Redes wifi

Redes WI-FI: lo que siempre quisiste
saber
Este es mi primer artículo de “larga duración”. En el resumí los aspectos principales de
las tecnologías Wi-Fi. Hay mucho más para decir, pero aquí hago una introducción.
Hoy en día accedemos a redes inalámbricas de todo tipo, las cuales nos ofrecen
conectividad a los múltiples dispositivos que utilizamos en nuestra vida diaria.
¿Qué aprenderás?
Al leer este artículo podrás iniciarte en estos temas.
 Estándares incluídos en IEEE 802.11 (Wi-Fi).
 Características de los estándares utilizados en las redes inalámbricas hoy.
 Frecuencias y canales de operación.
 Método de acceso al medio.
 Seguridad.
Wi-Fi (IEEE 802.11)
En este artículo me refiero al grupo de tecnologías y estándares incluidos bajo la
denominación “Wi-Fi”, que enumero en la lista que se muestra a continuación:
 802.11a – Red inalámbrica con portadora en la banda ISM de 5 GHz y una tasa
de transferencia de datos de hasta 54 Mbps.
 802.11b – Red inalámbrica con portadora en la banda ISM de 2,4 GHz y una
tasa de transferencia de datos de hasta 11 Mbps
 802.11e – Calidad de servicio (QoS) y prioridad.
 802.11f – Comunicación entre puntos de acceso (APs).
 802.11g – Red inalámbrica con portadora en la banda ISM de 2,4 GHz y una
tasa de transferencia de datos de hasta 54 Mbps.
 802.11h – Control de potencia para resolver problemas de interferencia con otros
sistemas en la banda de 5GHz.
 802.11i – Autenticación y encriptación.
 802.11j – Estandar para 4,9 – 5 GHz en el mercado japonés.

 802.11k – Gestión de conexiones, para elegir el mejor AP disponible.
 802.11n – Red inalámbrica con portadora en la banda ISM de 2,4 GHz y 5 GHz,
con tasas de transferencia de datos de hasta 600 Mbps.
 802.11s – Redes de malla (mesh networking).
 802.11ac – Red inalámbrica con portadora debajo de 6 GHz, con tasas de
transferencia de datos de al menos 1Gbps en operación multi-estación y 500
Mbps en un solo enlace.
 802.11ad – Red inalámbrica con portadoras hasta de 60 GHz, que ofrecen muy
alta tasa de transferencia de datos.
 802.11af – Wi-Fi en el espectro blanco de TV (también llamado White-Fi).
No voy a describir todos estos estándares, sino que me centraré sobre los comúnmente
utilizados o mencionados en la redes Wi-Fi y que usamos con frecuencia. Estos son:
 802.11a.
 802.11b.
 802.11g.
 802.11n.
 802.11ac.
 802.11i.
Pero antes, algunas consideraciones generales sobre comunicaciones
inalámbricas.
 En las comunicaciones inalámbricas “el medio” es el espacio libre y por lo tanto
siempre es compartido. Esta es una diferencia fundamental con las tecnologías
cableadas (cobre o fibra óptica), donde los enlaces son dedicados. Es por esto
que la utilización del espacio debe regularse de forma estricta, para que las
bandas de frecuencia no se solapen y evitar interferencias. Los protocolos de
comunicación coordinan el acceso al medio por parte de los dispositivos que
participan de la red.
 La efectividad de una red inalámbrica depende de varios factores: cantidad de
equipos compartiendo la red, condiciones ambientales, interferencias
electromagnéticas, obstáculos, latencia, etc.
 Teniendo en cuenta el punto anterior, la tasa de transferencia de datos
real siempre está por debajo de lo definido en los estándares.
 Como cualquiera puede acceder al medio (el espacio) la seguridad se vuelve un
factor crítico y es necesario utilizar autenticación y encriptación de datos para
evitar el acceso no autorizado a la red.
 Las tasas máximas de transmisión de datos nunca representan la máxima tasa de
transmisión de datos “útiles” (throughput), ya que parte de la trama es ocupada
por información de control de acceso al medio, control de flujo, encriptación,
etc.
802.11a

Este estándar fue desarrollado por la IEEE en 1999. Utiliza la banda no licenciada de 5
GHz. Tiene una tasa de transmisión de datos máxima de 54 Mbps, aunque la tasa de
transferencia de datos útil (throughput) puede alcanzar un máximo de 25 Mbps.
La comunicación es del tipo half duplex, es decir que cada dispositivo solo puede
transmitir o recibir datos en cada comunicación establecida.
Datos del estándar Valores
Fecha de publicación 1999
Tasa de transferencia de datos máxima (Mbps) 54
Tasa de transferencia de datos útiles máxima (Mbps) 25
Alcance típico en interiores (Metros) ~30
Modulación OFDM
Banda de frecuencia (GHz) 5
Ancho de banda de los canales (MHz) 20
Tabla 1 – Características principales de 802.11a
La frecuencia de operación en la banda de los 5 GHz permite evitar interferencias
ocasionadas por teléfonos inalámbricos, hornos microondas y otros dispositivos. Sin
embargo, esto también hace que el rango de alcance sea menor que para el caso de las
redes en 2,4 GHz, ya que al tener una longitud de onda más corta es más “susceptible” a
los obstáculos.
Este estándar utiliza OFDM ( Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) , lo que le
permite generar 12 canales no superpuestos, 8 para interiores y 4 para exteriores.
La tasa de transferencia puede reducirse a 48, 36, 24, 18, 12, 9 y 6 Mbit/s en caso que
sea necesario.
802.11b
Si bien este estándar se desarrolló al mismo tiempo que 802.11a, su publicación fue
anterior y la industria lo adoptó rápidamente, ya que ofrecía hasta 11 Mbps (algo
comparable a los 10 Mbps de Ethernet) y el hardware para implementarlo era
económico porque operaba en 2,4 GHz, en vez de los 5 GHz de 802.11a.
Los dispositivos con 802.11b ofrecen muy buen nivel de alcance por operar a 2,4 GHz,
aunque no a la máxima tasa de transferencia. Las velocidades de transmisión decrecen a
5.5, 2 y 1 Mbps cuando la calidad de la señal decrece (esto se conoce como Adaptive
Rate Selection o ARS).
Datos del estandar Valores
Fecha de publicación 1999

Alcance típico en interiores (Metros) ~30
Modulación CCK (DSSS)
Banda de frecuencia (GHz) 2.4
Ancho de banda de los canales (MHz) 25
Tabla 2 – Características principales de 802.11b
Uno de los principales inconvenientes de las redes en 2,4 GHz es la presencia de
interferencias electromagnéticas provenientes de distintos equipos, como teléfonos
inalámbricos, hornos microondas, dispositivos Bluetooth, etc.
A diferencia de 802.11a, que utiliza OFDM, 802.11b hace uso CCK (Complementary
Code Keying), que es una variación de CDMA (Code Division Multiple Access) que usa
como base DSSS ( Direct Sequence Spread Spectrum ). Esto es algo complicado, pero
lo agrego para explicar que las modulaciones entre los distintos estandares son
diferentes, lo que a su vez hace que tengan características muy distintas.
802.11g
Este estándar ofreció una serie de mejoras respecto de su predecesor: 802.11b. También
opera en 2,4 GHz, pero con una tasa de transferencia de datos máxima de 54 Mbps, y
una tasa de transferencia de datos real (throughput) alrededor de los 24 Mbps.
Es compatible con 802.11b, pero la presencia de un dispositivo operando con este
estándar hace que la red 802.11g funcione muy por debajo de su máxima capacidad.
Vale decir que gran parte del tiempo que se dedicó al desarrollo de 802.11g fue
utilizado para lograr la compatibilidad entre ambos estándares. Este objetivo era de
suma importancia, ya que el mercado WI-FI se basaba en 802.11b y no se podía pedir a
fabricantes y usuarios que se deshicieran de todos sus equipos de un día para el otro.
Fecha de publicación June 2003
Modulación CCK, DSSS, or OFDM
Banda de frecuencia (GHz) 2.4
Ancho de banda del canal (MHz) 20
Tabla 3 – Características principales de 802.11g
Para lograr resiliencia contra los efectos de caminos múltiples (ondas reflejadas, etc) y
obtener mayores tasas de transferencia de datos, se utilizó la modulación OFDM,

aunque también se incluyeron CCK y DSSS para lograr la compatibilidad con el
estándar anterior.
802.11n
El estándar fue publicado en 2009, aunque los fabricantes comenzaron a utilizarlo en
2007, basándose en el borrador empleado por la Alianza Wi-Fi (Wi-Fi Alliance) para la
certificación de productos.
Este estándar opera tanto en la banda de 5 GHz, como en la de 2,4 GHz. Utiliza antenas
MIMO ( Multiple Input Multiple Output ) para mejorar el desempeño de la
comunicación inalámbrica.
Banda de frecuencia (GHz) 2.4 o 5
Modulación CCK, DSSS, or OFDM
Number of spatial streams 1, 2, 3, or 4
Ancho de banda del canal (MHz) 20 o 40
Tabla 4 – Características principales de 802.11n
Las principales innovaciones del estándar se resumen en los siguientes puntos:
 Cambios en la modulación OFDM.
 Introducción de MIMO.
 Modo de ahorro de energía con MIMO.
 Ancho de banda de canal más amplio (40 MHz).
 Tecnología de antenas.
 Compatibilidad con estándares previos reducida para lograr mejor desempeño y
mayor tasa de transferencia de datos.
Existen tres modos en los que una AP puede operar usando 802.11g:
 Modo legado (Legacy), solo en 802.11 a, b, y g.
 Mixto, tanto en 802.11 a, b, g, como en n.
 Greenfield (solo 802.11 n), ofreciendo máximo desempeño.
802.11ac
El estándar 802.11ac fue desarrollado con el objetivo de elevar la tasa de transferencia
de datos a un mínimo de 1 Gbps y hasta casi 7 Gbps

Debido a la necesidad de tener mayores velocidades de transferencia, la IEEE desarrolló
el estándar Gigabit 802.11ac, también conocido como VHT (Very High Throughput).
Con enlaces inalámbricos de estas capacidades (hasta 7 Gpbs), se pueden implementar
servicios de videoconferencia, videovigilancia, telepresencia, etc.
Banda de frecuencia 5.8 GHz ISM
Máxima tasa de transferencia de
datos
6.93 Gbps
Ancho de banda del canal 20, 40, & 80 MHz160 & 80 + 80 MHz opcional
Modulación
BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM256-QAM
opcional
MIMO
Both single and multi-user MIMO with up to 8
spatial streams.
Beam-forming Opcional
Tabla 5 – Características principales de 802.11ac
Algunas características del estándar:
 Modulación OFDM.
 MU-MIMO (Multi User – Multiple Input Multiple Output).
 Ancho de banda de canal hasta 160 MHz.
 Técnicas avanzadas de corrección de errores.
 Modificación del patrón de radiación (beamforming).
Canales disponibles en 2,4 GHz
En la banda de 2,4 GHz existen 14 canales, aunque su uso está restringido de acuerdo al
las regulaciones de cada país, como se muestra en la siguiente tabla.
Número de canal Europa (ETSI) Norteamércia (FCC) Japón
1 ✔ ✔ ✔
2 ✔ ✔ ✔
3 ✔ ✔ ✔
4 ✔ ✔ ✔
5 ✔ ✔ ✔
6 ✔ ✔ ✔
7 ✔ ✔ ✔
8 ✔ ✔ ✔
9 ✔ ✔ ✔
10 ✔ ✔ ✔

11 ✔ ✔ ✔
12 ✔ No ✔
13 ✔ No ✔
Canales Wi-Fi en 2,4 GHz
Estos canales se superponen, por lo que para evitar interferencia entre AP adyacentes se
deben elegir canales separados (se suelen usar el 1, 6 y 11), como muestra la siguiente
figura.

Canales Wi-Fi no superpuestos en 2,4 GHz
Canales disponibles en 5 GHz
Número de canal Frecuencia Europa (ETSI) Norteamércia (FCC) Japón
36 5180 Indoors ✔ ✔
40 5200 Indoors ✔ ✔
44 5220 Indoors ✔ ✔
48 5240 Indoors ✔ ✔
52 5260 Indoors / DFS / TPC DFS DFS / TPC
100 5500 DFS / TPC DFS DFS / TPC
120 5600 DFS / TPC Sin acceso DFS / TPC
124 5620 DFS / TPC Sin acceso DFS / TPC
128 5640 DFS / TPC No Access DFS / TPC

149 5745 SRD ✔ Sin acceso
DFS = Dynamic Frequency Selection; TPC = Transmit Power Control; SRD = Short
Range Devices 25 mW max power.
Acceso al medio
Los estándares inalámbricos IEEE 802.11 utilizan un protocolo de acceso al medio
llamado CSDMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Su
nombre es de hecho similar al utilizado en las redes Ethernet cableadas (CSMA/CD –
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), pero su funcionamiento es
diferente. En el caso inalámbrico CA se refiere a evitar la colisión, mientras que en
Ethernet se habla de detección de colisión.
Las redes Wi-Fi son half-duplex, es decir, los dispositivos no pueden transmitir y recibir
al mismo tiempo en el mismo canal de radio. Un dispositivo no puede “escuchar” al
mismo tiempo que está transmitiendo, por lo que no puede detectar colisiones. Debido a
esto, los expertos de la IEEE utilizaron un mecanismo para evitar la colisión, llamado
DCF (Distributed Control Function).
De acuerdo con DCF, un dispositivo Wi-Fi iniciará una transmisión solo si “piensa” que
el canal no está en uso. Para lograr esto, todas las transmisiones son reconocidas, por lo
que si un dispositivo no recibe una trama de reconocimiento, supone que hubo colisión
y reintenta tras un intervalo de tiempo aleatorio.Las colisiones aumentan a medida que
crece el tráfico en la red o cuando los dispositivos móviles no se pueden “escuchar”
unos a otros. También debido a interferencias.
Seguridad en redes Wi-Fi
Dado que el medio de transmisión es el aire, el cual es naturalmente accesible por
cualquier dispositivo, es fundamental asegurar que el acceso a la red será restringido a
aquellos dispositivos autorizados.Para esto, el estándar 802.11i define distintos
sistemas, como WEP, WPA y WPA2, en los cuales los dispositivos utilizan claves para
autenticarse.Los AP emiten en forma períodica un aviso que contiene el SSID (Service
Set Identifier), lo cual permite a los usuarios identificar al AP correcto y conectarse a
el.El proceso de conexión comienza con un procedimiento de autenticación, para lo cual
se genera una clave (key).

Existen tres tipos de autenticación en las redes Wi-Fi
WEP – wired-equivalent privacy key
Como su nombre lo indica, el objetivo de este método es intentar hacer que las redes
inalámbricas sean tan seguras como las cableadas. Lamentablemente fue rápidamente
vulnerado y en la actualidad no se recomienda su uso.Al inicio del proceso de
autenticación, el dispositivo cliente envía un mensaje de texto sin encriptar, el cual es
encriptado por el AP usando una clave compartida y devuelto al cliente.Las claves son
usualmente de 128 o 256 bits.
El principal problema de WEP es la administración de la llave. Generalmente las llaves
son distruibuidas en forma manual o a través de otra vía segura. WEP usa llaves
compartidas, es decir, el AP utiliza la misma llave para todos los clientes, por lo que si
la llave es descubierta, todos los usuarios son puestos en riesgo. Para obtener la llave
solamente es necesario escuchar hasta obtener las tramas de autenticación devueltas.
Utilizar WEP es mejor que nada y cuando no haya nada mejor es recomendable usarlo.
Después de todo, no todo el mundo quiere vulnerar redes inalámbricas. Una buena
recomendación es utilizar seguridad en las capas superiores, por ejemplo mediante
encriptación SSL, TSL, etc.
WPA Wi-Fi Protected Access
Para salvar las fallas de seguridad de WEP se desarrolló WPA. Este sistema fue
desarrollado con el auspicio de Wi-Fi Alliance y se utilizó una parte del estándar
802.11i y luego el estándar 802.11i se actualizó para reemplazar el protocolo WEP.Uno
de los elementos clave de WPA es TKIP (Temporal Key Integrity), que forma parte del
estándar 802.11i. TKIP opera generando claves dinámicas.WPA puede utilizar en forma
opcional AES-CCMP (Advanced Encryption Standard – Counter Mode with Cipher
Block Chaining Message Authentication Code Protocol) como reemplazo de TKIP.
WPA2 / WPAv2
WPA2 es la mejor técnica disponible para asegurar una red Wi-Fi. Utiliza en forma
obligatoria AES-CCMP y es utilizada en todos los dispositivos que se fabrican en la
actualidad.
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