Conceptos de LAN Inalámbrica (WLAN)

Es esta sección se describe la tecnología LAN inalámbrica (WLAN) y sus estándares. También sus componentes y topología.

1. Introducción a la tecnología inalámbrica

Las redes empresariales actuales evolucionan para dar soporte a la gente que está en continuo movimiento. Las personas se conectan mediante varios dispositivos, como computadoras de escritorio y portátiles, tablet PC y smartphones. Esta es la visión de movilidad en la cual las personas pueden viajar y llevar con ellas su conexión a la red.

Existen muchas infraestructuras diferentes (LAN conectada por cable, redes de proveedores de servicios) que hacen posible este tipo de movilidad; sin embargo, en un entorno empresarial, la más importante es la LAN inalámbrica (WLAN).

1.1. Beneficios de la tecnología inalámbrica

Existen muchos beneficios de admitir redes inalámbricas en el entorno empresarial y doméstico. Algunos de los beneficios incluyen el aumento de la flexibilidad y la productividad, la reducción de costos y la capacidad de crecer y adaptarse a requisitos cambiantes.

Para las operaciones diarias dentro de la oficina, la mayoría de las empresas dependen de LAN basadas en switches. Sin embargo, los empleados se mueven cada vez más y desean mantener el acceso a los recursos de la LAN de la empresa desde otras ubicaciones además de su escritorio.

Los trabajadores quieren llevar sus dispositivos inalámbricos a las reuniones, las oficinas de sus compañeros de trabajo, las salas de conferencias e incluso a los sitios de los clientes y, al mismo tiempo, mantener el acceso a los recursos de la oficina. Las redes inalámbricas proporcionan este tipo de flexibilidad.

• Puede generar un aumento de la productividad.
• Permite acceder al correo electrónico y a otros recursos relacionados con el trabajo de forma rápida y fácil.
• Permiten reducir los costos.
• Tienen la capacidad para adaptarse a las necesidades y las tecnologías cambiantes.

1.2. Tecnologías inalámbricas

Las comunicaciones inalámbricas se usan en una variedad de profesiones.

Si bien la combinación de tecnologías inalámbricas se expande continuamente, este análisis se centra en las redes inalámbricas que permiten que los usuarios se muevan. En términos generales, las redes inalámbricas se clasifican en los siguientes tipos:

• Redes de área personal inalámbrica (WPAN): tienen un alcance de unos pocos metros. En las WPAN, se utilizan dispositivos con Bluetooth o Wi-Fi Direct habilitado.
• LAN inalámbricas (WLAN): tienen un alcance de unos 30 m, como en una sala, un hogar, una oficina e incluso un campus.
• Redes de área extensa inalámbrica (WWAN): tienen un alcance de kilómetros, como un área metropolitana, una jerarquía de datos móviles o incluso los enlaces entre ciudades mediante retransmisiones de microondas.

1.2.1. Tipos de tecnologías inalámbricas

• Bluetooth: originalmente era un estándar de WPAN IEEE 802.15 que usa un proceso de emparejamiento de dispositivos para comunicarse a través de distancias de hasta 0,05 mi (100 m). El Bluetooth Special Interest Group (https://www.bluetooth.org/) estandariza las versiones más recientes de Bluetooth.
• Fidelidad inalámbrica (Wi-Fi): es un estándar de WLAN IEEE 802.11 que se implementa generalmente para proporcionar acceso a la red a los usuarios domésticos y empresariales, que permite incluir tráfico de datos, voz y video a distancias de hasta 300 m (0,18 mi)
• Interoperabilidad mundial para el acceso por microondas (WiMAX): es un estándar de WWAN IEEE 802.16 que proporciona acceso a servicios de banda ancha inalámbrica hasta 30 mi (50 km) WiMAX es una alternativa a las conexiones de banda ancha por cable y DSL.
• Banda ancha celular: consta de varias organizaciones empresariales, nacionales e internacionales que usan el acceso de datos móviles de un proveedor de servicios para proporcionar conectividad de red de banda ancha celular. Disponible por primera vez en 1991 con los teléfonos celulares de segunda generación (2G), con mayores velocidades disponibles en 2001 y 2006 como parte de la tercera (3G) y la cuarta (4G) generación de la tecnología de comunicaciones móviles.
• Banda ancha satelital: proporciona acceso de red a sitios remotos mediante el uso de una antena parabólica direccional que se alinea con un satélite específico en la órbita geoestacionaria (GEO) de la Tierra. Normalmente es más costosa y requiere una línea de vista despejada.

Existen muchos tipos de tecnologías inalámbricas disponibles. Sin embargo, este capítulo se centra en las WLAN 802.11.

1.4. Radiofrecuencias

Todos los dispositivos inalámbricos funcionan en la banda de las ondas de radio del espectro electromagnético. Es responsabilidad del Sector de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU-R) regular la asignación del espectro de radiofrecuencia (RF).

Los rangos de frecuencia, denominados “bandas“, se asignan con distintos propósitos. Algunas bandas en el espectro electromagnético están reguladas en gran medida y se usan para aplicaciones como las redes de control del tráfico aéreo y de comunicaciones de respuesta de emergencias. Otras bandas no tienen licencia, como la banda industrial, científica y médica (ISM) y la banda de infraestructura de la información nacional (UNII).

La comunicación inalámbrica ocurre en la banda de las ondas de radio (es decir, de 3 Hz a 300 GHz) del espectro electromagnético, como se muestra en la Imagen 3. La banda de las ondas de radio se subdivide en una sección de radiofrecuencias y una sección de frecuencias de microondas.

Los dispositivos LAN inalámbricos tienen transmisores y receptores sintonizados en frecuencias específicas de la banda de ondas de radio. Específicamente, se asignan las siguientes bandas de frecuencia a las LAN inalámbricas 802.11:

• 2,4 GHz (UHF): 802.11b/g/n/ad
• 5 GHz (SHF): 802.11a/n/ac/ad
• Banda de 60 GHz (EHF): 802.11ad

1.5. Estándares 802.11

El estándar de WLAN IEEE 802.11 define cómo se usa la RF en las bandas de frecuencia ISM sin licencia para la capa física y la subcapa MAC de los enlaces inalámbricos.

Con el correr de los años, se desarrollaron varias implementaciones del estándar IEEE 802.11. A continuación, se presentan estos estándares:

• 802.11: lanzado en 1997 y ahora obsoleto, es la especificación de WLAN original que funcionaba en la banda de 2,4 GHz y ofrecía velocidades de hasta 2 Mb/s.
• IEEE 802.11a: lanzado en 1999, funciona en la banda de frecuencia de 5 GHz, menos poblada, y ofrece velocidades de hasta 54 Mb/s.
• IEEE 802.11b: lanzado en 1999, funciona en la banda de frecuencia de 2,4 GHz y ofrece velocidades de hasta 11 Mb/s.
• IEEE 802.11g: lanzado en 2003, funciona en la banda de frecuencia de 2,4 GHz y ofrece velocidades de hasta 54 Mb/s.
• IEEE 802.11n: lanzado en 2009, funciona en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz y 5 GHz, y se conoce como “dispositivo de doble banda”. Las velocidades de datos típicas van desde150 Mb/s hasta 600 Mb/s, con un alcance de hasta 70 m (0,5 mi).
• IEEE 802.11ac: lanzado en 2013, funciona en la banda de frecuencia de 5 GHz y proporciona velocidades de datos que van desde 450 Mb/s hasta 1,3 Gb/s (1300 Mb/s).
• IEEE 802.11ad: lanzado en 2014 y también conocido como “WiGig“, utiliza una solución de Wi-Fi de triple banda con 2,4 GHz, 5 GHz y 60 GHz, y ofrece velocidades teóricas de hasta 7 Gb/s.

1.6. Certificación Wi-Fi

Los estándares aseguran interoperabilidad entre dispositivos hechos por diferentes fabricantes. Las tres organizaciones que influyen en los estándares de WLAN en todo el mundo son las siguientes:

• ITU-R: regula la asignación del espectro de RF y las órbitas satelitales.
• IEEE: especifica cómo se modula la RF para transportar la información. Mantiene los estándares para las redes de área local y metropolitana (MAN) con la familia de estándares de LAN y MAN IEEE 802. Los estándares dominantes en la familia IEEE 802 son Ethernet 802.3 y WLAN 802.11.
• Wi-Fi Alliance: Wi-Fi Alliance® (http://www.wi-fi.org) es una asociación comercial global del sector sin fines de lucro dedicada a promover el crecimiento y la aceptación de las redes WLAN.

Wi-Fi Alliance certifica la compatibilidad de Wi-Fi con los siguientes productos:

• Compatibilidad con IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ad
• IEEE 802.11i seguro con WPA2™ y el protocolo de autenticación extensible (EAP)
• Configuración protegida de Wi-Fi (WPS) para simplificar la conexión de los dispositivos
• Wi-Fi Direct para compartir medios entre dispositivos
• Wi-Fi Passpoint para simplificar de forma segura la conexión a las redes de zona de cobertura Wi-Fi
• Wi-Fi Miracast para mostrar video sin inconvenientes entre dispositivos

En la figura 1, se muestran los logos de Wi-Fi Alliance que identifican la compatibilidad con una característica específica. Los dispositivos que muestran logos específicos admiten la característica identificada. Los dispositivos pueden mostrar una combinación de estos logos.

1.7. Comparación entre las redes WLAN y una LAN

Las WLAN comparten un origen similar con las LAN Ethernet. El IEEE adoptó la cartera 802 LAN/MAN de estándares de arquitectura de red de computadoras. Los dos grupos de trabajo 802 dominantes son Ethernet 802.3 y WLAN 802.11. Sin embargo, hay diferencias importantes entre ellos.

Las WLAN usan RF en lugar de cables en la capa física y la subcapa MAC de la capa de enlace de datos. Comparada con el cable, la RF tiene las siguientes características:

• La RF no tiene límites, como los límites de un cable envuelto.
• La señal RF no está protegida de señales exteriores, como sí lo está el cable en su envoltura aislante.
• La transmisión RF está sujeta a los mismos desafíos inherentes a cualquier tecnología basada en ondas, como la radio comercial.
• Las bandas RF se regulan en forma diferente en cada país.

Las WLAN también difieren de las LAN conectadas por cable de la siguiente manera:

• Las WLAN conectan clientes a la red mediante puntos de acceso (AP) inalámbrico o un router inalámbrico, en lugar de hacerlo mediante un switch Ethernet.
• Las WLAN conectan los dispositivos móviles que, en general, están alimentados por batería, en lugar de los dispositivos conectados de la LAN.
• Las WLAN admiten hosts que se disputan el acceso a los medios RF (bandas de frecuencia).
• Las WLAN utilizan un formato de trama diferente al de las LAN Ethernet conectadas por cable.
• Las WLAN tienen mayores inconvenientes de privacidad debido a que las frecuencias de radio pueden salir fuera de las instalaciones.

2. Componentes de WLANs

La red inalámbrica más simple requiere, como mínimo, dos dispositivos. Cada dispositivo debe tener un transmisor de radio y un receptor de radio sintonizados en las mismas frecuencias.

Sin embargo, la mayoría de las implementaciones inalámbricas requieren lo siguiente:

• Terminales con NIC inalámbricas
• Dispositivo de infraestructura, como un router o un AP inalámbricos

2.1. NIC inalámbricas

Para comunicarse de forma inalámbrica, los terminales requieren una NIC inalámbrica que incorpore un transmisor o un receptor de radio y el controlador de software necesario para que funcione.

Las computadoras portátiles, las tablet PC y los smartphones ahora incluyen NIC inalámbricas integradas. Sin embargo, si un dispositivo no tiene una NIC inalámbrica integrada, se puede usar un adaptador inalámbrico USB.

2.2 Router doméstico inalámbrico

El tipo de dispositivo de infraestructura al que se asocia una terminal y con el que se autentica varía según el tamaño y los requisitos de la WLAN.

Por ejemplo, un usuario doméstico normalmente interconecta dispositivos inalámbricos mediante un pequeño router inalámbrico integrado. Estos routers integrados más pequeños funcionan como lo siguiente:

• Punto de acceso: proporciona acceso inalámbrico 802.11a/b/g/n/ac.
• Switch: proporciona un switch Ethernet 10/100/1000, full-duplex, de cuatro puertos para conectar dispositivos por cable.
• Router: proporciona un gateway predeterminado para la conexión a otras infraestructuras de la red.

Por ejemplo, el router Cisco Linksys EA6500, que se muestra en la Imagen 8, se suele implementar como dispositivo de acceso inalámbrico residencial o de una pequeña empresa.

El router inalámbrico se conecta al módem DLS del ISP y anuncia sus servicios mediante el envío de señales que contienen su identificador de conjunto de servicios compartidos (SSID). Los dispositivos internos detectan de manera inalámbrica el SSID del router e intentan asociarse y autenticarse con él para acceder a Internet.

2.3. Soluciones inalámbricas para empresas

Las organizaciones que proporcionan conectividad inalámbrica a sus usuarios requieren una infraestructura WLAN para proporcionar opciones adicionales de conectividad.

La red de una pequeña empresa que se muestra en la Imagen 9 es una LAN Ethernet 802.3. Cada cliente (es decir, la PC1 y la PC2) se conecta a un switch mediante un cable de red. El switch es el punto donde los clientes acceden a la red. Observe que el AP inalámbrico también se conecta al switch.

Los clientes inalámbricos usan la NIC inalámbrica para detectar los AP cercanos que anuncian su SSID. Los clientes después intentan asociarse y autenticarse con un AP. Después de la autenticación, los usuarios inalámbricos tienen acceso a los recursos de la red.

Ver también

CCNA 3

Configuración de OSPF Multiárea

2.4. Puntos de acceso inalámbrico

Los AP se pueden categorizar como AP autónomos o AP basados en controladores.

2.4.1. AP autónomos

Los AP autónomos, a veces denominados “AP pesados“, son dispositivos autónomos que se configuran mediante la CLI de Cisco o una GUI.

Los AP autónomos son útiles en situaciones en las que solo se requiere un par de AP en la red. De manera optativa, se pueden controlar varios AP mediante los servicios de dominio inalámbrico (WDS) y se pueden administrar mediante el motor de soluciones de LAN inalámbricas (WLSE) CiscoWorks.

En la Imagen 10, se muestra un AP autónomo en una red pequeña. Si aumentaran las demandas inalámbricas, se requerirían más AP. Cada AP funcionaría de manera independiente de los otros AP y requeriría una configuración y una administración manuales.

2.4.2. AP basados en controladores

Los AP basados en controladores son dispositivos que dependen del servidor y no requieren una configuración inicial. Cisco ofrece dos soluciones basadas en controladores.

Los AP basados en controladores son útiles en situaciones en las que se requieren muchos AP en la red. A medida que se agregan más AP, un controlador de WLAN configura y administra cada AP automáticamente.

En la Imagen 11, se muestra un AP basado en controladores en una red pequeña. Observe cómo ahora se requiere un controlador de WLAN para administrar los AP. El beneficio del controlador es que se puede usar para administrar muchos AP.

3. Topologías de  WLAN 802.11

Las LAN inalámbricas pueden utilizar diferentes topologías de red. El estándar 802.11 identifica dos modos principales de topología inalámbrica:

1. Modo ad hoc: cuando dos dispositivos se conectan de manera inalámbrica sin la ayuda de un dispositivo de infraestructura, como un router o un AP inalámbrico. Los ejemplos incluyen Bluetooth y Wi-Fi Direct.
2. Modo de infraestructura: cuando los clientes inalámbricos se conectan mediante un router o un AP inalámbrico, como en las WLAN. Los AP se conectan a la infraestructura de la red mediante el sistema de distribución (DS) conectado por cable, como Ethernet.

3.1. Modo ad hoc

Existe una red inalámbrica ad hoc cuando dos dispositivos inalámbricos se comunican de manera peer-to-peer (P2P) sin usar AP o routers inalámbricos.

Por ejemplo, se puede configurar la estación de trabajo de un cliente con capacidad inalámbrica para que funcione en modo ad hoc, lo que permite que se conecte otro dispositivo a la estación. Bluetooth y Wi-Fi Direct son ejemplos de modo ad hoc.

Existe una variación de la topología ad hoc cuando se permite que un smartphone o una tablet PC con acceso celular a datos cree una zona de cobertura inalámbrica personal. En ocasiones, esta característica se denomina “anclaje a red“.

Por lo general, una zona de cobertura inalámbrica es una solución temporal rápida que permite que un smartphone proporcione los servicios inalámbricos de un router Wi-Fi. Otros dispositivos se asocian y autentican con el smartphone para usar la conexión a Internet. El iPhone de Apple denomina a esta característica “Compartir Internet“, mientras que los dispositivos con Android la denominan “Anclaje a red y zona de cobertura portátil“.

3.2. Modo infraestructura

La arquitectura IEEE 802.11 consta de varios componentes que interactúan para proporcionar una WLAN que admita clientes. Define dos componentes básicos de la topología del modo de infraestructura: un conjunto de servicios básicos (BSS) y un conjunto de servicios extendidos (ESS).

3.2.1. Conjunto de servicios básicos

Un BSS consta de un único AP que interconecta todos los clientes inalámbricos asociados. En la Imagen 13, se muestran dos BSS.

Los círculos representan el área de cobertura dentro de la que los clientes inalámbricos del BSS pueden permanecer comunicados. Esta área se denomina “área de servicios básicos” (BSA).

Si un cliente inalámbrico sale de su BSA, ya no se puede comunicar directamente con otros clientes inalámbricos dentro de la BSA. El BSS es el componente básico de la topología, mientras que la BSA es el área de cobertura real (los términos BSA y BSS a menudo se usan de manera indistinta).

La dirección MAC de capa 2 del AP se usa para identificar de forma exclusiva cada BSS y se denomina “identificador del conjunto de servicios básicos” (BSSID). Por lo tanto, el BSSID es el nombre formal del BSS y siempre se asocia a un único AP.

3.2.2. Conjunto de servicios extendidos

Cuando un único BSS proporciona una cobertura de RF insuficiente, se pueden unir dos o más BSS a través de un sistema de distribución (DS) común para formar un ESS.

Como se muestra en la Imagen 14, un ESS es la unión de dos o más BSS interconectados mediante un DS por cable.

Los clientes inalámbricos en una BSA ahora se pueden comunicar con los clientes inalámbricos en otra BSA dentro del mismo ESS. Los clientes con conexión inalámbrica móvil se pueden trasladar de una BSA a otra (dentro del mismo ESS) y se pueden conectar sin inconvenientes.

El área rectangular representa el área de cobertura dentro de la que los miembros de un ESS se pueden comunicar. Esta área se denomina “área de servicios extendidos” (ESA). Una ESA a menudo involucra varios BSS en configuraciones superpuestas o separadas.

Cada ESS se identifica mediante un SSID y, en un ESS, cada BSS se identifica mediante su BSSID. Por motivos de seguridad, se pueden propagar SSID adicionales a través del ESS para segregar el nivel de acceso a la red.