Marco de baliza

Una trama de baliza es un tipo de trama de gestión en las WLAN IEEE 802.11 . Contiene información sobre la red. Las tramas de baliza se transmiten periódicamente; sirven para anunciar la presencia de una LAN inalámbrica y para proporcionar una señal de temporización para sincronizar las comunicaciones con los dispositivos que utilizan la red (los miembros de un conjunto de servicios ). En un conjunto de servicios básicos de infraestructura ( BSS ), las tramas de baliza se transmiten por el punto de acceso ( AP ). En las redes ad hoc ( IBSS ), la generación de balizas se distribuye entre las estaciones . Para el espectro de 2,4 GHz, cuando hay más de 15 SSID en canales no superpuestos (o más de 45 en total), las tramas de baliza comienzan a consumir una cantidad significativa de tiempo de transmisión y degradan el rendimiento incluso cuando la mayoría de las redes están inactivas.

Una trama de baliza consta de un encabezado MAC 802.11 , un cuerpo y una secuencia de verificación de trama ( FCS ). ^[1] Algunos de los campos del cuerpo se enumeran a continuación.

• Marca de tiempo
  Después de recibir la trama de baliza, todas las estaciones cambian sus relojes locales a esta hora. Esto ayuda con la sincronización.
• Intervalo de baliza
  Este es el intervalo de tiempo entre transmisiones de balizas. El tiempo en el que un nodo (AP, estación cuando está en modo ad hoc o P2P GO) debe enviar una baliza se conoce como tiempo de transmisión de baliza de destino (TBTT). El intervalo de baliza se expresa en unidades de tiempo ( TU ) . Es un parámetro configurable en el AP y normalmente se configura como 100 TU. ^[2]
• Información de capacidad
  El campo de información de capacidad abarca hasta 16 bits y contiene información sobre las capacidades del dispositivo y la red. En este campo se indica el tipo de red, como ad hoc o red de infraestructura. Además de esta información, se anuncia la compatibilidad con sondeo, así como los detalles de cifrado .
• SSID
• Tarifas admitidas
• Conjunto de parámetros de salto de frecuencia (FH)
• Conjunto de parámetros de secuencia directa (DS)
• Conjunto de parámetros libres de contención (CF)
• Conjunto de parámetros del IBSS
• Mapa de indicaciones de tráfico (TIM)

Los puntos de acceso a la red de infraestructura envían señales de radiobaliza a un intervalo definido, que suele estar establecido en 100 TU por defecto, lo que equivale a 102,4 ms. En el caso de una red ad hoc en la que no hay puntos de acceso, una estación par es responsable de enviar la señal de radiobaliza. Una vez que una estación ad hoc recibe una trama de señal de radiobaliza de un par, espera un tiempo aleatorio. Una vez transcurrido ese tiempo de espera aleatorio, enviará una trama de señal de radiobaliza a menos que otra estación ya haya enviado una. De esta forma, la responsabilidad de enviar tramas de señal de radiobaliza se rota entre todos los pares de la red ad hoc, al tiempo que se garantiza que siempre se enviarán señales de radiobaliza.

La mayoría de los puntos de acceso permiten cambiar el intervalo de las balizas. Aumentar el intervalo de las balizas hará que las balizas se envíen con menor frecuencia. Esto reduce la carga en la red y aumenta el rendimiento para los clientes de la red; sin embargo, tiene el efecto no deseado de retrasar los procesos de asociación y roaming, ya que las estaciones que buscan puntos de acceso podrían perder una baliza mientras escanean otros canales. Alternativamente, reducir el intervalo de las balizas hace que las balizas se envíen con mayor frecuencia. Esto aumenta la carga en la red y reduce el rendimiento para los usuarios, pero da como resultado un proceso de asociación y roaming más rápido. Una desventaja adicional de reducir el intervalo de las balizas es que las estaciones en modo de ahorro de energía consumirán más energía, ya que deben activarse con mayor frecuencia para recibir balizas.

Al inspeccionar una red inactiva con herramientas de monitoreo de paquetes como tcpdump o Wireshark, se puede ver que la mayor parte del tráfico en la red consiste en tramas de balizas, con algunos paquetes que no son 802-11 mezclados, como paquetes DHCP . Si los usuarios se unieran a la red, comenzarían a aparecer respuestas a cada baliza, junto con el tráfico normal generado por los usuarios.

Las estaciones deben programar la transmisión de balizas en el intervalo de baliza nominal. Sin embargo, la transmisión puede sufrir algunos retrasos debido al acceso al canal. Al igual que otras tramas, las balizas deben seguir el algoritmo CSMA/CA . Esto significa que si el canal está ocupado (por ejemplo, otra estación está enviando una trama en ese momento) cuando se debe enviar la baliza, debe esperar. Esto significa que el intervalo de baliza real puede diferir del intervalo de baliza nominal. ^[3] Sin embargo, las estaciones pueden compensar esta diferencia inspeccionando la marca de tiempo en la trama de baliza cuando finalmente se envía.

Si bien las tramas de balizas generan cierta sobrecarga no trivial para una red, son vitales para el funcionamiento correcto de la misma. Las NIC de radio generalmente escanean todos los canales de RF en busca de balizas que anuncien la presencia de un punto de acceso cercano. Cuando una radio recibe una trama de baliza, recibe información sobre las capacidades y la configuración de esa red y también puede proporcionar una lista de redes elegibles disponibles, ordenadas por intensidad de señal. Esto permite que el dispositivo elija conectarse a la red óptima.

Incluso después de asociarse con una red, la NIC de radio seguirá buscando balizas. Esto tiene varios beneficios. En primer lugar, al seguir buscando otras redes, la estación tiene opciones para redes alternativas si la señal del punto de acceso actual se vuelve demasiado débil para continuar la comunicación. En segundo lugar, como sigue recibiendo tramas de balizas del punto de acceso asociado actualmente, el dispositivo puede usar las marcas de tiempo en esas balizas para actualizar su reloj interno. Las balizas del punto de acceso asociado actualmente también informan a las estaciones de cambios de configuración inminentes, como cambios en la velocidad de datos.

Por último, las balizas permiten que los dispositivos tengan modos de ahorro de energía. Los puntos de acceso retendrán los paquetes destinados a las estaciones que se encuentran en estado de suspensión. En el mapa de indicación de tráfico de una trama de baliza, el punto de acceso puede informar a las estaciones que tienen tramas en espera de entrega.