Il Wi-Fi 802.11s per le reti ibride

Attualmente mi sto occupando (insieme a @giancarloromeo) dello sviluppo di architetture di rete ibride e dello studio evolutivo di queste tramite la teoria delle reti complesse. Ho potuto vedere lo sviluppo di tali tecnologie di comunicazione partendo dall’architettura protocollare e dalla teoria inerente alla distribuzione dei nodi su una rete in continua evoluzione. In pratica nelle reti ibride (chiamate anche mesh networks) ogni nodo può agire da router e da receiver o si può promuovere un sottoinsieme di nodi alle funzionalità di routing. La comunicazione avviene per mezzo di tabelle di routing contenute in ogni nodo e aggiornate dinamicamente con tecniche reattive o proattive.

Mesh networks

Ci sono diversi esempi di algoritmi di routing ma i più utilizzati al momento risultano essere l’AODV e l’OLSR, rispettivamente proattivo e reattivo. Quello che attualmente viene considerato più supportato e sviluppato è OLSR, ma il task group all’IEEE ha scelto di adottare AODV, modificandolo, per lo sviluppo di 802.11s. Ovviamente questa specifica per il protocollo IEEE 802.11 è ancora a livello di bozza e non può essere considerata attuabile nell’immediato , ma siamo certi che di qui a pochissimi anni moltissimi dispositivi mobili lo adotteranno come standard.

802.11s è orientato alla definizione di uno standard di comunicazione senza fili per le reti ad-hoc, per intenderci le reti punto punto che possiamo creare senza bisogno di un Access Point. Esso vuole estendere lo strato MAC dell’attuale 802.11 per rendere disponibile nell’architettura protocollare l’impiego di connessioni broadcast/multicast o unicast utilizzando metriche basate su configurazioni automatiche su topologie di rete multi-hop (“radio-aware metrics over self-configuring multi-hop topologies”). Multi-hop in quanto ogni nodo può raggiungere un nodo di cui non abbia visibilità radio diretta tramite il passaggio di pacchetti attraverso dei nodi di bypass (bypass links).

Il progetto è partito nel 2003 e gli è stato assegnato un Task Group nel 2004 che è arrivato a produrre una bozza (3) presentata nel marzo di quest’anno che ha avuto un’approvazione del 79%. Ovviamente il TG sta lavorando attivamente per lo sviluppo del protocollo come potete vedere voi stessi qui: http://grouper.ieee.org/groups/802/11/Reports/tgs_update.htm. L’ultimo incontro dovrebbe essere stato segnato per novembre 2009, ma ancora non compare.

Rete MeshIn 802.11s i nodi vengono chiamati Mesh STA (stazioni ibride). Il protocollo di comunicazione per lo strato network è stato ispirato da AODV e prende il nome di Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP). Nell’instradamento dei pacchetti viene comunque creato un vettore delle distanze e uno spanning tree per raggiungere i vari nodi della rete. Per il passaggio dalla rete a quella infrastrutturale si prevede comunque l’utilizzo e il posizionamento di Access Points che consentano l’utilizzo come Gateway. Viene anche predisposto un meccanismo di proxying per il collegamento a nodi non 802.11 e per il riconoscimento di indirizzi esterni. 802.11s include anche un meccanismo di accesso alla rete di tipo deterministico e un framework per il controllo della congestione di rete e per il power saving.

Mesh Network Schema

Ovviamente in un protocollo di questo genere non vi possono essere nodi client o server a priori ma c’è una condizione iniziale paritaria che rende la rete stessa Peer-to-Peer. Ogni nodo contatta i vicini e prende coscienza della rete stessa e il protocollo network deve cercare di mantenere una topologia di rete utile all’instradamento dei pacchetti attraverso la rete stessa. Il protocollo di autenticazione dei nodi prende il nome di “Simultaneous Authentication of Equals” (SAE) basato su una dimostrazione a conoscenza zero, di cui diamo un esempio tratto da “How to Explain Zero-Knowledge Protocols to Your Children”:

In questa storia, Peggy ha scoperto la parola segreta utilizzata per aprire una porta magica in una grotta. La grotta è a forma di cerchio, con l’ingresso su un lato e la porta magica di blocco sul lato opposto. Victor dice che la pagherà per il segreto, ma non fino a quando non è sicuro che lei lo sa veramente. Peggy dice che gli confiderà il segreto, ma non fino a quando non riceverà il denaro. Elaborano uno schema in cui Peggy è in grado di dimostrare che lei conosce la parola senza dirla a Victor.

Dapprima Victor aspetta al di fuori della grotta mentre Peggy va dentro. Chiameremo gli ingressi di destra e sinistra rispettivamente A e B. Lei prenderà in modo casuale il percorso A o B. Poi Victor entra nella grotta e grida il nome del percorso che vuole che lei prenda per tornare, sia A o B, scelto a caso. Fornendo la prova che lei conosca davvero la parola magica; facilmente apre la porta, se necessario, e ritorna lungo il percorso desiderato. Si noti che Victor non sa quale percorso abbia preso.

Tuttavia, ammettiamo che lei non sapesse la parola. Allora sarebbe solo in grado di tornare dal percorso nominato da Victor, qualora egli avesse fornito il nome della stessa porta da cui era entrata. Dal momento che Victor ha scelto A o B a caso, avrebbe una probabilità del 50% di indovinare correttamente. Se si mettessero a ripetere questo gioco molte volte, per esempio 20 volte di fila, la sua possibilità di successo anticipando tutte le richieste di Victor sarebbe diventata irrisorio.

Così, se Peggy appare costantemente alle uscite nominate da Victor, si può concludere che è molto probabile che lei conosca la parola segreta.

Intanto anche gli sviluppatori Linux si stanno interessando dell’implementazione dell’802.11s con il progetto open80211s incluso già dal kernel 2.6.26 e c’è anche una lista di driver che supportano attualmente le reti ibride con tale protocollo:

Driver Supported in Notes
ath5k 2.6.29 working
ath9k wireless-testing working (known issue: bug 14187 — need to scan before device will beacon)
b43 2.6.27 working
libertas_tf 2.6.27 working
p54 2.6.29 working
rt2x00 2.6.30 working (known issue: bug 13752 — need to scan before device will beacon)
zd1211rw 2.6.26 (broken in wireless-testing?) On some systems, mesh beaconing triggers what appears to be a firmware bug.



Risorse:
[1] IEEE 802.11s
[2] Mesh Networking
[3] Dimostrazione a conoscenza zero
[4] Applied Kid Cryptography
[5] Wireless Mesh Networks
[6] B.A.T.M.A.N.
[7] OLSR
[8] WiFi Mesh – FreeBSD
[9] Self Organizing Wireless Mesh Networks
[10] Mesh Networking (or 802.11s) comes to Linux

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