Într-o rețea pe cablu, mediul este al tău și nimeni nu îl vede. Într-o rețea fără fir totul se schimbă: mediul este public, oricine din parcare poate asculta, două stații pot să nu se audă între ele deși vorbesc amândouă cu același punct de acces, iar coliziunile nu pot fi detectate - nici măcar în principiu. Fiecare dintre aceste probleme a cerut o soluție proprie, iar cursul acesta le ia pe rând, de la fizica undelor până la protocolul care hotărăște cine are voie să vorbească și la criptarea care ține parcarea afară.
1Din cursul de nivel 24 min
- Pe un mediu partajat, două stații care transmit simultan produc o coliziune.
- CSMA/CD rezolva asta: ascultă, transmite, iar dacă detectezi coliziune, oprește-te și reîncearcă după un timp aleator.
- Un domeniu de coliziune este zona în care două transmisii se pot ciocni.
- Adresa MAC identifică o interfață; cadrul are sursă, destinație și CRC.
- Modulația transformă biții într-un semnal transmisibil pe mediu (cursul 1).
Astăzi vom vedea că CSMA/CD, mecanismul care a făcut Ethernet-ul posibil, nu poate fi folosit în aer. Nu pentru că cineva a decis altfel, ci pentru că fizica nu permite. Iar din această imposibilitate decurge aproape tot ce e specific la 802.11.
Rezultate ale învățării
- Să explicați compromisul dintre frecvență, acoperire și debit
- Să spuneți ce a crescut debitul de la 2 Mbps la peste 10 Gbps, pe patru pârghii
- Să distingeți FHSS, DSSS, OFDM și OFDMA
- Să planificați canalele într-o clădire cu mai multe puncte de acces
- Să folosiți corect termenii BSS, IBSS, ESS, SSID și BSSID
- Să explicați de ce CSMA/CD nu funcționează în aer și cum îl înlocuiește CSMA/CA
- Să descrieți problema stației ascunse și modul în care RTS/CTS o rezolvă
- Să alegeți mecanismul de securitate potrivit și să spuneți de ce cele „simple" nu sunt securitate
2Fizica din spatele deciziilor9 min
Rețelele wireless folosesc microunde, o felie din spectrul electromagnetic aflată aproximativ între 1 și 10 GHz. Alegerea nu e arbitrară: rezultă dintr-un compromis cu cinci termeni, pe care merită să îl aveți în minte de fiecare dată când cineva propune „o bandă mai bună".
| Proprietate | Frecvențe mici | Frecvențe mari |
|---|---|---|
| Distanța de propagare | mare | mică |
| Penetrarea pereților | bună | slabă |
| Interferențe | multe - banda e aglomerată | puține |
| Lățime de bandă disponibilă | mică | mare |
| Costul echipamentelor | mic | mare |
Lungimea de undă este invers proporțională cu frecvența. La 2,4 GHz ea este de circa 12,5 cm; la 5 GHz, de circa 6 cm.
O undă „ocolește" mai ușor obstacolele mai mici decât lungimea ei de undă și este absorbită sau reflectată de cele comparabile ori mai mari. Un perete de 15 cm este, pentru unda de 12,5 cm, un obstacol pe care îl mai poate negocia; pentru cea de 6 cm, e un zid în toată puterea cuvântului.
Același motiv explică de ce radioul FM prinde în tunel, iar Wi-Fi-ul nu: la 100 MHz lungimea de undă e de trei metri.
Comparați 2,4 și 5 GHz la aceeași distanță: pierderea crește cu circa 6,4 dB doar din schimbarea frecvenței, fără niciun perete în plus. Aceasta este, în cifre, explicația pentru care banda de 5 GHz „nu ajunge la fel de departe" - deși puterea emisă e identică. Iar calculul de mai sus este pentru spațiu liber: într-o clădire reală se mai adaugă 3–5 dB per perete de gips-carton și 10–15 dB per perete de beton.
3Benzile libere și cine le mai folosește6 min
| Tehnologie | Bandă | Aplicație |
|---|---|---|
| LoRaWAN | 868 MHz (UE) | IoT pe distanțe mari, consum foarte mic, debit minuscul |
| Zigbee | 868 MHz și 2,4 GHz | automatizări, senzori, becuri inteligente |
| Bluetooth | 2,4000 – 2,4835 GHz | periferice, distanțe scurte |
| Wi-Fi | 2,4 / 5 / 6 GHz | rețele locale fără fir |
| Cuptorul cu microunde | 2,45 GHz | nu comunică nimic, dar emite cu sute de wați |
Toate acestea funcționează în benzi ISM (Industrial, Scientific and Medical), utilizabile fără licență și fără taxă, cu respectarea unor limite de putere. În România, alocările sunt reglementate de ANCOM.
Nu există administrator al benzii. Nu se poate reclama nimănui. Singura soluție e să treceți la 5 sau 6 GHz, unde e mai puțină lume - deocamdată.
4Evoluția standardelor 802.119 min
| Generație | Standard | Bandă | Debit maxim | Modulație / acces | An |
|---|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi 0 | 802.11 | 2,4 GHz | 2 Mbps | FHSS / DSSS | 1997 |
| Wi-Fi 1 | 802.11b | 2,4 GHz | 11 Mbps | DSSS | 1999 |
| Wi-Fi 2 | 802.11a | 5 GHz | 54 Mbps | OFDM | 1999 |
| Wi-Fi 3 | 802.11g | 2,4 GHz | 54 Mbps | OFDM / DSSS | 2003 |
| Wi-Fi 4 | 802.11n | 2,4 / 5 GHz | 600 Mbps | OFDM + MIMO | 2009 |
| Wi-Fi 5 | 802.11ac | 5 GHz | 6,93 Gbps | OFDM, până la 8 fluxuri | 2014 |
| Wi-Fi 6 | 802.11ax | 2,4 / 5 GHz | 9,6 Gbps | OFDMA | 2019 |
| Wi-Fi 7 | 802.11be | 2,4 / 5 / 6 GHz | ~30 Gbps | OFDMA, 4096-QAM | 2024 |
Creșterea de la 2 Mbps la 30 Gbps în mai puțin de trei decenii nu vine dintr-o singură invenție, ci din patru pârghii acționate simultan - toate cunoscute deja din cursul 1.
- Modulații tot mai dense. De la BPSK și QPSK la 256-QAM (802.11ac) și 4096-QAM (802.11be). Fiecare pas crește numărul de biți per simbol - și cere, în schimb, un raport semnal-zgomot mai bun. De aceea debitul maxim se obține doar lângă punctul de acces.
- MIMO. Mai multe antene care transmit simultan fluxuri spațiale independente. Patru fluxuri înseamnă, în condiții bune, de patru ori debitul - folosind exact aceeași bandă.
- Canale mai late. De la 20 MHz la 40 MHz (802.11n), 160 MHz (802.11ac) și 320 MHz (802.11be). Banda dublă înseamnă debit dublu - dacă găsiți atâta spectru curat.
- Metode mai bune de acces multiplu. Trecerea de la DSSS la OFDM și apoi la OFDMA.
- jumătate din debit pe antetele și confirmările protocolului (mediul e semiduplex, fiecare cadru cere ACK);
- încă o parte din partajarea cu celelalte stații din același BSS;
- încă o parte din scăderea modulației odată cu distanța.
Un „Wi-Fi 6 de 1200 Mbps" livrează, realist, 400–600 Mbps la câțiva metri și mult mai puțin în camera alăturată.
5Spreading și acces multiplu10 min
Pare o risipă: dacă informația încape în 1 MHz, de ce să ocupăm 20?
Pentru că într-o bandă liberă zgomotul e punctual și imprevizibil: cuptorul cu microunde strică o felie, telefonul Bluetooth alta. Un semnal concentrat pe 1 MHz care nimerește peste zgomot este pierdut complet.
Un semnal împrăștiat pe 20 MHz pierde doar felia afectată, iar restul e suficient ca receptorul să reconstituie informația. În plus, energia fiind distribuită, semnalul e mai greu de detectat de cineva care nu știe ce caută - motiv pentru care tehnica vine, ca multe altele, din aplicații militare.
| Tehnică | Cum funcționează | Observație |
|---|---|---|
| FHSS Frequency Hopping | emițătorul „sare" între subbenzi după o secvență cunoscută ambelor capete | simplu, dar folosește o singură subbandă la un moment dat; Bluetooth încă îl folosește |
| DSSS Direct Sequence | fiecare bit este înlocuit cu o secvență fixă de chipuri, care ocupă tot canalul | semnalul se reface chiar dacă o parte din secvență e perturbată |
| OFDM | banda se împarte în multe subpurtătoare ortogonale, transmise simultan | foarte rezistent la reflexii multiple; baza tuturor standardelor moderne |
| OFDMA | subpurtătoarele sunt alocate utilizatorilor diferiți, simultan | Wi-Fi 6; transformă un mediu cu contenție într-unul planificat |
OFDMA încarcă în același camion pachete pentru mai mulți destinatari și le lasă pe rând, pe același drum. Nimeni nu mai așteaptă un camion întreg pentru un plic.
De aceea Wi-Fi 6 nu e mult mai rapid pentru un singur client, dar e dramatic mai bun într-o sală cu o sută de laptopuri - exact scenariul unei săli de curs.
OFDM = mai multe subpurtătoare, pentru un singur utilizator la un moment dat.
OFDMA = aceleași subpurtătoare, împărțite între mai mulți utilizatori.
Se combină: un AP Wi-Fi 6 face toate trei în același timp.
6Planificarea canalelor9 min
Banda de 2,4 GHz are aproximativ 85 MHz utilizabili (2400 – 2485 MHz), iar un canal 802.11g ocupă circa 22 MHz. Canalele sunt însă definite din 5 în 5 MHz - deci se suprapun masiv. Rezultă loc pentru exact trei rețele care nu se suprapun deloc: canalele 1, 6 și 11.
Puneți toate trei punctele de acces pe canalele 1, 6 și 11 - nicio suprapunere. Apoi mutați unul pe canalul 3 și priviți ce se întâmplă: se suprapune parțial și cu 1, și cu 6. A stricat două rețele în loc să evite una.
Iar suprapunerea parțială este mai gravă decât folosirea aceluiași canal. Două rețele pe canalul 1 se aud reciproc și își împart politicos mediul prin CSMA/CA: fiecare așteaptă când cealaltă vorbește. O rețea pe canalul 3 nu este auzită ca semnal valid, deci nimeni nu îi cedează mediul - pentru celelalte, este zgomot.
Atenție însă la canalele DFS (52–140): acolo Wi-Fi-ul este oaspete, iar radarele meteo sunt proprietarul. Dacă echipamentul detectează un radar, este obligat să părăsească imediat canalul - ceea ce înseamnă câteva secunde de întrerupere pentru toți clienții.
7Organizarea unei rețele wireless9 min
| Termen | Ce este |
|---|---|
| BSS - Basic Service Set | unitatea de bază: una sau mai multe stații plus cel mult un punct de acces |
| IBSS - Independent BSS | BSS fără punct de acces: rețea ad-hoc, stațiile vorbesc direct între ele |
| ESS - Extended Service Set | mai multe BSS-uri legate printr-un sistem de distribuție (de regulă rețeaua cablată) |
| BSSID | identificator de 48 de biți al unui BSS; într-o rețea cu AP este chiar adresa MAC a punctului de acces |
| SSID | numele rețelei, configurabil de administrator; ceea ce vede utilizatorul în listă |
Echipamentele tipice sunt: adaptoare wireless, puncte de acces, bridge-uri wireless (leagă două segmente cablate prin aer), repetoare de semnal, antene direcționale sau omnidirecționale și, în instalațiile mari, controlere WLAN care administrează central zeci de puncte de acces lightweight - acestea din urmă neavând practic configurație proprie.
8Accesul la mediu11 min
Mediul wireless este partajat, exact ca vechiul cablu coaxial. Dar CSMA/CD nu poate fi folosit, din două motive fizice imposibil de ocolit:
Motivul 1. O stație nu poate asculta în timp ce transmite. Propriul semnal, la propria antenă, este cu zeci de ordine de mărime mai puternic decât orice ar putea recepționa de la distanță. E ca și cum ai încerca să auzi o șoaptă din cealaltă cameră în timp ce strigi.
Motivul 2. Chiar dacă ar putea, coliziunea se produce la receptor, nu la emițător. Două stații aflate la 100 m una de alta pot transmite fără să se deranjeze reciproc - dar semnalele lor se pot ciocni perfect la punctul de acces aflat între ele.
Pe cablu, ambele probleme dispar: semnalul e același pe tot firul și o stație își poate compara ce transmite cu ce se aude pe mediu.
Soluția este CSMA/CA - Collision Avoidance în loc de Detection. Dacă nu putem detecta coliziunile, le prevenim.
| Funcție | Când se folosește | Decizia de acces la mediu |
|---|---|---|
| DCF - Distributed Coordination Function | întotdeauna, inclusiv în rețele ad-hoc | distribuit, prin CSMA/CA: fiecare stație ascultă, așteaptă DIFS și un backoff aleator |
| PCF - Point Coordination Function | opțional, doar cu punct de acces | centralizat: AP-ul interoghează pe rând stațiile (polling), într-o perioadă fără contenție |
9Cadrul 802.118 min
În aer, cadrul are patru roluri potențial diferite: cine îl emite acum, cine îl primește acum, de la cine provine originalul și pentru cine este destinat în final. Într-un BSS obișnuit trei sunt suficiente, pentru că AP-ul este mereu unul dintre capete. A patra apare doar când cadrul sare între două puncte de acces.
10Două probleme care nu există pe cablu10 min
Stația ascunsă
Stația expusă
Problema simetrică, și mai puțin cunoscută: o stație aude o transmisie și tace, deși transmisia ei nu ar deranja pe nimeni - pentru că destinatarii sunt în direcții opuse.
Rezultatul nu este o coliziune, ci pierdere de capacitate: mediul stă degeaba deși ar fi putut fi folosit. Soluțiile sunt folosirea de canale diferite, antene direcționale, sau coordonarea centralizată - adică exact ce face OFDMA în Wi-Fi 6.
Stația expusă: aud pe cineva pe care nu ar trebui să îl iau în seamă → tac când aș putea vorbi → capacitate irosită.
Prima produce erori, a doua produce încetineală. Prima are o soluție standard (RTS/CTS), a doua nu.
11Securitatea rețelelor wireless12 min
Pe cablu, un atacator trebuie să intre în clădire. În aer, îi ajunge să fie în parcare. Diferența aceasta explică de ce securitatea wireless a fost, de la început, o problemă mai grea - și de ce primele soluții au eșuat spectaculos.
Mecanismele care nu sunt securitate
| Măsură | Ce pretinde | De ce nu ajunge |
|---|---|---|
| Reducerea puterii de emisie | semnalul nu iese din clădire | o antenă direcțională îl captează de la sute de metri; iar recepția e mult mai sensibilă decât emisia |
| Ascunderea SSID-ului | rețeaua devine invizibilă | SSID-ul apare în clar în cadrele de asociere ale clienților legitimi - e destul să aștepți unul |
| Filtrarea după adrese MAC | doar dispozitivele cunoscute intră | adresele MAC circulă neprotejate în fiecare cadru și pot fi copiate în câteva secunde |
Rezultatul: telefonul dumneavoastră strigă numele rețelei „ascunse" în fiecare cafenea, aeroport și stație de metrou prin care treceți. Ați ascuns rețeaua de la locul ei și ați anunțat-o peste tot altundeva.
Toate trei sunt utile ca măsuri de igienă - reduc zgomotul și tentativele oportuniste - dar niciuna nu oprește un atacator care știe ce face. Securitatea reală începe la criptare.
| Mecanism | Criptare | Autentificare | Statut |
|---|---|---|---|
| Open | niciuna | niciuna | doar pentru rețele publice, cu portal |
| WEP (1999) | RC4, cheie statică | cheie partajată | spart complet; se sparge în minute |
| WPA (2003) | TKIP | PSK sau RADIUS | soluție de tranziție, depășită |
| WPA2 (2004) | AES-CCMP | PSK sau 802.1X | încă acceptabil |
| WPA3 (2018) | AES, cadre de management protejate (PMF) | SAE în loc de PSK | recomandat |
WEP folosea RC4 cu o cheie fixă, la care adăuga un vector de inițializare (IV) de doar 24 de biți, transmis în clar, pentru ca fiecare cadru să fie criptat diferit.
24 de biți înseamnă 16,7 milioane de valori. Într-o rețea încărcată, ele se epuizează în câteva ore - iar de la primul IV repetat se pot deduce informații despre cheie.
Mai rău: atacatorul nu trebuie să aștepte. Poate injecta trafic (retransmițând cereri ARP captate) ca să forțeze rețeaua să genereze IV-uri rapid. Din 2007, o rețea WEP se sparge în sub cinci minute, cu unelte publice.
Lecția generală: nu criptarea a fost slabă, ci modul în care a fost folosită.
Două îmbunătățiri ale WPA3 merită înțelese, pentru că rezolvă slăbiciuni concrete ale lui WPA2:
- SAE (Simultaneous Authentication of Equals) înlocuiește PSK-ul clasic. Cu WPA2-PSK, un atacator care captează strângerea de mână de patru pași poate încerca offline, la nesfârșit și fără să atingă rețeaua, dicționare întregi. Cu SAE, fiecare încercare de parolă cere o interacțiune cu rețeaua - deci atacul devine lent, detectabil și limitabil.
- Perfect Forward Secrecy. Cheia de sesiune se derivă din nou la fiecare conexiune, deci compromiterea parolei nu permite decriptarea traficului înregistrat anterior. Cu WPA2, cine avea parola și o captură veche putea citi tot.
Pentru orice rețea de organizație - inclusiv cea a unei facultăți - enterprise este singura variantă gestionabilă: se revocă un singur cont, nu se schimbă o parolă pentru trei mii de oameni.
Apărarea nu stă în parolă, ci în autentificarea reciprocă - clientul trebuie să verifice certificatul serverului RADIUS, exact ca un browser care verifică certificatul unui site HTTPS. Un dispozitiv configurat să nu valideze certificatul este vulnerabil oricât de puternică ar fi criptarea.
12Erori frecvente4 min
- „Am pus toate AP-urile pe canale libere, 1, 3, 5" Canalele 3 și 5 se suprapun parțial cu 1 și 6, deci interferează cu tot. Doar 1, 6 și 11 în banda de 2,4 GHz. Fără excepții.
- „Am ascuns SSID-ul, deci rețeaua e mai sigură" Nu e. Iar clienții își strigă numele rețelei peste tot în lume. SSID vizibil, WPA3 sau WPA2 cu parolă lungă. Securitatea vine din criptare.
- „Am pus canale de 40 MHz pe 2,4 GHz, ca să am debit dublu" Un canal de 40 MHz ocupă aproape jumătate din bandă și strică ambii vecini. 20 MHz pe 2,4 GHz. Canalele late au sens doar pe 5 și 6 GHz.
- „Debitul real e mult sub cel de pe cutie" Normal: jumătate din timpul mediului se duce pe protocol, ACK-uri și partajare. Așteptați-vă la 40–50% din cifra teoretică, în cel mai bun caz.
- „Am adăugat un repetor ca să acopăr toată casa" Un repetor retransmite ce aude pe același canal, deci înjumătățește debitul disponibil și ocupă mediul de două ori pentru fiecare cadru. Un al doilea AP legat prin cablu, pe alt canal. Sau mesh cu radio dedicat.
- „Filtrarea MAC ține intrușii afară" Adresele circulă în clar în fiecare cadru și se pot clona în câteva secunde. Utilă ca inventar, inutilă ca securitate.
- „Am configurat WPA2-Enterprise, dar clienții nu verifică certificatul" Un evil twin poate captura credențialele oricui. Configurați explicit validarea certificatului serverului RADIUS pe toate dispozitivele.
13Rezumat și glosar4 min
- Frecvență mai mare = debit mai mare, dar acoperire și penetrare mai mici. Nu există bandă „mai bună".
- Debitul a crescut prin modulație densă, MIMO, canale late și OFDMA.
- În banda de 2,4 GHz există exact trei canale care nu se suprapun: 1, 6, 11.
- SSID = numele rețelei; BSSID = adresa MAC a unui AP. Roaming-ul păstrează primul și schimbă al doilea.
- CSMA/CD e imposibil în aer: nu poți asculta cât transmiți, iar coliziunea se produce la receptor.
- CSMA/CA: ascultă, DIFS, backoff aleator, transmite, așteaptă ACK.
- Câmpul Durată și NAV-ul sunt ascultarea „virtuală" a mediului.
- RTS/CTS rezolvă stația ascunsă, pentru că CTS-ul AP-ului e auzit de toți.
- Puterea redusă, SSID-ul ascuns și filtrarea MAC nu sunt securitate.
- WPA3 cu SAE este recomandarea; Enterprise este singura variantă gestionabilă într-o organizație.
14Întrebări de verificare6 min
15Direcții de aprofundare2 min
Ultimul curs adună la un loc atacurile care funcționează în interiorul rețelei locale - inclusiv cele care exploatează chiar mecanismele studiate în cursurile 3 și 4, de la tabela CAM la protocolul STP - și configurațiile care le opresc.
Laboratorul 7 include construirea și securizarea unei rețele wireless în Packet Tracer, cu planificarea canalelor și WPA2-Enterprise.
- IEEE 802.11 - standardul complet, cu amendamentele a/b/g/n/ac/ax/be
- IEEE 802.11i - mecanismele de securitate care au devenit WPA2
- Wi-Fi Alliance - specificațiile WPA3 și cerințele de certificare
- ANCOM - reglementările pentru benzile ISM în România
- Matthew Gast, 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide