Reti Wireless: concetti avanzati

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Quando si desidera installare o configurare una rete wireless domestica, sorgono spesso dei dubbi oppure delle esigenze particolari che non sempre trovano una risposta nei manuali d’uso dei produttori di dispositivi di rete. Vediamo in questo articolo quali sono le principali topologie di reti wireless e come metterle in pratica.

Su Elettronica Open Source sono stati pubblicati diversi post relativi alle reti wireless e ai sistemi Wi-Fi in generale, trattando anche in dettaglio l’argomento della sicurezza e suggerendo alcune semplici misure volte ad aumentare il grado di protezione di una rete wireless domestica. Finora, non si è trattato, volutamente, l’argomento relativo alle diverse architetture (o meglio topologie) di reti wireless. I motivi sono principalmente due:

  • l’argomento potrebbe essere considerato da qualcuno troppo tedioso. Ciò è vero solo in parte. La teoria di per sè può essere talvolta molto noiosa, ma quando questa viene accompagnata da esempi pratici che ne dimostrano l’applicabilità ai casi reali che possiamo incontrare nella vita di tutti i giorni, ecco che la stessa acquista un potere straordinario. Capire come funzionano (o devono funzionare) le cose, ci rende più sicuri e aumenta il nostro bagaglio di conoscenze
  • i post pubblicati sino ad ora trattavano argomenti specifici applicabili alla generalità delle reti wireless, non a una in particolare. Non vi era pertanto l’esigenza di soffermarsi su un particolare tipo di struttura o configurazione

Per chi affronta per la prima volta i concetti relativi alle reti (il “networking” della letteratura anglosassone) o comunque vuole dare una rinfrescata a questo argomento, consiglio di leggersi anzitutto questo post.

Rete wireless con singolo router

Si tratta dell’esempio più semplice, ma anche di quello più comunemente utilizzato, di rete wireless domestica. Questo tipo di topologia comprende un router wireless singolo, al quale sono connessi uno o più dispositivi dotati di interfacciamento wireless. Ad esempio, nell’immagine seguente è mostrato il caso di tre PC collegati al medesimo router.

La configurazione di questo tipo di rete è molto semplice. L’unica scelta da affrontare, se così si può dire, riguarda l’abilitazione o meno del DHCP. Con il termine DHCP (acronimo di Dynamic Host Configuration Protocol) si intende il protocollo di rete utilizzato per configurare i parametri dei dispositivi di rete in modo tale che essi possano dialogare su una rete IP. Questi parametri sono fondamentalmente l’indirizzo IP stesso (ad esempio 192.168.1.100), il (o i) server DNS (Domain Name System, utilizzati per risolvere, o “tradurre”, ogni indirizzo di sito web nel corrispondente indirizzo IP dell’host che ospita il sito stesso), e le regole di routing (il cammino da seguire per potersi connettere con un qualunque indirizzo IP). Il DHCP adotta un’architettura client-server: con ciò si intende dire che sul sistema host (nel nostro caso il router wireless) è presente un server DHCP (“affogato” all’interno del firmware che gestisce le varie funzionalitò del router stesso), mentre sui dispositivi wireless che si collegano alla rete (PC, smartphone, tablet, console videogiochi, strumentazione, ecc.) è presente un client DHCP che può essere offerto dal firmware o dal sistema operativo installati sul dispositivo stesso. Se il DHCP è abilitato, il DHCP server gestisce uno o più client assegnando a ciascuno di essi un proprio (e univoco) indirizzo IP. Quindi, abilitando il servizio DHCP sul router, quello che succede è che ogni dispositivo client (ad esempio uno smartphone con funzionalità Wi-Fi) per collegarsi dovrà anzitutto inviare una richiesta al server DHCP (come questa richiesta viene inviata fa parte del protocollo DHCP stesso, e ora non ci interessa). Il server DHCP, basandosi su alcune regole, cercherà di assegnere al dispositivo un indirizzo IP. In genere l’operazione riesce, ma ci sono casi particolari in cui l’indirizzo IP non può essere assegnato. Quando si configura il DHCP, ad esempio, si sceglie il range di valori di indirizzi da assegnare. Ad esempio si sceglie di assegnare tutti e soli gli indirizzi compresi nel range da 192.168.1.100 a 192.168.1.120). Al primo dispositivo che si collega, verrà ad esempio assegnato il primo indirizzo disponibile, cioè 192.168.1.100; al secondo verrà assegnato l’indirizzo 192.168.1.101, al terzo 192.168.1.102, e così via. Al ventesimo dispositivo collegato andrà l’ultimo indirizzo IP libero, cioè 192.168.1.120. Se a questo punto ci fosse un ulteriore dispositivo che richiede la connessione, il DHCP non sarebbe più in grado di reperire un indirizzo valido, e il dispositivo rimarrebbe in attesa di ricevere l’indirizzo stesso. Il DHCP server deve ovviamente tenere traccia e aggiornare in tempo reale lo stato degli IP assegnati. Se un dispositivo si scollega, il suo indirizzo può essere riutilizzato (ciò non avviene in genere istantaneamente, perchè un indirizzo IP può anche essere assegnato con un “contratto a tempo”, e non riutilizzato finchè questo periodo non è trascorso). Riassumendo: se il DHCP viene abilitato sul router, gli indirizzi IP vengono assegnati automaticamente e dinamicamente (cioè a uno stesso dispositivo possono essere assegnati indirizzi IP diversi in connessioni eseguite in tempi differenti); per conoscere l’indirizzo IP assegnato al dispositivo dovremo dare l’apposito comando disponibile a livello di sistema operativo (ad esempio ipconfig in Windows). Se invece il DHCP viene disabilitato, gli indirizzi IP dovranno essere assegnati in modalità statica. Da chi? Da chi configura la rete. Detta così, la possibilità di usare degli indirizzi statici sembra quasi una seccatura, o comunque una perdita di comodità rispetto al DHCP. In realtà, gli indirizzi statici hanno un’utilità, e servono in particolare quando si vuole realizzare una rete in cui i dispositivi collegati sono sempre gli stessi e le interfacce di rete devono essere configurate sempre nello stesso modo. Quando ad esempio si vogliono collegare in rete più computer (si pensi alle applicazioni industriali o a quelle nel campo dell’automazione) si sceglie questa soluzione, in modo tale da poter indirizzare via software ogni computer in modo univoco tramite il suo IP. Se infatti questo cambiasse ad ogni accensione del sistema, si creerebbe una situazione caotica e ingestibile. A questo proposito ricordiamo che per le reti locali viene generalmente scelto un range di indirizzi del tipo 192.168.xxx.yyy. Ciò perchè l’indirizzo 192.168.0.0 identifica proprio l’indirizzo di partenza di una rete privata, ed è riconosciuto come tale da tutti i router.

Se quindi si vuole abilitare il DHCP, basterà eseguire questa operazione accedendo al firmware di controllo del router stesso, selezionando il range di indirizzi IP da assegnare (ad esempio da 192.168.0.100 a 192.168.0.200). L’immagine seguente mostra proprio una situazione simile, dove il router ha l’indirizzo 192.168.0.1 (questo viene pre-assegnato dal fabbricante, e solitamente è stampato sull’etichetta posta sotto il router stesso).

Se invece si vuole assegnare un indirizzo statico a ciascun dispositivo collegato in rete, occorrerà anzitutto disabilitare il DHCP sul router (vedi immagine seguente), e assegnare poi l’indirizzo statico su ciascun dipositivo (l’operazione dipende dal particolare sistema operativo adottato). Ad esempio al router si può assegnare l’indirizzo 10.0.0.1, al primo PC l’indirizzo 10.0.0.2, al secondo PC l’indirizzo 10.0.0.3, e al terzo l’indirizzo 10.0.0.4, e così via. Come maschera subnet si può utilizzare 255.255.255.0, e come gateway predefinito 10.0.0.1. Per verificare se il PC3 è in grado di “vedere” il PC1, basterà dare da riga comando il comando “ping 10.0.0.2″. Se si ottiene una risposta, significa che l’interfaccia di rete è correttamente configurata.

Rete wireless con due router e stesso SSID

Questo tipo di rete, anche se non molto comune, permette di risolvere molti problemi pratici di velocità di connessione e di qualità del segnale radio wireless nel caso in cui la rete preveda l’utilizzo di numerosi dispositivi collegati e/o debba coprire una zona piuttosto ampia, rimanendo sempre all’interno di una struttura domestica. In genere per un normale appartamento un router basta e avanza, ma se si ha la fortuna di abitare in una casa con più piani (ad esempio scantinato o taverna, piano terra, primo piano, e magari ancora veranda o mansarda) e si vuole garantire la copertura wireless con una stessa rete, possono sorgere questo tipo di problemi. Visto il costo esiguo e abbordabile dei router wireless, la soluzione più immediata a questo tipo di esigenza consiste nel creare una rete con due router (possibilmente dello stesso tipo), configurati per funzionare con lo stesso SSID (quindi agli effetti “esterni” la rete è la stessa, sia che ci si colleghi al primo o al secondo router). Collocando i router in punti strategici dell’abitazione o del luogo indoor, si riesce ad aumentare il grado di copertura del segnale wireless. Come vanno collegati e configurati i due router? Prima di rispondere, occorre tenere presente la seguente nota importante: prima di eseguire le operazioni descritte nel seguito, occorre sottolineare che i due router vanno configurati uno alla volta, mai contemporanemanete. Non vanno cioè lasciati entrambi accesi durante la configurazione, solo uno per volta va alimentato fintantoche non si completa la configurazione (ciò è necessario per evitare conflitti tra i router durante la configurazione degli stessi). Partiamo dal primo (router1). Questo sarà il router principale, e l’unico collegato a Internet (cioè all’ISP, acronimo di Internet Service Provider). Supponiamo che il suo IP di fabbrica sia 192.168.1.1 (qualunque altro valore va bene, basta seguire le regole che verranno esposte). Il DHCP andrà lasciato abilitato, e supponiamo che il range di indirizzi IP assegnabili sia tra 192.168.1.2 e 192.168.1.200. L’SSID lo lasceremo anch’esso abilitato (verrà trasmesso quindi “in chiaro”, tanto non serve a nulla cercare di oscurarlo) e gli assegneremo il valore a piacimento (ad esempio “CasaMia”). Il secondo router (router2), essendo dello stesso tipo del primo, uscirà dalla fabbrica con gli stessi parametri. Per utilizzare due router, noi dovremo creare un collegamento tra i medesimi (tra poco vedremo come), e perciò essi non potranno avere lo stesso indirizzo IP. Pertanto, dovremo assegnare al secondo router un indirizzo IP differente dal primo. Possiamo ad esempio scegliere il valore 192.168.1.2. Questo indirizzo però è compreso tra quelli utilizzati dal server DHCP del router1, dovremo pertanto cambiare sul primo router il range di indirizzi DHCP, scegliendo ad esempio il range tra 192.168.1.3 e 192.168.1.200. Sul router2 il DHCP andrà disabilitato (solo un router deve poter assegnare dinamicamente gli indirizzi IP in una medesima rete). Utilizzando il termine tecnico corretto, possiamo dire che il router2 utilizza la tecnica di “bridging”. Con ciò si intende dire che esso non ha alcuna responsabilità nell’assegnazione degli indirizzi IP ai vari nodi della rete, e la sua funzione è unicamente quella di trasportare il segnale radio all’interno della casa, fare quindi da “ponte” per esso. Inoltre, al secondo router conviene sempre assegnare un canale di trasmissione diverso da quello utilizzato dal primo. Ad esempio, si può utilizzare il canale 11 sul router1 e il canale 6 sul router2. E’ sempre bene spaziare i due canali, in modo tale da ridurre al minimo le interferenze tra un canale e l’altro. Per chi volesse sapere qualcosa di più sui canali utilizzati dallo standard 802.11b/g (quello utilizzato dalle reti WiFi a 2,4 GHz), riportiamo il seguente diagramma (fonte: en.wikipedia.org).

Dal diagramma si può ricavare la frequenza centrale di ogni canale (ad es. il canale 11 ha una frequenza centrale di 2,462 GHz), e l’ampiezza (pari a 22 Mhz, costante per tutti i canali). Si può inoltre osservare che i canali adiacenti sono sempre parzialmente sovrapposti, una condizione che può instaurare pericolosi fenomeni di interferenza. Viceversa, i canali 1, 6, e 11 non sono sovrapposti tra loro, ed è proprio questo il motivo per cui essi si utilizzano maggiormente. Stesso discorso vale per il gruppo di canali 2, 7, e 12.

Estendendo il caso in esame a tre router (vale per i super-fortunati che abitano in una megavilla!), dovremo proprio configurarli scegliendo uno dei due gruppi di frequenze precedentemente indicati. La configurazione si conclude collegando i due router con una connessione tramite cavo Ethernet, utilizzando le porte “LAN” presenti sul router stesso (ricordiamo che un router è anche uno switch di rete ed offre in genere 4 o più porte Ethernet per la connessione tradizionale via cavo). Tutti i rimanenti parametri di configurazione devono essere gli stessi sui due router (ad es. SSID, password, tipo di crittografia, ecc.). A questo punto si possono riaccendere i due router e la rete è pronta per l’uso. Ci si può quindi spostare all’interno dell’edificio senza mai perdere la connessione, e il tutto avviene in modo “trasparente” all’utente (l’SSID, e quindi la rete wireless, è sempre la stessa, e il “salto” tra un canale e l’altro avviene in modo automatico, senza soluzione di continuità). Tecnicamente parlando, dobbiamo osservare che il secondo router, con questo tipo di configurazione, non agisce come un vero e proprio router, ma bensì come un normale access point.

Il WDS

La soluzione precedente è di per sè relativamente semplice da attuare, e risolve moltissimi problemi. C’è però un possibile inconveniente: i due router devono essere collegati tra loro mediante un cavo. Se l’edificio permette di far passare agevolmente dei cavi tra un piano e l’altro (o tra una stanza e l’altra) questo non rappresenta un grosso problema. Purtroppo, in molti casi ciò non è possibile, e/o talora non si possono apportare variazioni di alcun tipo all’edificio. Esiste una possibilità di collegare tra loro più access point in modalità wireless? La risposta è affermativa: si può ricorrere all’utilizzo della tecnologia WDS. WDS è l’acronimo di Wireless Distribution System ed è una funzionalità supportata da un numero sempre più crescente di access point e router 802.11. Sostanzialmente, WDS consente di collegare tra loro più AP wireless, senza doverli collegare tramite una connessione Ethernet cablata. Per poter utilizzare questa tecnologia, occorre che tutti gli AP utilizzati (due o più) supportino la modalità WDS. Ciò può essere dedotto leggendo la scheda tecnica del dispositivo o esaminando attentamente la confezione prima dell’acquisto. Il WDS prevede tre tipi di access point:

  • AP principale: è quello al quale fa capo la connessione Internet (cablata)
  • AP intermedi: sono gli AP che trasferiscono informazioni tra AP principale, AP remoti, e altri AP intermedi
  • AP remoti: sono gli AP a cui possono essere collegati i dispositivi wireless che utilizzano la rete (i client wireless)

Tutti gli AP di un sistema WDS devono essere configurati per utilizzare lo stesso canale, ed eventualmente lo stesso metodo di protezione (WEP o WPA) e la stessa chiave crittografica. La tecnologia WDS, anche se in apparenza sembrerebbe essere la soluzione in grado di offrire i maggiori benefici, soffre di due pesanti svantaggi:

  1. nel caso peggiore, la massima ampiezza di banda disponibile può essere sensibilmente ridotta (dimezzata nel caso di due AP). Ciò è dovuto alla ritrasmissione dei dati tra una stazione AP e la successiva, ritrasmissione che utilizza appunto lo stesso canale
  2. in generale, il WDS non supporta i sistemi di protezione basati su chiavi dinamiche. Ciò siginifica che con il WDS possiamo usare soltanto la protezione WPE (facilmente crackabile) e la protezione WPA con chiavi pre-shared. Non è proprio il massimo, dal punto di vista della sicurezza

Occorre poi sottolineare che, sovente, dispositivi WDS realizzati da produttori differenti non sono pienamente compatibili tra loro. La mancanza di interoperabilità tra differenti prodotti WDS è dovuta al fatto che questo tipo di tecnica non è stata completamente definita negli standard IEEE o WiFi.

 

 

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3 Comments

  1. Emanuele Emanuele 13 dicembre 2012
  2. Piero Boccadoro Piero Boccadoro 13 dicembre 2012
  3. mmanente77 30 dicembre 2012

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