Chapter 3 Wireless Network Devices Dr Lami Kaya

Chapter 3 Kablosuz Ağ Cihazları (Wireless Network Devices) Dr Lami Kaya

Tradeoffs Among Media Types The choice of transmission medium is complex Choice involves the evaluation of multiple factors, such as: Cost materials, installation, operation, and maintenance Data rate number of bits per second that can be sent Delay time required for signal propagation or processing Affect on signal attenuation and distortion Environment susceptibility to interference and electrical noise Security susceptibility to eavesdropping

Medya Tipleri Arasındaki denge (tradeoff) İletim ortam(transmission medium ) seçimi zor bir işlemdir Seçim birden çok faktörlerin değerlendirilmesini içerir, mesela: Maliyet (Cost) malzemeler, kurulum, çalıştırma ve bakım Veri hızı (Data rate) Saniye başı gönderilebilen bit sayısı Gecikme (Delay) sinyal yayılımı veya işleme için gerekli zaman Sinyal etkisi (Affect on signal) zayıflama ve bozulma Çevre (Environment) Karışıma (interference) duyarlılık ve elektriksel gürültü Güvenlik (Security) Gizli dinleme için duyarlılık

WLAN Radio Components IEEE 802.11 radio performs a number of essential functions to support communications Modulation Spread-spectrum encoding Physical (PHY) layer splitting MAC controller

WLAN Radyo Bileşenleri IEEE 802.11 iletişimi desteklemek için önemli fonksiyonları gerçekleştirir. Modülasyon (Modulation) Yayılma spectrumlu kodlama(Spread-spectrum encoding) Fiziksel (PHY) katman ayırıcısı Physical (PHY) MAC denetleyici

WLAN Radio Components Modulation Binary Phase Shift Keying (BPSK) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

WLAN Radyo Bileşenleri Modülasyon Binary Phase Shift Keying (BPSK) Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Signal Propagation Amount of information an electromagnetic wave can represent depends on the wave's frequency The frequency of an electromagnetic wave also determines how the wave propagates Three broad types of propagation  lowest frequencies electromagnetic radiation follow the earth's surface, which means if the terrain is relatively flat it will be possible to place a receiver beyond the horizon from a transmitter medium frequencies a transmitter and receiver can be farther apart, because the signal can bounce off the ionosphere to travel between them highest frequencies radio transmission behave like light the signal propagates in a straight line from the transmitter to the receiver and the path must be free from obstructions

Sinyal Yayılımı Elektromanyetik dalga ile temsil edebilcek bir miktar bilgi , dalganın frekansına bağlıdır. Bir elektromanyetik dalganın frekansı, o dalganın nasıl yayılacağına karar verir. Yayılımın üç çeşit türleri düşük frekanslarda (lowest frequencies) Eğer arazi yüzeyi nispeten düz ise elektromanyetik radyasyon dünya yüzeyini takip eder. Alıcıyı , göndericinin ufuk ötesine yerleştirmek mümkün olacaktır. orta frekanslardan (medium frequencies) Göndereci ve alıcı birbirlerinden uzakta olabilirler, çünkü sinyal iyonosferden yol alarak iletişim kurar. Yüksek frekanslardan (highest frequencies ) Sinyal Işık gibi davranır, yani gönderici ve alıcı arasında düz bir yol olmalıdır ve aralarında herhangi bir engel bulunmamalıdır.

Digital Modulation: Illustration of a carrier wave a digital input signal amplitude shift keying frequency shift keying

Dijital Modülasyon: Örnekler a carrier wave a digital input signal amplitude shift keying frequency shift keying

802.11 a/b/g Modulation Schemes

802.11 a/b/g Modülasyon Düzenleri

WLAN Radio Components Spread-spectrum encoding Modulating digital data streams by combining them into a bit sequence with a higher rate to form what is called ‘chipping code’ A chipping code creates a redundant bit pattern for every bit transmitted to increase the capability of the transmitted signal to withstand ‘interference’ Interference In-channel (co-channel) Caused by other devices transmitting in the same frequency Out-of-channel Caused by signal emitted by a device in a near-by channel

WLAN Radyo Bileşenleri Spread spektrumlu kodlama Dijital veri akışlarını kodlamak için onları daha yüksek oranlı bit sırası ile birleştirerek ‘chipping code(çaklıtaşı kodu)’ elde ediyoruz. Karışım’a (interference) karşı koyabilmek için chipping code gönderilecek her bit için gereksiz bit deseni oluşturur. Karışım (Interference) Kanallar arası (In-channel (co-channel)) Aynı frekansı kullanan cihazların gönderimi neden olur. Kanal dışı (Out-of-channel) Kanala Yakın bir cihazın emilimi sonucu meydana gelir.

WLAN Radio Components Physical (PHY) layer splitting MAC controller Physical layer convergence protocol (PLCP) sublayer Physical medium dependent (PMD) sublayer MAC controller Buffers incoming and outgoing packets Provide channel access Network management functions

WLAN Radyo Bileşenleri Fiziksel(PHY) katman ayırıcıları Physical layer (Fiziksel katman) convergence(yakınsama) protocol (PLCP) sublayer (alt katman) Physical medium(ortam) dependent(bağımlı) (PMD) sublayer (alt katman) MAC denetleyici Gelen ve giden paketler için buffer Kanal erişimi sağlar Ağı yöneten fonksiyonlara sahiptir.

WLAN Devices Network adapters Access points (AP) Repeaters Bridges Switches Routers and ‘gateways’ antennas

WLAN Cihazları Ağ adaptörleri (Network adapters) Erişim Noktası (Access points (AP)) Tekrarlıyıcılar (Repeaters) Köprüler (Bridges) Makaslar (Switches) Yönlendiriciler ve Ağ geçidi Antenler

Wireless Network Adapters When selecting a wireless network interface card (NIC), several characteristics may be considered: Interface type (internal, USB, PCI, PCMCIA) Wireless standard (802.11a/b/g, Bluetooth, etc) Antenna type (detachable, non-detachable) Power output (30 mW, 40 mW, 50 mW, 200 mW) Power modes (PSP, CAM)

Kablosuz Ağ Adaptörleri Kablosuz Ağ arayüzü kartı seçildiği zaman(NIC), bir sürü özellik dikkate alınmalıdır. Arayüzü Tipleri (internal, USB, PCI, PCMCIA) Kablosuz standart (802.11a/b/g, Bluetooth, etc) Anten tipleri (detachable, non-detachable) Güç Çıkışları (30 mW, 40 mW, 50 mW, 200 mW) Güç Durumları (PSP, CAM)

Power Output One of the most important characteristics of a wireless NIC is its output power rating. Power consumption is an issue Several different power management modes are available to help NIC to Constant awake mode (CAM) Power saving polling (PSP) Fast PSP (PSPCAM) Maximum power saving (MaxPSP) NIC is put into sleep mode after a preset period of inactivity and periodically awakened to retrieve any network traffic queued

Güç çıkışı Kablosuz NIC in en önemli özelliklerinden bir tanesi, çıkış güç sınıflaması. Güç tüketimi bir konudur Farklı güç yönetim modülleri NIC e YArdım için mevcuttur Sürekli uyanık modu (Constant awake mode (CAM)) Güç tasarrufu yoklama (Power saving polling (PSP)) Hızlı PSP (PSPCAM) Maksimum güç tasarrufu (Maximum power saving (MaxPSP))

Installing an Expansion Card NIC Selecting appropriate NIC Beware of Electrostatic discharge (ESD) ESD is created in many ways Configuring Steps are given for different OS You’re not supposed to study configuration details

Bir Genişletme Kartı NIC’i yükleme Uygun NIC seçimi Elektrostatik deşarjdan haberdar olma(ESD) ESD birçok şekilde oluşturulur Ayarlar Farklı işletim sistemleri için çeşitli adımlar vardır Konfigürasyon detaylarını çalışmanız sizden beklenilmiyor.

Wireless Network Access Points AP considerations Coverage Placement Network mode Ad-hoc Infrastructure Thin or Fat

Kablosuz Ağ Erişim Noktaları (AP) AP Değerlendirmeleri Kapsam (Coverage) Yerleşim (Placement) Ağ Modu (Network mode) Geçici (Ad-hoc) Altyapılı (Infrastructure )

Thin or Fat AP? FAT Stand-alone, self-contained, able to provide all functions required for WLAN functionality: RF-to-RF linkage Radio-to-wire converter Authentication Encryption Management Thin

Thin yada Fat AP? FAT (şişman) Thin (ince) Tek başına (Stand-alone), kendi kendine yeten (self-contained), WLAN foksiyonları için bütün işlevler sağlanabiliyor: RF-to-RF bağlantı Telsiz-kablo çevirici doğruluğunu ispat etme (Authentication) Şifreleme (Encryption) Yönetme (Management) Thin (ince) RF-to-RF bağıntı

Multi-Radio AP Multi-radio APs are used to service an existing WLAN on one standard, while also supporting new wireless devices on a different standard 802.11a 802.11b 802.11g

Çoklu-Telsiz AP (Multi-Radio AP) Yeni kablosuz bir Ağ ı desteklerken (Farklı kablosuz Ağ’ı standartına sahip olabilir), çoklu telsiz APs kullanılarak hali hazırdaki WLAN’a hizmet verilir 802.11a 802.11b 802.11g

Bridges A network bridge connects multiple network segments at the data link layer (Layer 2) of the OSI model Term Layer 2 switch is very often used interchangeably with bridge. Bridges are similar to repeaters or network hubs, devices that connect network segments at the physical layer however, with bridging, traffic from one network is managed (sent in controlled manner) rather than simply rebroadcast to adjacent network segments

Köprüler - Bridges Ağ köprüsü OSI de bulunan 2. katman çoklu ağ segmentlerini birleştirmek için kullanılır. 2. katmandaki switch kelimesi ile değiştirilebilir manada kullanılabiliyor. Köprüler tekrarlıyıcalar gibi yada ağ hubları gibidir, bu cihazlar farlı segmentteki fiziksel katmanları birleştiriler.

Advantages of Bridges Helps minimize bandwidth usage Used to interconnect two LANs Reduce the size of collision domain by microsegmentation (smaller LANs) Transparent to protocols above the MAC layer Self-configuring

Advantages of Bridges Bant genişliği kullanımını en aza indirmeğe yardımcı olur iki LAN birbirine bağlamak için kullanılır Microsegmentation tarafından çarpışma alanı boyutunu azaltır(daha küçük LANs) MAC katmanı üstündeki katmanlara şeffaftır Kendini yapılandırma özelliği mevcuttur

Bridge Types Transparent (learning) bridging Source route bridging

Köprü Tipleri Saydam köprüleme Kaynak rotası köprüleme

Transparent Bridging Uses a forwarding database (table) to send frames across network segments The forwarding table is initially empty Entries in the table are built as the bridge receives frames If an address entry is not found in the forwarding database, the frame is rebroadcast to all ports of the bridge forwarding to all segments except the source port

Saydam köprüleme Frameleri bir ağdan bir diğerine göndermek için forwording tablolarını tutar forwarding tablosu ilk başta boştur Köprü frame aldıkça bu tablo dolmaya başlar Aranan adres tabloda bulunamadıysa, frame köprünün bütün portlarına gönderilir Kendi portu hariç herkese gönderir.

Source Route Bridging Two frame types are used in order to find the route to the destination network segment Single-Route (SR) frames make up most of the network traffic and have set destinations All-Route (AR) frames are used to find routes. Bridges send AR frames by broadcasting on all network branches; each step of the followed route is registered by the bridge performing it each frame has a maximum hop count, which is determined to be greater than the diameter (maximum number of hops) of the network graph, and is decremented by each bridge frames are dropped when this hop count reaches zero, to avoid indefinite looping of AR frames the first AR frame reaches its destination is considered to have followed the best route, and the route can be used for subsequent SR frames the other AR frames are discarded

Kaynak rotası köprüleme Hedef adrese gitmek için kullanılacak yolu bulmak için İki frame tipi kullanılır Basit-yol (Single-Route (SR)) frameleri network trafiğindeki hedef e gidecek yolu belirler Bütün yollar (All-Route (AR)) frameleri yolu bulmak için kullanılır. Köprüler AR framelerini ağın bütün dallarına gönderir. each step of the followed route is registered by the bridge performing it each frame has a maximum hop count, which is determined to be greater than the diameter (maximum number of hops) of the network graph, and is decremented by each bridge frames are dropped when this hop count reaches zero, to avoid indefinite looping of AR frames the first AR frame reaches its destination is considered to have followed the best route, and the route can be used for subsequent SR frames the other AR frames are discarded

Bridge Connection Types Point-to-point Point-to-multipoint (see Fig 3-17 for details)

Köprü Bağlantı Tipleri Bir noktadan bir noktaya (Point-to-point) Bir noktadan bütün noklara Point-to-multipoint

Bridge Operation How/when transmit? Constructing forwarding tables? Updating forwarding tables? Purge (remove)

Köprü İşlemleri Nasıl/Ne zaman gönderilecek? Nasıl gönderim tablosu oluşturacak? Gönderim tablosu nasıl güncenlenecek?

Bridge Table

Köprü Tablosu

Stealth AP AP that does not broadcast their service set identifier (SSID) Prevents the discovery of a wireless network, so reduces chances of connection by an intruder Only those knowing SSID are able to connect Stealth mode is not defined in 802.11x standard, so vendors refer differently Closed mode Private network SSID broadcasting mode selection

Gizli AP Kendi Servis Küme tanımlıyıcısını göndermeyen SSID’ler. Kablosuz Ağların keşfedilmesini önler, hacker’ın bağlanıp ağa zarar verme olasılığını düşürüyoruz. Sadece SSID yi bilenler bağlanıp kullanabilirler. Stealth modu 802.11x standart da tanımlı değildir, bu nedenle satıcılar farklı Kapalı modu Özel Ağ SSID heryöne gönderme mod seçimi

Wireless Repeaters A repeater is used to extend signal quality, strength, and effective range Regenerator? Signals original strength restored and much of the noise removed Delay (latency)?

Kablosuz Tekrarlayıcılar Tekrarlayıcı sinyal gücünü, kuvvetini ve mesafesini genişletmek için kullanılır. Regenerator? Orjinal sinyal gücü iade edilmiş ve bir çok gürültü çıkarılmıştır. Gecikme (latency)?

LAN switching It is a form of packet switching used in LAN They allow traffic to be sent only where it is needed in most cases, using fast, hardware-based methods. Layer 2 switching is hardware based, which means it uses the MAC address from the host's NIC to decide where to forward frames. Switches use application-specific integrated circuits (ASICs) to build and maintain filter tables

LAN Köprüleme packet switching için kullanılıyor Gönderilecek trafiğin çoğu kez nerede ihtiyaç duyulduğunu karar veriyor, ve gönderilmesine izin veriyor. Bu işlemi yaparken hızlı ve donanımsal yöntemler kullanıyor. İkinci katmandaki köprüleme donanım tabanlıdır. Host’un MAC adresini kullanarak, frame’in nereye gönderileceğine karar verir. Köprüler, uygulamaya özelleşmiş bütünleşmiş devreler kullanır, ve bunun sonucunda tabloları filtreler.

Switching Types Cut-through Fast-forward Store-forward Fragment-free As soon as source/destination address recognized Fast-forward As soon as destination address recognized Store-forward Read (buffer) into a temporary storage area, then forward Eliminates runts (incomplete messages) and giants (extraneous data) Fragment-free Hybrid of cut-through and store-forward

Köprüleme Tipleri Cut-through (kesim boyunca) Gönderen/Alıcı adresler tanımlanıncaya kadar sürüyor Fast-forward (hızlı gönder) Alıcı adresler tanımlanıncaya kadar sürüyor Store-forward (kaydet gönder) Geçici buffer bölgeyi oku ve gönder Fragment-free (parçalanabilir) cut-through ve store-forward karışımı bir yöntem

Cut-Through Switch

Cut-Through Köprüleme

Store-Forward Switch

Store-Forward Köprüleme

Message Delay (in store-forward)

Mesaj Gecikmesi (in store-forward)

VLAN Switch LAN switches has the capability to create a virtual LAN (VLAN) A VLAN is not required to geographically or functionally fixed in place A VLAN can be configured to logically create a network segment made up of nodes from a number of different physical segments A specific network adapter can move to any location on the network and remain a member of the logical group created by the VLAN Retain the same level of access and security settings

VLAN Köprüleme LAN köprüleme, sanal LAN(VLAN) oluşturabilme özelliğine sahip Coğrafi ve sabit yerler için VLAN gerekli değildir. VLAN Ağ segmentleri oluşturup farklı ağ segmentlerine gönderecek şekilde mantıksal olarak ayarlanabilir. Özel Ağ adaptörü ağ üzerinde herhangi bir noktaya taşınabilir ve mantıksal olarak oluşturulan VLAN’ın bir üyesi olarak kalabilir. Aynı seviye erişim ve güvenlik ayarlarına sahip olunabilir.

Routing Routing is the process of selecting paths in a network along which to send network traffic Routing is performed for many kinds of networks including the telephone network, data networks (such as the Internet), and transportation networks Forward between source  destination Regardless of a router being wired/wireless

Yönlendirici (Routing) Ağ üzerinde ağ trafiğini göndermek için yapılan yol seçiminin işlemidir. Bir sürü Ağ çeşitleri için routing gerçekleştiriliyor Telefon ağları, veri ağları (internet gibi), ve taşıyıcı ağlar gibi Göndericiden , alıcıya gönderme işlemi Router’ın kablolu yada kablusuz olduğuna bakılmaksızın.

Routing Algorithms Design goals: Routing metrics: Optimality Simplicity and low overhead Robustness and stability Rapid convergence Flexibility Routing metrics: Path length Reliability Delay Bandwidth Load Communication cost

Routing algoritmaları Dizayn amaçları: En iyilik (Optimality) Basitlik ve Az Giderli (Simplicity and low overhead) Sağlamlık ve Denge (Robustness and stability) Hızlı Kavrama (Rapid convergence) Esneklik (Flexibility ) Routing metrikleri: Yol uzunluğu (Path length) Güvenilirlilik (Reliability) Gecikme (Delay) band genisligi (Bandwidth) Yük (Load) İletişim maliyeti (Communication cost )

Routing Algorithm Classifications Routing algorithms can be classified by type. Key differentiators include these: Static X dynamic Single-path X multipath Flat X hierarchical Host-intelligent X router-intelligent Intra-domain X inter-domain Link-state X distance vector

Routing Algoritmalarının sınıflandırılması Routing algoritmaları tiplerine göre sınıflandırılır. Ana sınıflayıcı özellikler şunlardır Statik X dinamik Single-path X multipath Tek-yol X çoklu-yol Yatık (Flat) X Hiyerarşik (hierarchical) Akıllı Host(Host-intelligent ) X Akıllı Yönlendirici (router-intelligent) Bölge içi (Intra-domain) X Bölgeler Arası (inter-domain) Link-state X distance vector

Wireless Routers

Kablusuz Yönlendiriciler ( Routers)

Network Regions

Ağ Bölgeleri

IP Packet Format

IP Paket Formatı

WLAN Router Features A WLAN router provide a variety of support features in addition to the basic routing An AP A petwork address translation (NAT) A access control (firewall) IP-based (both directions, source  destination) Content-based Port-based Application-based

WLAN Router Özellikleri WLAN yönlendirici basit yönlendirmenin yanından ekstra özellikler içerir. AP Network adres değiştirici (NAT) A access control (firewall) IP-tabanlı (her yöne, kaynak  hedef) içerik tabanlı Port tabanlı Uygulama tabanlı

Wireless Gateways ‘Gateway’ a generic name used to describe a network device that joins two networks It refers to devices to support Multi-protocol Heterogeneous (opposite to homogeneous) A wireless gateway is a device that routes packets from a wireless LAN to another network (typically a wired WAN) Wireless gateways combine various functions (as discussed for wireless routers): an AP NAT a router A firewall functions (as in wireless router

Kablosuz Ağ geçidi(gateway) ‘Gateway’ kullanılan jenerik bir isim, ve ağ cihazının iki ağa girmesini sağlar. Desteklenen Cihaz tanımlar Çoklu protokol (Multi-protocol) Heterojen (Heterogeneous (opposite to homogeneous)) Kablosuz gatewayler genelde kablosuz ağdaki paketleri başka bir tip ağ’a çevrilip gönderilmesine yararlar. (Genelde Kablolu ağlara) Kablosuz Gatewayler bir sürü fonksiyonları birleştirler AP NAT a router A firewall Fonksiyonları

WLAN Antennas Different issues to be considered Internal/External Detachable/non-detachable Directional/omni-directional Polarization (vertical/horizontal) Beamwidth and bandwidth

WLAN Antenleri Dikkate alınması gereken hususlar: Dahili/Harici (Internal/External) Ayrılabilir/ ayrılamaz (Detachable/non-detachable) Yönsel/Tüm yönlü (Directional/omni-directional) Kutuplaşma (Polarization (dikey-vertical/ yatay -horizontal)) Işın (Beam) Genişliği ve band genişliği

Antenna Concepts Directionality Gain Polarization Omni (360º coverage) directional Directional (limited range of coverage) Gain Measured in dBi and dBd More gain means more coverage Polarization Antennas are used in the vertical polarization

Anten Kavramları Yönsellik (Directionality) Kazanç (Gain) Her (360º kapsam) yöne Yönsel (Kapsamı sınırlı) Kazanç (Gain) Hesaplanır  dBi and dBd Daha fazla kazanç daha fazla kapsam demektir. Polarizasyon (Polarization) Dikey polarizasyon için antenler kullanılır

Decibel (dB) Decibels are designed for talking about numbers of greatly different magnitude - such as 23 vs. 4,700,000,000,000 With such vast differences between the numbers, the most difficult problem is getting the number of zeros right. We could use scientific notation, but comparison between 2.3 X 10 and 4.7 X 10 to the 12th is still awkward For convenience, we find the RATIO between the two numbers and convert that into a LOGARITHM

Decibel (dB) Decibel ler pek çok sayıda büyük farklı genlikde konuşmak için tasarlanmıştır - örnek olarak 23 vs. 4,700,000,000,000 sayılar arasındaki bu büyük genişlik ile, the most difficult problem is getting the number of zeros right. bilimsel gösterim kullanabiliriz ama 2.3 X 10 ve 4.7 X 10 yi karşılaştırdığımızda 12. hala idaresi güç bir ifadedir kolaylık için, biz iki sayı arasındaki ORAN ı bulur ve bir LOGARITMA ya çeviriz

Decibel (dB)

Decibel Calculations and Meaning Once two power levels have been measured, the difference is expressed in decibels, defined as follows: Using dB as a measure has two interesting advantages: First, it can give us a quick idea about outcome of an operations: a negative dB value means that the signal has been attenuated a positive dB value means the signal has been amplified Second, if a communication system has multiple parts arranged in a sequence The dB measures of the parts can be summed to produce a measure of the overall system

Decibel hesaplama ve anlamı Bir kez kuvvet seviyesi hesaplanır, fark decibel cinsinden ifade edilir: dB kullanarak hesaplamanın iki avantajı vardır: İlk olarak, bu sonuç bize yapılan işlemle alakalı hızlıca bir fikir sağlamamıza yardımcı olur: negative dB değeri sinyalin attenuated (azaltılmış) olduğunu positive dB değeri sinyalin amplified (güçlendirilmiş) olduğunu İkinci olarak, eğer bir haberleşme sistemi bir dizi içinde düzenlenmiş birden fazla parça ya sahipse Parçaların dB ölçümü siztemin bütün ölçümünü hesaplama amacıyla toplanabilir

Antenna Gain If the gain of an antenna goes up, the coverage area or angle goes down Coverage areas or radiation patterns are measured in degrees Angles are referred to as beamwidth Horizontal measurement Vertical measurement

Anten Kazancı Eğer anten kazancı artıyorsa, kaplanan alan veya açı azalıyordur Kaplanan alan veya yayılma modelleri derece cinsinden ölçülür Açılar beamwidth olarak adlandırılır Yatay ölçüm Dikey ölçüm

Antenna Beamwidth

Omni-Directional Antenna More coverage area in a circular pattern Energy level directly above or below the antenna will become lower

Çok yönlü Anten Dairesel modelde daha fazla kapsama alanı Energy level directly above or below the antenna will become lower

Antenna Examples (örnekler)

Line of Sight (görüş hattı)

Effect of Longer Distances on Line-of-Sight Note that line-of-sight disappears at after a certain distance due to the earth curve

Görüş hattındaki uzaklığın etkisi Görüş hattı dünya yuvarlağına bağlı olarak belirli bir uzaklıktan sonra kaybolur