En una red cableada, cualquier dispositivo que deba interactuar con otro se conecta mediante un cable. Este cable puede ser de cobre o fibra óptica. Las capacidades de transmisión de datos por cable están limitadas por las propiedades físicas del cable. Los estrictos requisitos para los cables Ethernet están definidos en el estándar IEEE 802.3, que describe cómo conectar dispositivos, cómo enviar y recibir datos a través de conexiones cableadas.
Las redes cableadas tienen limitaciones para la transmisión de datos a través de los canales de comunicación, lo que no favorece una comunicación exitosa. La calidad de la transmisión de datos, su entrega exitosa al receptor, depende en gran medida del tipo y tamaño del cable, la cantidad de vueltas, la distancia entre vueltas, y la longitud máxima del cable. Todos estos requisitos deben cumplir con el estándar IEEE 802.3.
Una red cableada está limitada en longitud y cantidad de dispositivos que se pueden conectar, ya que solo dos dispositivos pueden conectarse directamente por cable.
Entre las principales desventajas de las redes cableadas se encuentran la naturaleza estática del equipo de red y las computadoras. Esto significa que los dispositivos conectados por cables no pueden moverse fácilmente por la habitación. Todos los dispositivos están vinculados a los conectores de red. En el mundo moderno, hay muchos dispositivos móviles y, por lo tanto, no es práctico vincularlos a una toma de corriente o conector específico del equipo de comunicación.
El concepto de red inalámbrica se deriva de su nombre, es decir, esta red elimina la necesidad de un cable. Lo primordial es la comodidad y la movilidad, dando a los usuarios la libertad de moverse en cualquier dirección mientras permanecen conectados a la red. El usuario puede utilizar cualquier dispositivo inalámbrico que tenga la posibilidad de conectarse a la red.
La transmisión de datos en las redes inalámbricas se realiza “por aire” en ausencia de obstáculos e interferencias. Al utilizar un entorno de transmisión de datos inalámbrico, para una entrega de calidad es necesario considerar dos cosas:
- Los dispositivos inalámbricos deben cumplir con un estándar único (IEEE 802.11).
- La cobertura inalámbrica debe abarcar la zona en la que se planea utilizar los dispositivos.
Tabla de Contenido
Topologías de redes LAN Inalámbricas
La comunicación inalámbrica se realiza “por aire” a través de señales de radio. Supongamos que un dispositivo, el transmisor, envía señales de radio a otro dispositivo, el receptor. Como se muestra en la figura, la comunicación entre el transmisor y el receptor se realiza en cualquier momento si ambos dispositivos están sintonizados a la misma frecuencia (o canal) y utilizan el mismo esquema para la transmisión de datos entre ellos. Todo esto parece sencillo, excepto que en realidad no es práctico ni cómodo.
Para un uso eficaz de la red inalámbrica, los datos deben transmitirse en ambas direcciones, como se muestra en la figura. Para enviar datos del dispositivo A al dispositivo B, el dispositivo B debe esperar la llegada de los datos a sí mismo y, cuando el canal quede libre, enviar al dispositivo A.
En la comunicación inalámbrica, durante la transmisión simultánea de datos, pueden producirse interferencias, es decir, las señales transmitidas interferirán entre sí. Cuanto más numerosas sean las redes inalámbricas, mayor será la probabilidad de interferencias. Por ejemplo, la figura muestra cuatro dispositivos que funcionan en el mismo canal y lo que puede ocurrir si algunos o todos ellos comienzan a transmitir datos simultáneamente.
Lo escrito anteriormente nos recuerda mucho a la red local Ethernet tradicional (no conmutada), donde varios hosts pueden conectarse a un recurso compartido y utilizar el canal de transmisión de datos de forma conjunta. Para utilizar el recurso compartido de forma eficaz, todos los hosts deben funcionar en modo semidúplex, para evitar colisiones con otras transmisiones ya en ejecución. Un efecto secundario es que ningún host puede transmitir y recibir simultáneamente en un entorno compartido.
Lo mismo ocurre en una red inalámbrica. Como varios hosts pueden compartir el mismo canal, también comparten “el tiempo de emisión” o el acceso a este canal en cualquier momento. Para evitar conflictos y la creación de interferencias, los hosts deben transmitir datos en un momento específico, esperando la liberación del canal. Para funcionar en redes inalámbricas, todos los dispositivos deben cumplir con el estándar 802.11.
Es importante entender que, de forma predeterminada, el entorno inalámbrico no tiene en cuenta la cantidad de dispositivos ni controla los dispositivos que pueden transmitir datos. Cualquier dispositivo que tenga un adaptador de red inalámbrica puede conectarse a la red inalámbrica en cualquier momento.
Como mínimo, la red inalámbrica debe poder determinar que cada dispositivo que se conecta al canal de transmisión de datos admite un conjunto común de parámetros. Además, debe haber una forma de controlar los dispositivos (y usuarios) a los que se les permite utilizar el entorno inalámbrico y los métodos utilizados para garantizar la seguridad de la transmisión de datos inalámbrica.
Conjunto de Servicios Básicos (Basic Service Set – BSS)
La idea es hacer que cada zona inalámbrica de servicio sea cerrada para un grupo de dispositivos móviles que se forma alrededor de un dispositivo fijo.
Antes de que un dispositivo pueda conectarse, debe declarar sus capacidades y luego obtener permiso para conectarse. En el estándar 802.11, esto se denomina conjunto básico de servicios (BSS, Basic Service Set). En el centro de cada BSS se encuentra un punto de acceso inalámbrico (AP). El AP funciona en modo de infraestructura, lo que significa que ofrece los servicios necesarios para formar la infraestructura de la red inalámbrica. El AP también establece su BSS en un canal inalámbrico. El AP y los miembros del BSS deben utilizar el mismo canal para una comunicación correcta.
Como el funcionamiento del BSS depende del punto de acceso, el BSS está limitado al área igual a la distancia a la que se puede propagar la señal del punto de acceso. Esto se denomina área básica de servicio (BSA) o celda. En la figura, la celda se muestra como un círculo, en cuyo centro hay un punto de acceso. Las celdas pueden tener diferentes formas:
- depende de los dispositivos conectados al AP;
- depende del entorno físico, que puede afectar a las señales del AP;
El punto de acceso (AP) sirve como único punto de contacto para cada dispositivo que desea utilizar el BSS. Anuncia la existencia del BSS para que los dispositivos puedan encontrarlo e intentar unirse a él. Para ello, el AP utiliza un identificador único del BSS (BSSID) basado en su propia dirección MAC.
Además, el punto de acceso asigna un identificador de conjunto de servicios (SSID – cadena de texto que contiene el nombre lógico) a la red inalámbrica. Imagine que el BSSID es un código de máquina que identifica de forma única el BSS (AP). Y el SSID es una cadena de caracteres definida por el usuario que identifica el servicio inalámbrico.
La pertenencia a un BSS se denomina asociación. El dispositivo inalámbrico debe enviar una solicitud de asociación al punto de acceso, y el punto de acceso debe aceptar o rechazar la solicitud. Si se permite, el dispositivo se convierte en cliente, o estación 802.11 (STA) en el BSS. ¿Y qué pasa después? Mientras el cliente de la red inalámbrica permanezca conectado al BSS, todos los datos que le llegan y salen del cliente pasan a través del punto de acceso, como se muestra en la figura. Utilizando el BSSID como dirección de origen o destino, los marcos de datos se pueden retransmitir al punto de acceso o desde él.
La figura muestra el movimiento del tráfico dentro del BSS. El BSS contiene cuatro dispositivos conectados al punto de acceso a través de una conexión inalámbrica. El identificador del conjunto de servicios (SSID) se llama “Mi red”. El identificador básico del conjunto de servicios (BSSID) es la dirección MAC del punto de acceso d4:20:6d:90:ad:20. Cualquier cliente asociado al BSS no puede comunicarse directamente con ningún otro cliente del BSS. Todo el tráfico pasa a través del punto de acceso.
¿Por qué dos clientes deben comunicarse a través del punto de acceso y no directamente? Esto se debe a que todas las conexiones a través del punto de acceso y el BSS son estables y controladas.
Sistema de Distribución
Hay que tener en cuenta que el BSS tiene un único punto de acceso AP y no tiene una conexión explícita a la red Ethernet habitual. En este caso, el punto de acceso y los clientes asociados forman una red autónoma. Pero la función del punto de acceso no se limita únicamente a la gestión del BSS, tarde o temprano surgirá la necesidad de que los clientes inalámbricos interactúen con otros dispositivos que no sean miembros del BSS.
Afortunadamente, el punto de acceso tiene la posibilidad de conectarse a la red Ethernet, tanto por canales inalámbricos como por cables. El estándar 802.11 permite conectarse a través de cables Ethernet y utilizarlos como sistema de distribución (DS / Distribution System) para el BSS inalámbrico (véase la figura).
En general, se puede decir que el punto de acceso actúa como puente entre diferentes entornos de transmisión de datos (cableados e inalámbricos). En pocas palabras, el punto de acceso se encarga de correlacionar la red local virtual (VLAN) con el SSID. En la figura, el punto de acceso correlaciona la VLAN 10 con la red local inalámbrica, utilizando el SSID “Mi red”. Los clientes conectados al SSID “Mi red” estarán conectados a la VLAN 10.
La figura ilustra un sistema de distribución que admite el BSS. El sistema de distribución consta de un conmutador de tercer nivel en la red VLAN 10. Este conmutador está conectado a Internet a través de un cable. El AP (punto de acceso) también se conecta al conmutador a través de un cable. El punto de acceso forma el BSS (conjunto básico de servicios). Los dispositivos que forman parte del área BSS son todos los dispositivos conectados de forma inalámbrica al punto de acceso. El identificador SSID “Mi red” y el BSSID- d4:20:6d:90:ad:20.
Este principio de conexión permite correlacionar varias VLAN con varios SSID. Para ello, el punto de acceso debe estar conectado al conmutador/switch mediante un canal troncal. En la figura 7, las VLAN 10, 20 y 30 están conectadas al punto de acceso a través del sistema de distribución (DS). El punto de acceso utiliza el etiquetado 802.1Q para correlacionar los números de VLAN con los SSID correspondientes. Por ejemplo, la VLAN 10 se correlaciona con el SSID “Mi red”, la VLAN 20 se correlaciona con el SSID “Red ajena” y la VLAN 30 con el SSID “Invitados”.
La figura muestra el proceso de soporte de varios SSID en un único punto de acceso:
Aunque el punto de acceso admite simultáneamente varias redes inalámbricas lógicas, cada uno de los SSID funciona en una única zona (área). La razón es que el punto de acceso utiliza el mismo transmisor, receptor, antena y canal para cada SSID. Sin embargo, esta afirmación puede llevar a cierta confusión: varios SSID pueden crear la ilusión de escalabilidad de la red. Aunque los clientes inalámbricos pueden estar distribuidos en diferentes SSDI, siguen utilizando un único punto de acceso. Esto, a su vez, lleva a una “lucha” por el tiempo de emisión en el canal.
Conjunto de Servicios Extendidos (Extended Service Set – ESS)
Normalmente, un único punto de acceso no puede cubrir toda la zona (área) donde pueden encontrarse los clientes. Por ejemplo, se necesitará cobertura inalámbrica en toda la planta de un centro comercial, un hotel, un hospital u otro edificio grande. Para cubrir una superficie mayor que la que puede abarcar una sola celda de punto de acceso, simplemente hay que añadir más puntos de acceso y distribuirlos por la planta (plantas).
Cuando los puntos de acceso están situados en diferentes lugares, todos ellos pueden estar conectados entre sí mediante una infraestructura conmutada. En el estándar 802.11, esta posibilidad se denomina conjunto de servicios extendidos (Extended Service Set (ESS))
El conjunto de servicios ampliado se muestra en la figura.
La idea es hacer que varios puntos de acceso interactúen de forma que la conexión inalámbrica no sea perceptible para el cliente. Idealmente, todos los SSID definidos en un punto de acceso también deben estar definidos en todos los demás puntos de acceso del ESS (Extended Service Set). De lo contrario, el cliente tendría que volver a conectarse cada vez que llegara a la celda de otro punto de acceso.
Como se puede ver en la figura, cada celda tiene un BSSID único, pero ambas celdas tienen un SSID común. Independientemente de la ubicación del cliente dentro del ESS, el SSID seguirá siendo el mismo, pero el cliente siempre podrá distinguir un punto de acceso de otro.
La figura muestra el principio de funcionamiento del conjunto de servicios ampliado. El switch (VLAN 10) está conectado a Internet por cable. Dos puntos de acceso están conectados a este switch también por cables. Estos puntos están situados cerca uno del otro de forma que sus áreas de acción se solapan. Los BSS de los dos puntos de acceso están unidos y forman un conjunto de servicios ampliado (ESS). El AP-1 tiene el BSSID d4:20:6d:90:ad:20, y su conjunto básico de servicios-BSS-1. El punto de acceso está conectado al cliente a través de una red inalámbrica. El AP2 tiene el BSSID e6:22:47:af:c3:70, y su conjunto básico de servicios-BSS-2. El punto de acceso está conectado al cliente a través de una red inalámbrica. El SSID de ambos BSS es “Mi red”. La transición de un cliente de un punto de acceso a otro se denomina itinerancia.
En el ESS, el cliente inalámbrico puede conectarse a un punto de acceso mientras esté físicamente situado cerca de él. Al desplazarse el cliente a otro lugar, se conecta automáticamente al punto de acceso más cercano. La transición de un punto de acceso a otro se denomina itinerancia. Ten en cuenta que cada punto ofrece su propio BSS en su propio canal, para evitar interferencias entre los puntos de acceso. Como el dispositivo inalámbrico (cliente) puede moverse de un punto de acceso a otro, debe poder escanear los canales disponibles para encontrar un nuevo punto de acceso (y BSS) al que conectarse. De hecho, el cliente se desplaza de un BSS a otro y de un canal a otro.
Conjunto de Servicios Básicos Independiente (Independent Basic Service Set – IBSS)
Normalmente, la red inalámbrica utiliza un punto de acceso para la organización, el control y la escalabilidad. A veces, esto es imposible o incómodo en diferentes situaciones. Por ejemplo, dos personas que quieran intercambiar documentos electrónicos en una reunión pueden no encontrar un BSS disponible o no poder autenticarse en la red. Además, muchas impresoras pueden imprimir documentos de forma inalámbrica, sin depender de un BSS normal o un punto de acceso.
El estándar 802.11 permite que dos o más clientes inalámbricos se conecten directamente entre sí, sin ningún intermediario de conexión de red. Esto se denomina red inalámbrica especial (ad hoc) o conjunto de servicios básicos independiente (IBSS), como se muestra en la figura.
Para que esto funcione, uno de los dispositivos debe convertirse en principal y enviar por radio su nombre de red, los parámetros necesarios de la conexión inalámbrica, del mismo modo que lo haría un punto de acceso. Cualquier otro dispositivo puede unirse entonces cuando sea necesario. El IBSS está diseñado para organizar una pequeña red inalámbrica para ocho o diez dispositivos. Esta red no es escalable.
