IEEE 802.11
IEEE 802.11 o Wi-Fi definisce uno standard per le reti WLAN sviluppato dal gruppo 11 dell'IEEE 802, in particolare in livello fisico e MAC del modello ISO/OSI, specificando sia l'interfaccia tra client e base station (o access point) sia tra client wireless.
Questo termine viene usualmente utilizzato per definire la prima serie di apparecchiature 802.11 sebbene si debba preferire il termine "802.11 legacy".
Questa famiglia di protocolli include tre protocolli dedicati alla trasmissione delle informazioni (a, b, g), la sicurezza è stata inclusa in uno standard a parte, 802.11i. Gli altri standard della famiglia (c, d, e, f, h, …) riguardano estensioni dei servizi base e miglioramenti di servizi già disponibili. Il primo protocollo largamente diffuso è stato il b; in seguito si sono diffusi il protocollo a e soprattutto il protocollo g.
L'802.11b e 802.11g utilizzano lo spettro di frequenze (banda ISM) nell'intorno dei 2,4 GHz. Si tratta di una banda di frequenze regolarmente assegnata dal piano di ripartizione nazionale (ed internazionale) ad altro servizio, e lasciato di libero impiego solo per le applicazioni che prevedono potenze EIRP (Massima Potenza Equivalente Irradiata da antenna Isotropica) di non più di 20 dBm ed utilizzate all'interno di una proprietà privata (no attraversamento suolo pubblico). Trovandosi così ad operare in bande di frequenze ove già lavorano altri apparecchi, i dispositivi b e g possono essere influenzati da telefoni cordless, ripetitori audio/video per distribuire programmi televisivi satellitari od altri apparecchi all'interno di un appartamento che utilizzano quella banda di frequenze.
L'802.11a utilizza la banda ISM dei 5,4 GHz. Tuttavia non risponde alla normativa europea ETSI EN 301 893 che prevede DFS (Dynamic Frequency Selection), TPC (Transmit Power Control) e radar meteorologici; tale normativa di armonizzazione europea e` valida in Italia su indicazione del Minitero delle Comunicazioni con il decreto ministeriale del 10 gennaio 2005.
Per ovviare al problema in Europa e` stato introdotto nel 2004 il protocollo 802.11h, che risponde ai requisiti richiesti. Un apparato WiFi per trasmettere su suolo pubblico in Italia a 5.4GHz deve quindi utilizzate questo standard.
Standard
Alcune definizioni
Lo standard fornisce alcune definizioni, utili per comprendere la documentazione tecnica al riguardo:
- BSS (basic service set, insieme base di servizio): insieme di nodi che utilizzano la stessa funzione di accesso al canale (per esempio un gruppo di pc collegati wireless ad un access point)
- BSA (basic service area, area base di servizio): l'area occupata da un BSS, per esempio una cella di una wireless LAN
- ESS (extended service set): più BSS collegate tra di loro a livello MAC, per esempio l'insieme delle reti wireless in un edificio pubblico come una facoltà
802.11 legacy
La prima versione dello standard 802.11 venne presentata nel 1997 e viene chiamata "802.1y", specificava velocità di trasferimento comprese tra 1 e 2 Mb/s e utilizzava i raggi infrarossi o le onde radio nella frequenza di 2,4 GHz per la trasmissione del segnale. La trasmissione infrarosso venne eliminata dalle versioni successive dato lo scarso successo. La maggior parte dei costruttori infatti non aveva optato per lo standard IrDA, preferendo la trasmissione radio. Il supporto di questo standard per quanto riguarda la trasmissione via infrarossi è incluso delle evoluzioni dello standard 802.11 per ragioni di compatibilità. Poco dopo questo standard vennero realizzati da due produttori indipendenti delle evoluzioni dello standard 802.1y che una volta riunite e migliorate portarono alla definizione dello standard 802.11b.
802.11b
802.11b ha la capacità di trasmettere al massimo 11Mbit/s e utilizza il Carrier Sense Multiple Access con Collision Avoidance (CSMA/CA) come metodo di trasmissione delle informazioni. Una buona parte della banda disponibile viene utilizzata dal CSMA/CA. In pratica il massimo trasferimento ottenibile è di 5,9 Mbit/s in TCP e di 7,1 Mbit/s in UDP. Metallo, acqua e in generale ostacoli solidi riducono drasticamente la portata del segnale. Il protocollo utilizza le frequenze nell'intorno dei 2,4 GHz.
Utilizzando antenne direzionali esterne dotate di alto guadagno si è in grado di stabilire delle connessioni punto a punto del raggio di molti chilometri. Utilizzando ricevitori con guadagno di 80 decibel si può arrivare a 8 chilometri o se le condizioni del tempo sono favorevoli anche a distanze maggiori ma sono situazioni temporanee che non consentono una copertura affidabile. Quando il segnale è troppo disturbato o debole lo standard prevede di ridurre la velocità massima a 5,5, 2 o 1 Mb/s per consentire al segnale di essere decodificato correttamente.
Sono state sviluppate delle estensioni proprietarie che utilizzando più canali accoppiati consentono di incrementare la velocità di trasmissione a scapito della compatibilità con le periferiche prodotte dagli altri produttori. Queste estensioni normalmente vengono chiamate 802.11b+ e portano la banda teorica a 22, 33 o addirittura a 44 Mb/s.
Il primo produttore commerciale a utilizzare il protocollo 802.11b è stata Apple Computer con il marchio AirPort. Il primo produttore per IBM compatibili è stato Linksys.
Canali e compatibilità internazionale
802.11b e 802.11g dividono lo spettro in 14 sottocanali da 22 MHz l'uno. I canali sono parzialmente sovrapposti tra loro in frequenza, quindi tra due canali consecutivi esiste una forte interferenza. I 2 gruppi di canali 1, 6, 11 e 2, 7 e 12 non si sovrappongono fra loro e vengono utilizzati negli ambienti con altre reti wireless. Gli unici canali utilizzabili in tutto il mondo sono il 10 e 11 dato che la Spagna non ha concesso i canali dall'1 al 9 e molte nazioni si limitano ai primi 11 sottocanali.
La lista completa delle frequenze dal IEEE STD 802.11b-1999/Cor 1-2001 è:
| Canale | MHz | USA X10 | Canada X20 | Europa ETSI X30 | Spagna X31 | Francia X32 | Giappone X40 | Giappone X41 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2412 | x | x | x | x | x | ||
| 2 | 2417 | x | x | x | x | x | ||
| 3 | 2422 | x | x | x | x | x | ||
| 4 | 2427 | x | x | x | x | x | ||
| 5 | 2432 | x | x | x | x | x | ||
| 6 | 2437 | x | x | x | x | x | ||
| 7 | 2442 | x | x | x | x | x | ||
| 8 | 2447 | x | x | x | x | x | ||
| 9 | 2452 | x | x | x | x | x | ||
| 10 | 2457 | x | x | x | x | x | x | x |
| 11 | 2462 | x | x | x | x | x | x | x |
| 12 | 2467 | x | x | x | ||||
| 13 | 2472 | x | x | x | ||||
| 14 | 2484 | x |
802.11a
Nel 2001 venne ratificato il protocollo 802.11a approvato nel 1999. Questo standard utilizza lo spazio di frequenze nell'intorno dei 5 GHz e opera con una velocità massima di 54 Mb/s sebbene nella realtà la velocità reale disponibile all'utente sia di circa 20 Mb/s. La velocità massima può essere ridotta a 48, 36, 24, 18, 9 o 6 se le interferenze elettromagnetiche lo impongono. Lo standard definisce 12 canali non sovrapposti, 8 dedicati alle comunicazioni interne e 4 per le comunicazioni punto a punto. Quasi ogni stato ha emanato una direttiva diversa per regolare le frequenze ma dopo la conferenza mondiale per la radiocomunicazione del 2003 l'autorità federale americana ha deciso di rendere libere secondo i criteri già visti le frequenze utilizzate dallo standard 802.11a.
Questo standard non ha riscosso i favori del pubblico dato che l'802.11b si era già molto diffuso e in molti paesi l'uso delle frequenze a 5 GHz è tuttora riservato. In Europa lo standard 802.11a non è stato autorizzato all'utilizzo dato che quelle frequenze erano riservate all'HIPERLAN; solo a metà del 2002 tali frequenze vennero liberalizzate e quindi si poté utilizzare l'802.11a. Esistono schede dual standard o tri standard in grado di accettare oltre allo standard a anche il b e per le schede tri standard anche il g. Ovviamente esistono anche degli Access point multi standard.
802.11f
Anche chiamato Inter Access Point Protocol (IAPP), è un protocollo di livello applicazione per la gestione di ESS (Extented Service Set), ovvero più reti wireless collegate tra di loro, gestendo l'handover di terminali da una rete wireless all'altra.
802.11g
Questo standard venne ratificato nel giugno del 2003. Utilizza le stesse frequenze dello standard 802.11b cioè la banda di 2,4 GHz e fornisce una banda teorica di 54 Mb/s che nella realtà si traduce in una banda netta di 24,7 Mb/s, simile a quella dello standard 802.11a. È totalmente compatibile con lo standard b ma quando si trova a operare con periferiche b deve ovviamente ridurre la sua velocità a quella dello standard b.
Prima della ratifica ufficiale dello standard 802.11g avvenuta nell'estate del 2003 vi erano dei produttori indipendenti che fornivano delle apparecchiature basate su specifiche non definitive dello standard. I principali produttori comunque preferirono aderire alle specifiche ufficiali e quando queste vennero pubblicate molti dei loro prodotti furono adeguati al nuovo standard.
Alcuni produttori introdussero delle ulteriori varianti chiamate g+ o Super G nei loro prodotti. Queste varianti utilizzavano l'accoppiata di due canali per raddoppiare la banda disponibile anche se questo induceva interferenze con le altre reti e non era supportato da tutte le schede.
Il primo grande produttore a rilasciare schede con le specifiche ufficiali 802.11g fu nuovamente Apple che presentò i suoi prodotti "AirPort Extreme". Cisco decise di entrare nel settore acquistando Linksys, e fornì i suoi prodotti con il nome di "Aironet".
802.11n
Nel gennaio 2004 IEEE ha annunciato di aver avviato lo studio di un nuovo standard per realizzare reti wireless di dimensioni metropolitane. La velocità reale di questo standard dovrebbe essere di 100 Mb/s (quella fisica dovrebbe essere prossima a 250 Mb/s), quindi dovrebbe essere 5 volte più rapido del 802.11g e 40 volte più rapido dell'802.11b.
La standardizzazione è ancora in corso, il 19 gennaio 2007 il gruppo di lavoro 802.11 di IEEE ha approvato la Draft 2.0; sulla quale si sono basate le aziende produttrici per rilasciare i loro prodotti della fascia "n". Il primo grande produttore a rilasciare prodotti con le specifiche ufficiali 802.11n draft 2.0 fu ancora una volta Apple che presentò i suoi Macbook nella seconda meta' del 2006, tutti forniti di serie con dispositivi compliant alla specifica 802.11n, ancora prima della ratifica ufficiale.
Le ultime notizie (marzo 2009), sono che il gruppo di lavoro TGn [1] è arrivato al draft 8.0; lo standard dovrebbe essere finalizzato a novembre 2009 e la pubblicazione definitiva è prevista per l’inizio del 2010.
802.11n include anche la possibilità di utilizzare la tecnologia MIMO (multiple-input multiple-output). Questo consentirà di utilizzare più antenne per trasmettere e più antenne per ricevere incrementando la banda disponibile utilizzando una multiplazione di tipo spaziale attraverso una codifica simile a quella di Alamouti.
Tabella riassuntiva
| Standard | Multiplazione | Frequenza | Velocità di trasferimento (Mbit/s) |
|---|---|---|---|
| 802.11 legacy | FHSS, DSSS, Infrarossi | 2,4 GHz, IR | 1, 2 |
| 802.11a | OFDM | 5,2, 5,8 GHz | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 |
| 802.11b | DSSS, HR-DSSS | 2.4 GHz | 1, 2, 5.5, 11 |
| "802.11b+" non-standard | DSSS, HR-DSSS (PBCC) | 2,4 GHz | 1, 2, 5,5, 11, 22, 33, 44 |
| 802.11g | OFDM | 2,4 GHz | 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 |
| 802.11n | DSSS, HR-DSSS, OFDM | 2,4 GHz | 1, 2, 5,5, 11; 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54, 125 |
Frame MAC 802.11
I campi di un generico frame MAC 802.11 sono:
- Frame control (2 byte)
- Protocol version (2 bit)
- Type (2 bit)
- Subtype (4 bit)
- To DS (1 bit)
- From DS (1 bit)
- More fragment (1 bit)
- Retry (1 bit)
- Power management (1 bit)
- More data (1 bit)
- WEP (1 bit)
- Order (1 bit)
- Duration/ID (2 byte)
- Address 1/Address 2/Address 3/Address 4 (6 byte)
- Sequence control field (2 byte)
- Frame body (da 0 a 2312 byte)
- Frame check sequence (4 byte)
Certificazione
Dato che l'IEEE rilascia solo un insieme di specifiche, ma non prevede nessun test né certificazione per riconoscere che un prodotto rispetti dette specifiche, un gruppo di fabbricanti ha creato la Wi-Fi Alliance, un'associazione nata per certificare l'interoperabilità dei prodotti e per diffondere le reti Wi-Fi. In questa associazione vi sono praticamente tutti i costruttori di componenti per schede Wi-Fi. Attualmente l'Alliance si occupa solo degli standard a, b e g, oltre che degli standard di sicurezza come il WEP, il WPA e il nuovo 802.11i, conosciuto anche come WPA2.
Standard
Questi sono gli standard approvati o in fase di studio dall'IEEE:
- IEEE 802.11 - Lo standard originale 2 Mb/s, 2,4 GHz
- IEEE 802.11a - 54 Mb/s, 5 GHz standard (1999, approvato nel 2001)
- IEEE 802.11b - Miglioramento del 802.11 col supporto di 5,5 e 11 Mb/s (1999)
- IEEE 802.11d - Adattamento a contesti regolatori in base alla nazione in cui è installato il sistema
- IEEE 802.11e - Miglioramento: Gestione della qualità del servizio.
- IEEE 802.11f - Inter-Access Point Protocol (IAPP)
- IEEE 802.11g - 54 Mb/s, 2,4 GHz standard (compatibile con il 802.11b) (2003)
- IEEE 802.11h - 5 GHz spectrum, Dynamic Channel/Frequency Selection (DCS/DFS) e Transmit Power Control (TPC) per compatibilità con l'Europa
- IEEE 802.11i (ratificato il 24 giugno 2004) - Miglioramento della sicurezza
- IEEE 802.11j - Estensione per il Giappone
- IEEE 802.11k - Misurazione delle sorgenti radio
- IEEE 802.11n - Aumento della banda disponibile
- IEEE 802.11p - WAVE - Wireless Ability in Vehicular Environments (gestione per autoveicoli, ambulanze ecc.)
- IEEE 802.11r - Roaming rapido
- IEEE 802.11s - Gestione della tipologia della rete
- IEEE 802.11T - Gestione e Test
- IEEE 802.11u - Connessione con reti non 802, come le reti cellulari.
- IEEE 802.11v - Gestione delle reti wireless
Sicurezza
Le versioni originali dei protocolli 802.11 erano basati sulla crittografia WEP.
Nel 2001 un gruppo dell'università di Berkeley presentò un lavoro dove descriveva le falle di sicurezza del protocollo 802.11. Questo gruppo si concentrò sull'algoritmo di cifratura utilizzato dal WEP (RC4), che nell'implementazione scelta per lo standard 802.11 era molto debole e facilmente forzabile.
L'IEEE mise al lavoro un gruppo di lavoro per progettare un'evoluzione dello standard di sicurezza WEP. Anche la Wi-Fi Alliance creò un gruppo di lavoro per risolvere il problema e la Wi-Fi Alliance annunciò la nascita del WPA durante il 2003. Il WPA era un'evoluzione del WEP che rimuoveva la maggior parte dei problemi di sicurezza rendendo le reti wireless discretamente sicure. Intanto il gruppo dell'IEEE era al lavoro e nel giugno del 2004 rilasciò le specifiche dell'IEEE 802.11i. Questo standard rendeva le reti wireless molto sicure e la Wi-Fi Alliance lo adottò subito sotto il nome di WPA2. Il WPA2 abbandona l'RC4 come algoritmo di codifica per passare al più sicuro Advanced Encryption Standard.
Le varie opzioni di sicurezza disponibili comportano però livelli di complessità crescente per la configurazione e l'adeguamento del firmware e di drive di sistema operativo di Access Point e schede di rete wireless.
Con il diffondersi dei collegamenti via cavo o via ADSL si è avuto un notevole incremento degli utenti che realizzano piccole reti locali per condividere il collegamento a Internet, e molte di queste reti sono wireless.
In queste situazioni sono di solito disponibili minori competenze, per cui capita spesso che le reti wireless non usino alcuna crittografia, o al massimo usino WEP. Queste reti sono insicure, e possono essere forzate con semplicità, permettendo l'intercettazione del traffico wireless e l'accesso abusivo alla rete.
L'intercettazione costituisce un rischio per la privacy degli utenti (potrebbero ad esempio essere sottratti segreti industriali o dati bancari). L'accesso abusivo alla rete è rischioso anche perché non è possibile rintracciare a posteriori gli autori di comportamenti pericolosi o illegali.
Accesso abusivo
Si è diffusa nell'underground informatico l'abitudine di segnalare la presenza di reti wireless non sicure o addirittura senza nessuna forma di protezione. Queste informazioni sono diffuse attraverso Internet. Inoltre è stato creato un linguaggio convenzionale per identificare le reti wireless accessibili mediante simboli grafici disegnati sui muri. La pratica di cercare reti wireless vulnerabili, girando per quartieri commerciali o industriali, è detta wardriving; quella di segnalarle con segni murali è detta warchalking.
Reti pubbliche
Ci sono persone o aziende che volontariamente forniscono una connessione Internet attraverso rete wireless per motivazioni idealistiche o per attirare clienti nei loro esercizi commerciali. In aree commerciali molto frequentate, come aeroporti, stazioni ferroviarie o alberghi, è talvolta possibile trovare servizi commerciali di connettività wireless (i cosiddetti hot spot), che però normalmente identificano i loro utenti.
Anche gli enti pubblici, soprattutto i comuni, possono installare delle reti wireless in aree pubbliche a disposizione della cittadinanza.
