Un resumen sobre las principales nociones que debes conocer sobre las redes WiFi. Una guía rápida y sencilla sobre términos como bandas, frecuencias, canales y flujos.
En informática y telecomunicaciones, IEEE 802.11 define un conjunto de estándares de transmisión para redes inalámbricas (WLAN, Wireless LAN) que intervienen en los niveles físico y MAC de la llamada pila ISO/OSI.
El modelo OSI describe la arquitectura lógica de una red de telecomunicaciones y de cualquier red local: los protocolos que usamos a diario, como los de transferencia de datos, la consulta de páginas web o el correo electrónico, actúan todos en el nivel más alto. Debajo del nivel de aplicación hay otros niveles apilados hasta llegar al más profundo, el físico: este se ocupa del medio transmisor utilizado para las comunicaciones, ocupándose también de la forma y los niveles de tensión de la señal.
Tabla de Contenido
Los estándares WiFi
IEEE 802.11 es el “ABC” de las comunicaciones inalámbricas basadas en WiFi y contiene las especificaciones para el intercambio de datos entre estaciones base (por ejemplo, routers y puntos de acceso) y clientes.
Las primeras especificaciones se definieron en 1997 (se llamaban 802.1y) y solo permitían la transferencia de datos inalámbrica hasta 1-2 Mbps. Con el tiempo, se han aprobado varias versiones del estándar, llegando hasta 802.11ax (WiFi 6) y 802.11axe (WiFi 6E), que permiten transferir datos hasta 10 Gbps y más en el caso de WiFi 6E, sumando el rendimiento teóricamente alcanzable en todas las bandas, canales y flujos.
Los estándares WiFi (los definidos como 802.11) definen las formas en que los dispositivos de hardware compatibles gestionan las frecuencias por las que viajan los datos. No es posible intercambiar datos en cualquier frecuencia porque el uso del espectro está regulado. El hardware compatible con los estándares WiFi debe limitarse a utilizar únicamente algunas frecuencias.
Los estándares WiFi están definidos por el Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE. Desde 1999, se han sucedido 6 estándares WiFi principales: 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac y 802.11ax.
Los estándares WiFi más recientes permiten alcanzar velocidades más altas y también son retrocompatibles si utilizan la misma frecuencia. Por lo tanto, se pueden utilizar juntos dispositivos WiFi de diferentes generaciones dentro de las mismas redes.
Las siglas que distinguen a los diferentes estándares WiFi son complicadas de recordar para muchos; por este motivo, Wi-Fi Alliance, organización que se ocupa de la promoción del WiFi y de la certificación de los dispositivos compatibles, desde octubre de 2018 ha optado por distinguir con nombres más fáciles de recordar, es decir, WiFi 4, WiFi 5 y WiFi 6, respectivamente, los estándares 802.11n, 802.11ac y 802.11ax. WiFi 6 indica que estamos ante la sexta generación del WiFi y así con los demás números.
Los tres primeros estándares que hemos citado (802.11b, 802.11a y 802.11g) ya están obsoletos: si todavía tienes un dispositivo “g”, se considera realmente superado, aunque sea compatible con los routers más recientes que permiten crear redes WiFi en 2,4 GHz.
A continuación, presentamos los diferentes estándares WiFi y sus características. Ten en cuenta que las velocidades indicadas son teóricas y, en la práctica, el rendimiento que se puede obtener depende de una amplia gama de variables: presencia de interferencias, obstáculos, distancia, tipo de dispositivos, antenas utilizadas, etc.
- 802.11b (1999): 11 Mbps por flujo, tamaño de canal 20 MHz, soporte WEP, 2,4 GHz
- 802.11a (2000): 54 Mbps por flujo, 20 MHz, WEP, 5 GHz
- 802.11g (2003): 54 Mbps por flujo, 20 MHz, WEP, 2,4 GHz
- 802.11n (WiFi 4) (2009): 150 Mbps por flujo, 20/40 MHz, WEP/WPA, 2,4 y 5 GHz
- 802.11ac (WiFi 5) (2012): 433 Mbps por flujo, 20/40/80 MHz, WPA/WPA2, 5 GHz
- 802.11ax (WiFi 6) (2019): 1200 Mbps por flujo, 20/40/80/160 MHz, WPA/WPA2/WPA3, 2,4 y 5 GHz
- 802.11axe (WiFi 6E) (2021): 1200 Mbps por flujo, 20/40/80/160 MHz, OWE/WPA3, 6 GHz
- 802.11be (WiFi 7) (2024): 5760 Mbps por flujo, 20/40/80/160/320 MHz, WPA3, 2,4/5/6 GHz
La velocidad de una conexión WiFi entre dos dispositivos siempre se basa en el mismo principio: la transferencia de datos se realiza como máximo a la velocidad permitida por el módulo inalámbrico instalado en el dispositivo más lento. Por lo tanto, no sirve de nada instalar un router o un punto de acceso WiFi 6 si los clientes son todos WiFi 5 y WiFi 4.
Para cada estándar WiFi, hemos indicado la velocidad teórica alcanzable por flujo individual, el tamaño de los canales individuales, los algoritmos de seguridad utilizables para proteger la conexión y las bandas de frecuencia compatibles. En términos de seguridad, WPA2 y WPA3 ofrecen la mejor protección, aunque algunas vulnerabilidades descubiertas en dispositivos WiFi desde 1997 están afectando al mundo de las redes inalámbricas.
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Con WiFi 6E, todos los dispositivos en 6 GHz podrán usar solo WPA3 o OWE (Opportunistic Wireless Encryption), mientras que los protocolos anteriores se mantienen en las bandas de 2,4 y 5 GHz por compatibilidad. OWE es un método que permite a los dispositivos inalámbricos establecer conexiones encriptadas incluso sin datos de acceso a la WiFi. Los dispositivos negocian una clave de sesión única (PMK, Pairwise Master Key) que se puede usar solo una vez. Esta se utiliza en lugar de la clave de red tradicional para encriptar la conexión.
WiFi y bandas de frecuencia
El físico alemán Heinrich Rudolf Hertz, a finales del siglo XIX, demostró experimentalmente la existencia de las ondas electromagnéticas, explicando cómo se pueden enviar señales eléctricas usando el aire como medio transmisor. Hertz sentó las bases para la invención de la radio y todo lo que le siguió. Su apellido se ha utilizado desde entonces como unidad de medida de la frecuencia en el Sistema Internacional.
Imagina lanzar una piedra a un estanque y observar una de las ondas que se genera. El número de veces que una onda específica alcanza su punto más alto en un segundo representa el valor en Hertz. Si el punto más alto se alcanza una vez por segundo, se tiene un Hertz; si se alcanza dos veces, la frecuencia detectada es de dos Hertz, y así sucesivamente.
La señal WiFi usa frecuencias del orden de GHz: 5 GHz significa que se detectan 5.000.000.000 de crestas de onda por segundo. Cuanto mayor sea la frecuencia en Hertz, menor será la distancia entre dos crestas de onda consecutivas; esto se traduce en una longitud menor que la onda puede recorrer. Sin embargo, las frecuencias más altas permiten transferir más información por unidad de tiempo.
Al hablar de frecuencias, los números más altos sugieren la posibilidad de transferir datos con mejor rendimiento, pero, al mismo tiempo, la cobertura de la señal WiFi tenderá a reducirse. Es difícil determinar el alcance efectivo de un dispositivo que trabaja en cada banda de frecuencia, ya que depende mucho del entorno y de la configuración del hardware de los dispositivos.
- 2,4 GHz: En esta banda, aún la más utilizada, se alcanzan unos 30-40 metros. El alcance es interesante, aunque es una parte del espectro que sufre interferencias de muchos dispositivos que tenemos en casa y en la oficina. Por lo general, debería usarse como “conexión de respaldo” cuando es importante el alcance de la WiFi más que la velocidad de transferencia de datos.
- 5 GHz: Los dispositivos que trabajan en esta banda pueden transferir datos a velocidades mucho más altas. En estos casos, la cobertura de la señal generalmente no supera los 15-20 metros.
- 6 GHz: Banda que pronto se podrá utilizar en Europa para transferir datos a la máxima velocidad posible usando dispositivos WiFi 6E. Las autoridades europeas dieron inicio a la implementación del estándar WiFi 6E el 20 de mayo de 2021: los Estados miembros están procediendo gradualmente a nivel normativo. WiFi 6E es aún menos susceptible a interferencias y tiene una sobrecarga menor, lo que permite superar la barrera de los 10 Gbps teóricos. Sin embargo, el alcance de la señal no supera los 10 metros. La información sobre el alcance es una estimación aproximada considerando los 20 dBm EIRP (100 mW) de potencia de transmisión permitidos en 2,4 GHz en Europa, 23 dBm EIRP (200 mW) para las frecuencias de 5 y 6 GHz dentro de los edificios. En la banda de 5725-5875 MHz, la potencia puede llegar a 30 dBm (1W).
La velocidad efectiva de la conexión WiFi también está determinada por el número de flujos (streams) y el ancho de los canales de comunicación utilizados.
Por eso, hoy en día, debido a la creciente difusión de las conexiones de banda ultrarrápida (al menos 1 Gbps), es conveniente optar por la instalación de sistemas WiFi mesh, especialmente para cubrir con alto rendimiento edificios y áreas de gran superficie. El único inconveniente es que existe un estándar común: se llama EasyMesh y ha sido aprobado por la Wi-Fi Alliance. Sin embargo, los fabricantes de routers y puntos de acceso todavía prefieren soluciones mesh propietarias. Sería útil que los consumidores se decantaran por productos EasyMesh para poder agregar nodos a la red WiFi diseñados, fabricados y comercializados por diferentes fabricantes.
¿Qué son los canales WiFi?
Cada canal WiFi es simplemente una pequeña parte de cada banda (2,4, 5 y 6 GHz). El ancho del canal en MHz influye directamente en la velocidad de la conexión.
En cuanto al ancho de los canales individuales, actualmente se prevén cuatro “dimensiones”: 20 MHz, 40 MHz, 80 MHz y 160 MHz. Usando varios canales contiguos se puede formar un canal más amplio. El ancho de canal de 160 MHz es tan amplio que solo podemos tener dos en las frecuencias de 5 GHz. Además, se requiere el uso de los llamados canales DFS (Dynamic Frequency Selection).
Disponibles solo en la banda de 5 GHz, los canales DFS son canales especiales que se comparten con equipos de radar (por ejemplo, los meteorológicos y los instalados en los aeropuertos). Cuando el dispositivo WiFi (por ejemplo, un router o un punto de acceso) detecta una señal de radar ajena, el router dejará de usar los canales DFS compartidos y moverá la WiFi a otro canal DFS no ocupado. Durante este proceso, los dispositivos cliente podrían desconectarse brevemente; esto ocurre con más frecuencia si vives cerca de aeropuertos o estaciones meteorológicas.
Un canal de 160 MHz puro usa una parte continua del espectro; por lo tanto, es necesario, como se mencionó anteriormente, usar canales DFS. Para evitar el uso de canales DFS, algunos dispositivos WiFi admiten el modo 160 MHz (80+80), en el que se combinan dos canales de 80 MHz no contiguos para formar uno solo. Obviamente, es un “truco” que no permite obtener el mismo rendimiento que con un canal puro de 160 MHz.
Flujos WiFi o flujos de datos
Un flujo determina la velocidad base en una banda de frecuencia WiFi. Cuantos más flujos se puedan gestionar en una banda, mayores serán las velocidades de transferencia de datos alcanzables. Si los canales son “la carretera” y su ancho indica lo anchas que son las vías, los flujos se pueden comparar con los vehículos que utilizan la carretera: cuanto más grandes sean estos últimos, más mercancías podrán transportar en un solo viaje.
Según las especificaciones del hardware, una conexión WiFi puede usar un flujo único, un esquema de doble flujo (2×2), triple flujo (3×3) o cuádruple flujo (4×4). En el futuro, también llegará la configuración 8×8. Incluso en este caso, si se usa un router 4×4 pero el cliente es 2×2, los datos seguirán este segundo esquema y no se podrán aprovechar al máximo las capacidades de la WiFi.
MIMO significa multiple-input, multiple-output: un router o un punto de acceso pueden gestionar varios flujos de datos a la vez. Cuantos más flujos se utilicen, más rápida será la conexión. Este enfoque se introdujo con WiFi 4 y funciona en ambas bandas de frecuencia. Posteriormente, con el lanzamiento de WiFi 5, se habla de MU-MIMO (multi-user MIMO).
Con MIMO, el router siempre atiende primero al cliente que primero solicita el intercambio de datos (first come, first served). Varios clientes conectados simultáneamente deben hacer cola y esperar su turno para “comunicarse” y recibir los paquetes de datos. Un dispositivo WiFi MU-MIMO puede atender hasta cuatro, y casi seguramente en el futuro también ocho, clientes WiFi simultáneamente.
Incluso en una red WiFi MIMO, el router puede pasar de un cliente a otro con bastante rapidez, sin que se perciban retrasos evidentes. Los beneficios de MU-MIMO comienzan a notarse cuando hay 10 o más clientes conectados y transfiriendo datos. Además, esta característica solo funciona para el enlace descendente y solo en la banda de 5 GHz.
Dispositivos WiFi de doble banda y triple banda
Dado que algunos clientes WiFi admiten 2,4 GHz mientras que otros funcionan en 5 GHz, la introducción de routers y puntos de acceso de doble banda se ha convertido en una necesidad desde la introducción de WiFi 4.
Un router de doble banda dispone de dos módulos WiFi, uno para cada banda. De la misma manera, un cliente de doble banda usa dos, uno para comunicarse en 2,4 GHz y otro en 5 GHz. Los routers y puntos de acceso modernos permiten usar ambas bandas simultáneamente, mientras que los clientes pueden intercambiar datos usando una sola banda a la vez.
Los dispositivos presentados como de triple banda usan una banda de 2,4 GHz y dos de 5 GHz que se pueden usar simultáneamente. Así, es posible atender a más clientes simultáneamente en 5 GHz que con un router de doble banda antes de que comiencen a producirse cuellos de botella.
Los fabricantes de dispositivos para redes inalámbricas usan siglas en las que se suma el ancho de banda total disponible en condiciones óptimas. Dejando a un lado los impresionantes números publicitados por los fabricantes de routers, es conveniente detenerse un momento para comprender realmente el rendimiento que se puede alcanzar con una WiFi según los estándares admitidos.
Al elegir un nuevo producto, también es aconsejable tener en cuenta algunos datos de los routers WiFi modernos.
Con la llegada de WiFi 6E (802.11axe), cada vez más fabricantes comenzarán a referirse a los routers de triple banda como dispositivos capaces de gestionar las bandas de 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz, como explicamos en el artículo sobre las diferencias entre routers de doble banda y triple banda.
