KTN - kap.7 - Wireless and Mobile Networks

Wireless and Mobile Networks

wireless vs mobility

Det eine er kommunikasjon av data utan kablar,

Det andre er evna til å vere tilkopla nettverket medan ein flyttar seg mellom ulike punkt.

Wireless (trådlaust)

kommunikasjon av data utan kablar, via radiosignal (t.d. WiFi eller 4G/5G).

Mobility (mobilitet)

Evna til å vere tilkopla nettverket medan ein flyttar seg mellom ulike punkt.

Kva består eit trådlaust nettverk av?

• Wireless hosts

• Base station

• Wireless link

wireless host

ein enhet (mobil, PC, IoT) som brukar nettverket.

base station

ein node (f.eks. WiFi access point eller mobilmast) som koblar trådlaust nett til det kablede nettet.

node

ein enhet i eit nettverk som kan sende, motta eller vidareformidle data (t.d. PC, mobil, router).

WiFi access point (AP)

ein base station som lar trådlause enheter (WiFi) koble seg til eit kablet nettverk (internett).

wireless link

ein direkte forbindelse mellom to enheter der data blir sendt gjennom lufta via radiosignal i staden for kabel.

radiosignal

elektromagnetiske bølgjer som blir brukte til å sende data trådlaust gjennom lufta mellom enheter.

infrastructure mode

ein trådlaus modus der enheter kommuniserer via eit aksesspunkt (AP), i staden for direkte med kvarandre (Wifi, mobilnett).

mode (modus)

Måten eit trådlaust nettverk er sett opp og fungerer på

ad hoc mode

ein trådlaus modus der enheter kommuniserer direkte med kvarandre utan ein base station

aksesspunkt (access point)

Ein enhet som fungerer som eit bindeledd mellom trådlaust og kablet nettverk.

Det tek imot signal frå trådlause enheter (mobil, PC) og sender dei vidare inn i det kablede nettet (internett), og omvendt.

single hop

data går direkte frå ein node til mottakar utan å gå via andre noder.

multi hop

data må gå via fleire noder før det når målet sitt

attenuation (demping)

Signalet blir svakare jo lengre det går eller møter hindringar.

interference

Signal frå andre enheter forstyrrar kommunikasjonen.

multipath propagation

Signal blir reflektert frå veggar og objekt, som fører til at same signal kjem fram fleire gonger med små forsinkingar → feil/ustabil kommunikasjon

utfordringar ved wireless links

• attenuation (demping)

• interference

• multipath propagation

SNR (Signal-to-Noise Ratio)

forholdet mellom signalstyrken og støy (forstyrringar) i eit trådlaust signal.

høy SNR

det betyr at signalet er sterkt , lite støy → god kvalitet

låg SNR

det betyr at signalet er svakt, mykje støy → dårleg kvalitet

Bit Error Rate (BER)

kor stor del av bits som blir feil under overføring.

hidden terminal problem

Oppstår når to enheter ikkje kan “høyre” kvarandre, men begge sender til same mottakar. Dvs. dei trur da er ledigt og sender samtidig, som fører til kollisjon.

årsak: signal når ikkje langt nok.

WiFi (802.11)

ein standard for trådlaust lokalnett (LAN) som lar enheter koble seg til internett via radio (utan kabel).

Kva består WiFi av?

• Aksesspunkt (AP) - “basestasjon”

• Enheter (mobil, PC) - koblar seg til AP

• Radiofrekvens - sender data gjennom lufta

WiFi

trådlaust nett der enheter snakkar med eit aksesspunkt for å få internett.

Korleis koblar ein seg til WiFi?

1. Scannar kanalar

2. Finn access point (beacon frames)

3. Vel nettverk (SSID)

4. Autentisering

5. Får IP via DHCP

beacon frames

små meldingar som eit aksesspunkt sender ut jamleg for å annonsere at WiFi-nettverket finst.

Kva inneheld beacon frames?

• SSID (namnet på nettverket)

• Info om nettverket (kanal, sikkerheit, osv.)

SSID (Service Set Identifier)

Namnet på eit trådlaust nettverk (WiFi), som blir brukt for å identifisere nettverket.

scanning

prosessen der ein enhet leitar etter trådlause nettverk (SSID-ar) som den kan kople seg til.

passiv scanning

enheten lyttar etter beacon-signalar frå aksesspunkt som annonserer nettverket, utan å sende noko sjølv.

Aktiv scanning

Enheten sender probe request for å spørre etter nettverk, og aksesspunkt svarar med probe reply.

“Finnst det WiFi her?”

Probe

ein melding brukt i WiFi for å finne nettverk.

multiple access i WiFi

handlar om korleis fleire enheter deler same trådlaust medium (lufta) utan å forstyrre kvarandre

Kva metode brukar WiFi for å handtere multiple access?

WiFi brukar CSMA/CA (Collision Avoidance).

CSMA/CA

Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance.

hovudideen bak CSMA/CA

Enheter lyttar før dei sender for å unngå kollisjonar.

CSMA/CA

ein metode WiFi brukar for å unngå kollisjonar når fleire enheter deler same trådlause kanal.

“lytt og vent før du sender, slik at kollisjonar blir unngått.”

korleis fungerer CSMA/CA?

• Enheten lyttar først (er det ledig?)

• Viss ledig → sender

• Viss opptatt → ventar ei tilfeldig stund

• Mottakar sender ACK når data er mottatt

CSMA/CD

ein metode som blir brukt i kablet nettverk (Ethernet) for å handtere kollisjonar.

Kvifor brukar WiFi CSMA/CA og ikkje CSMA/CD?

Fordi WiFi ikkje klarer å oppdage kollisjonar medan det sender.

RTS/CTS

ein metode i WiFi som blir brukt for å unngå kollisjonar før data blir sendt.

kva betyr RTS/CTS ?

• RTS = Request To Send

• CTS = Clear To Send

Korleis fungerer RTS/CTS?

1. Sendar sender RTS (“kan eg sende?”)

2. Mottakar svarar med CTS (“ja, send”)

3. Andre enheter høyrer CTS og ventar

4. Sendar sender data

5. Mottakar sender ACK

Kor mange MAC-adresser kan vere i ei WiFi-frame?

Opptil 4 MAC-adresser, fordi data ofte går via eit aksesspunkt.

WiFi frame

ein pakke med data som blir sendt over eit trådlaust nettverk.

Kva inneheld ein WiFi frame?

• MAC-adresse til mottakar

• MAC-adresse til avsendar

• Eventuelt MAC-adresse til router/AP

• Sjølve dataen (payload)

• Feilsjekk (CRC)

Kva skjer når du byttar access point?

enheten koblar seg til eit nytt access point med betre signal, utan at du mistar forbindelsen (handoff).

Nettverket oppdaterer kvar du er, slik at data framleis kjem til deg.

handoff

prosessen der ein enhet byttar frå eitt access point eller ei celle til ei anna utan å miste forbindelsen.

celle

geografisk område som blir dekka av ein basestasjon (t.d. mobilmast).

Kva skjer med IP-adressa ved mobilitet?

IP-adressa kan vere den same eller endre seg, avhengig av om du byttar nettverk (subnet).

Same subnet → same IP

Nytt subnet → ny IP

subnet

eit mindre delnett innanfor eit større nettverk der alle enheter kan kommunisere direkte med kvarandre.

rate adaptation

WiFi automatisk endrar hastigheit basert på signalstyrke og støy.

Dårleg signal → lågare fart (meir stabilt)
Godt signal → høgare fart

power management

enheten kan “sove” for å spare batteri når den ikkje sender/mottar data.

enheten skrur av radioen når den ikkje treng den

4G/5G

Trådlaust mobilnett som gir internett over store geografiske område.

hovudforskjellen på 4G og 5G

5G er raskare, har lågare forsinking (latency) og større kapasitet enn 4G.

Kva er ein basestasjon i 4G/5G?

Ein node som koblar mobilen din til mobilnettet.

UE (User Equipment)

Enheten din (mobil, nettbrett, osv.).

SIM-kort

eit lite kort i mobilen som identifiserer deg som brukar i mobilnettet.

WiFi vs 4G/5G

Det eine er lokal trådlaus tilgang via access point

Det andre er mobilnett med stor geografisk dekning.

frekvens

kor mange gongar eit signal svingar per sekund, målt i Hertz (Hz).

samanhengen mellom frekvens og nettverk

Frekvens bestemmer korleis signalet oppfører seg i lufta – altså rekkevidde, hastigheit og kor mykje støy det får.

Kva er handover i mobilnett?

Når mobilen byttar celle utan å miste forbindelsen.

roaming

Når du brukar eit anna mobilnett enn ditt eige (t.d. i utlandet).

tunneling i 4G/5G

IP-pakkar blir pakka inn i nye pakkar for å bli sendt gjennom mobilnettet.

Årsak: handtere mobilitet

LTE

ein standard for mobilnett som gir rask trådlaus internettilgang.

eNodeB

Basestasjonen i LTE (mobilmast) som koblar mobilen til nettverket.

HSS (Home Subscriber Server)

Ein database som lagrar informasjon om abonnentar (SIM, abonnement, rettar).

MME (Mobility Management Entity)

ein kontroll-node i mobilnettet som styrer mobilitet og autentisering av enheter. T.d. sjekker for gyldig abonnement, posisjon, handover

S-GW (Serving Gateway)

ein node i mobilnettet som sender data mellom basestasjonen (eNodeB) og resten av nettverket.

P-GW (Packet Gateway)

noden som koblar mobilnettet til internett ved å gi mobilen IP-adresse, sender data til/frå internett og utføre NAT

NAT (Network Address Translation)

ein metode som overset private IP-adresser til ei offentleg IP-adresse.

control plane

handterer styring av nettverket, som mobilitet, autentisering og oppsett av forbindelsar.

data plane

sender sjølve dataen (t.d. nettsider, video, meldingar).