que distribuyen la energía de una señal situada en una banda convencional en un dominio más amplio de frecuencias.

enlaces:

SLIDE 5

Wifi


Entendemos por WiFi como el conjunto de estándares para redes inalámbricas basado en las especificaciones 802.11 del IEEE. (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

En la siguiente tablas veremos algunos de los estándares más utilizados y un breve resúmen de sus principales caracteristicas

Estandares WLAN 802.11

Protocolo

Frecuencia

Tasa Max.

ancho de banda

modulación

Año

802.11

2.4 Ghz.

1-2 Mbps

22MHz

1997

802.11b

2.4 Ghz.

11 Mbps

22 MHz

DSSS

1999

802.11a

2.4 y 5 Ghz.

54 Mbps(108)

22 MHz

OFDM

2002

802.11g

2.4 Ghz.

54 Mbps(108)

22 MHz

DSS/OFDM

2003

802.11n

2.4 Ghz.

500 Mbps

44 MHz

?

n/d

Las especificaciones 802.11 fueron ratificadas como un estándar en el año 1997, y poseía una tasa de transmición entre 1 y 2 Mbps.

La siguiente modificación apareció en 1999 y fue nombrada IEEE 802.11b, esta especificación tenía velocidades que iban de 5 hasta 11 Mbps, y trabaja en la frecuencia de 2,4 GHz. También se realizó una especificación sobre una frecuencia de 5 Ghz que alcanzaba los 54 Mbps, era la 802.11a*[3] que resultaba incompatible con los productos de la norma b. Posteriormente se incorporó un estándar a esa velocidad y compatible con el b que recibiría el nombre de 802.11g.

Actualmente se está desarrollando la 802.11n, que se espera que alcance los 500 Mbps.

La seguridad forma parte del protocolo desde el principio y fue mejorada en la revisión 802.11i. Otros estándares de esta familia (c-f, h-j, n) son mejoras de servicio y extensiones o correcciones a especificaciones anteriores. El primer estándar de esta familia que tuvo una amplia aceptación fue el 802.11b. En 2005, la mayoría de los productos que se comercializan siguieron el estándar 802.11g con compatibilidad hacia el 802.11b.

enlaces :

SLIDE 6

Arquitectura 802.11


Establecer un estándar para un campo de red diferente comparado a las viejas y conocidas redes ethernet(IEEE 802.3), hace necesario una explicación de su terminología y los nuevos conceptos de estructura de red. Como cada estandard 802, este estándar inalámbrico introduce nuevas sub-capas a las capas existentes del modelo de la referencia básica de ISO/OSI.
Incluye tres capas físicas diferentes (PHY), cada una describiendo la implementación de uno de los siguientes métodos de transmisión:

Adicionalmente se especifica el Control de Acceso al Médio (MAC Medium Access Control). La capa del MAC incluye cierta funcionalidad desde el LCC (Logical Link Control) para ocultar cierto comportamiento wireless a las capas más altas.

CerBero/IntroWiFi/iso-osi.png

El nuevo estandar introduce otros terminos para describir los componentes wireless típicos.
En una WLAN cada computadora, sea fija o móvil es denominada "estacion". A pesar que las estaciones móviles pueden acceder a la red local aún en movimiento, se comportan como otro punto fijo.

Cuando dos estaciones se unen para establecer una comunicación, forman lo que se conoce como Set de Servicio Básico (BSS Basic Service Set) Y representa el area de cobertura en el que las estaciones pueden mantenerce comunicadas a través del medio inalámbrico. El mínimo BSS consiste en dos estaciones 802.11 que usan al BSS como bloque constructivo básico.

El BSSID (Basic Service set ID) es el equivalente al nombre de red para el BSS y normalmente se corresponde con la MAC address de la tarjeta inalámbrica (WNIC Wireless Network Interface Card).

SLIDE 7

CerBero/IntroWiFi/ibss.png

SLIDE 8

Tipos de Redes


Dos tipos principales del LAN han sido descriptos por el estándar.

Un único BSS que no está conectado con una base se llama un Sistema Independiente de Servicio Básico (IBSS Independent Basic Service Set) y se lo denomina también como red Ad-Hoc, en la cual las estaciones solo se comunican peer to peer. (No hay base y nadie da el permiso de hablar).
Cuando dos o más BSS's estan interconectados, las redes se convierten en una infraestructura, estos se conectan usando lo que se denomina Sistema de Distribucion (DS Distribution System), este concepto incrementa la cobertura y cada BSS se convierte en un componente de una red extendida.
La entrada al DS se logra con el uso de puntos de acceso (AP). Un AP ó punto de acceso es, una estación redireccionadora. Así pues, los datos se mueven entre el BSS y el DS con la ayuda de estos puntos de acceso.
A parte de poseer la funcionalidad de una estación también actua como un bridge entre la red inalámbrica y el Medio del Sistema Distribución (DSM Distribution System Medium).

Crear redes grandes y complejas usando BSS y los DS's nos conduce al siguiente nivel de la jerarquía, el sistema extendido de servicio (ESS Extended service Set).
La fortaleza del ESS es que la red entera luce como si fuera un IBSS fijado a la capa de Control de Enlace Logico (LLC Logical Link Control). Esto significa que las estaciones dentro del ESS pueden comunicarse o aún moverse entre BSS's y esto es transparente al LLC.

CerBero/IntroWiFi/ess.png

SLIDE 9

Servicios 802.11


Dos categorías de servicios IEEE 802.11 existen:

  1. El servicio de estación (SS)

  2. El servicio de sistema de distribución (DSS).

Ambos son utilizados por la subcapa del MAC de IEEE 802.11.

Esta subcapa utiliza tres tipos tres de mensajes:

Los mensajes de administración de MAC soportan los diferentes servicios, mientras que los mensajes del control del MAC soportan la entrega de los mensajes de la administración y de datos.

Las dos secciones siguientes describen los servicios necesarios para entender el proceso de traspaso o (handover) de la capa de enlace. Una cobertura completa se puede encontrar en el estándar.

SLIDE 10

Servicio de Estación

En contraste con las redes cableadas, la seguridad física no es factible para las redes inalámbricas debido a la naturaleza abierta del medio. Para controlar el acceso a la LAN el proceso de autenticación ha sido definido. Usando este servicio de estación establece su identidad a otras estaciones, incluyendo AP's con las cuales desee comunicarse. Puesto que la autenticación se requiere para la asociación, la invocación del servicio de Deautenticación hace que una estación sea disasociada, aparte de terminar su autenticación.

Mecanismos de Autenticación

El IEEE 802.11 especifica dos mecanismos para la autenticación:

SLIDE 11

Servicio del Sistema de Distribución

El servicio del sistema de distribución necesita saber qué AP en el DS da el acceso a la estación receptora.
El concepto de asociación proporciona esta información al DSS. Para enviar un mensaje de datos vía un AP, una estación debe asociarse con este AP. Una estación se puede asociar en cualquier momento solamente a un AP. Este único mapeo de estaciones a AP's asegura la determinación exacta de la localización de una estación. La asociación corresponde a conectar una estación con la LAN.
El servicio de la reasociación resuelve los requisitos de la movilidad permitiendo transiciones entre BSSs diferentes. Permite mover la asociación actual de un AP a otro, así manteniendo el mapeo entre el AP y la estación actualizado en el DS. La reasociación también permite el cambio de las cualidades de la asociación, mientras que preserva esta asociación con el AP. La reasociación actualiza una conexión existente. Con desasociación se termina una asociación existente.

Esta sección describe la funcionalidad adicional proporcionada por la subcapa MAC del IEEE 802.11. Además la puesta en práctica de los servicios mencionados. El escaneado monitorea un canal elegido en busca de APs disponibles.

Existen dos métodos:

La asociación y la reasociación

El proceso de asociación requiere seguir los siguientes pasos. Primero, la estación envía la petición de asociación a un AP. Si la estación es autenticada , el AP responde con una respuesta de asociación. En respuesta la estación envía un reconocimiento de dicha aceptacion.
Ahora el AP notifica al DS sobre los cambios.
De la misma forma, la reasociación sigue este mismo procedimiento, pero utiliza sus el propios peticiones y de respuestas (de reasociación). También, el viejo AP será notificado sobre cambios vía el DS por el AP nuevo.

CerBero/IntroWiFi/asociacion.png

SLIDE 12

Diseño de Redes


Ahora mencionaremos los aspectos que deberíamos tener encuenta al momento de diseñar nuestras redes. Como ya mencionamos este tipo de comunicaciones no necesitan un medio físico para transmitirse. Cuando hablamos entonces de medio físico nos referimos a la configuracion de la red, el hardware necesario para generar y transmitir las ondas, incluyendo las antenas, cables y conectores. y a los espacios físicos necesarios para montar los recursos. A tener en cuenta:

y es lo que veremos a continuación ...

SLIDE 13

Configuraciones de Red


Tipos de configuraciones lógicas

Existen tres tipos de configuraciones lógicas:

SLIDE 14

Dispositivos


Tipos de dispositivos

Basicamente tenemos dos tipos de dispositivos,

SLIDE 15(falta lámina de dispositivos)

SLIDE 16

Antenas, Cables y Conectores


ANTENAS

Una antena es un dispositivo capaz de emitir o recibir ondas de radio. Está constituida por un conjunto de conductores diseñados para radiar (transmitir) un campo electromagnético cuando se le aplica una fuerza electromotriz alterna. De manera inversa, en recepción, si una antena se coloca en un campo electromagnético, genera en respuesta a éste una fuerza electromotriz alterna.

El tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de la señal de radiofrecuencia transmitida o recibida, debiendo ser, en general, un múltiplo o submúltiplo exacto de esta longitud de onda.

Existen antenas de dos tipos

enlaces:

CABLES Y CONECTORES (varios)

Cable

Cable

Impedancia(ohm)

Atenuación(mts)

Diámetro(mm)

LMR-400

50

0.22dB

12mm.

LMR-195

50

0.6 dB

6mm.

RG-213

50

0.4dB

11mm.

RG-58

50

1.2dB

6mm.

RG-8

50

1.8dB

14mm.

Conectores

SLIDE 17

Modos de operación


Antes que los paquetes puedan ser reenviados y ruteados en Internet, la capa uno (física) y dos (enlace) necesitan estar conectadas. Sin conectividad de enlace local, los nodos no pueden hablar unos con otros y rutear paquetes.

Para proveer conectividad física, los dispositivos de redes inalámbricas deben operar en la misma porción del espectro de radio. Más específicamente, las tarjetas inalámbricas deben concordar en un canal común. Si a una tarjeta de radio 802.11b se le asigna el canal 2 mientras que otra es asignada al canal 11, como consecuencia no pueden comunicarse unas con otras.

Cuando dos tarjetas inalámbricas son configuradas para usar el mismo protocolo en el mismo canal de radio, están prontas para negociar conectividad al nivel de la capa de enlace.

Cada dispositivo 802.11a/b/g puede operar en uno de los cuatro modos posibles:

Comentario: Cuando implementamos un enlace punto a punto o punto a multipunto, una onda de radio va a operar en modo maestro, mientras que la o las otra/s van a operar en modo administrado. En una red mesh multipunto a multipunto, las ondas de radio van a operar todas en modo ad-hoc de manera que puedan comunicarse unas con otras directamente.

SLIDE 18

Canales


Los canales son pequeñas variaciones de la frecuencia, los dispositivos inalámbricos pueden configurarse para que hagan un barrido de canales disponibles o forzarles a usar uno en concreto.

Tabla de Frecuencia de los Canales

Canal

Frecuencia

Canal

Frecuencia

1

2.412 Ghz.

8

2.447 Ghz.

2

2.417 Ghz.

9

2.452 Ghz.

3

2.422 Ghz.

10

2.457 GHz.

4

2.427 Ghz.

11

2.462 Ghz.

5

2.432 Ghz.

12

2.467 Ghz.

6

2.437 Ghz.

13

2.472 Ghz.

7

2.442 Ghz.

14

2.484 Ghz.

CerBero/IntroWiFi/canales.png

SLIDE 19 (falta lámina)

Conceptos sobre Señal


(desarrollar)

frecuencia: se utiliza para indicar la velocidad de repetición de cualquier fenómeno periódico. Se define como el número de veces que se repite un fenómeno en la unidad de tiempo.La unidad de medida es el hercio (Hz) En general las frecuencias se concentrarán en una banda alrrededor de la frecuencia nominal de la estación, a esta banda es a lo que llamamos canal.

potencia

Sensibilidad: Potencia mínima de señal que el receptor puede transformar correctamente en datos.

ruido

Breve Glosário


Una referencia breve y rápida de los terminos y abreviaturas utilizadas en este documento.

SLIDE 20

Bueno esto es todo lo que hablaremos de WIFI en esta oportunidad, lo visto es una parte de lo que necesitaremos para empezar a caminar dentro del mundo de las WLAN, no es todo ni mucho menos, podriamos interesarnos en adquirir conocimientos exahustivos sobre la arquitectura 802.11 si queremos adentrarnos en el funcionamiento de estas redes. Pero el próximo paso será seguramente... el tema práctico, el aprendizaje para fabricar nuestras propias antenas, para comprar los cables y conectores y para montar nuestros nodos en el exterior, para poder poner en practica los conocimientos dquiridos, estableciendo enlaces y creando y administrando nuestras redes.

Para terminar quiero invitarlos a que "No se limiten a pensar que nuestra red inalambrica solo se puede extender hasta el baño o la cama y que nunca pasará del jardin".

Y sepan que para todo esto no estan solos.... Que hay una comunidad dispuesta a recibirlos.


2º CHARLA

SLIDE 1

"Presentacion del Proyecto BuenosAiresLibre"

SLIDE 2

Qué es BAL?

Somos un grupo de individuos que haciendo causa común intentamos crear una red digital comunitaria en Buenos Aires y sus alrededores. Estamos abiertos a la utilización de todas las tecnologías a nuestro alcance, aunque de momento solo utilizamos tecnologia WiFi (802.11b/g).

SLIDE 3

Nuestro OBJETIVO

Formar una red de datos, libre y comunitaria en la Ciudad de Buenos Aires y alrededores. Esto significa el armado de una estructura de red, más allá de su utilización práctica y los servicios que puedan ofrecerse sobre ella.

SLIDE 4

Para que podría utilizarse?

Existen muchas ideas y propuestas generadas por los participantes del proyecto, como ser:

SLIDE 5

Servicios

Los servicios van a existir dentro de la red lo deciden los miembros. La red va a ser el medio, los contenidos y servicios los aportará la gente que participe. Tal como ocurre hoy en dia en Internet. La idea de BuenosAiresLibre es la misma, pero a escala metropolitana.

SLIDE 6

Algunos servicios activos y otros propuestos

ListadoServicios

SLIDE 7

Diferenetes Roles en la Red

Las participaciones posibles son las siguientes:

http://wiki.buenosaireslibre.org/RedBAL/Participaciones

SLIDE 8

Cliente

Es el último eslabón de la cadena. Se conecta con un AP o Nodo y sólamente necesita un equipo wireless que le sirva para esta finalidad y una antena direccional para apuntarle al AP/Nodo. Es el rol que menos dinero y esfuerzo insume. Los clientes no necesitan preocuparse por tener buena altura y exposición; basta con que tengan línea de vista con un AP o Nodo. Aquellos que piensan ser cliente de un AP o Nodo deben ponerse en contacto con su administrador.

SLIDE 9

AP Aislado

Es un Access Point que no está conectado con el resto de la red. Sus clientes sólo se van a poder conectar entre sí. Debe tener la intención de convertirse en un AP-Conectado para pasar a formar parte de la red. El AP-Aislado necesita, ya sea un Acces Point comercial o uno armado con una PC + GNU/Linux o BSD. En cuanto a su antena, necesita una omnidireccional, por lo general de no muy alta ganancia (entre 5 y 8 dbi), para dar servicio a su zona.

SLIDE 10

AP Conectado

Es un AP con el agregado de otra interface que estará enlazada a un Nodo de la red, lo que hará que los clientes de este AP tengan la posibilidad de conectarse con los demás miembros de la red. Es recomendable armar el equipo en una PC con GNU/Linux o BSD. En ese caso, necesitará dos placas wireless, una en modo Master (AP) y la otra en modo Managed (cliente). Los nodos tienen una antena omnidireccional para la interface AP y una direccional para la que es cliente del Nodo.

SLIDE 11

Nodo

Los Nodos constituyen el núcleo de la red y posibilitan la interconexión entre zonas; son la columna vertebral (backbone). Se arman en una PC con GNU/Linux o BSD, con 3 ó 4 interfaces inalámbricas. La diferencia con un AP-Conectado es que, al tener más interfaces, el Nodo es un punto de interconexión y no un fin del camino. Una de sus interfaces tiene una antena omnidireccional, que recibe conexiones tanto de clientes como de APs Conectados. Sus otras interfaces tienen antenas direccionales que apuntan a otros Nodos.

SLIDE 12

Herramientas de BAL

Las herramientas con las que contamos en BuenosAireslibre para organizarnos, compartir información e interactuar entre los miembros son:

SLIDE 13

BALLS

(intro)

Con BALLS cada usuario puede obtener un panorama de cuantos integrantes del proyecto tiene a su alrededor y así lograr un contacto mas personalizado y directo entre ellos. El proyecto Buenos Aires Libre Location System (BALLS) fué idea de Cesar Kästli y Diego Sancho. Implementado originalmente como FreeBaires User Location System (FBULS) por Cesar Kästli bajo licencia GPL, para la localización y registro de usuarios del proyecto Buenos Aires Libre.(BAL) Iniciado en Mayo de 2003 y mejorado por Diego Sancho para la implementación definitiva en el sitio oficial del proyecto en Junio de 2005.

SLIDE 14

BALLS

(lámina zonas)

SLIDE 15

BALLS

(lámina puntos de interés)

SLIDE 16

BALLS con Google Earth

(lámina Mapa)

Es una aplicación que utiliza XML y la API de GoogleEarth para desplegar los datos de los nodos almacenados en la actual base de datos de (Balls), sobre un mapa satelital. Para esto se utilizan las coordenadas GPS de los Nodos/Clientes.

El mapa puede ser utilizado para verificar las coordenas de las ubicaciones. Al visualizar el punto previamente cargado en BALLS, si por motivo hay algún error de ubicación en el mapa satelital, simplemente al efectuar doble click sobre la ubicación correcta, se visualizarán las coordenadas correctas (Lat y Long) y de esta forma las podrá utilizar para modificar la base de datos.

Y ahora tb traduce la coordenada GPS en coordenadas en Lat y Long (N/S y E/O), pero esto es un chiche.

http://mapa.buenosaireslibre.org/

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