PDF de programación - Introduccion a las redes WiFi

Introducción a las

redes WiFi

Materiales de entrenamiento para instructores de

redes inalámbricas

Esta clase de 60 minutos cubre los protocolo, canales, modos de los radios y
las diferentes topologías utilizados enWiFi.
Version 1.0 by Ermanno @2010-06-17
Version 2.3 by Rob @2010-06-18

Meta

El ojetivo de esta clase es describir:
‣ La familia de protocolos 802.11
‣ Los canales de los radios 802.11
‣ La topología de las redes inalámbricas
‣ Los modos de operación en WiFi
‣ Estrategias para el enrutamiento del
tráfico de red
‣ Preguntas frecuentes

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3

La principal tecnología inalámbrica que describiremos es WiFi. En la
actualidad es la que ofrece la mayor cantidad de beneficios al costo más bajo
entre todas las tecnologías inalámbricas. Es económica, interoperable con
equipos de diferentes fabricantes y puede ser extendida para ofrecer
funcionalidades mucho más allá de las previstas originalmente por los
fabricantes.

Esto se debe a que WiFi utiliza estándares abiertos: enrutadores, tablet PCs,
laptops y teléfonos WiFi pueden interoperar porque todos adhieren al
estándar 802.11

Bandas ISM / UNII

La mayoría de los dispositivos inalámbricos comerciales
(teléfonos móviles, televisión, radio, etc.) usan frecuencias de
radio adjudicadas mediante una licencia. Las grandes
organizaciones pagan elevados cánones por el derecho de
utilizar esas frecuencias.
WiFi utiliza porciones del espectro que no requieren licencia.

‣ Las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) permiten

el uso de las porciones 2.4-2.5 GHz, 5.8 GHz, y muchas
otras frecuencias (no utilizadas enWiFi).

‣ Las bandas UNII (Unlicensed National Information

Infrastructure ) permiten el uso sin licencia de otras
porciones del espectro de 5 GHz.

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Nota: Las bandas “UNII” está definida y regulada únicamente en EEUU, otros
países utilizan una nomenclatura distinta y otras reglas para el uso de estas
frecuencias. ISM es una recomendación de la UIT (Unión Internacional de
Telecomunicaciones) de aplicación internacional.
Tenga en cuenta que la adjudicación de frecuencias de la UIT es específica para
cada región. Además, los entes administradores del espectro en cada país
pueden imponer restricciones adicionales en las frecuencias permitidas,
potencias máximas de transmisión de los radios y ganancia de antena.
En Europa ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ha
adjudicado la banda 5470-5725 MHz para uso exento de licencia mientras que
en EEUU la FCC (Federal Commission of Communications) asignó el intervalo
5725-5875 MHz para comunicaciones a larga distancia (máxima potencia de
transmisión permitida) y el intervalo 5250-5350 MHz para distancias medias. La
banda 5150-5250 MHz es sólo para comunicaciones dentro de una edificación
(bajo potencia).
Se sugiere discutir las regulaciones locales del país en dónde se está realizando
el taller.

Protocolos de Redes Inalámbricas

La familia de protocolos 802.11 son la base de WiFi.

• 802.11a permite hasta 54 Mbps en las bandas no licenciada a 5 GHz.
• 802.11b permite hasta 11 Mbps en la banda no licenciada a 2.4 GHz.

• 802.11g permite hasta 54 Mbps en la banda no licenciada a 2.4 GHz.

• 802.11n permite hasta 600 Mbps en las bandas no licenciadas a 2.4 GHz y 5 GHz.

• 802.16 (WiMAX) no es WiFi! Es una tecnología completamente diferente que

usa tanto frecuencias licenciadas como frecuencias exentas.

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Las tecnologías específicas utilizadas por los equipos WiFi incluyen 802.11a, b,
g, y n. 802.11n fue ratificado por IEEE en septiembre 2009, es un estándar muy
reciente.

802.11g es compatible con 802.11b, y 802.11n es compatible con 802.11a
cuando opera a 5 GHz, y con b/g en la banda de 2.4 GHz. 802.11n puede
utilizar dos canales adyacentes de 20 MHz, para un total de 40MHz lo que no está
contemplado en los estándares anteriores, y de esta manera puede alcanzar
rendimientos reales superiores a 100 Mbps. El estándar permite inclusive mejorar
esta cifra usando múltiples flujos de datos y ya existen equipos que utilizan esta
modalidad.

802.11a,b, y g son ahora parte del estándar IEEE 802.11-2007 que comprende
todas las enmiendas ratificadas hasta ese año, incluyendo 802.11e que permite
QoS (calidad de Servicio).

Obsérvese que WiMAX es una tecnología completamente diferente de WiFi, está
basada en estándares diferentes y puede operar tanto en bandas licenciadas como
exentas de licencia.

Tasas de Transmisión

Note que las “tasas de transmisión” mencionadas en las
especificaciones de equipos WiFi se refieren a la tasa de
transmisión total de los símbolos, no al verdadero caudal o
rendimiento de la transmisión a nivel de TCP/IP. La diferencia
es lo que se conoce como protocol overhead (tara debida
al protocolo) y es utilizada por el protocolo WiFi para manejar
colisiones, retransmisiones y en general la gestión del enlace.
Una regla general es que el caudal máximo a nivel TCP/IP es la
mitad de la tasa de símbolos.

Por ejemplo, un enlace 802.11 a 54 Mbps tiene un rendimiento
máximo práctico de unos 25 Mbps. Un enlace 802.11b tiene un
rendimiento máximo de transmisión de 5 Mbps.

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WiFI usa el mismo canales para ambas direcciones de tráfico, así que cuando
un radio transmite no puede recibir. Esto limita el rendimiento.
Varios fabricantes anuncian tasas de transmisión “Turbo” de 108 Mbps. Esto
lo logran utilizando canales de 44 MHz en lugar de los estándares de 22 MHz.
En la mayoría de los casos esto no es práctico.

Hemos traducido “throughput” como caudal o rendimiento de la transmisión
y “data rate” como tasa de transmisión.

Capa MAC: CSMA vs. TDMA

WiFi basado en 802.11 utiliza CSMA-Carrier Sense
Multiple Access- (Acceso Múltiple por Detección de
Portadora) para evitar las colisiones de transmisión. Antes de
que un nodo pueda transmitir debe escuchar en el canal por las
posibles transmisiones de otros radios. El nodo sólo puede
transmitir cuando el canal está desocupado.

Otras tecnologías (tales como WiMAX, Nstreme, y AirMAX),
usan en cambio TDMA-Time Division Multiple Access-
(Acceso Múltiple por División de Tiempo) . TDMA divide
el acceso a un canal dado en múltiples ranuras de tiempo, y
asigna ranuras de tiempo a cada nodo de la red. Cada nodo
transmite sólo en su ranura de tiempo y de esta manera se
evitan las colisiones.

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CSMA y TDMA son métodos de acceso al medio completamente diferentes.
Tecnologías como AirMAX o Nstreme pueden usar hardware WiFi basado
en 802.11 pero el protocolo no es compatible con el estándar 802.11!
TDMA es particularmente conveniente para enlaces punto a punto, en los
cuales no se desperdicia ninguna ranura de tiempo. En aplicaciones punto a
multipunto a distancias cortas CSMA es más eficiente.
TDMA también suministra inherentemente QoS -Quality of Service- (Calidad
de Servicio) puesto que el tiempo máximo que una estación puede demorar
para tener acceso al canal está limitado y es bien conocido.
Cierto grado de calidad de servicio se puede conseguir en CSMA
estableciendo colas independientes para diferentes tipos de tráfico y
asignando intervalos menores entre tramas al tráfico prioritario como el de
voz, pero no se puede garantizar un límite al tiempo de acceso al medio.

Capa uno

Los dispositivos WiFi deben escoger ciertos parámetros antes
de poder establecer la comunicación. Estos parámetros deben
configurarse adecuadamente para poder establecer conectividad
“a nivel de la capa uno”.

Pila de protocolos TCP/IP
Pila de protocolos TCP/IP

• Canal de radio

• Modo de operación del radio

• Nombre de la red

• Tipo de seguridad

5
4
3
2
1

Aplicación

Transporte

Internet

Enlace de datos

Física

8

La capa física en una red Ethernet es un cable: ¿Está enchufado?
Para establecer el mismo nivel de conectividad en WiFi se deben acordar
ciertos parámetros. Obviamente, todos los dispositivos deben compartir el
mismo canal, si no ni siquiera podrían “escucharse” entre sí. El modo de
operación del radio debe escogerse adecuadamente para que pueda haber
comunicación. El nombre de la red (también llamado ESSID) debe ser el
mismo para todos los dispositivos que se quiere comunicar. Cualquier
mecanismo de seguridad también debe configurarse adecuadamente.

A menos que estos parámetros se hayan establecido correctamente, es como
si “el cable” estuviera desenchufado. El procedimiento de configuración se
analizará con más detalle en la clase de configuración de AP.

Canales en 802.11(WiFi)

1

2.412

2

2.417

3

2.422

4

2.427

5

2.432

6

2.437

7

2.442

8

2.447

9

2.452

10
2.457

11

2.462

12
2.467

13
2.472

14
2.484

Channel
Center Frequency
(GHz)

22 MHz

Los dispositivos WiFi deben usar el mismo canal para poder
comunicarse. Ellos envían y reciben en el mismo canal, por lo
que sólo un dispositivo puede transmitir en un instante
determinado. Este modalidad de transmisión se llama half-
duplex.

9

En comunicaciones half-duplex sólo un dispositivo puede estar transmitiendo
en un momento determinado. Esto no es así en redes Ethernet, donde puede
existir la posibilidad de transmitir y recibir simultáneamente en lo que se
conoce como full duplex para ciertas configuraciones de hardware. Como
veremos, esto se convierte en un aspecto muy importante en redes
inalámbricas de larga distancia.


Canales sin solapamiento: 1, 6, 11

1

2.412

2

2.417

3

2.422

4

2.427

5

2.432

6

2.437

7

2.442

8

2.447

9

2.452

10
2.457

11

2.462

12
2.467

13
2.472

14
2.484

Channel
Center Frequency
(GHz)

22 MHz

10

Los canales están separados cada 5 MHz, pero las señales 802.11 ocupan 22
MHz. Para evitar interferencias se deben escoger canales que no se solapen,
es decir que las respectivas señales no se superpongan en ninguna parte del
espectro.

Pr ejemplo los canales 1, 6, y 11 no se solapan.

Esto se explica con más detalles en la clase de “Uso comparativo del espectro
no-licenciado”)

Re-utilización de frecuencia en los AP