Analisi dello standard IEEE 802.11

Descrizione funzionale del sottolivello MAC

Sommario degli argomenti presenti:

• DCF
• PCF
• Frammentazione
• Deframmentazione
• Supporto ad ampiezze di banda multiple
• Sequenze consentite per lo scambio di frame
• Restrizioni aggiuntive per limitare il riordino o lo scarto di MSDU

Coordinamento per la trasmissione

_{20061018-1512 SoujaK}
L'accesso al mezzo di trasmissione comune e' regolato da una strategia che e' detta CSMA/CA (i.e. carrier sense multiple access with collision avoidance) che intende minimizzare le probabilita' di collisione.

La funzionalita' di Coordinamento distribuito (Distributed Coordination Function o, piu' brevemente, DCF) si fa carico della cosa ed e' pertanto componente necessario di ogni stazione, sia che essa operi all'interno di reti configurate in modalita' infrastracture che ad-hoc. E' inoltre presente un metodo di accesso opzionale, detto coordinamento centralizzato che si basa su un coordinatore centrale detto PC (i.e. Point Coordinator) che risiede nell'AP del BSS. Poiche' DCF e PCF devono poter coesistere ed operare in maniera concorrente all'interno di una BSS, i due metodi di accesso si alterneranno, con un periodo in cui l'accesso e' prestabilito e il mezzo libero dalla contesa (Contention-Free Period o CFP) seguito da un periodo di contesa (Contention Period o CP).

Coordinamento distribuito (DCF)

CSMA/CA e il meccanismo RTS/CTS

_{20061027-1950 SoujaK}
Il concetto chiave attraverso il quale il protocollo interpreta il meccanismo di comunicazione CSMA/CA e' la distribuzione di informazioni di prenotazione del mezzo trasmissivo. Ogni comunicazione fra un nodo sorgente e un nodo destinazione deve cominciare con lo scambio di due frame RTS (request to send) e CTS (clear to send) dalla seguente semantica: "richiesta di invio" e "pronto alla ricezione". Tali frame RTS e CTS contengono un campo (Duration/ID) che contiene il tempo durante il quale il mezzo e' riservato per l'invio del frame (o del frammento) e per la ricezione dell'ACK. Le STA esterne alla comunicazione imparano, tramite questo meccanismo, che il canale e' occupato per tale lasso di tempo evitando le collisioni. La doppia presenza delle informazioni in questione nei due versi della comunicazione (sia nei frame RTS che in CTS, ad esempio) permette di ragiungere tutte le STA interessate, scongiurando alcuni problemi, come quello del nodo esposto). E' importante precisare che il meccanismo RTS/CTS non e' obbligatorio: deve essere evitato per trasmissioni multicast o broadcast (chi risponderebbe con il CTS?). Inoltre puo' essere evitato nel caso di frame piccoli (al fine di limitare l'overhead che si introduce): la soglia e' definita nell'attributo MAC denominato dot11RTSThreshold.

Carrier-sense virtuale e il NAV

_{20061027-0416 SoujaK}
La funzionalita' permette di capire lo stato del mezzo trasmissivo (occupato o libero) ed e' presente non solo nel sottostrato PHY, come e' ovvio, ma anche in MAC. Qui in MAC il meccanismo e' da considerarsi virtuale, nel senso che interroga il Network Allocation Vector. Ogni STA ha il compito di tenere traccia nel NAV delle "prenotazioni" effettuate da altri che indicano la futura indisponibilita' del canale e, se necessario, rimandare i tentativi di trasmissione. Il calcolo di questa durata non e' altro che la somma dei tempi necessari alle fasi della comunicazione: la trasmissione dei vari frame di dati, degli acknowledgment e l'attesa dei vari IFS. Le citate informazioni necessarie alle stazioni estranee alla comunicazione sono o prefissate dallo standard (la durata di invio di un ACK o i tempi inter-frame) oppure sono comunicate dalle stazioni interne alla comunicazione. Il campo Duration/ID e' quindi presente sia nella coppia iniziale < RTS e CTS > che nelle successive coppie < PDU e ACK > diverse dalla prima; esso contiene la distanza temporale al termine della comunicazione, i.e. il primo acknowledgment.

Acknowledgment

_{20061027-0445 SoujaK}
La strategia usata e' l'acknowledgment positivo, il che significa che la STA ricevente ha il compito di confermare alla STA trasmittente la corretta ricezione del frame (solo in caso di frame unicast, come e' facile intuire). Il trasmittente attende il frame ACK per un periodo di tempo fissato da ACKTimeout e poi conclude che la trasmissione e' fallita. Lo stesso succede qualora esso riceva altro che non sia un ACK. Si noti che la mancata ricezione dell'ACK puo' indistinguibilmente indicare anche un errore durante la trasmissione dello stesso acknowledgment.

Interframe space (IFS)

_{20061019-0849 SoujaK}
Lo standard stabilisce la lunghezza di tempo che deve intercorrere fra le trasmissioni dei vari frame; lo scopo e' quello di fornire informazioni precise alle stazioni. Queste ultime, attraverso il meccanismo carrier-sense, attendono infatti di poter considerare libero il mezzo trasmissivo a seconda dei periodi di inattivita' rilevati.

A seconda della situazione viene usato uno dei seguenti 4 periodi:

1. SIFS (short interframe space): usato per frame ACK, CTS, per frame (eccetto il primo) di una trasmissione frammentata, per le risposte al polling del PCF;
2. PIFS (PCF interframe space): usato solo dalle STA che, sotto un PCF, tentano di avere accesso al mezzo trasmissivo all'inizio del CFP;
3. DIFS (DCF interframe space): usato sotto DCF dalle STA per i frame dati (MPDU) o per i frame di gestione (MMPDU);
4. EIFS (extented interframe space): usato quando il PHY indica al MAC che l'ultimo frame MAC non e' stato ricevuto correttamente e che il campo FCS non e' utilizzabile;

Random backoff time

_{20061025-1233 SoujaK}
In seguito al rilevamento di inattivita' del mezzo trasmissivo (secondo le politiche appena descritte), ogni STA e' tenuta a ritardare ulteriormente la propria trasmissione per un periodo di backoff di durata casuale, a meno che non sia gia' stato impostato il relativo timer. L'intento e' quello di evitare che tutte le STA in attesa collidano nel momento in cui contemporaneamente effettuino tentativi di trasmissione.

_{20061104-1752 gnappo: direi che il seguente paragrafo riquadrato e' totalmente fuori posto.
20061109-1007 SoujaK: Concordo pienamente, quindi l'ho spostato qui.}

Il periodo di inattivita' che le STA si autoimpongono e' detto CW (''contention
window'') e viene ripetuto ogni volta che si presenti una collisione. Viene
inoltre incrementato a fronte di ogni collisione con andamento esponenziale (per
scongiurare il pericolo di fino al raggiungimento di un valore massimo
prestabilito.

Il periodo di backoff e' espresso come quantita' casuale di quanti di tempo (dal valore aSlotTime presente in PHY). Questa quantita' di slot e' mantenuta in un intero pseudocasuale le cui variazioni devono osclillare in maniera uniforme fra 0 e CW, un altro parametro definito come intero compreso nell'intervallo di estremi aCWmin e aCWmax(definiti in PHY). Ogni STA mantiene inoltre una coppia di contatori dei tentativi di trasmissione (SSRC e SLRC) non andati a buon fine: questi vengono inizializzati a 0 e vengono incrementati con l'andamento andamento esponenziale del 2 ogni volta che la comunicazione fallisce. Supponendo CWmin e CWmax settati rispettivamente a 7 e a 255, un esempio di incremento esponenziale e' dato dalla sequenza 7, 15, 31, 63, 127, 255, 255. Un cosi' alto andamento di crescita del periodo di backoff rende piu' stabile il protocollo, aumentando la sua capacita' di adeguarsi repentinamente a condizioni di alto carico per poi saperle sopportare con maggiore facilita' .
I contatori prima citati vengono poi resettati (azzerati) al verificarsi di determinati eventi interpretabili come comunicazione ben riuscita (e.g la ricezione di un ACK): i due contatori si differenziano proprio su questo particolare, ma non e' il caso di approfondire ulteriormente.

Frame duplicati

_{20061027-0536 SoujaK}
Dal momento che le procedure di conferma di trasmissione e di ritrasmissione sono incorporati all'interno del protocollo, esiste la possibilita' che un determinato frame venga ricevuto piu' di una volta. La stazione ricevente deve rendersi conto della duplicazione e scartare i doppioni. E' stato pertanto inserito un campo di controllo di sequenza all'interno nei frame dati e in quelli di gestione, contentente il numero della sequenza e quello del frammento. Ogni STA mantiene dunque una cache delle tuple <indirizzo, numero di sequenza, numero di frammento> che permette di identificare agilmente i frame duplicati. Il numero di sequenza e' un intero progressivo che tende ad essere unico fra i vari frame: qualora (sfortunatamente) capitasse il contrario, il frame valido erroneamente scartato verrebbe presto ritrasmesso dalla sorgente.

Coordinamento centralizzato (PCF)

_{SoujaK: da fare :(}

Gestione degli strati

I due livelli (data link e fisico) su cui lo standard e' definito possiedono un insieme di operazioni primitive proprie, ma le loro definizioni sono lungi dal poter essere considerate vere e proprie interfacce: si tratta delle "MAC layer management entities" (MLME) e delle "PHY layer management entities" (PLME). E' assai importante notare, specialmente ai fini dello studio in oggetto, che lo strato MAC non oscura il sottostante PHY, ma permette alla "station management entity" (SME) di interagire direttamente con esso. Le varie entita' hanno la possibilita' di comunicare fra loro secondo le specifiche dello standard, attraverso i SAP (service access point). Tale concetto intende aggregare l'insieme di chiamate che una determinata entita' espone alle altre per realizzare forme di comunicazione o invocazione.

  __||________________________
 |      |      |              |
 | MAC  | MLME =              |
 |      |      |              |
 |--||--|--||--| Station      |
 |      |      | Managemement |
 | PLPC | PLME | Entity       |
 |      |      |              |
 |--||--|      =              |
 |      |      |              |
 | PMD  |      |              |
 |______|______|______________|

In generale il livello MAC, come ovvio, deve essere il piu' possibile indipendente da quello fisico anche se a volte e' necessario che il livello MAC gestisca stati opportuni del livello fisico.

Il livello PHY viene suddiviso nella seguente maniera:

• PLCP (Physical Layer Convergence Procedure): funzioni di convergenza del livello fisico (adattamento del medium a PHY service), che realizzano una traduzione al fine di rendere l'interfaccia comune;
• PMD (Physical Medium Dependent): insieme di funzioni fortemente dipendenti dallo specifico dispositivo wireless (ad esempio richieste di trasmissione o ricezione di dati).

Anche in questo caso le relazioni con l'esterno sono gestite da appositi moduli SAP: uno specifico per la porzione PLCP (PLCP-SAP) e un altro relativo al sottostrato PMD (PMD-SAP).

Primitive di gestione generica

Le informazioni specifiche per la gestione di ogni strato sono incapsulate all'interno di cio' che viene definita Management Information Base (MIB) che puo' essere visto come un componente di ogni livello. In accordo con questo, ogni Management Entity possiede specifiche primitive di GET e SET in grado di operare sugli attributi della relativa MIB. Informazioni dettagliate sugli attributi dei vari MIB sono presenti nel ​documento ufficiale

Interfaccia di MAC: MLME SAP

• POWERMGT: richieste al modulo che gestisce il risparmio energetico
• SCAN: scansione della rete alla ricerca di BSS disponibili
• JOIN: sincronizzazione con un BSS
• AUTHENTICATE: autenticazione con un BSS
• DEAUTHENTICATE: deautenticazione con un BSS
• ASSOCIATE: associazione fra una STA e un AP
• REASSOCIATE: associazione fra una STA e un altro AP
• DEASSOCIATE: disassociazione fra una STA e un AP
• RESET: azzeramento
• START: creazione di un nuovo BSS (diventa AP) o IBSS (prima STA di una rete ad-hoc)

_{20061019-0920 SoujaK: La revisione G del documento non introduce nessun cambiamento alle interfacce del SAP legato al livello MAC. Viene piuttosto esteso il livello PHY al fine di supportare larghezze di banda maggiori e differenti modulazioni del segnale.}

Interfaccia di PHY: PLME SAP

In generale si hanno disposizione tutti i getter e i setter necessari per manipolare tutti gli attributi del MIB (normati nell'aggiunta Annex D). Inoltre, si hanno a disposizione le seguenti primitive:

• RESET.request: forza il reset del livello PHY, reinizializzandolo allo stato di ricezione;
• CHARACTERISTICS.request: ritorna le caratteristiche operative della PHY entity;
• CHARACTERISTICS.confirm: viene sollevata dalla PHY entity successivamente ad una CHARACTERISTICS.request. Fornisce le caratteristiche operative della PHY entity;
• DSSSTESTMODE.request: utile per entrare in modalita' test in una PHY DSSS entity;
• DSSSTESTOUTPUT.request: opzionale, testa i segnali di output di una PHY DSSS entity.

Interfaccia di PHY: PHY SAP

Come gia' accennato in precedenza, le funzioni proprie dello strato PHY sono separate nei due livelli distinti PMD e PLCP; quest'ultimo intende fornire un meccanismo indipendente dalla PHY entity per trasferire MPDU fra le STA. Anche in questa sezione, i servizi vengono definiti in maniera puramente astratta, in modo da non forzare a particolari implementazioni delle interfacce.

Le primitive tra MAC e PHY si possono dividere in due categorie:

• primitive per il supporto d'interazioni punto-a-punto a livello MAC (primitiva PHY-DATA.{request, confirm, receive, indication}).
• primitive con significato locale per agevolare l'interazione tra sottolivelli (e.g. PHY-TXStart.{request,...}).

_{gnappo: chiarire meglio tutte le primitive con il loro significato. Sara' utile nella comprensione delle specifiche del livello PHY (ad esempio DSSS).}

Specifiche per il livello PHY

FHSS

_{20061104-1743 gnappo}
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) e' una specifica del livello PHY, presente nella prima versione dello standard. L'obiettivo primo da perseguire, come gia' chiarito nei paragrafi precedenti, e' l'indipendenza del livello MAC dal livello PHY. E' per questo motivo che, nel documento, vengono ratificate adeguate funzioni di convergenza al mezzo trasmissivo oltre alle usuali funzioni dipendenti dal medium.
La caratteristica saliente di questa specifica e' rappresentata dal fatto che la trasmissione non avviene sempre alla stessa frequenza (canale), ma si effettuano i cosiddetti hopping, cioe' dei salti di frequenza pseudo-casuali (ovviamente dettati da uno specifico algoritmo). In questo modo si massimizza il throughput della rete e si minimizzano le interferenze.
Per l'Europa, lo standard definisce il range delle frequenze operative da 2.400 GHz a 2.4835 GHz per un totale di 79 canali differenti.
I data-rate supportati sono:

• 1 Mbit/s: utilizzando la modulazione GFSK
• 2 Mbit/s: utilizzando la modulazione 4GFSK. L'header PLCP viene comunque trasmesso ad 1 Mbit/s.
  

E' importante sottolineare come la sequenza di salto dei canali sia in realta' dettata dal livello MAC: ogni beacon e ogni frame Probe Response contengono le informazioni necessarie per la sincronizzazione e per la determinazione del pattern di hopping.

Alcune informazioni sulle tempistiche riguardanti i canali:

• 224us e' il tempo massimo concesso per switch su canale;
• 400ms e' il tempo massimo di permanenza sul canale;
• 19ms e' il tempo consigliato di permanenza sul canale.

OFDM

_{20061028-???? gnappo}
OFDM (Ortogonal Division Frequency Multiplexing) viene introdotto con la revisione a dello standard 802.11. I data-rate forniti sono: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 e 54 Mbit/s. Solamente i 6, 12 e 24 Mbit/s sono, tuttavia, obbligatori. La banda di frequenze nella quale OFDM opera e' quella dei 5 GHz. Essenzialmente con OFDM si tentano di inviare piu' stream di bit in parallelo. Lo spettro delle frequenze viene suddiviso in piu' sottocanali, in ognuno dei quali viene impiegato uno schema di modulazione standard (e.g. fase) per la trasmissione. La scelta dei sottocanali e' operata in modo tale da eliminare interferenze tra gli stessi (sono ortogonali l'uno all'altro). Rimane, comunque, uno standard poco utilizzato sia a causa delle sue incompatibilita' (802.11b e 802.11g) sia per le caratteristiche operative (in molti paesi la banda dei 5Ghz e' tuttora riservata).

DSSS

_{20061021-???? gnappo}
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) e' un'altra specifica del livello fisico che permette di raggiungere in linea teorica un capacita' trasmissiva pari a 11Mbit/s (802.11b). Attraverso opportune tecniche e' possibile fornire bitrate inferiori (in tal modo si ottiene compatibilita' all'indietro). Come descritto precedentemente, anche in questa occasione avremo opportune funzioni di convergenza atte a garantire l'indipendenza di MAC rispetto alla specifica implementazione di PHY.
Il PPDU e', naturalmente, differente rispetto a quello definito per FHSS (nel seguito troverete qualche dettaglio). Interessante osservare che il preambolo e l'header del frame sono trasmessi, diversamente dal resto, ad un 1Mbit/s per assicurarsi che l'interlocutore capisca effettivamente questa parte essenziale della comunicazione. L'effettivo invio del payload (MPDU) potra' essere compiuto con modulazioni diverse opportunamente specificate nell'header (campo SIGNAL).

Algoritmo di trasmissione

_{20061021-???? gnappo}
Per trasmettere i dati, PHY-TXSTART.request dev'essere abilitata per portare PHY nello stato di trasmettitore (precedentemente su ricevitore). Il canale su cui trasmettere e' regolato via PLME. Se il canale risulta libero (PHY-CCA.indicate) allora MAC puo' procedere all'effettivo invio invocando la primitiva PHY-TXSTART.request (PHY-SAP) passando i parametri necessari (DATARATE, TX_ANTENNA, TXPWR_LEVEL). Una volta terminato l'invio del preambolo, attraverso una serie di chiamate PHY-DATA.request(DATA) verrano scambiati i dati tra MAC e PHY. Al termine della trasmissione l'entita' fisica ritornera' allo stato di ricevitore.

Algoritmo di ricezione

_{20061021-???? gnappo}
Per quanto riguarda la ricezione e' necessario che l'entita' fisica sia nello stato di ricevitore (quindi PHY-TXSTART disabilitato). Attraverso la PLME e' possibile scegliere il canale su cui ascoltare ed il metodo di CCA (Clear Channel Assessment). Altri parametri (come per la trasmissione) sono passati attraverso PHY-SAP. Non appena il dispositivo ha rilevato attivita' sul canale sul quale e' in ascolto, PHY invoca la primitiva PHY-CCA.indicate con la quale informa MAC che il canale e' BUSY. Dopodiche' PHY va alla ricerca di un delimitatore di inizio frame e procede alla lettura dell'header. Se la lettura va a buon fine (i.e. formato riconosciuto, niente errori su CRC) allora viene chiamata la primitiva PHY-RXSTART.indicate per mettere a conoscenza di MAC di informazioni contenute nell'header (i.e. campo SIGNAL, lunghezza del MPDU, RX_ANTENNA, RSSI, SQ, campo SERVICE). I dati successivamente ricevuti saranno assemblati e presentati a MAC attraverso la primitiva PHY-DATA.indicate(DATA). Al termine dell'intera ricezione lo stato del ricevitore ritornera' IDLE e la primitiva PHY-RXEND.indicate(NoError) sara' sollevata. Se la ricezione non andasse a buon fine, PHY informerebbe MAC attraverso la primitiva PHY-RXEND.indicate della causa dell'errore (e.g. CarrierLost).

Note sulla modulazione

_{20061106-1100 gnappo}
Il segnale da trasmettere viene convertito da flusso di bit in flusso di simboli, dove ogni simbolo rappresenta una stringa di bit (la cui lunghezza dipende dalle particolari tecniche di codifica). Tale flusso, verra' poi combinato con una sequenza di bit Pseudo-noise detta chip sequence, con frequenza maggiore rispetto a quella del segnale. In uscita, quindi, avremo un segnale che sara' diffuso su una banda di frequenze piu' larga.
Il ricevitore, utilizzando la stessa chip sequence, sara' in grado di ricostruire il segnale originale.
La banda a 2.4 GHz e' suddivisa in 14 canali ciascuno dei quali occupa 22 MHz.

Note

Per quanto riguarda questioni di tempistiche ed altre informazioni dettagliate (MIB attributes) rimando alle specifiche ieee, capitolo 15.

HR/DSSS (802.11b/802.11g)

_{20061022-2130 Zeratul}
High Rate Direct Sequence Spread Spectrum (HR/DSSS) e' l'evoluzione della "semplice" DSSS che consente di portare la bandwith massima a 5.5 o 11 Mbps (nell'802.11g si arrivera' anche a circa 54 Mbps). Gli header e preamboli PLCP sono gli stessi della DSSS, in questo modo e' possibile la coesistenza di entrambe le modulazioni in una stessa connessione.

Le sostanziali differenze con il suo predecessore sono molteplici:

1. si sono riuniti i ​chips in gruppi da 8 formando cosi chiavi a codice complementario (8-chip complementary code keying a.k.a. CCK) che vengono spediti alla stessa frequenza del DSSS (11 MHz), ottimizzando cosi l'uso della banda del canale;
2. sono state aggiunte delle funzionalita' opzionali per aumentare il bandwith, che sono utilizzabili solo se l'hardware e' abbastanza recente da supportarle.
   Le funzionalita' sono le seguenti:
   • sostituzione del CCK con il packet binary convolutional coding (HR/DSSS/PBCC);
   • HR/DSSS/short, ovvero possibilita' di ridurre il preambolo PLCP per aumentare significantemente il transfer data rate, limitando cosi pero' la possibilita' di coesistenza con il DSSS a sole alcune particolari circostanze;
   • inserimento del Channel Agility, ovvero una particolare implementazione che consente di superare diversi problemi dovuti all'assegnamento di un canale statico, senza dover aggiungere alla totale implementazione il costo di questa funzionalita'.
     

Purtroppo l'IEEE non ha concesso le specifiche inerenti all'evoluzione della modulazione nella versione 802.11g, quindi non ci e' concesso sapere i miglioramenti che hanno portato poi il protocollo a supportare velocita' di circa 54 Mbps.
Parlandone con il Dott. Bononi, si e' arrivati ad ipotizzare che lo sviluppo sempre piu' veloce della tecnologia abbia portato ad un'alta precisione e sensibilita' di ricezione/trasmissione che abbia sua volta portato ad un'aumento dei simboli (in modulazione un simbolo e' un particolare segnale che identifica una serie di bit) e ad una diminuzione dei bit adibiti al controllo di errori, cosi aumentandone di molto il bit rate potenziale.
Rimaniamo comunque nella ricerca di specifiche piu' recentemente rilasciate, lasciando quest'ultima parte di paragrafo come "prossima ad essere aggiornata".

Management del sottolivello MAC

Uno degli aspetti piu' importanti, per quanto riguarda la connessione di piu' host ad una rete wireless, e' sicuramente il meccanismo di sincronizzazione, il quale deve esistere per permettere la comunicazione all'interno della rete. Per permettere cio' ogni nodo ha al suo interno un TSF (Timing Synchronization Function) che funge da orologio per tutti i nodi. La sincronizzazione e' presente sia nei BSS che nei IBSS e avviene in maniere differenti.

In un BSS la sincronizzazione viene mantenuta dall'AP, che inizializza il suo TSF interno e invia beacons a tutti i nodi della rete con all'interno il proprio timer. Ogni nodo che riceve il beacon deve sincronizzare il proprio timer con il valore del timestamp ricevuto.

In un IBSS invece ogni nodo partecipa allla sincronizzazione mediante l'utilizzo di un algoritmo distribuito; in pratica ogni nodo invia dei beacon ad ogni nodo della rete e riceve beacons da tutti gli altri. Decide poi autonomamente se settare il proprio timer col valore ricevuto o se scartare il beacon perche' il valore del timetamp all'interno e' piu' vecchio del valore del proprio timer.

Il mantenimento della sincronizzazione e' dato da un algoritmo: ogni nodo mantiene un timer TSF in modulo 2⁶⁴ microsecondi e si aspetta di ricevere un beacon ad intervalli regolari (definiti come aBeaconPeriod, che e' un parametro del nodo). Un nodo che vuole inviare un beacon deve settare il valore del timestamp, che e' dato dalla somma tra il valore del TSF al tempo della trasmissione del primo bit del timestamp su PHY e dal tempo di ritardo per la trasmissione (passaggio dall'interfaccia MAC-PHY a PHY).

Acquisizione della sincronizzazione mediante scansione

Ogni stazione (o nodo) puo' operare attraverso due modalita' di scansione: la modalita' passiva o la modalita' attiva. In modalita' di scansione passiva la stazione sta in ascolto su tutti i canali e aspetta di ricevere dei beacon in cui il valore SSID sia uguale al valore SSID dell'ESS di cui la stazione vuole entrare a fare parte. Una volta ritornati questi frame, la stazione (attraverso opportune funzioni) entra a far parte di un BSS, acquisendo tutti i parametri del BSS (timer di sincronizzazione, parametri di PHY, BSSID, parametri di trasmissione dei beacon...).

La modalita' di scansione attiva invece si basa sullo scambio di frame di tipo Probe Request e Probe Response: praticamente una stazione invia una richiesta e si mette in ascolto di una risposta. Quando giunge il frame Probe Response contenente il SSID cercato dalla stazione ha poi inizio la sincronizzazione e da quel momento la stazione entra a far parte di un BSS. L'algoritmo di scansione e' descritto nel dettaglio nella sezione 11.1.3.2.2 (pag 127 di IEEE 802.11-1999).

Associazione e riassociazione di una stazione con un AP

L'associazione tra una stazione e un AP avviene in due fasi:

• autenticazione
• associazione

Una volta effettuata l'autenticazione su un AP, la stazione invia una richiesta di associazione all'AP e attende la risposta; in caso di risposta affermativa la stazione sara' fisicamente associata all'AP e potra' avviare la comunicazione, in caso contrario la stazione non si potra' associare. Analogamente quando una stazione vorra' riassociarsi ad un AP inviera' allo stesso una richiesta di riassociazione e attendera' la risposta dall'AP. Naturalmente, quando un AP riceve una richiesta di associazione controlla che la stazione che ha inviato tale richiesta sia autenticata presso di lui; in caso affermativo l'AP inviera' una risposta (positiva o negativa) alla stazione interessata.

Power Management

_{20061108-1512 Roma}
Le stazione possono cambiare il proprio power management, informando preventivamente l'AP al quale sono associate, accondando la richiesta di cambio al campo Frame Control del frame inviato all'AP. L'AP deve tener traccia di tutte le stazione che operano in modalita' power save in quanto la trasmissione dei dati a tali stazioni deve avvenire in modo differente rispetto alle stazioni che non operano in tale modalita'; infatti un AP non puo' trasmettere i dati in maniera arbitraria alle stazioni in modalita' power save ma deve bufferizzarli per poi trasmetterli in momenti precisi.
_{20061109-1424 SoujaK: Il pezzo seguente e' da chiarire}
Tutte le stazioni che ricevono dati bufferizzati dall'AP sono riunite nel TIM (Traffic Indication Map) il quale rappresenta un campo dei vari beacon generati dall'AP stesso. Ogni stazione per sapere se i dati ricevuti sono stati bufferizzati per lei deve ricevere e interpretare il TIM associato al beacon ( per fare cio' ogni stazione si mette peridicamente in ascolto di beacon, e quindi in ascolto per ricevere eventuali TIM, secondo opportune funzioni). In un BSS ogni stazione (in modalita' power save) per sapere se dei dati sono stati correttamente bufferizzati invia un frame di tipo PS-Poll all'AP, il quale rispondera' o inviando direttamente i dati bufferizzati o acknowledgiando la richiesta e inviando i dati successivamente. Ogni stazione puo' lavorare in due modalita':

• awake
• doze

Nella modalita' awake la stazione lavora a piena potenza e puo' ricevere frame in qualsiasi momento; e' detta anche modalita' attiva. Nella modalita' doze la stazione lavora in power save e riceve frame attraverso il meccanismo sopra descritto. Naturalmente le stazioni possono passare da una modalita' all'altra, ma possono farlo solo alla fine di uno scambio di dati informando l'AP del cambio.

Power Management in un IBSS

In un IBSS le stazioni devono essere tutte sincronizzate al fine di poter trasmettere i dati; quando i dati sono bufferizzati e pronti per essere spediti ad una stazione in power save ci deve essere un annuncio tra tutte le stazioni affinche' l'operazione si possa effettuare. Tale annuncio e' dato tramite l'invio di un ATIM (Ad hoc TIM) quando tutte le stazioni dell' IBSS sono in modalita' awake. Quando i dati devono essere trasmessi la stazione trasmittente invia prima un frame ATIM nel ATIM Window (che e' un periodo nel quale vengono inviati solo frame ATIM o beacon) e aspetta l'ACK di quel frame; se cio' non avviene la stazione attiva la procedura di ritrasmissione dell'ATIM. Una stazione che acknowledgi l'ATIM durante l'ATIM Window deve rimanere nella modalita' awake e aspettare l'annuncio. Una volta che avviane l'ACK ed e' passato l'ATIM Window, la stazione ricevente passa in modalita' power save e puo' ricevere i dati.

Autenticazione e privacy

_{20061114-1114 Roma}
802.11 fornisce un servizio di autenticazione diviso in due sottotipi:

• Open System
• Shared Key

I due sottotipi svolgono un algoritmo di autenticazione e sono indicati nel corpo del frame che gestisce l'autenticazione;questi tipi di frames devono essere scambiati solo tra due nodi( una stazione e un AP in un BSS,tra due stazioni in un IBSS ) e non possono essere in broadcast.

Autenticazione Open System

L'autenticazione Open System e' basata sull'algoritmo di autenticazione piu' semplice tra quelli disponibili (detto anche algoritmo null). Ogni stazione che utilizza questo algoritmo puo' essere autenticata se l'authenticationType della stazione che gestisce le autenticazioni e' settato su Open System. L'autenticazione Open System (o meglio l'algoritmo utilizzato da questo sottotipo) e' divisa in due sottosequenze; la prima determina l'identificazione della stazione e la richiesta di autenticazione, la seconda determina il risultato dell'autenticazione (se e' corretto le due stazioni sono mutuamente autenticate).

Autenticazione Shared Key

L'autenticazione Shared Key supporta l'autenticazione di stazioni se almeno una delle due stazioni conosce la chiave condivisa segreta, la quale e' parte fondamentale dell'algoritmo. L'algoritmo e' completato senza il bisogno di trasmettere la chiave segreta in chiaro ma servendosi del meccanismo WEP. Infatti questo meccanismo di autenticazione funziona solamente se il meccanismo WEP e' implementato e se l'algoritmo Shared Key e' implementato nelle stazioni che gia' implementano WEP. La chiave segreta viene consegnata da una stazione all'altra mediante un canale sicuro che e' indipendente da 802.11;la chiave e' contenuta in un attributo write-only denominato MIB che viene spedito dal livello MAC.
_{SoujaK: a quanto ne so, MIB denota l'insieme di attributi di un sottolivello e non il nome di questo specifico attributo}
Dato che l'attributo e' write-only il valore della chiave rimane all'interno di MAC. Durante il processo di autenticazione tra due stazioni vengono inviati un challenge e un encrypted challenge e questo processo e' diviso in quattro fasi (un frame inviato per ogni fase):

• viene settato il primo frame con tutti i prametri neccesari.
• prima di spedire il secondo frame la stazione rispondente utilizza WEP per generare una stringa di ottetti che sono utilizzati come challenge.
  <sub>SoujaK: il concetto di challenge non e' spiegato
  
  Roma:'challenge inteso come sfida,come so insegna</sub>
  
• il richiedente riceve il challenge dal secondo frame e lo copia nel terzo frame; a questo punto WEP (mediante la chiave segrete) cripta il terzo frame.
• il rispondente riceve il terzo frame e lo decripta sempre mediante WEP; una volta decriptato il challenge lo confronta col proprio challenge (spedito nel secondo frame). Se sono uguali allora il rispondente mandata un frame di conferma e l'autenticazione e' avvenuta, altrimenti viene inviato un frame di insuccesso.

Algoritmo Wired Equivalent Privacy (WEP)

_{20061015-1550 Roma}
WEP e' un particolare algoritmo utilizzato nelle reti wireless per proteggere gli utenti autorizzati da sniffing e da altri tipi di intrusioni. Il servizio fornito da WEP si prefige l'obiettivo di provvedere alla sicurezza dei dati nella stessa maniera di come vengono protetti nei dispositivi interconnessi via cavo. La sicurezza dei dati e' data da un gestore esterno che distribuisce i dati criptati e le chiavi per decriptarli. Le proprieta' di WEP sono:

• grande stabilita' perche' e' molto difficile trovare la chiave giusta mediante un attacco brute-force e il motivo sta nella lunghezza della chiave e dalla frequenza di cambio di chiave.
• auto-sincronizzazione in quanto WEP e' in grado di autosincronizzarsi per ogni transazione che deve svolgere.
• efficenza in qunato e' implementabile sia via hardware che via software
• esportabilita'
• opzionabilita' in quanto WEP e' un' opzione di 802.11.

Come funziona WEP

_{20061117-0955 roma}
L'algoritmo WEP e' una sorta di libro codificato nel quale ogni blocco del testo in chiaro viene messo in XOR con una sequenza di chiave pseudo-casuale di lunghezza uguale alla lunghezza di tale blocco; tale sequenza e' generata da WEP. La cifratura dei dati avviene nel modo seguente: vi e' una chiave segreta che viene distribuita tra tutte le stazioni cooperanti da un gestore esterno e tale chiave e' utilizzata da WEP sia per cifrare che per decifrare i dati (WEP e' un algoritmo simmetrico). La chiave viene concatenata con un vettore di inizializzazione (IV) e diventa input per formare un PRNG (Pseudo Random Number Generator). PRNG ,mette in output una nuova chiave composta da una sequenza di ottetti (pseudo-casuali) il cui numero e' uguale alla lunghezza dei dati da trasmettere piu' quattro (serve per Integrity Check Value o ICV). Ora i dati in chiaro vengono cifrati grazie alla concatenatura di essi con ICV e la chiave generata da PRNG. La stazione che inviera' il messaggio cifrato inviera' anche l'IV. Vi sono dei dettagli importanti da tenere presente:

• IV consente l'auto-sicronizzazione di WEP e allunga la vita della chiave segreta che deve essere aggiornata periodicamente.
• Nonostante quello detto sopra la chiave segreta e' del tutto indipendete da IV e puo' rimanere fissa mentre IV cambia.
• Ad ogni cambio di IV si possono generare nuove chiavi grazie a PRNG ed e' per questo che IV viene trasmesso insieme ai dati cifrati (in quanto consente sia la cifratura che la decifratira dei dati).
• IV viene trasmesso in chiaro in quanto non si puo' risalire alla chiave segreta da esso.

Appunti vari

_{20061014-1305 Roma}
Ho letto qualcosa su come si instaura una connessione tra una client e un AP: vi e' praticamente una serie di richieste tra il client e l'AP affinche' la connessione venga instaurata; nota importante e' che il client prima di collegarsi all'AP deve autenticarsi sull'AP stesso. Una volta fatto cio' AP manda un pacchetto che indica l'avvenuta autenticazione e l'inizio di una nuova connessione. Naturalmente vi sono gia' delle primitive implementate atte a svolgere questo tipo di compito (sia per quanto riguarda l'instaurazione che per le reinstaurazione). Inoltre i vari client devono essere tutti sincronizzati per paralare tra loro (es che fece anche il seminarista se non ricordo male) e per fare cio' si inviano delle simpatiche "pancette" con dentro il proprio timestamp; a monte comunque c'e' l'AP che controlla tutta la sincronizzazione ed egli stesso manda pancette ai client conessi a lui; quindi vi e' una doppia sincronizzazione: una tra AP e client e una tra client e client (cap 11 del documento ieee 802.11).