Manuales Introductorios
Introducción a las
Redes Wireless LAN
Versión 1.1
Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede reproducirse o transmitirse bajo ninguna forma o por ningún medio impreso, electrónico o mecánico, ni por ningún sistema de almacenamiento y recuperación de información sin permiso por escrito del autor. Queda hecho el depósito de ley 11.723 Derechos reservados © 2009. ISBN: 978-987-05-5839-2
CCNA, CCNP, CCDA, CCDP, CCIP, CCVP, CCSP, CCIE, CCDE, Cisco, Cisco IOS, Aironet, BPX, Catalyst, Cisco Press, Cisco Unity, EtherChannel, EtherFast, EtherSwitch, Fat Step, GigaDrive, GigaStack, HomeLink, IP/TV, LightStream, Linksys, MGX, Networking Academy, Network Registrar, Packet, PIX, SMARTnet, StackWise, CallManager, CallManager Express, CCA, CNA, Cisco Systems, el logo de Cisco Systems, son marcas registradas o marcas de Cisco Systems Inc. y/o sus afiliados en los Estados Unidos y otros países. Toda otra marca mencionada en este documento es propiedad de sus respectivos dueños.
Introducción
Hace ya un año di inicio a esta serie de Manuales Introductorios con la publicación de Introducción a la conmutación Ethernet y el enrutamiento IP. Agregamos ahora un nuevo miembro de esta familia destinado a un área de las redes actuales que personalmente considero crítica: quienes deben trabajar en redes wireless o WiFi, como se las quiera denominar.
Un tema complicado de abordar, complicado porque en sí es una tecnología compleja y sofisticada que entonces requiere mucha atención y detenimiento para ser comprendida; pero de relativamente simple implementación merced al trabajo realizado por los organismos de estandarización y especialmente por los
fabricantes que cada día proveen de nuevas herramientas para facilitar su configuración y administración.
¿A quiénes está dirigido este manual?
A técnicos de redes que desean introducirse en la comprensión, diseño y configuración de redes wireless IEEE 802.11 de baja complejidad.
¿Qué tecnologías considera?
El manual introduce a las tecnologías wireless definidas por los estándares IEEE 802.11a/b/g/n y analiza estos 4 modelos, para luego orientarse a la
implementación de pequeñas redes WLAN de baja complejidad compuestas por 1 ó 2 APs.
Las tecnologías consideradas en cada manual, dependen del tema específico que se esté abordando en el mismo. En este caso, este manual se ciñe a las
implementaciones básicas de redes IEEE 802.11, dejando fuera otras tecnologías wireless como Bluetooth, infrarrojo, enlaces satelitales, etc.
Para las tareas de configuración he elegido trabajar con 2 equipos diferentes: el router de banda ancha Linksys WRT54G; el access point Cisco Aironet 1130 AG. Sin embargo, más allá de los dispositivos tomados como referencia, he procurado mantener a lo largo del texto una visión general de la tecnología que permita aplicar lo dicho a otros dispositivos disponibles en el mercado.
¿Con qué grado de detalle?
Es un manual introductorio, consecuentemente, los temas se desarrollan como una primera aproximación y las configuraciones descriptas son las básicas.
En todos los casos he utilizado configuración por interfaces gráficas, reservando el conocimiento de la línea de comando para los manuales más avanzados.
Temas complejos como es la seguridad en redes WiFi, son introducidos y tratados pero su configuración e implementación no son abordadas debido a la complejidad y el grado más avanzado de conocimientos que se requieren.
¿En qué nivel de complejidad?
Este es uno de una serie o conjunto de manuales sobre temas específicos. Por lo tanto se ciñe exclusivamente a access point que se encuadran dentro de lo establecido en los estándares IEEE 802.11.
Sucesivamente ampliaremos la serie incluyendo temas tales como seguridad, telefonía IP, subredes, etc.
¿Requiere de algún conocimiento previo?
No. Ha sido diseñado y redactado sin suponer conocimientos previos.
la dicho en este manual con el de Introducción a la Conmutación Ethernet y el Enrutamiento IP.
Bien, sin más introducción te sugiero que te sumerjas en el estudio del texto. He procurado que sea simple y directo. Los anexos agregan información útil que he considerado importante o conveniente que acompañe estos temas.
Cualquier comentario o sugerencia que quieras hacerme llegar, será de gran utilidad para las actualizaciones de este mismo manual o el enriquecimiento de los que vendrán.
Si deseás hacerme llegar tus comentarios o sugerencias, las recibiré con gusto en [email protected]
Los contenidos de este libro se amplían y mantienen actualizados a través de mi weblog: http://librosnetworking.blogspot.comEl Autor
Oscar Antonio Gerometta es CCNA / CCAI / CCSI.
Con una larga trayectoria docente en esta área, ha sido el primer Cisco Certified Academy Instructor (CCAI) de la Región y responsable de la Capacitación de la mayoría de los actuales Instructores CCNA de Argentina, Bolivia, Paraguay y Uruguay.
Ha liderado numerosos proyectos e iniciativas como desarrollador de e-learning. Ha sido miembro del Curriculum Review Board de Cisco Networking Academy y uno de los docentes más reconocidos dentro del Programa en la Región Sud América Sur.
Como Instructor Certificado Cisco tiene la responsabilidad del dictado de los cursos oficiales para tecnologías wireless más importantes: CWLF, CWLAT, CUWN, tarea en la cual ha capacitado a numerosos técnicos de varios países latinoamericanos en el uso y administración de redes WLAN Cisco Aironet.
Contenidos
Introducción _____________________________________________________________________________ 9
Fundamentos de Redes Wireless LAN ________________________________________________________ 13
Componentes de la red WLAN _____________________________________________________________ 45
Power over Ethernet (PoE) ________________________________________________________________ 59
Seguridad en redes wireless LAN ___________________________________________________________ 65
Principios de diseño de redes WLAN_________________________________________________________ 73
Configuración básica de access points _______________________________________________________ 83
Anexo 1 Asignación de Canales _____________________________________________________________ 96
Anexo 2 Conversión de unidades de potencia _________________________________________________ 98
Anexo 3 Reglas de cálculo de potencia irradiada ______________________________________________ 100
Fundamentos de Redes Wireless LAN
Las tecnologías de acceso wireless LAN reemplazan el acceso tradicional cableado a las redes de datos por una tecnología de acceso que utiliza la transmisión sobre ondas de radio frecuencias o emisiones de luz de baja frecuencia.
En la actualidad, para el desarrollo de conexiones de acceso LAN inalámbrico las tecnologías más utilizadas son:
Conexiones de acceso utilizando emisiones infrarrojas (IR).
Se trata de conexiones de acceso que utilizan bajos niveles de energía y tienen corto alcance, por lo que no pueden atravesar paredes u obstáculos semejantes.
Utilizan puertos infrarrojos denominados IrDA.
En general se utilizan para comunicaciones que requieren bajas tasas de transmisión y corto alcance con línea de vista directa entre los puertos. Es el caso de PDAs y teléfonos celulares con conexión infrarroja.
Conexiones de acceso utilizando radio frecuencia (RF).
Estos medios de transmisión permiten establecer comunicaciones a mayores distancias atravesando paredes u otros obstáculos.
En este rango hay actualmente hay dos implementaciones que utilizan radio frecuencia:
o Bluetooth.
Utiliza la banda de 2.4 GHz para comunicaciones de baja velocidad y corto alcance.
o Wireless LAN o WiFi.
Utiliza las bandas de 2.4 y 5 GHz, con mayores potencias de transmisión, con lo que se consigue establecer comunicaciones a mayores distancias y alto ancho de banda.
En el desarrollo de este manual me centraré en las tecnologías Wireless LAN (WLAN) que operan en las bandas de 2.4 y 5 GHz, también conocidas como WiFi.Circunstancialmente me referiré a Bluetooth, en tanto que es una fuente importante de interferencia en las redes WiFi.
Esta variedad de tecnologías disponibles en la actualidad permite generar diferentes categorías de redes Wireless, básicamente en función del alcance o radio de cobertura que cada una de ellas ofrece.
Así, podemos diferenciar 4 rangos diferentes de redes wireless:
WWAN (Wireless Wide Area Network).
Redes de cobertura geográfica amplia que utilizan una señal de radio frecuencia como portadora.
incluir en esta categoría, aunque con un nivel de cobertura global, las redes satelitales.
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network)
Redes de cobertura geográfica limitada a un espacio más localizado y generalmente identificado con una zona urbana o suburbana.
Son las redes de proveedores de servicios que implementan enlaces de última milla inalámbricos tanto para servicios de datos e Internet, como telefonía y video.
WLAN (Wireless Local Area Network)
Redes de alcance limitado a un radio del orden de los 100 a 300 metros y que se identifican generalmente con las redes LAN convencionales, aunque con un acceso inalámbrico a los recursos de red.
Este tipo de redes ha tenido gran evolución, dando lugar al desarrollo de redes WiFi que cubren grandes predios, como campus, o incluso pequeñas ciudades.
Este manual se centra específicamente en las redes de tipo WLAN. WPAN (Wireless Personal Area Network)Redes de cobertura individual, que permiten sostener la comunicación entre varios dispositivos operados por una misma persona.
WPAN WLAN WWAN Estándar: Bluetooth v.2.0 Velocidad: < 3Mbps Rango: 10 – 15 m. Conexiones Peer-to-Peer Estándar: 802.11 a/b/g/n Velocidad: 1 a 540 Mbps Rango: 2500 m.
Redes LAN SMB y Enterpr. Estándar: GSM, GPRS, CDMA
Velocidad: 10 a 384 Kbps. Rango: Largo
PDA, teléfonos móviles y celul.
WMAN
Estándar: WLL, LMDS, WiMAX Velocidad: < 22 Mbps. Rango: 50 Km. Redes de servicios.
En términos generales debemos tener en cuenta que los límites de cada una de estas categorías son muy difusos y difíciles de precisar con claridad.
Por otra parte, se trata de tecnologías en permanente evolución, por lo que los rangos de operación y las tasas de transferencia soportadas están en permanente evolución.
Centrándonos finalmente en las implementaciones de radio frecuencia tipo WLAN, también llamadas generalmente WiFi, se pueden identificar 3 grandes grupos de implementaciones wireless:
El acceso indoor (de interiores) para dispositivos cliente.
Estas implementaciones son las que permiten conectar un dispositivo terminal a la red corporativa de modo que opere como un dispositivo tradicional cableado.
De este modo se puede incorporar cualquier dispositivo terminal (de escritorio o portátil) a una red de datos convencional sin necesidad de cablear.
Generalmente este acceso se da a través de un access point.
Conexión wireless entre diferentes edificios (building-to-building). Las tecnologías WiFi también permiten establecer enlaces entre redes LAN separadas por distancias o infraestructura.
Con este propósito se implementan dispositivos denominados bridges wireless, los que permiten que dos o más redes físicamente separadas puedan ser integradas como una única LAN.
Acceso Indoor Building-to-Building
Redes de malla inalámbrica.
Se trata de una implementación estándar que permite ofrecer acceso dinámico, redundante y tolerante a fallos, sin necesidad de llegar con la red cableada hasta cada access point.
Conceptos Básicos
Para comprender la operación de las redes WLAN es necesario en primer lugar familiarizarse con una serie de conceptos propios de estas redes.
La celda y el SSID
Al ponerse en funcionamiento un access point (el dispositivo de infraestructura de acceso inalámbrico básico), alrededor del mismo se genera un área de cobertura dentro de la cual se puede recibir la señal de radio frecuencia que emite, y por lo tanto es posible establecer un enlace entre un dispositivo cliente que se encuentre dentro de esa área de cobertura y el access point. Esa área de cobertura también recibe el nombre de celda.
El SSID (Service Set IDentifier) es el nombre que identifica una celda wireless. Este ID es una cadena alfanumérica de hasta 32 caracteres, que se utiliza para separar lógicamente diferentes redes wireless que pueden operar
simultáneamente en una misma área geográfica.
Para que se establezca una conexión (asociación) entre un cliente y un dispositivo de acceso wireless es preciso que ambos utilicen el mismo SSID.
Para poder establecer la comunicación, el access point emite tramas de
señalización en formato de broadcast con la que inunda la celda. En esta trama de
SSID = oficina
SSID = directorio SSID = oficina
señalización el access point puede enviar su SSID de modo que el cliente pueda aprenderlo automáticamente sin necesidad de configuración previa.
De este modo un cliente puede no tener configurado ningún SSID. Al recibir tramas de señalización de diferentes access points, detecta todos los access point a su alcance y aprende el SSID de cada uno.
Esta capacidad de los access point de “inundar” la celda publicando su SSID puede ser desactivada para mejorar la seguridad de la red.
Roaming
Si bien la esencia de una red wireless es brindar conectividad a través de medios no-cableados, un beneficio directo de estas implementaciones es la posibilidad adicional de permitir la movilidad de los clientes. Movilidad implica mantener la comunicación o sesión TCP/IP mientras se da el desplazamiento geográfico del cliente.
Por ejemplo, un lector de código de barras conectado a través de un enlace inalámbrico puede mantiene su conexión con la base de datos corporativa mientras se desplaza para realizar un inventario en un almacén cubierto con múltiples access points. En este caso, el lector iniciará su sesión contra la base de datos mientras se encuentra asociado a un AP (access point), y la mantendrá mientras se desplaza por el almacén aún cuando se desasocie del AP inicial para asociarse a uno nuevo.
SSID = oficina Canal = 1 SSID = oficina Canal = 6 SSID = oficina Canal = 11 SSID = oficina Canal = 1
De hecho, una red wireless puede estar compuesta por múltiples celdas con mayor o menor grado de superposición. La movilidad supone que un cliente pueda iniciar una sesión asociándose con el AP de una celda y pueda desplazarse a través de la red estableciendo asociaciones con las celdas de diferentes APs, aunque siempre dentro de un mismo SSID.
Esta prestación recibe la denominación de “roaming”. No es una función intrínseca de las redes WiFi. Muchos AP no tienen soporte para roaming ya que carecen de la capacidad de establecer diálogo entre los APs a través de la red cableada.
Para que se pueda establecer un servicio de roaming sin interrupciones se requiere como mínimo que los access points estén configurados:
Con el mismo SSID. En la misma VLAN En la misma subred IP.
El proceso de roaming es iniciado por el cliente wireless que es el que al detectar la pérdida de potencia de la señal que recibe del AP inicial, busca otro AP con el mismo SSID al cual enviará una solicitud de reasociación.
Servicios y modos
Hay 2 topologías o modos básicos de operación de las redes WLAN:
Modo Ad Hoc
También es llamado IBSS.
Se da cuando 2 clientes wireless se conectan de modo directo entre sí sin la intermediación de un access point.
Modo Infraestructura
En el modo infraestructura los clientes se conectan entre sí exclusivamente a través de un access point.
Modo ad hoc
Modo Infraestructura BSS
Cuando operamos en modo infraestructura, a su vez, pueden darse 2 variantes:
o Basic Service Set (BSS).
Los clientes inalámbricos utilizan un único access point para conectarse entre sí y con la red cableada.
o Extended Services Set (ESS).
Se trata de 2 o más access point que no operan de modo aislado sino conectados a un sistema de distribución común. Estos sistemas generalmente utilizan un único SSID a fin de permitir transferir la asociación de clientes entre diversos access points (roaming).
Topología Típica
El área de servicio básico (BSS) wireless es el área de cobertura de radio frecuencia que provee un access-point. Esta área de cobertura suele recibir la denominación de celda.
Para cubrir un área geográfica mayor, puede extenderse el área de cobertura de la única celda o pueden generarse múltiples celdas asociadas en un ESS.
El centro de cada celda es el access-point (AP), que es el dispositivo que se conecta a la red cableada y que permite el acceso a la red cableada a todos los clientes dentro de la celda. El access point es el máster de la celda y el que controla el flujo de tráfico hacia y desde la red cableada.
Si una sola celda no brinda una cobertura suficiente para los requerimientos de la empresa se pueden agregar más celdas para extender el área cubierta. Es recomendable que si se debe cubrir un área extensa las celdas superpongan su superficie aproximadamente entre un 10 y un 15 % para poder asegurar el desplazamiento de los clientes sin pérdidas de conexión.
10 - 15 % SSID = oficina Canal = 1 SSID = oficina Canal = 6
La superposición de celdas tiene por objeto evitar la pérdida de conectividad al momento de hacer roaming. Tenga en cuenta que el que inicia el roaming es el propio cliente wireless, y que, en términos generales, el inicio del proceso se da a partir del momento en que el cliente detecta una señal con mayor potencia que aquella a la que ya está asociado.
En el caso de redes que implementan VoIP sobre WLA N se recomienda una superposición de áreas de al menos el 15 – 20%.Otro punto a considerar en el diseño de un ESS son las frecuencias en las que operan los múltiples AP. En cada uno de los estándares vigentes se prevé un conjunto de rangos de frecuencias que reciben el nombre de “canales”. Las celdas que son vecinas o colindantes deben operar en diferentes canales para obtener una mejor performance y evitar generar interferencia o ruido entre celdas colindantes.
Topología Wireless con Repetidores.
Cuando es necesario extender el área de cobertura pero no es posible acceder a la red cableada, otra opción es implementar un repetidor wireless.
Un repetidor wireless es un access point que no se encuentra conectado a la red cableada sino que accede a la red a través de otro access point dentro de cuya área de cobertura se encuentra ubicado.
A prox. 50 % SSID = oficina Canal = 1 SSID = oficina Canal = 1 Access-Point Repetidor Celda Wireless Repetidora
Este tipo de implementaciones requiere de una superposición de celdas superior al 50% del área de cobertura de cada uno de los AP. Además, hay que tener en cuenta que en este caso los tiempos de transmisión y recepción de las tramas se ven afectados, lo mismo que ocurre con el throughput de la red.
Para implementar un repetidor es necesario que uno de los AP sea configurado como máster y el otro como esclavo o repetidor; a la vez que ambos access point deben ser configurados con el mismo SSID y operar en el mismo canal.
Muchos AP disponibles en este momento no soportan funcionalidades de repetidor.Red Wireless Mallada
Una infraestructura de red mallada es un desarrollo en el que no todos los AP tienen acceso directo a la red cableada. Cada AP establece vínculos inalámbricos con todos los AP vecinos y a través de esos vínculos descubre el camino más conveniente para llegar a la red cableada.
En esta arquitectura los AP no actúan como repetidores unos de otros, sino que establecen vínculos entre sí y luego celdas en las que se asocian los clientes wireless.
Este tipo de diseños permite cubrir superficies extensas sin necesidad de depender del acceso a la red cableada. A la vez el diseño en malla es muy confiable porque cada nodo mantiene enlaces con varios nodos vecinos lo que permite cubrir posibles fallas, implementando redundancia de caminos wireless. En este contexto si un nodo sale de servicio se puede elegir una nueva ruta que permita llegar hasta el destino.
RAP RAP MAP MAP MAP MAP MAP MAP Controlador Controlador
Las redes wireless malladas difieren de otras redes inalámbricas en que solamente un subconjunto de los nodos están conectados a la red cableada. Los APs
conectados a la red cableada reciben la denominación de Rooftop Access Points (RAP). Los access points no conectados directamente a la red cableada se denominan MAP (Mesh Access Points).
Las redes malladas pueden administrar la existencia de múltiples rutas
inalámbricas para conectar 2 puntos de la red, y esa administración es dinámica, permitiendo que puedan modificarse en función de diferentes parámetros tales como la carga de tráfico, la calidad de la señal de radio frecuencia, la priorización de tráfico, etc. Para administrar esas múltiples rutas Cisco implementa AWP (Cisco Adaptative Wireless Path), protocolo a través del cual cada access point de la malla (MAP) encuentra la mejor ruta hacia el controlador a través del access point conectado a la red cableada (RAP).
El protocolo AWP no sólo considera los múltiples enlaces de que dispone un AP, sino que además evalúa interferencia, calidad de la señal de radio frecuencia, etc. Esto hace que la red wireless mallada no sólo sea auto configurable, sino también auto evaluada en cuanto a sus condiciones de operación.
Para la implementación de redes malladas se requiere de la utilización de APs para redes malladas y wireless LAN controllers que se ocupan de la administración de la malla.
Tecnologías
Las tecnologías actualmente estandarizadas u comercialmente implementadas para desarrollo redes LAN wireless se basan en el aprovechamiento de las
llamadas “bandas no licenciadas”. Se trata de un conjunto de frecuencias que en la mayoría de los países han sido dejadas libres para su utilización en diferentes desarrollos comerciales. Consecuentemente el aprovechamiento de estas frecuencias no requiere de la gestión de permisos para la explotación de frecuencias.
La asignación y uso del espectro de radiofrecuencia es de soberanía exclusiva de cada nación.Por este motivo es posible encontrar variaciones respecto de frecuencias, potencias y otras especificaciones para cada país. En todos los casos es sumamente importante verificar la reglamentación local.
Hay 3 rangos de frecuencias casi universalmente reconocidos como no-licenciados:
902 a 928 MHz 2.400 a 2,483 GHz
5,150 a 5,350 GHz y 5,725 a 5,825 GHz. En algunos países esta banda incluye las frecuencias intermedias.
Muy próximos a estos rangos de frecuencias hay otros servicios inalámbricos tales como la telefonía celular y servicios de comunicación personal de onda corta.
Al tratarse de bandas no licenciadas no requieren de ningún trámite o gestión particular para operar con estos equipos. En términos generales el fabricante o importador realiza un trámite denominado de “homologación” para acreditar que el equipo cumple con la reglamentación local.
Como contrapartida, estas frecuencias no son de uso exclusivo por lo que siempre se debe considerar la presencia de señales “parásitas” ajenas al funcionamiento de la red. Por ejemplo la banda de 2.4 GHz también es utilizada para
transmisiones de video, Bluetooth, hornos de microondas y teléfonos inalámbricos. Esto hace que la interferencia y la degradación de la señal sea siempre un riesgo potencial cuando se trata de redes wireless, especialmente en el rango de los 2.4 GHz.
Características del Medio Físico
La capa física que implementan las redes wireless IEEE 802.11 tiene
características claramente diferentes respecto de la implementada en medios cableados (tanto de cobre como de fibra óptica), con la que estamos más familiarizados.
El medio físico que no utiliza no tiene fronteras definidas ni fácilmente observables. Consiguientemente no es posible a priori determinar cuáles son los dispositivos cliente que podrán o no establecer conexiones en un área determinada. Es necesaria la verificación empírica en el lugar.
El mismo medio físico no está físicamente protegido o tiene barreras que lo protejan de la posible intrusión de señales externas.
Fre cu e nc ia Al ta Fre cu e n ci a Ba ja Ray o s X Ult ra Vi ol e ta L u z V is ible In fra Ro jo 902 – 928 MHz 2.4 – 2.4835 GHZ 802.11b y g 5.150 a 5.825 GHZ 802.11a Frecuencia Fre cu e n ci a M e d ia
En consecuencia, la comunicación utiliza para su desarrollo un medio físico que es significativamente menos confiable y estable que los medios cableados convencionales.
La misma característica indeterminada del medio físico hace posible el desarrollo de topologías de red dinámicas.
No se cuenta con la certeza de una conectividad completa.
En las redes cableadas se supone que cada cliente puede escuchar a los demás clientes en su área. Esta suposición no es válida en el caso de redes wireless en función del diferente alcance de los equipos de transmisión y recepción.
En las redes wireless los clientes pueden estar “ocultos” entre sí y ser sólo visibles a través del access point.
Dado que el medio físico es de características variables, las propiedades de propagación de la señal son también variables a través del tiempo y asimétricas.
Características de la transmisión de Radio Frecuencia
Las señales de radio frecuencia son irradiadas al medio atmosférico por un transmisor y utilizando antenas que generan ondas de radio.
Cuando una onda de radio es propagada a través del medio físico, esta onda está sometida a la física de la propagación de ondas y en consecuencia puede ser absorbida y/o reflejada parcial o totalmente por los objetos con lo que se encuentra en su trayecto. Estos dos fenómenos pueden provocar la existencia de áreas con baja potencia de señal o con señal de mala calidad. Estas áreas se convierten luego en “conos de sombra” o “puntos oscuros” para la distribución de los clientes de red inalámbricos.
Las transmisiones de radio frecuencia pueden ser afectadas básicamente por 3 fenómenos:
Reflexión.
Ocurre cuando la onda de radio rebota en la superficie del objeto. Dispersión.
Es el fenómeno que se provoca cuando la onda de radio frecuencia es reflejada sobre una superficie irregular y por lo tanto se refleja en múltiples direcciones.
Absorción.
Fenómeno que se da cuando las ondas de radio son absorbidas por los objetos.
Todo objeto absorbe y refleja parte de la potencia de la señal irradiada, pero no todos los objetos absorben y/o reflejan la señal de la misma manera y en la misma intensidad.
De allí que haya objetos: Transparentes.
Aquellos que permiten el paso de la onda de radio frecuencia sin provocar reflexión y absorbiendo un mínimo de la potencia de la señal.
Opacos.
Objetos que absorben la totalidad de la potencia de la señal, o la mayor parte de ella, no permitiendo que la misma atraviese.
Refractivos o espejos.
Aquellos objetos que reflejan un alto porcentaje de la potencia de la señal. No permite su paso, pero tampoco la absorben.
A su vez, las transmisiones de datos utilizando señales de radio frecuencia están sujetas a un conjunto de reglas:
Reflexión Absorción
Las tasas de transmisión de datos altas se realizan en rangos de frecuencia más reducidos porque el receptor requiere una señal más potente con una mejor relación señal / ruido (SNR).
Potencias de transmisión mayores resultan en rangos de cobertura mayores (tamaño de la celda). Para duplicar el tamaño de una celda o el alcance de un enlace se debe incrementar la potencia por cuatro.
Las tasas de transmisión de datos altas requieren mayor ancho de banda. Incrementar el ancho de banda es posible utilizando mayores frecuencias.
Las frecuencias más altas tienen rangos de transmisión más estrechos debido a la mayor degradación y absorción.
Antenas más eficientes pueden compensar este efecto.
Multiruta (multipath)
El fenómeno de reflexión/dispersión genera como consecuencia que una misma señal de datos, aún cuando tiene un único origen, pueda llegar múltiples veces al receptor o destino. Se trata entonces de una única señal que se multiplica en múltiples transmisiones iguales que llegan al receptor recorriendo diferentes rutas.
De este modo, cuando en un ambiente se produce reflexión y en consecuencia una emisión se refleja a través de más de una ruta se da un fenómeno particular que recibe el nombre de multipath o de rutas múltiples.
Como consecuencia directa, la misma transmisión va a llegar varias veces al receptor. Estas múltiples señales se combinan al llegar a la antena del receptor causando como consecuencia una distorsión en la señal recibida. En palabras más simples, los ecos de la señal principal se convierten en ruido que altera y
enmascara la señal principal.
La interferencia provocada por rutas múltiples puede tener como consecuencia que aún cuando se tiene una señal de mucha potencia su calidad sea muy baja, y que en consecuencia, aún cuando la señal de radio frecuencia llega al destino los datos sean ilegibles como resultado de la distorsión de la señal original.
Cielo Raso
Tx Rx
00000001 00000001
Un síntoma de este problema son las fluctuaciones considerables en la potencia y calidad de la señal cuando el cliente se desplaza sólo algunos pocos centímetros.Para dar solución a este problema algunos access points permiten la utilización de 2 antenas (diversidad de antenas). En este caso el dispositivo monitorea la señal recibida en ambas antenas y selecciona la que asegura en ese punto una mejor performance.
El patrón de dispersión de la señal varía de acuerdo a la longitud de onda de la señal. Dado que la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia, en cada frecuencia de transmisión es diferente el efecto de la presencia de múltiples rutas. Por este motivo, en ubicaciones en las que hay baja calidad de señal por el fenómeno de multiruta en un canal, es posible que se pueda obtener
mejor performance utilizando un canal diferente.
Por otra parte, los dispositivos que modulan utilizando OFDM (multiplexación por división de frecuencias ortogonal), utilizan múltiples frecuencias operando en paralelo. Este es el motivo por el que dispositivos IEEE 802.11a y 802.11g operando con OFDM son menos sensibles al fenómeno de multiruta.
Regulaciones y Estándares
La utilización de una señal de radiofrecuencia como portadora de la transmisión está sometida a múltiples regulaciones. En principio, la posibilidad de utilización en cada región de las llamadas frecuencias no licenciadas depende de la aprobación de las agencias reguladoras de cada país, si bien en todos los casos se requiere un consenso internacional previo que asegure la posibilidad de utilización global de los dispositivos.
Hay diferentes agencias reguladoras a considerar:
Organismos reguladores del uso de radiofrecuencia:
o La FCC como ente regulador para los Estados Unidos.
o El ETSI como ente regulador para Europa.
o En el caso de Argentina el organismo de regulación es la Secretaría de Comunicaciones.
Organismo de estandarización.
La IEEE es quien define el estándar 802.11 como parte de los estándares de networking englobados en los trabajos de la Comisión IEEE 802. La norma IEEE 802.11 engloba un subconjunto de estándares que regulan diferentes prestaciones de las llamadas redes
WiFi.
Consorcio comercial.
Adicionalmente la Alianza WiFi (que nuclea a los principales fabricantes de equipamiento) realiza certificación de interoperabilidad para dispositivos de diferentes fabricantes.
Al implementar dispositivos de múltiples fabricantes, es importante verificar que todos los dispositivos se conformen al mismo estándar para asegurar la interoperabilidad básica.
Por ejemplo, el cumplimiento con el estándar 802.11b actual puede crear una WLAN funcional, independientemente del fabricante del producto. El desempeño, la configuración y la capacidad de administración no son siempre los mismos, o iguales, entre fabricantes. Sin embargo, la adhesión al estándar asegura la interoperabilidad.
Un problema frecuente en entornos móviles surge cuando se implementan clientes de diferentes fabricantes que intentan acceder utilizando access points de otro fabricante. Utilizar productos que adhieran a los estándares publicados y
certificados por la Alianza WiFi ayuda a eliminar la mayor parte de los problemas de interoperabilidad, sin embargo, los inconvenientes al utilizar funcionalidades de roaming, seguridad y capacidad de administración aún pueden presentar desafíos.
El estándar 802.11 se denomina oficialmente Estándar IEEE para especificaciones MAC y PHY de WLAN. Define los protocolos necesarios para soportar una
operación de networking inalámbrico en un área reducida (local).
Las características de MAC y PHY para las redes de área local inalámbricas (WLANs) están especificadas en IEEE 802.11, 802.11b, 802.11a, 802.11g y 802.11n, entre otros estándares.
La capa MAC de este estándar está diseñada para soportar unidades de capa física adicionales a medida que se adoptan, dependiendo de la capacidad del espectro y de las nuevas técnicas de modulación.
Sitios web a tener en consideración:IEEE 802.11: http://www.ieee802.org/11/ FCC: http://www.fcc.gov/
ETSI: http://www.etsi.org/ CNC: http://www.cnc.gov.ar/ Alianza WiFi: http://www.wi-fi.org/
IEEE 802.11b
2.4 GHz. 11 canales. DSSS.
1, 2, 5.5, 11 Mbps.
Este estándar fue ratificado por la IEEE en septiembre de 1999. Comenzó como un estándar de facto aceptado por todos para la implementación de redes wireless que se adoptó luego rápidamente.
Opera en la banda de 2.4 GHz que está disponible en todo el mundo y cuya implementación es relativamente barata ya que su uso está ampliamente difundido en múltiples aplicaciones.
El estándar especifica una transmisión de radio frecuencia DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) y prevé 4 tazas de transmisión de datos: 1, 2, 5.5 y 11 Mbps.
IEEE 802.11b es el estándar WLAN más
extensamente implementado en la actualidad. En la definición de frecuencias estadounidense dispone de 11 canales, solamente 3 de ellos no se solapan (son los canales 1, 6 y 11).
La definición de frecuencias europea de ETSI establece 13 canales, manteniendo los mismos 3 canales que no se solapan entre sí. En cambio en el estándar japonés se establecen 14 canales (uno adicional al esquema europeo), de los cuales 4 no se superponen.
Canal Frecuencia Argentina USA Europa Asia Japón
1 2401 - 2423 MHz 2 2406 - 2428 MHz 3 2411 - 2433 MHz 4 2416 - 2438 MHz 5 2421 - 2443 MHz 6 2426 - 2448 MHz 7 2431 - 2453 MHz 8 2436 - 2458 MHz 9 2441 - 2463 MHz 10 2446 - 2468 MHz 11 2451 - 2473 MHz 12 2456 - 2478 MHz --- 13 2461 - 2483 MHz --- 14 2473 - 2495 MHz --- ---
Cada canal, tiene un ancho de banda de 22 MHz. La existencia de canales que no se solapan permite que dispositivos vecinos puedan operar en canales diferentes
de modo simultáneo en la misma área de cobertura sin que uno genere ruido o interferencia en la señalización del otro.
En consecuencia, en el estándar americano y en el europeo se pueden superponer hasta 3 celdas sin que compartan el medio físico.
Teniendo en cuenta el protocolo de acceso al medio establecido por el estándar, el throughput efectivo máximo de una celda 802.11b es de aproximadamente 6 Mbps.
Reutilización de canales
La existencia de canales que no se solapan entre sí, y la necesidad de cubrir superficies extensas con servicio de acceso inalámbrico da lugar a la introducción del concepto de reutilización de canales.
Para tener el mayor throughput posible y evitar la existencia de ruido o
interferencia entre celdas, al diseñar celdas colindantes para cubrir un espacio geográfico extenso (ya vimos que debe superponerse en un 10-15% de su
superficie) se utilizan canales que no se superponen. Ahora bien, si consideramos la definición de canales de la banda de 2.4 GHz, inicialmente sólo se podrían generar celdas en 3 canales diferentes que no se superponen: 1, 6 y 11.
Sin embargo, para mantener los criterios de optimización y reducción de
interferencias que mencioné antes, sólo se necesita que las celdas que utilizan el mismo canal no sean colindantes o vecinas.
2401 MHz 2473 MHz 6 1 11 6 11 6 11 6 11 6 1 1 11
Usando este criterio y ubicando de modo inteligente las celdas que operan en diferentes canales, se pueden reutilizar de modo indefinido los 3 canales sin que se genere interferencia.
El objetivo de este tipo de patrones o diseños es reducir la posibilidad de
superposición de celdas que utilizan el mismo canal: nunca debe haber 2 access point operando en la misma área geográfica utilizando el mismo canal.
La excepción a esta regla es la implementación de access-point como repetidores wireless. En este caso se trata de una extensión de la misma celda, por lo que se debe mantener el mismo canal.
Área de Cobertura del Access Point
La tasa de transmisión de datos a la que se asocia un cliente wireless depende (entre otros factores) de la ubicación del cliente wireless respecto del access point.
Las tasas de transmisión de datos más altas requieren que la señal llegue con mayor potencia al receptor. En consecuencia cuanto más se aleja un cliente del access point. menor será su tasa de transmisión.
Los clientes wireless siempre intentan comunicarse a la mayor tasa de transmisión posible.
El cliente reducirá la tasa de transmisión como respuesta a la aparición de
errores y reintentos de transmisión.
Esta limitación física que relaciona la tasa de transmisión de datos con la potencia de la señal recibida, se compensa con la habilidad de los clientes wireless de
1 Mbps
2 Mbps 5.5 Mbps
IEEE 802.11a 5 GHz. 8 a 23 canales. OFDM. 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps.
cambiar dinámicamente la tasa de transmisión de datos mientras se desplazan dentro de la celda. Esta modificación de la tasa de transmisión se realiza sin que se pierde la conexión y sin necesidad de ninguna intervención de parte del usuario.
Estándar IEEE 802.11 a
Este estándar también fue aprobado en Septiembre de 1999 al mismo tiempo que IEEE 802.11b, sin embargo, merced a las limitaciones del hardware existente en ese momento no estuvo disponible en el mercado hasta casi finalizado el año 2000.
Esta tecnología proporciona una tasa de transmisión de hasta 54 Mbps operando en la banda de los 5 GHz con la posibilidad de trabajar con 8, 11 o hasta 23 canales que no se solapan en redes WLAN interiores.
Sin embargo la disponibilidad de canales y su
definición varía en los diferentes países, variando también las regulaciones respecto de potencia de transmisión y tipos de antena que se implementan en cada caso.
IEEE 802.11a utiliza modulación OFDM, lo que permite un servicio resistente al fenómeno de multiruta, que puede brindar tasas de transferencia de 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mbps.
Sin embargo, al operar en una frecuencia completamente diferente, este estándar no tiene compatibilidad con los sistemas de 2.4 GHZ ya que requiere hardware de radio y antenas totalmente diferentes.
Una consideración aparte merece la disponibilidad de canales en la banda de 5GHz.
Originalmente se liberaron para utilización en redes wireless en interiores las bandas conocidas en Estados Unidos como UNII 1 y UNII 2, lo que brindaba un total de 8 canales disponibles. En 5 GHz los canales tienen un ancho de banda de 20 MHz cada uno, y por su definición no se solapan entre sí, evitando los
inconvenientes que se generan con los canales vecinos en 2.4 GHz.
En este planteo inicial, la banda conocida como UNII 3 se reservó para
implementaciones de bridges wireless en exteriores. Sin embargo, esto ha sido modificado en los últimos años y estos 4 canales de la banda UNII 3 también pueden ser utilizados en interiores.
8 canales 5 .1 5 GH z 11 canales 5 .4 7 0 GH z 5 .3 5 GH z 5 .7 2 5 GH z 5 .8 2 5 GH z 4 can.
El rango de frecuencias que se encuentra entre los 5.470 y los 5.725 GHz no podía ser utilizando en redes WiFi ya que en esa misma banda operan los radares de aeronavegación. Sin embargo, a partir de la aprobación del estándar IEEE 802.11h, se pueden utilizar 11 canales adicionales ubicados en esa banda conocida como UNII 2 extendida. La utilización de estos canales exige la
implementación adicional de los protocolos TPC (Transmit Power Control) y DFS (Dynamic Frecuency Selection) establecidos en IEEE 802.11h.
Canal Frecuencia USA Japón Singapur Taiwán
34 5170 --- --- --- 36 5180 --- --- 38 5190 --- --- --- 40 5200 --- --- 42 5210 --- --- --- 44 5220 --- --- 46 5230 --- --- --- 48 5240 --- --- 52 5260 --- --- 56 5280 --- --- 60 5300 --- --- 64 5320 --- --- Potencia Max. (mW) 40 40 20 40
La disponibilidad de canales, así como la frecuencia en la que opera cada uno de ellos varía de acuerdo a las normas regulatorias de cada país. Lo mismo ocurre con la potencia de transmisión máxima permitida en cada caso.
Al disponer de un número significativamente mayor de canales no superpuestos, el plan de canales para la implementación en redes WLAN extensas se ve facilitado respecto de IEEE 802.11b, aún manteniendo el criterio de que celdas las
adyacentes no utilicen canales adyacentes para evitar la posible interferencia que surge de la misma operación de los transmisores.
El concepto de plan de canales no es aplicable cuando se utilizan las frecuencias de la banda UNII 2 extendida (IEEE 802.11h), ya que en este caso al operar con DFS, la selección de frecuencias se realiza de modo dinámico, sin intervención del Administrador.
IEEE 802.11g 2.4 GHz. 3 canales. DSSS / OFDM. 1, 2, 5.5, 6, 9, 11, 12, 18, 24, 36, 48, 54 Mbps.
Estándar IEEE 802.11 g
El estándar IEEE 802.11g fue ratificado en el mes de junio de 2003. Este estándar permite obtener mejores tasas de transmisión (hasta 54 Mbps) en la banda de 2.4 GHz y manteniendo una tecnología compatible con el estándar 802.11b.
Utiliza la misma división de canales de 22 MHz de ancho de banda que 802.11b, con lo que mantiene la posibilidad de tener solamente los mismos 3 canales no solapados.
Utilizando la misma frecuencia y ancho de banda que 802.11b, obtiene mejores tasas de transmisión ya que incorpora la modulación por OFDM del mismo modo que 802.11a. De esta manera, IEEE 802.11g puede utilizar 2 tipos de modulación diferentes:
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para llegar a 54 Mbps.
DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) para mantener la compatibilidad con su predecesor 802.11b.
De esta forma, IEEE 802.11 g ofrece una amplia variedad de tasas de transferencia de acuerdo a los diferentes tipos de modulación que aplica:
Modulación Tasa de Datos con IEEE 802.11b Compatibilidad DSSS 1 Mbps SI DSSS 2 Mbps SI DSSS 5.5 Mbps SI OFDM 6 Mbps NO OFDM 9 Mbps NO DSSS 11 Mbps SI OFDM 12 Mbps NO OFDM 18 Mbps NO OFDM 24 Mbps NO OFDM 36 Mbps NO OFDM 48 Mbps NO OFDM 54 Mbps NO
La clave de la difusión actual de este estándar es su compatibilidad hacia atrás con los dispositivos 802.11 b, lo que ha permitido un upgrade gradual de las redes WiFi sin requerir el reemplazo completo del equipamiento, como ocurriría en caso de implementar IEEE 802.11a.
Ahora bien, esta compatibilidad con 802.11 b tiene su precio. Los clientes IEEE 802.11b no pueden interpretar tramas codificadas utilizando OFDM por lo que perciben las transmisiones de los clientes 802.11g solamente como interferencia de radio frecuencia. Para evitar esta situación, los AP IEEE 802.11g implementan un mecanismo de protección que permite la convivencia de clientes 802.11 b y 802.11g en la misma celda asociados a un access point 802.11g.
Este mecanismo es conocido como RTS/CTS (Request To Send / Clear to Send). Por su modo de operación, produce una disminución considerable de la
performance en la celda 802.11g.
La activación de este mecanismo de protección está regida por dos normas básicas:
Si un access point 802.11g tiene un cliente 802.11b asociado activa los mecanismos de protección RTS/CTS.
El mecanismo de protección se desactiva automáticamente cuando transcurren 30 segundos sin que se asocie un cliente 802.11b.
La especificación 802.11g es una ampliación de 802.11b y ha sido diseñada para mantener la compatibilidad.
En este tipo de arquitectura, el cliente 802.11b recibe datos modulados con DSSS a una tasa de 11 Mbps al mismo tiempo que el cliente 802.11g opera modulando con OFDM a una tasa de 54 Mbps. Cada cliente opera en la mayor tasa de transmisión que encuentra posible.
Sin embargo, la activación de los mecanismos de protección (RTS/CTS) hace que el throughput efectivo de los clientes 802.11g sea inferior cuando en la misma celda opera un cliente 802.11b. De allí la pérdida de performance que suele referirse.
En términos generales en todos los AP de tipo corporativo la compatibilidad con IEEE 802.11b es una opción que puede ser desactivada para evitar estas pérdidas de velocidad en la red.
IEEE 802.11n Draft 2
También denominado WiFi de alta velocidad, es el estándar diseñado
específicamente para alcanzar tasas de transmisión hasta 10 veces superiores a sus predecesores, con radios de cobertura potencialmente hasta 3 veces más amplios.
Si bien aún no se ha aprobado el estándar definitivo (se espera que ocurra a inicios del año 2010), en marzo de 2007 se aprobó el Draft 2.0 y 3 meses después la Alianza WiFi anunció el programa de certificación oficial para estos dispositivos.
Cliente 802.11 b
Cliente 802.11 g
IEEE 802.11n 2.4 o 5 GHz. 20 o 40 MHz de ancho de banda. DSSS / OFDM . Hasta 600 Mbps.
A x B:C
antenas transmisoras
x
antenas receptoras:
máximo de cadenas de bits 802.11n puede operar en las bandas de 2.4 y 5 GHz, lo que le permite asegurar compatibilidad con cualquiera de sus predecesores, pudiendo utilizar canales de 20 o 40 MHz de ancho de banda. En el mejor de los casos el estándar prevé una tasa de transferencia del orden de los 600 Mbps, aunque se estima que el throughput será del orden de los 100 Mbps.La cantidad máxima de canales no sobrepuestos disponibles para cada rango de frecuencias es la siguiente:
2.4 GHz 5 GHz
Canales de 20 MHz 3 23
Canales de 40 MHz 1 11
Las bases de su mejora radican en varios elementos:
En la capa física se introducen canales de 40 MHz de ancho de banda con tecnología MIMO (Input
Multiple-Output).
En la capa de enlace de datos implementa frame aggregation.
La implementación de MIMO requiere del uso de múltiples antenas, lo que asegura diversidad de antenas y multiplexación espacial SDM (Spatial Division Multiplexing).
SDM permite multiplexar múltiples cadenas de bits
independientemente y transferirlas simultáneamente en un único canal. Cada cadena de bits requiere de una antena independiente tanto en el transmisor como en el receptor. Esto asociado a los requerimientos de sistemas de digitalización independientes para cada cadena de bits, hace que los costos de implementación de los sistemas MIMO sean superiores a los de sus predecesores.
La cantidad de cadenas de bits que se pueden transmitir simultáneamente está limitada por el número mínimo de antenas en uso en ambos extremos del enlace.
La capacidad de transmisión sobre un enlace se expresa entonces con la notación:
Las configuraciones más habituales son: 2 x 2:2; 2 x 3:2 y 3 x 3:2. Estas tres configuraciones ofrecen la misma tasa de transferencia máxima (300 Mbps) ya que
la cantidad de cadenas simultáneas de bits es la misma. La configuración de mayor tasa de transferencia prevista en el estándar es 4 x 4:4.
Por su parte la implementación de canales ensanchados de 40Mhz de ancho de banda requiere el uso de 2 canales adyacentes de 20 MHz cada uno de ellos. La combinación de MIMO con canales ensanchados es lo que permite crear servicios de mayor tasa de transferencia.
A nivel de la capa de enlace de datos se pueden implementar 2 tipos de agregación:
A-MSDU (Aggregation of MAC Service Data Unit). A-MPDU (Aggregation of MAC Protocol Data Units).
La variedad de posibilidades que ofrece la implementación del protocolo (ancho de banda de los canales, cantidad de cadenas de bits, formas de modulación y codificación, intervalo entre símbolos, etc.) hace que la variedad de tasas de transferencia posibles en 802.11n sea mucho mayor que en 802.11a, b y g.
Es por esto que en la siguiente tabla recojo sólo algunos valores de tasa de transferencia para que sirvan a modo de ejemplo. En la tabla de tasas de transferencia considero las tasas de transferencia máximas y mínimas posibles (varían de acuerdo a la codificación y modulación empleadas) para
implementaciones que utilizan SGI (Short Guard Interval), en soluciones de 1 y hasta 4 cadenas de bits simultáneas. Recuerde que las implementaciones actualmente disponibles permiten disponer de hasta 2 cadenas de bits simultáneas.
Cantidad de
Cadenas de Bits Canales de 20 MHz. Canales de 40 MHz.
1 7.20 a72.20 Mbps. 15.00 a 150.00 Mbps. 2 14.40 a 144.40 Mbps. 30.00 a 300.00 Mbps. 3 21.70 a 216.70 Mbps. 45.00 a 450.00 Mbps. 4 28.90 a 288.90 Mbps. 60.00 a 600.00 Mbps.
IEEE 802.11n implementa múltiples mecanismos de protección a nivel de capa física y de enlace de datos para asegurar compatibilidad con IEEE 802.11a, b y g.
Cuando se trabaja con canales de 20 MHz implementa L-SIG TXOP Protection permitiendo interoperabilidad con IEEE 802.11 g y a. En caso de clientes 802.11b se implementa RTS/CTS.
Cuando se trabaja con canales de 40 MHz en presencia de clientes 802.11 a/g, se utiliza RTS/CTS en los 2 canales asociados para asegurar
compatibilidad.
Para lograr las mejores prestaciones se recomienda la implementación de 802.11n en 5 GHz debido a la cantidad de canales disponibles y la menor presencia de potenciales interferencias de radiofrecuencia.
Una opción para mantener compatibilidad con el equipamiento mayoritariamente existente y lograr la mejor performance es implementar equipos de radio dual dejando la radio de 2.4 GHz para el tráfico de 802.11b/g e implementando 802.11n en el radio de 5 GHz.
Comparación de los estándares
IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11a IEEE 802.11n
Ratificado 1999 2003 1999 Marzo 2007 (Draft 2)
Frecuencia 2.4 GHz. 2.4 GHz. 5 GHz. 2.4 GHz. 5 GHz. Canales posibles 3 3 12 / 23 3 / 1 23 / 11 Modulación DSSS DSSS OFDM OFDM DSSS OFDM Tasas de Transm. (Mbps) 1, 2, 5.5 y 11 1, 2, 5.5 y 11 6, 9 , 12, 18, 24, 36, 48 y 54 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Hasta 600 Mbps. Throughput máx. 6 Mbps. 22 Mbps. 28 Mbps.
IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11a
Ventajas Es el estándar más común y más ampliamente implementado. Compatibilidad con 802.11b. Mayor throughput. La implementación de OFDM mitiga el efecto multiruta. Mayor throughput. La implementación de OFDM mitiga el efecto multiruta. Hasta 23 canales no sobrepuestos. Desventajas Interferencias de otros servicios en 2.4 GHz. Sólo 3 canales no sobrepuestos. Distancia limitada por el efecto multiruta. Interferencias de otros servicios en 2.4 GHz. Sólo 3 canales no sobrepuestos. Degradación del throughput al haber clientes 802.11b. No es compatible con 802.11b.
Mayor costo del equipamiento.
Menor penetración en el mercado.
Si bien 802.11a, 802.11b y 802.11g son estándares IEEE, no son los únicos estándares en uso en las actuales implementaciones WLAN. Muchas de las prestaciones habituales tales como roaming, calidad de servicio, seguridad, obedecen a otros estándares que van más allá de la especificación para la operación en capa física y capa de enlace de datos.
Es por esto importante no olvidar que hay otras especificaciones a tener en cuenta al analizar el funcionamiento de las redes wireless LAN. La siguiente es una lista no exhaustiva de los principales estándares a considerar al momento de
implementar una red WiFi hoy:
IEEE 802.11
Es el estándar original que establece los formatos de trama (capa de enlace de datos) y define la operación en una frecuencia de 2.4 GHz con tasas de transferencia de 1 y 2 Mbps utilizando DSSS.
IEEE 802.11d
Permite desarrollar dispositivos de utilización global. Habilita al access point a informar a un dispositivo cliente la configuración de radio que el dispositivo debe utilizar para adecuarse a las regulaciones locales.
IEEE 802.1e
Desarrollo mejorado del estándar 802.11 MAC. Permite ofrecer soporte a aplicaciones con requerimientos de QoS mejorando la capacidad y eficiencia de la capa de enlace de datos.
Es importante para la implementación de voz, video y otras aplicaciones sensibles al delay sobre enlaces wireless.
Fue ratificado en octubre de 2005.
IEEE 802.11f
IAPP – Inter Access Point Protocol.
Define un protocolo que permite mantener la comunicación entre access points mientras el cliente se desplaza de una celda a otra. Es el protocolo que posibilita las funcionalidades de roaming y manipulación del tráfico. Muchos fabricantes implementan variantes propietarias de este protocolo.
IEEE 802.11h
Estándar complementario de 802.11MAC para cumplir con las
regulaciones europeas para WLAN de 5 GHz. Implementa los protocolos TPC y DFS.
TPC limita la potencia de transmisión del access point a la mínima necesaria para alcanzar al cliente registrado más alejado.
DFS por su parte, selecciona el canal en el que se opera de modo de minimizar la interferencia con otros sistemas en la misma frecuencia.
IEEE 802.11i
Brinda especificaciones mejoradas de seguridad, encriptación y autenticación para redes WLAN.
Es lo que comercialmente se conoce como WPA 2.
IEEE 802.11j
Agrega selección de canales para la banda de 5 GHz en Japón, para conformarse con las reglas operacionales japonesas.
IEEE 802.11n
Estándar para el desarrollo de redes wireless de alta velocidad.
Implementa modulación MIMO en frecuencias de 2.4 y 5 GHz, con canales de 20 o 40 MHz de ancho de banda.
IEEE 802.11s
ESS (Extended Service Set) para el desarrollo e implementación de redes wireless malladas.
Administración de energía
El consumo de energía es un punto muy importante a tener en cuenta ya que la mayoría de los clientes wireless son dispositivos móviles que dependen de una fuente de alimentación limitada como son las baterías.
Para apreciar la verdadera
importancia de este punto hay que tener en cuenta que en una laptop convencional, la operación utilizando un cliente wireless que opera de modo continuo sobre la red puede reducir a la mitad el tiempo de autonomía del dispositivo.
Para preservar la duración de estas baterías en los clientes wireless, el estándar 802.11 incluye
especificaciones para la implementación de sistemas de ahorro de energía en los clientes wireless.
Hay tres modos de administración de energía disponibles en las placas PCI o PCMCIA wireless:
Modo Constantemente Encendido (CAM).
Es el adecuado cuando la provisión de energía no es un problema, por ejemplo cuando está disponible para el dispositivo una alimentación de energía utilizando una conexión directa a la red eléctrica.
Este modo proporciona la mejor opción de conectividad y la mayor disponibilidad de la infraestructura inalámbrica.
Modo Ahorro de Energía (PSM).
Es el modo de operación adecuado cuando el suministro de energía es un límite importante a tener en cuenta, por ejemplo, para dispositivos que utilizan baterías para su alimentación eléctrica.
En este modo, la placa inalámbrica se apagará después de un periodo de inactividad y se encenderá periódicamente para recuperar datos
almacenados temporalmente en el buffer del AP.
Modo Ahorro de Energía Rápido (FastPSP) Es una combinación de los modos anteriores.
Es conveniente para implementar en clientes wireless que alternan entre alimentación directa de la red de energía y alimentación por baterías.
La opción por defecto para clientes wireless Cisco con controladores suministrados por Cisco es CAM.El principio básico de funcionamiento de estos sistemas es relativamente simple: una estación cliente entra en modo de bajo consumo apagando su emisor / receptor de radio. Durante este período de tiempo el access point almacena en un buffer de memoria las tramas que tienen como destino ese cliente mientras éste se encuentra en modo de ahorro de energía. A intervalos de tiempo el cliente se activa y atiende a la señalización que recibe del access point y que indica si hay tramas almacenadas para ese cliente wireless.
Si el access point indica que hay tramas almacenadas para ese cliente, el cliente señaliza al AP para que le envíe las tramas. Si el access point no tiene tramas almacenadas, el cliente retorna al modo de bajo consumo hasta que transcurra nuevamente el tiempo establecido y se reactive, o el usuario requiera un recurso de red.
El cliente se activa.
¿Hay tramas almacenadas?
El cliente señaliza al access-point.
El access-point envía las tramas almacenadas.
El cliente retorna al modo de ahorro de energía. ¿Transcurrió el tiempo de espera? NO NO SI SI
Incidencia en la Salud de las Personas
Existen muchos factores desconocidos respecto a los límites seguros de la exposición humana a la radiación de frecuencia de radio (RF).
La regla general aplicada por los organismos reguladores es no someter
innecesariamente seres vivos a emisiones de RF. Esto significa que una persona no debería pararse en frente de, o en estrecha proximidad a cualquier antena que esté irradiando una señal transmitida.
Las antenas que sólo se utilizan para recibir no representan ningún riesgo para la salud. El riesgo radica en las antenas transmisoras.En el caso de las antenas parabólicas o discos, es seguro estar cerca de una antena transmisora en operación si uno se encuentra en la parte posterior o lateral de la antena. Estas antenas son direccionales, y los
niveles de emisión potencialmente peligrosos sólo estarán presentes en la parte frontal de la misma.
Durante el trabajo de campo siempre se debe suponer que cualquier antena está energizada en el momento de trabajar, en especial porque la mayoría de las antenas se utilizan en sistemas dúplex (transmisión / recepción).
El riesgo no guarda relación con el tamaño de las antenas sino con la frecuencia en la que estas operan. Parabólicas de pequeño tamaño, de 30 cm o menos, a menudo irradian energía en un rango de
frecuencia de decenas de gigahertz. Como regla general cuanto más alta es la frecuencia, más peligrosa se considera la radiación.
Es preciso tener cuidado y asegurarse que el transmisor no está operando antes de quitar o reubicar cualquier conexión de antena.
También es importante no pararse frente a, o caminar alrededor de antenas de microondas que están instaladas sobre los techos. Si es necesario caminar frente a tales antenas, en general existe un riesgo muy bajo si uno se desplaza
rápidamente a través del eje de la ruta de la antena.
Para cumplir con los límites de exposición a radio frecuencias establecidos en los estándares ANSI C95.1, se recomienda que al utilizar una laptop con un adaptador cliente, la antena integrada del adaptador esté ubicada a más de 5 cm del cuerpo del operador o de otras personas cercanas. Esto es especialmente importante que se tenga en cuenta cuando se operará con el dispositivo por periodos de tiempo extensos.
Componentes de la red WLAN
En la actualidad hay diferentes soluciones de infraestructura WLAN que tienen diferentes requerimientos de implementación. Es preciso ante todo conocer estas 2 soluciones y los componentes que integran cada una de ellas.
Soluciones de Infraestructura
Hay 2 modelos básicos de infraestructura a considerar:
Soluciones WLAN Autónomas.
Es el esquema de infraestructura tradicional en el que cada dispositivo, sobre todo los access points, opera de un modo independiente y por lo tanto cada uno es configurado y administrado individualmente.
Es la solución típica para entornos hogareños o de pequeñas empresas o estudios profesionales, en los que suele ser suficiente colocar un único access point para tener una cobertura adecuada.
Soluciones WLAN Lightweight o controller based.
Estas soluciones consideran la red WLAN como unidad operativa en la que la administración de los access points que componen la red se realiza de modo centralizado y dinámico a través de un dispositivo de control centralizado que recibe el nombre de Wireless LAN Controller.
Es la solución pensada para redes enterprise que requieren prestaciones avanzadas tales como roaming, VoIP sobre wireless, localización, etc.
Soluciones WLAN Autónomas
Esta arquitectura considera los siguientes elementos funcionales:
Access Points autónomos, es decir, de configuración individual. Una infraestructura de red compuesta por routers, switches, etc.
Es conveniente, pero no excluyente, contar con switches PoE de modo que pueda brindarse alimentación eléctrica a los APs a través del cableado UTP.
Adicionalmente, la infraestructura de red puede incluir diversos dispositivos que incorporan servicios y opciones de administración adicionales:
o Wireless Domain Services (WDS).
Un dispositivo que facilita la correcta administración del espacio de radio frecuencia.
o Cisco Works Wireless LAN Solution Engine (WLSE). Un módulo de Cisco Works que permite una administración centralizada de la red wireless.
o Cisco Secure Access Control Server (ACS).
El servidor de seguridad de Cisco que nos permite implementar soluciones de seguridad centralizadas.
Soluciones WLAN Lightweight
Una infraestructura lightweight permite una administración dinámica y centralizada de la red wireless. Es centralizada en cuanto que permite mantener un monitoreo y administración unificado de toda la infraestructura de acceso wireless. Y dinámica ya que permite que la configuración de los APs que componen la red se adapten dinámicamente a los requerimientos cambiantes tanto de los usuarios como del medio atmosférico.
En este tipo de soluciones la diferencia radica principalmente en los access points que se implementan y en un dispositivo que es el corazón de la red: el wireless LAN controller.
Los elementos que forman parte de una red de estas características son: Access Points lightweight, es decir, APs que son configurados y
administrados exclusivamente a través de un wireless LAN controller.
La infraestructura de red compuesta por routers, switches, etc., semejante a las arquitecturas autónomas. Como en la propuesta anterior, en este caso es también conveniente aunque no obligatorio contar con switches PoE.
El Wireless LAN Controller que es el corazón de la red y que permite la configuración y monitoreo de los APs.
Adicionalmente, la infraestructura de red puede incluir:
o De acuerdo a las dimensiones y requerimientos de la red se puede considerar la inclusión de un Cisco Wireless Control System (WCS) como elemento opcional para la facilitar la administración y Arquitectura Autónoma INFRAESTRUCTURA WDS ACS WLSE AP
monitoreo de la red wireless.
Un WCS es un appliance que permite configurar y administrar de modo centralizado múltiples WLAN Controllers.
o Un Cisco Wireless Location Appliance otro appliance que brinda servicios de localización de clientes wireless. Su incorporación es conveniente cuando se quiere aprovechar la infraestructura inalámbrica montada para hacer seguimiento de la localización de los clientes wireless y otros emisores de RF como son tags RFID.
o Como en las infraestructuras autónomas, se sugiere la inclusión de un Cisco Secure Access Control Server (ACS) para
implementar soluciones de seguridad.
Las soluciones lightweight implementan una tecnología denominada “split MAC” que distribuye el procesamiento de las tramas 802.11 entre los access-points y el WLAN Controller. De esta forma, el access-point asume las operaciones que requieren respuestas en tiempo real (señalización, acknowledge, etc.), mientras que las demás funciones en las que el tiempo no es una prioridad y que requieren una visibilidad más amplia de la red (autenticación y asociación de los clientes) son ejecutadas en el controlador.
Algunas de las tareas que se ejecutan a nivel del controlador son: Autenticación IEEE 802.11 e IEEE 802.1x.
Asociación y reasociación de clientes IEEE 802.11. Arquitectura Lightweight INFRAESTRUCTURA WLC ACS WCS AP Lightweight Location Appliance Tráfico LWAPP AP Lightweight
Translación y bridging de tramas IEEE 802.11.
Para realizar estas tareas se implementa el protocolo LWAPP que es el que encapsula el tráfico entre los access points y el controlador. Este protocolo encripta todo el tráfico de control utilizando AES.
Solución WLAN Autónoma Solución WLAN Lightweight
Access Points Autónomos Lightweight
Configuración Individual en cada AP Dinámica a través del WLC
Operación Independiente Dependiente del WLC
Administración WLAN Solution Engine WAN Controller
Cisco WCS
Redundancia Se asegura por AP Se asegura por WLC
Infraestructura Switches PoE o non PoE
Routers
Servicios
DHCP DNS AAA
En el caso de APs Cisco, el paso de un dispositivo autónomo a uno controller based requiere solamente una actualización de software.Dispositivos Wireless
Al plantear una red wireless debemos plantear dispositivos wireless (hardware) específico.
Tarjetas de red, access points, bridges, antenas. Cada uno de estos elementos con sus funciones específicas y sus limitaciones de operación son en buena parte los que determinan las prestaciones de la red y sus posibilidades de expansión.
Si bien los avances de la Alianza WiFi son muy importantes para la difusión masiva de esta tecnología, todavía se está muy lejos del nivel de estandarización de hecho alcanzado con Ethernet, lo que hace que buena parte de las prestaciones avanzadas que se implementan depende del fabricante del dispositivo y de su interoperabilidad con otros fabricantes.
Clientes WLAN 802.11a/b/g/n
Existen actualmente en el mercado tanto placas de red PCI como PCMCIA que permiten conectar terminales de escritorio o laptops a las redes wireless.
Dado que los estándares en uso trabajan en diferentes frecuencias (2.4 GHz para 802.11 b y g, y 5 GHz para 802.11a), es frecuente encontrar clientes que operan en una u otra frecuencia.
