Chapter 5 Wireless LAN Standards (Kablosuz LAN Standartları) Dr Lami Kaya

Standards and Organizations (Standartlar ve Kuruluşlar)

802 Architecture(Mimarisi)

IEEE 802.11 Standards 802.11 Wireless Networking 802.11a: 5GHz, 54Mbps 802.11b: 2.4GHz, 11Mbps 802.11d: Multiple regulatory domains 802.11e: Quality of Service (QoS) 802.11f: Inter-Access Point Protocol (IAPP) 802.11g: 2.4GHz, 54Mbps 802.11h: Dynamic Frequency Selection (DFS) and Transmit Power Control (TPC) 802.11i: Security 802.11j: Japan 5GHz Channels (4.9-5.1 GHz) 802.11k: Measurement 802.11m: Maintenance 802.11n: High-Speed 802.11r: Fast roaming wireless with VoIP 802.11s: Mesh networking to extend operating ranges

WLAN Technologies and Wi-Fi Alliance A variety of wireless LAN technologies exist that use various frequencies various modulation techniques range of data rates IEEE provides most of the standards which are categorized as IEEE 802.11 A group of vendors who build wireless equipment formed the Wi-Fi Alliance a non-profit organization that tests and certifies wireless equipment using the 802.11 standards Alliance has received extensive marketing, most consumers associate wireless LANs with the term Wi-Fi

WLAN Teknolojileri ve Wi-Fi anlaşmaları Mevcut koblosuz LAN teknoloji çeşitleri kullanır Çeşitli frekanslar Çeşitli modülasyon telnikleri Veri hızı sınırları IEEE pek çok standart sağlar IEEE 802.11 olarak kategorize edilmiş Bir grup sağlayıcı Wi-Fi Alliance formunda kablosuz ekipman üretir Kar amaçlı olmayan bir organizasyon802.11 standartlarını kullanarak kablosuz ekipmanlar test eder ve sertifikalandırır Alliance has received extensive marketing, most consumers associate wireless LANs with the term Wi-Fi

IEEE 802 Wireless LAN Standards (Commonly Used) RF Band Speed 802.11 Infrared (IR) or 2.4 GHz 1 Mbps or 2 Mbps 802.11a 5 GHz 54 Mbps 802.11b 2.4 GHz 11 Mbps 802.11g 802.11n 100 Mbps The Laws of Radio Dynamics: Higher Data Rates  Shorter Transmission Range Higher Power Output  Increased Range, but Lower Battery Life Higher Frequency Radios  Higher Data Rates Shorter Ranges

IEEE 802 Wireless LAN standartları (genellikle kullanılan) RF Band hız 802.11 Infrared (IR) or 2.4 GHz 1 Mbps or 2 Mbps 802.11a 5 GHz 54 Mbps 802.11b 2.4 GHz 11 Mbps 802.11g 802.11n 100 Mbps The Laws of Radio Dynamics: Yüksek veri hızları  kısa aktarım alanı yüksek güç çıkışı  alanı artırır, fakat kıza batarya süresi yüksek frekenslar  yüksek veri hızı kısa alan

What Is WLAN RF Technology? This section discusses theories and processes of using Spred Spectrum technology to send data over an RF signal. What Is WLAN RF Technology? Data sent over the air waves Two-way radio communications half duplex Same radio frequency for sending & receiving transceiver No licensing required for Wireless products (in most countries) Spread Spectrum is a type of emission designed to be somewhat immune to interference, difficult to detect, and hard to intercept. Actress Hedy Lamarr and music composer George Antheil patented the concept of Spread Spectrum in 1942. The idea was a method for guiding a torpedo without interference from a jamming signal. In 1986, the FCC agreed to allow the use of Spread Spectrum in the commercial market under the ISM bands. Just as the radio in your car has AM (Amplitude Modulation) and FM (Frequency Modulation) bands, other radios use different bands and types of modulation.

WLAN RF teknolojisi nedir? This section discusses theories and processes of using Spred Spectrum technology to send data over an RF signal. WLAN RF teknolojisi nedir? veri hava dalgaları üzerinde gönderilir iki-yollu radyo haberleşme half duplex(yarı çift yönlü) gönderme ve alma için aynı radyo frekansı transceiver(alıcı-verici haberleşme cihazı) Kablosuz ürünler için lisanlama gerekmez (pek çok ülkede) Spread Spectrum is a type of emission designed to be somewhat immune to interference, difficult to detect, and hard to intercept. Actress Hedy Lamarr and music composer George Antheil patented the concept of Spread Spectrum in 1942. The idea was a method for guiding a torpedo without interference from a jamming signal. In 1986, the FCC agreed to allow the use of Spread Spectrum in the commercial market under the ISM bands. Just as the radio in your car has AM (Amplitude Modulation) and FM (Frequency Modulation) bands, other radios use different bands and types of modulation.

OSI and TCP/IP Models

Layers and Some Protocols (katmanlar ve bazı protokoller)

802.11 MAC Layer Primary function of MAC layer to manage and maintain communication between 802.11 transmitters and receivers NICs/Adapters APs Perform functions related to Carrier sensing Data transmission/reception Translating buffer content between wireless/wired

802.11 MAC katmanı MAC katmanını birincil görevi 802.11 gönderici ve alıcı arasındaki haberleşmeyi sağlar ve yönetir NICs/Adapters APs Aşşağıdakilere bağlı olarak fonksiyonlarını yerine getirir Carrier sensing (Taşıyıcı algılama) Data transmission/reception (veri iletim/kabul) Kablosuz/kablolu arasındaki buffer içeriğinin çevirilmesi

Wireless network characteristics Multiple wireless senders and receivers create additional problems (beyond multiple access): A B C A’s signal strength space C’s signal A B C Hidden terminal problem B, A hear each other B, C hear each other A, C can not hear each other means A, C unaware of their interference at B Signal attenuation: B, A hear each other B, C hear each other A, C can not hear each other interfering at B

Kablosuz Ağ Karakteri Birden fazla kablosuz gönderici ve alıcı ek problemler doğurur: A B C A’s signal strength space C’s signal A B C Saklı terminal problemi B, A birbirlerini duyar B, C birbirlerini duyar A, C birbirlerini duyamaz A, C hostları B deki müdehaleden habersizdir Sinyal azalması: B, A birbirlerini duyar B, C birbirlerini duyar A, C birbirlerini duyamaz B araya girer

Control and Coordinate Access Two methods are used to control and coordinate access to the shared RF medium Distributed coordination function (DCF) For wireless using CSMA/CD (Ethernet) is difficult Fading(attenuation) in wireless Hidden-station problem between wireless stations It operates similar to CSMA/CA Point coordination function (PCF) Now let’s look at some access control methods

Kontrol ve Koordine Erişimi Paylaşılan RF ortamına kontrol ve koordine erişimi için iki metot kullanılır Distributed coordination function (DCF) wireless için CSMA/CD (Ethernet) kullanmak zordur Wireless de zayıflama(azalma) Wireless istasyonlar arasında saklı-terminal problemi CSMA/CA ya benzer çalışır Point coordination function (PCF) Şimdi bazı erişim kontrol metotlarına bakalım

Ethernet Frame Format The term frame format refers to the way a packet is organized including details such as the size and meaning of individual fields The main reason that older versions of Ethernet have remained compatible with newer versions arises from the frame format, which has remained constant since the DIX standard was created in the 1970s © 2009 Pearson Education Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.

Ethernet frame formatı frame format terimi bir paketin düzenlenme şeklini ifade eder Alanların detaylı olarak boyut ve anlamlarını içerir Ethernet in eski versiyonlarının yenileri ile uyumlu olmalarının ana sebebi Frame format dan ileri gelir, 1970 lerde DIX standartlarının oluşturulmasında bu yana sabit kalmıştır © 2009 Pearson Education Inc., Upper Saddle River, NJ. All rights reserved.

Ethernet Frame Format Term frame format refers to the way a packet is organized including details such as the size and meaning of individual fields The figure shows an Ethernet frame consists of a fixed-length header a variable-length payload, and a fixed-length CRC

Ethernet Frame Format frame format terimi bir paketin düzenlenme şeklini ifade eder Alanların detaylı olarak boyut ve anlamlarını içerir Şekilde Bir ethernet frame sabit uzunluktaki header lardan oluşur Payload kısmı değişkendir ve sabit uzunlukta CRC vardır

Mechanisms for Multi-Access How do multiple, independent computers coordinate access to a shared medium? There are three broad approaches: they can use a modified form of a multiplexing technique they can engage in a distributed algorithm for controlled access or they can use a random access strategy

Çoklu Erişim Mekanizması Paylaşılan ortama çoklu ve bağımsız bilgisayarlar nasıl koordine erşimi sağlar? 3 yaklaşım vardır: Modifiye edilmiş şekilde bir multiplexing (çoklama) tekniği ile controlled access için bir dağıtık algoritma çalıştırarak Veya random access stratejisi kullanarak

A Taxonomy of Mechanisms for Multi-Access

Static and Dynamic Channel Allocation Channelization refers to a mapping between a given communication and a channel in the underlying system There should be a mapping between entities and a channel is referred to as 1-to-1 and static Static channel allocation works well for situations where the set of communicating entities is known in advance and does not change In many networks the set of entities using the network varies over time As an example, consider cellular telephones in a city users move, and they can turn a cell phone on and off at any time thus, the set of cell phones that are operating in the range of a given cell tower varies constantly A dynamic channel allocation scheme is needed; a mapping can be established when a new station appears, and the mapping can be removed when the station disappears

Statik ve Dinamik Kanal Dağılımı Channelization mevcut sistemde verilen bir kanal ile hanerleşme arasında eşlemeyi ifade eder Haberleşen ile kanal arasındaki eşleşme 1-to-1 ve statik olarak iki şekilde olmalıdır Statik kanal atama, haberleşen elemanlar kümesi ileri düzeyde biliniyor ve değişmiyor olduğu durumlarda çok iyi çalışır Pek çok ağ da, ağı kullanan elemanlar kümesi zamana bağlı olarak değişir Örnek olarak,bir şehirdeki cep telefonları düşünürsek Kullanıcılar hareket eder, ve herhangi bir zamanda telefonu kapatıp açabilirler Böylece, cep telefonları bir cell tower(cep telefonu kulesi) nin verdiği alanda çalışır Bir dinamik kanal atama şeması, yeni bir istasyon görüldüğünde eşleşmenin sağlanması sırasında ve bir istasyon kaybolduğunda eşleşmenin kaldırılması sırasında ihtiyaç duyulur.

Channelization Protocols Channelization protocols extend the multiplexing techniques

Kanal oluşturma protokolleri Kanal oluşturma protokolleri çoklama tekniklerini genişletir.

Controlled Access Protocols Controlled access protocols provide a distributed version of statistical multiplexing

Denetimli erişim protokolleri Denetimli erişim protokolleri, istatistiksel çoklamanın bir dağıtık versiyonunu sağlar.

Random Access Protocols Some LANs do not employ a controlled access mechanism Instead, a set of computers attached to a shared medium attempt to access the medium without coordination The term random is used because access only occurs when a given station has a packet to send and randomization is employed to prevent all computers on a LAN from attempting to use the medium at the same time the descriptions of specific methods below will clarify the use of randomization

Rasgele erişim protokolleri Bazı LAN lerde kontrollü erişim mekanizması görevlendirilmemiştir Bunun yerine, bilgisayarlar paylaşılan ortama koordinasyonsuz bir şekilde ulaşamaya çalışır Random (rasgele) terimi kullanılmıştır, çünkü bağlantı sadece bir istasyon gönderecek bir paketi olduğu zaman gerçekleşir Ve randomization(rasgelelik), ortamın aynı zamanda bütün bilgisayarlar tarafından kullanımasını engellemede görevlidir. Rageleliğin kullanımını bir sonrak, slayttaki bazı özel metotlar çok iyi şekilde açıklayacaktır

Random Access Protocols

CSMA/CD It is widely known as Ethernet It uses cable as a shared medium instead of broadcasting radio frequency transmissions through the atmosphere Ethernet uses three (3) mechanisms to handle collisions: Carrier sense Collision detection Binary exponential backoff

CSMA/CD Genel olarak bilinen ismi Ethernet Paylaşıla ortam olarak kablolar kullanılır Radyo frekanslarının atmosfer boyunca yayınlanmasının yerine Ethernet çarpışmalar ile başa çıkmak için 3 mekanizma kullanır: Carrier sense (taşıyıcıyı dinleyen) Collision detection (çarpışma tespiti) Binary exponential backoff (ikili kodlu üstel geri çekilme)

CSMA/CD Ethernet requires each station to monitor the cable to detect whether another transmission is already in progress this process is known as carrier sense it prevents the most obvious collision problems and substantially improves network utilization A collision can occur if two stations wait for a transmission to stop, find the cable idle, and both start transmitting A small part of the problem is that even at the speed of light, some time is required for a signal to travel down the cable Thus, a station at one end of the cable cannot know instantly when a station at the other end begins to transmit

CSMA/CD Ethernet, aynı anda başka bir iletimin gerçekleştiğini anlamak için, her istasyonun kabloyu izlemesini gerektirir bu işleme carrier sense denir çok belirgin çarpışma problemlerini engeller ve ağ verimliliğini oldukça artırır Çarpışma, iki istasyonun, iletimin tamamlanmasını bekleyip, kabloyu boş bulup, her ikisinin iletime başlamasıyla meydana gelebilir Küçük bir problem de şudur: Işık hızında bile, sinyalin kabloda ilerlemesi için bir miktar zamana ihtiyaç vardır Yani, kablonun bir ucundaki istasyon, diğer uçtaki istasyonun iletime başladığını ilk anda farkedemez.

CSMA/CD To handle collisions each station monitors the cable during transmission If the signal on the cable differs from the signal that the station is sending it means that a collision has occurred the technique is known as collision detection when a collision is detected, the sending station aborts transmission By using exponential backoff an Ethernet can recover quickly after a collision

CSMA/CD Çarpışma kontrolü için iletim esnasında, kabloyu tüm istasyonlar izler Kablodaki sinyal gönderilen sinyalden farklı ise çarpışma oldu demektir bu teknik çarpışma tespiti (collision detection) olarak adlandırılır çarpışma tespit edildiğinde, gönderici istasyon iletimi durdurur Exponential backoff kullanılarak çarpışmadan sonra Ethernet çabucak iyileşebilir

CSMA/CD Binary Exponential Backoff After a collision occurs a computer must wait for the cable to become idle again before transmitting a frame Randomization is used to avoid having multiple stations transmit simultaneously as soon as the cable is idle The standard specifies a maximum delay, d, and requires each station to choose a random delay less than d after a collision occurs When two stations each choose a random value the station that chooses the smallest delay will proceed to send a packet and the network will return to normal operation In the case, where two or more computers happen to choose nearly the same amount of delay they will both begin to transmit at nearly the same time producing a second collision

CSMA/CD Binary Exponential Backoff Çarpışma olduktan sonra bir bilgisayar, frame iletmeye başlamadan önce, kablonun tekrar boşalmasını beklemelidir Kablo boşalır boşalmaz birden fazla istasyonun iletime başlamasını önlemek için randomization kullanılır Standart ile maximum bekleme süresi , d, belirlenir ve çarpışmadan sonra her istasyonun d'den küçük rasgele bir bekleme süresi seçmesi gerekir Her istasyon random birer sayı seçtikten sonra en küçük süreyi seçen istasyon paket göndermeye devam edecek, ve ağ normal işlemeye devam edecektir İki veya daha fazla bilgisayarın yaklaşık olarak aynı değeri seçmesi durumunda, hemen hemen aynı zamanda iletime başlayarak ikinci bir çarpışma meydana getirirler

CSMA/CD Binary Exponential Backoff To avoid a sequence of collisions Ethernet requires each computer to double the range from which a delay is chosen after each collision a computer chooses a random delay between 0 - d after one collision a random delay between 0 - 2d after a second collision a random delay between 0 - 4d after a third, and so on After a few collisions, the range from which a random value is chosen becomes large Thus, some computer will choose a random delay shorter than the others, and will transmit without a collision Doubling the range of the random delay after each collision is known as binary exponential backoff

CSMA/CD Binary Exponential Backoff Ardışık çarpışmaları önlemek için Ethernet, her bilgisayarın, maximum bekleme süresini ikiye katlamasını gerektirir ilk çarpışmadan sonra 0 - d arasında bekleme süresi seçilir ikinciden sonra 0 - 2d üçüncüden sonra 0 - 4d, ... Birkaç çarpışmadan sonra, rasgele sürenin seçildiği aralık iyice büyür Ve, bir bilgisayar diğerlerinden daha küçük bir bekleme süresi seçer, ve çarpışmasız iletim yapar Her çarpışmadan sonra aralığı ikiyle çarpma, binary exponential backoff olarak bilinir

6: Wireless and Mobile Networks IEEE 802.11: Multiple Access avoid collisions: 2+ nodes transmitting at same time 802.11: CSMA - sense before transmitting don’t collide with ongoing transmission by other node 802.11: no collision detection! difficult to receive (sense collisions) when transmitting due to weak received signals (fading) can’t sense all collisions in any case: hidden terminal, fading goal: avoid collisions: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C A’s signal strength space C’s signal 6: Wireless and Mobile Networks

6: Wireless and Mobile Networks IEEE 802.11: çoklu erişim çarpışma önleme: 2+ düğüm aynı anda iletim yaparken 802.11: CSMA - iletimden önce algıla diğer düğümün işlemekte olan iletimiyle çarpışma 802.11: çarpışma tespiti yok! difficult to receive (sense collisions) when transmitting due to weak received signals (fading) her çarpışma algılanamayabilir: gizli terminal, zayıflama hedef: çarpışmaları önle: CSMA/C(ollision)A(voidance) A B C A’nın sinyal gücü space C’nin sinyal 6: Wireless and Mobile Networks

CSMA/CA CSMA/CD does not work as well in wireless LANs A transmitter used in a wireless LAN has a limited range Wireless LANs use a modified access protocol known as CSMA with Collision Avoidance (CSMA/CA) The CSMA/CA triggers a brief transmission from the intended receiver before transmitting a packet

CSMA/CA CSMA/CD kablosuz LAN’larda o kadar iyi çalışmaz Kablosuz LAN’da kullanılan vericinin menzili kısıtlıdır Kablosuz LAN’lar değiştirilmiş erişim protokolü kullanır CSMA + Collision Avoidance (CSMA/CA) CSMA/CA bir paketi iletmeden önce hedef alıcıdan kısa bir iletim başlatır

CSMA/CA Collisions of control messages can occur when using CSMA/CA, but they can be handled easily For example, if computer1 and computer3 each attempt to transmit a packet to computer2 at exactly the same time, their control messages will collide When a collision occurs, the sending stations apply random backoff before resending the control messages. Because control messages are much shorter than a packet, the probability of a second collision is low 49 49

CSMA/CA CSMA/CA kullanımında kontrol mesajı çarpışmaları meydana gelebilir, ancak kolaylıkla üstesinden gelinebilir Örneğin, eğer bilgisayar1 ve bilgisayar3 aynı anda bilgisayar2 'ye bir paket iletmeye başlarlarsa, kontrol mesajları çarpışır Çarpışma meydana geldiğinde, gönderici istasyonlar, kontrol mesajlarını tekrar göndermeden önce random backoff uygularlar. Kontrol mesajları bir paketten çok daha kısa oldukları için, ikinci bir çarpışma olasılığı düşüktür 50 50

CSMA/CA Contention and Contention-Free Access The 802.11 standard defines three timing parameters as follows: Short Inter-Frame Space (SIFC) of 10 sec defines how long a receiving station waits before sending an ACK or other response Distributed Inter-Frame Space (DIFC) of 50 sec defines how long a channel must be idle before a station can attempt transmission, which is equal to SIFS + two Slot Times Slot Time of 20 sec

CSMA/CA Rekabet ve Rekabetsiz Erişim 802.11 üç zamanlama parametresini şöyle tanımlar: 10 saniyelik Short Inter-Frame Space (SIFC) ACK veya başka cevap göndermeden önce alıcı istasyonun ne kadar bekleyeceğini belirtir 50 saniyelik Distributed Inter-Frame Space (DIFC) bir istasyon iletime başlamadan önce kanalın ne kadar boş kalması gerektiğini belirtir, bu da SIFS + iki Slot Zamanı’na eşittir 20 saniyelik Slot Zamanı

CSMA/CA (Contention and Contention-Free Access) Rekabet ve Rekabetsiz Erişim

CSMA/CA 802.11 sender 1 if sense channel idle for DIFS then transmit entire frame (no CD) 2 if sense channel busy then start random backoff time timer counts down while channel idle transmit when timer expires if no ACK, increase random backoff interval, repeat 2 802.11 receiver - if frame received OK return ACK after SIFS (ACK needed due to hidden terminal problem) sender receiver DIFS data SIFS ACK

CSMA/CA 802.11 verici 1 algılama kanalı DIFS kadar boş kaldıysa tüm frame’i ilet (CD yok) 2 algılama kanalı meşgul ise random backoff zamanını başlat kanal boştayken sayaç geri sayar geri sayım bittiğinde iletimi başlat ACK yoksa, random backoff aralığını artır, 2. adımı tekrarla 802.11 alıcı - frame düzgün alındıysa SIFS’ten sonra ACK dön (ACK gizli terminal probleminden dolayı gereklidir) verici alıcı DIFS data SIFS ACK

CSMA: Avoiding collisions idea: allow sender to “reserve” channel rather than random access of data frames: avoid collisions of long data frames sender first transmits small request-to-send (RTS) packets to BS using CSMA RTSs may still collide with each other (but they’re short) BS broadcasts clear-to-send CTS in response to RTS CTS heard by all nodes sender transmits data frame other stations defer transmissions avoid data frame collisions completely using small reservation packets!

CSMA: Çarpışma önleme plan: veri frame’lerinin rasgele erişiminden ziyade , göndericinin kanal ayırmasına izin ver: uzun veri frame’lerinin çarpışmasını önle gönderici önce küçük request-to-send (RTS) paketlerini CSMA kullanarak BS’e iletir RTS’ler hala çarpışabilir (ancak kısadırlar) BS RTS’ye yanıt olarak clear-to-send CTS yayınlar CTS bütün düğümler tarafından işitilir gönderici, veri frame’ini iletir diğer istasyonlar iletimi erteler Küçük ayırma paketleri kullanarak, Veri frame’i çarpışmalarını tamamen önle!

CSMA: Collision Avoidance: RTS-CTS exchange B AP RTS(A) RTS(B) reservation collision RTS(A) CTS(A) DATA (A) ACK(A) defer time

(Interframe Spaces) Frame’lerarası Boşluklar

Distributed Coordination Function (DCF) It is similar to CSMA/CA DCF uses a navigation allocation vector (NAV) to inform a station how long it must wait to access the medium Before a station transmitting a frame, It calculates the amount of time it needs to completely transmit the frame, which is NAV Based on frame’s length and the data transfer speed Each station uses the NAV as a countdown timer If a station attempts to transmit on the medium and the channel is in use, DCF, generates a random back-off timer Timer is the amount of time the conflicting stations must wait before attempting to retransmit Each station receives a different random period and this helps to ensure the stations don’t attempt to retransmit again at the same time Receiving station transmits an ACK frame to the network Indicating no errors were detected If the sending station doesn’t receive an ACK in a certain period Assumption is that either collision occurred or there is RF interference

Distributed Coordination Function (DCF) CSMA/CA’e benzer DCF, navigation allocation vector (NAV) kullanır Ortama erişmek için istasyona ne kadar beklemesi gerektiğini bildirir İstasyonun bir frame’i iletmesinden önce, Frame’i tamamen iletmek için gereken zaman miktarını hesaplar, NAV Frame uzunluğuna ve veri taşıma hızına bağlıdır Her istasyon NAV’ı geri sayım sayacı olarak kullanır Eğer bir istasyon kanal kullanımdayken ortam üzerinde iletim yapmaya kalkarsa, DCF, random back-off timer oluşturur Sayaç, tekrar iletime başlamadan önce çakışan istasyonların beklemesi gereken zamandır Her istasyon farklı rasgele bir aralık alır ve bununla istasyonların aynı anda tekrar iletim yapmalarının engellenmesini sağlar Alıcı istasyon ağa ACK frame’i iletir Hata meydana gelmediğine işaret eder Gönderici, belirli bir süre içerisinde ACK almazsa Çarpışma veya RF karışması olduğu kabul edilir

Point Coordination Function (PCF) PCF is an optional media access control method for 802.11x PCF works like the following expression “Speak only when spoken to” An AP with PCF enabled ‘polls’ the wireless stations using the sequence configured in a PCF polling list whenever the medium is idle and no DCF-based traffic is active to see if any of the stations are ready to transmit When DCF traffic requires the medium PCF polling is disabled until the medium is once again idle PCF, if implemented/enabled Allows the WLAN to transmit both synchronous data (such as streaming media) using DCF and Asynchronous (like email or web-pages) using PCF

Point Coordination Function (PCF) PCF, 802.11x için opsiyonel ortam erişim kontrol metodudur PCF aşağıdaki ifade gibi çalışır “Yanlızca seninle konuşulduğunda konuş” Aktif PCF’li bir AP, kablosuz istasyonları ‘yoklar’ PCF yoklama listesinde ayarlanmış sıralamayı kullanır iletime hazır istasyonların varlığını görmek için, ortam boş olduğunda ve DCF-tabanlı aktif trafik yokken yapar DCF trafiği ortama gereksinim duyduğunda Ortam tekrar boşta kalana kadar PCF yoklama durdurulur PCF, tanımlanmış/aktif ise WLAN’ın şunları iletmesine olanak sağlar DCF kullanan senkron veri (akıcı ortamlar gibi), ve PCF kullanan asenkron veri (email ve web-sayfaları gibi)

MAC Layer Operations Scanning for Signals Device authentication Passive Active Device authentication Network Association Data encryption RTS/CTS handshake Frame fragmentation Power conservation

MAC Katmanı İşlemleri Sinyal Arama Device authentication Pasif Aktif Device authentication Network Association Data encryption RTS/CTS handshake Frame fragmentation Power conservation

802.11 frame: addressing frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Address 4: used only in ad hoc mode Address 1: MAC address of wireless host or AP to receive this frame Address 3: MAC address of router interface to which AP is attached Address 2: MAC address of wireless host or AP transmitting this frame

802.11 frame: adresleme frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Adres 4: Sadece ad-hoc modda kulanılır Adres 1: Bu frame’i alacak kablosuz sunucu veya erişim noktasının MAC adresi Adres 3: Erişim noktasının bağlı olduğu router’ın MAC adresi Adres 2: Bu frame’i gönderen kablosuz sunucu veya erişim noktasının MAC adresi

802.11 frame: addressing /Adresleme Internet AP router AP MAC add H1 MAC addr R1 MAC addr address 1 address 2 address 3 802.11 frame H1 R1 R1 MAC addr H1 MAC addr dest. address source address 802.3 frame

802.11 frame: more frame seq # (for RDT) duration of reserved transmission time (RTS/CTS) frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Type From AP Subtype To More frag WEP data Power mgt Retry Rsvd Protocol version 2 4 1 frame type (RTS, CTS, ACK, data)

802.11 frame: devam... frame sıra no (RDT için) ayrılan iletim zamanı (RTS/CTS) frame control duration address 1 2 4 3 payload CRC 6 0 - 2312 seq Type From AP Subtype To More frag WEP data Power mgt Retry Rsvd Protocol version 2 4 1 frame type (RTS, CTS, ACK, data)

AP-Client Interaction Process

Scanning for Signals Passive scanning Active scanning An AP periodically broadcast a signal (beacon) Beacon is used by any wireless NIC within range to identify an AP and determine the strength of its RF signal A NIC may receive signals from number of APs Beacon contains information about the AP Service set identifier (SSID) Data rates and more Passive scanning is the default and mandatory standard for 802.11x networks Active scanning

Sinyal Arama Pasif arama Aktif arama Erişim noktası periyodik olarak sinyal yayar (beacon) Beacon menzil içindeki herhangi bir NIC tarafından bir AP’yi tanımlamak ve RF sinyalinin şiddetini belirlemek için kullanılabilir Bir NIC birkaç AP’den sinyal alabilir Beacon, AP hakkında şu bilgileri içerir Service set identifier (SSID) Data rates, vs Pasif arama 802.11x ağları için varsayılan ve zorunlu standarttır Aktif arama

Scanning for Signals Passive scanning Active scanning Optional scanning method Essentially the reverse of passive scanning When active scanning is in use Wireless NICs broadcast a probe frame Any AP within range reply with a probe response frame Allows a NIC to connect to an AP (of its choice) Without waiting for a beacon from AP (which may be in ‘stealth mode’) Additional frames (probe/response)

Sinyal Arama Pasif arama Aktif arama Opsiyonel arama metodu Pasif aramanın tersidir Aktif arama kullanımdayken Kablosuz NIC’ler bir sorgu yayını yapar Menzil içindeki herhangi bir AP yanıt verir NIC’in (seçtiği) AP’ye bağlanmasına olanak sağlar AP’den beacon beklemeden (çünkü AP ‘gizli modda’ olabilir) Ek frame’ler (sorgu/yanıt)

Scanning for Signals (Active) Sinyal Arama (Aktif)

Device Authentication A critical process on an network, especially in a WLAN is ‘authentication’ A network’s nodes are identified to the network and the network edge devices (AP, routers, bridges, etc) and vice versa On a wired network, client devices are connected to the same medium as network edge devices In a wireless environment, a client device network (two-way, mutual) authentication must be done, in order to Establish access between WLAN stations Avoid man-in-the-middle attacks

Aygıt Doğrulama Bir ağda, özellikle WLAN’da, ‘kimlik doğrulama’ kritik bir işlemdir Bir ağın düğümleri ağa ve uç aygıtlara tanıtılır (AP, routers, bridges, vs) Kablolu bir ağda, istemci aygıtlar uç aygıtlarla aynı ortama bağlanırlar. Kablosuz bir ortamda, istemci aygıtağ (çift yönlü, mutual) doğrulaması yapılmalıdır WLAN istasyonları arasında erişim sağlamak, man-in-the-middle saldırılarını önlemek için

Device Authentication WLANs implement two-level authentication Open-systems authentication Requires a wireless device to request authentication by sending an authentication request to an AP AP responds with an authentication approval AP authenticates any device with the correct SSID Shared-key authentication Optional process Public encryption keys are exchanged between stations over a secure RF channel outside 802.11x channel Because of lack of robust authentication process in 802.11 standards, proprietary methods have emerged: Cisco Systems’ Lightweight Extensible Authentication Protocol (LEAP) Wi-Fi Alliances’ Protected Access (WPA) Protocol

Aygıt Doğrulama WLAN’lar iki seviyeli doğrulama tanımlar Açık sistem doğrulaması Bir kablosuz aygıtın bir AP’ye doğrulama isteği göndermesini gerektirir AP, doğrulama onayı ile yanıt verir AP, doğru SSID’li her aygıtı doğrular Anahtar paylaşma doğrulaması İsteğe bağlı Açık şifreleme anahtarları istasyonlar arasında, 802.11x kanalı dışında bulunan güvenli bir RF kanalı üzerinden takas edilir 802.11 standartlarında yeterince güçlü doğrulama yapılamadığı için, özel metotlar ortaya çıkmıştır: Cisco Systems’ Lightweight Extensible Authentication Protocol (LEAP) Wi-Fi Alliances’ Protected Access (WPA) Protocol

Network Association After authentication by an AP, a NIC must be associated with an AP It allows the NIC to synchronize with the AP and the BW of the medium Association process A wireless NIC transmits an association request frame to the AP that contains the network SSID AP replies with an association response frame includes Identity code SSID and Data rate (on which association is granted)

Ağ İlişiği AP tarafından yapılan doğrulamadan sonra, NIC bir AP ile iliştirilmelidir NIC’in ortamın AP ve BW’si ile senkron olmasına olanak sağlar İliştirme işlemi Kablosuz bir NIC ağ SSID’sini içeren AP’ye ilişik isteği frame’i iletir AP, aşağıdaki bilgileri içeren, ilişik yanıtı frame’i ile cevap verir Kimlik kodu SSID ve Data rate (bu ilişiğe verilen)

Data Encryption An optional feature of the 802.11 MAC layer Wired Equivalency Protocol (WEP) Uses the stream cipher RC4 for confidentiality 64-bit WEP uses a 40 bit key (known as WEP) and concatenated with a 24-bit initialization vector Later more powerful 128-bit and 256-bit are used Uses the CRC-32 checksum for integrity

Veri Şifreleme 802.11 MAC katmanı için isteğe bağlı bir özellik Wired Equivalency Protocol (WEP) Gizlilik için stream cipher RC4 kullanır 64-bit WEP, 40 bit anahtar (WEP) kullanır, ve buna 24-bit initialization vector eklenir Sonradan daha güçlü olan 128-bit ve 256-bit kullanıldı Uyum için CRC-32 checksum kullanır

802.11b WLAN Standard Data transfer rates: 1, 2, 5.5 and 11 Mbps Operates on the 2.4 GHz ISM band MAC layer already been discussed In the following slides we cover Physical layer (PHY) PLCP and PMD Usage modes Infrastructure mode Ad-hoc mode

802.11b WLAN Standardı Veri transfer hızları: 1, 2, 5.5 ve 11 Mbps 2.4 GHz ISM bandı üzerinde işler MAC katmanını zaten işledik İlerki slaytlarda: Fiziksel katman (PHY) PLCP ve PMD Kullanım modları Infrastructure modu Ad-hoc modu

802.11b Physical Layer Speeds Modulation schemes Spreading Rates 1, 2, 5.5 and 11 Mbps Modulation schemes Phase shift modulation (PSK) Complementary code keying (CCK) Spreading Direct sequence spread spectrum (DSSS) Dynamic rate shifting (DRS): allows transmitter rate to be adjusted to a lower rate when interference is experienced Interference/Noise begins: speed decreases to a lower level 11 Mbps  5.5 Mbps  2 Mbps  1 Mbps Interference/Noise subsides: speed increases to a higher rate

802.11b Fiziksel Katman Hızlar Modulation schemes Spreading 1, 2, 5.5 ve 11 Mbps Modulation schemes Phase shift modulation (PSK) Complementary code keying (CCK) Spreading Direct sequence spread spectrum (DSSS) Dynamic rate shifting (DRS): parazit girdiğinde iletim hızının daha düşük bir seviyeye ayarlanmasına olanak sağlar Parazit başladığında: hız daha düşük bir seviyeye iner 11 Mbps  5.5 Mbps  2 Mbps  1 Mbps Parazit azaldığında: hız daha yüksek bir seviyeye çıkar

(802.11b Access Point Coverage) 802.11b Erişim Noktası Kapsamı 1 Mbps DSSS 2 Mbps DSSS 5.5 Mbps DSSS 11 Mbps DSSS

DSSS

802.11b PLCP and PMD Sublayers Physical layer convergence protocol (PLCP) Performs carrier sense (CS) Provides a common service access point (SAP) CS is clear channel assessment (CCA) Measures the voltage on the medium and compares it to a threshold (varies with the type of transmission) Above threshold, the medium is in use (busy) Below threshold, the medium is assumed to be idle (available) Physical Medium Dependent (PMD) Defines the methods and characteristics of the transmit/receive functions Modulation and spread-spectrum being used

802.11b PLCP ve PMD Altkatmanları Physical layer convergence protocol (PLCP) carrier sense (CS) uygular Ortak bir service access point (SAP) temin eder CS is clear channel assessment (CCA) Ortamdaki gerilimi ölçer ve (iletim tipine göre değişen) bir threshold ile kıyaslar Threshold üzerinde ise, ortam kullanımda (meşgul) Threshold altında ise, ortam boşta kabul edilir (uygun) Physical Medium Dependent (PMD) gönder/al fonksiyonlarının metotları ve karakteristiklerini tanımlar Modulation ve spread-spectrum kullanılır

802.11a WLAN Standard Uses 5 GHz band (UNII), 12 channels (20 Mhz) Eliminates interference problems common to the 2.4 GHz systems (ISM) Achieves speeds up to 54 Mbps Speeds ranging from 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 and 54 Mbps Uses OFDM It is referred to as modulation method or a multiplexing method Divides a 20 MHz RF channel into 48 narrowband subchannels Subchannels overlapped, results in saving about 50% of the BW Splits a data signal into a 48 separate carriers, one for each subchannel Handles crosstalk and multipath problems Overlapped signals in multipath results in intersymbol inteference (ISI)

802.11a WLAN Standardı 5 GHz bandını (UNII) kullanır, 12 kanal (20 Mhz) 2.4 GHz sistemlerde (ISM) görülen parazit problemlerini eler 54 Mbps hıza kadar erişir Hızlar 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 ve 54 Mbps aralıklarında değişir OFDM kullanır modulation metodu veya multiplexing metodu denir 20 MHz RF kanalını 48 narrowband altkanala böler Altkanallar üst üste geldiği için, BW’de 50% tasarruf sağlar Veri sinyalini, her altkanala bir tane olmak üzere, 48 ayrı taşıyıcıya böler crosstalk ve multipath problemlerini kontrol eder multipath’daki üst üste gelen sinyaller intersymbol inteference (ISI)’i doğurur

ODFM

FDM x OFDM

Crosstalk Effect

802.11a Access Point Coverage OFDM 54 Mbps 48 Mbps 36 Mbps 24 Mbps 18 Mbps 12 Mbps 09 Mbps 06 Mbps

802.11g WLAN Standard Speed Frequency Modulation Multiplexing Rates up to 54 MHz Frequency 2.4 GHz (ISM band) Modulation Various Multiplexing OFDM

802.11g WLAN Standardı Hız Frekans Modulation Multiplexing 54 MHz’a kadar Frekans 2.4 GHz (ISM band) Modulation Çeşitli Multiplexing OFDM

802.11n WLAN Standard The newest IEEE standard Designed to improve on 802.11g in the amount of BW supported by utilizing multiple wireless signals and antennas (called MIMO technology) instead of one 802.11n equipment are compatible with 802.11g gear Data rate from 54 Mbps to a maximum of 600 Mbps Use of four spatial streams at a channel width of 40 MHz Offers somewhat better range over earlier Wi-Fi standards due to its increased signal intensity

802.11n WLAN Standardı En yeni IEEE standardı 802.11g’i geliştirmek için planlandı birden fazla kablosuz sinyal ve antenden faydalanılarak (MIMO teknolojisi) BW miktarı desteklenir 802.11n araçları 802.11g gear ile uyumludur Veri hızı 54 Mbps ile 600 Mbps arasındadır 40 MHz kanal genişliğinde, dört uzamsal akım kullanımı Önceki Wi-Fi standartlarına göre daha iyi bir aralık sunar artırılmış sinyal yoğunluğu sebebiyle