Introducción
Desde hace relativamente poco tiempo, se está viviendo lo que puede significar un revolución en el uso de las
tecnologías de la información tal y como lo conocemos. Esta revolución puede llegar a tener una importancia
similar a la que tuvo la adopción de Internet por el gran público.
De una forma callada, las redes inalámbricas o Wireless Networks (WN), se están introduciendo en el
mercado de consumo gracias a unos precios populares y a un conjunto de entusiastas, mayoritariamente
particulares, que han visto las enormes posibilidades de esta tecnología.
Las aplicaciones de las redes inalámbricas son infinitas. De momento van a crear una nueva forma de usar la
información, pues ésta estará al alcance de todos a través de internet en cualquier lugar (en el que haya
cobertura).
En un futuro cercano se reunificarán todo aquellos dispositivos con los que hoy contamos para dar paso a unos
nuevos que perfectamente podrían llamarse Terminales Internet en los cuales estarían reunidas las funciones
de teléfono móvil, agenda, terminal de vídeo, reproductor multimedia, ordenador portátil y un largo etcétera.
Se podría dar lugar a una internet paralela y gratuita la cual estaría basada en las redes que altruistamente cada
uno de nosotros pondríamos a disposición de los demás al incorporarnos a las mismas como destino y origen
de la información.
En un futuro también cercano la conjugación de las redes Mesh, con las redes inalámbricas y las redes Grid
podría llevar a cabo al nacimiento de nuevas formas de computación que permitan realizar cálculos
inimaginables hasta ahora debido a las necesidades HW de las que eran objeto.
En las grandes ciudades por fin se podría llevar a cabo un control definitivo del tráfico con el fin de evitar
atascos, limitando la velocidad máxima y/o indicando rutas alternativas en tiempo real.
Las tecnologías que son necesarias para llevar a cabo estos sistemas hoy existen desde ayer, su precio es
mínimo o al menos muy asequible y su existencia mañana sólo depende de las estrategias comerciales de las
empresas que las poseen.Antes de echar la imaginación a volar es necesario tener un cierto conocimiento sobre la tecnología que va a ser la base de estas aplicaciones, sobre las redes inalámbricas. Vamos entonces a intentar describir las mismas.
2. Clasificación de redes inalámbricas
Lo primero que tenemos que hacer antes que nada es situarnos dentro del mundo inalámbrico. Para ello vamos
a hacer una primera clasificación que nos centre ante las diferentes variantes que podemos encontrarnos:
- Redes inalámbricas personales
- Redes inalámbricas 802.11
- Redes inalámbricas de consumo
- Redes inalámbricas personales
Dentro del ámbito de estas redes podemos integrar a dos principales actores:
a)En primer lugar y ya conocido por bastantes usuarios están las redes que se usan actualmente mediante el
intercambio de información mediante infrarrojos. Estas redes son muy limitadas dado su cortísimo alcance,
necesidad de visión sin obstáculos entre los dispositivos que se comunican y su baja velocidad (hasta 115
kbps). Se encuentran principalmente en ordenadores portátiles, PDAs (Agendas electrónicas personales),
teléfonos móviles y algunas impresoras.
b)En segundo lugar el Bluetooth, estándar de comunicación entre pequeños dispositivos de uso personal,
como pueden ser los PDAs, teléfonos móviles de nueva generación y algún que otro ordenador portátil. Su
principal desventaja es que su puesta en marcha se ha ido retrasando desde hace años y la aparición del mismo
ha ido plagada de diferencias e incompatibilidades entre los dispositivos de comunicación de los distintos
fabricantes que ha imposibilitado su rápida adopción. Opera dentro de la banda de los 2?4 Ghz. Para más
información sobre el mismo vea http://www.bluetooth.com .
Estos dos tipos de redes no entran dentro del ámbito del presente documento.
Redes inalámbricas 802.11
a)Estas son las redes que van a estar dentro del ámbito de nuestro estudio y a las que vamos a dedicar la
mayor parte del presente documento.
Redes inalámbricas de consumo
a)Redes CDMA (estándar de telefonía móvil estadounidense) y GSM (estándar de telefonía móvil europeo
y asiático). Son los estándares que usa la telefonía móvil empleados alrededor de todo el mundo en sus
diferentes variantes. Vea http://www.gsmworld.com .
b)802.16 son redes que pretenden complementar a las anteriores estableciendo redes inalámbricas
metropolitanas (MAN) en la banda de entre los 2 y los 11 Ghz. Estas redes no entran dentro del ámbito del
presente documento.
Redes inalámbricas 802.11
Las redes inalámbricas o WN básicamente se diferencian de las redes conocidas hasta ahora por el enfoque
que toman de los niveles más bajos de la pila OSI, el nivel físico y el nivel de enlace, los cuales se definen por
el 802.11 del IEEE (Organismo de estandarización internacional).
Como suele pasar siempre que un estándar aparece y los grandes fabricantes se interesan por él, aparecen
diferentes aproximaciones al mismo lo que genera una incipiente confusión.
Nos encontramos ante tres principales variantes:
802.11a: Fue la primera aproximación a las WN y llega a alcanzar velocidades de hasta 54 Mbps dentro de
los estándares del IEEE y hasta 72 y 108 Mbps con tecnologías de desdoblamiento de la velocidad ofrecidas
por diferentes fabricantes, pero que no están (a día de hoy) estandarizadas por el IEEE. Esta variante opera
dentro del rango de los 5 Ghz. Inicialmente se soportan hasta 64 usuarios por Punto de Acceso.
Sus principales ventajas son su velocidad, la base instalada de dispositivos de este tipo, la gratuidad de la
frecuencia que usa y la ausencia de interferencias en la misma.
Sus principales desventajas son su incompatibilidad con los estándares 802.11b y g, la no incorporación a la
misma de QoS (posibilidades de aseguro de Calidad de Servicio, lo que en principio impediría ofrecer
transmisión de voz y contenidos multimedia online), la no disponibilidad de esta frecuencia en Europa dado
que esta frecuencia está reservada a la HyperLAN2 (Ver http://www.hiperlan2.com) y la parcial
disponibilidad de la misma en Japón.
El hecho de no estar disponible en Europa prácticamente la descarta de nuestras posibilidades de elección para
instalaciones en este continente.
802.11b: Es la segunda aproximación de las WN. Alcanza una velocidad de 11 Mbps estandarizada por el
IEEE y una velocidad de 22 Mbps por el desdoblamiento de la velocidad que ofrecen algunos fabricantes pero
sin la estandarización (a día de hoy) del IEEE. Opera dentro de la frecuencia de los 2.4 Ghz. Inicialmente se
soportan hasta 32 usuarios por PA.
Adolece de varios de los inconvenientes que tiene el 802.11a como son la falta de QoS, además de otros
problemas como la masificación de la frecuencia en la que transmite y recibe, pues en los 2?4 Ghz funcionan
teléfonos inalámbricos, teclados y ratones inalámbricos, hornos microondas, dispositivos Bluetooth? , lo cual
puede provocar interferencias.
En el lado positivo está su rápida adopción por parte de una gran comunidad de usuarios debido
principalmente a unos muy bajos precios de sus dispositivos, la gratuidad de la banda que usa y su
disponibilidad gratuita alrededor de todo el mundo. Está estandarizado por el IEEE
802.11g: Es la tercera aproximación a las WN, y se basa en la compatibilidad con los dispositivos 802.11b
y en el ofrecer unas velocidades de hasta 54 Mbps. A 05/03/2003 se encuentra en estado de borrador en el
IEEE, se prevee que se estandarice para mediados de 2003. Funciona dentro de la frecuencia de 2?4 Ghz.
3. Dispositivos wireless
Sea cual sea el estándar que elijamos vamos a disponer principalmente de dos tipos de dispositivos:
Dispositivos Tarjetas de red, o TR, que serán los que tengamos integrados en nuestro ordenador, o bien
conectados mediante un conector PCMCIA ó USB si estamos en un portátil o en un slot PCI si estamos en un
ordenador de sobremesa. SUBSTITUYEN a las tarjetas de red Ethernet o Token Ring a las que estábamos
acostumbrados. Recibirán y enviarán la información hacia su destino desde el ordenador en el que estemos
trabajando. La velocidad de transmisión / recepción de los mismos es variable dependiendo del fabricante y de
los estándares que cumpla.
Dispositivos Puntos de Acceso, ó PA, los cuales serán los encargados de recibir la información de los
diferentes TR de los que conste la red bien para su centralización bien para su encaminamiento.
COMPLEMENTAN a los Hubs, Switches o Routers, si bien los PAs pueden substituir a los últimos pues
muchos de ellos ya incorporan su funcionalidad. La velocidad de transmisión / recepción de los mismos es
variable, las diferentes velocidades que alcanzan varían según el fabricante y los estándares que cumpla.
de los mismos inconvenientes que el 802.11b además de los que pueden aparecer por la aún no
estandarización del mismo por parte del IEEE (puede haber incompatibilidades con dispositivos de diferentes
fabricantes).
Las ventajas de las que dispone son las mismas que las del 802.11b además de su mayor velocidad.
4. Funcionamiento de los dispositivos
En este documento vamos a referirnos principalmente al 802.11g, por ser el probable vencedor de la guerra de
estándares abierta hoy en día, aunque lo explicado será fácilmente extrapolable a los demás teniendo en
cuenta las características propias de cada uno.
Todos los estándares aseguran su funcionamiento mediante la utilización de dos factores, cuando estamos
conectados a una red mediante un cable, sea del tipo que sea, disponemos de una velocidad fija y constante.
Sin embargo cuando estamos hablando de redes inalámbricas aparece un factor añadido que puede afectar a la
velocidad de transmisión, que es la distancia entre los interlocutores.
Así pues cuando un TR se conecta a un PA se ve afectado principalmente por los siguientes parámetros:
-Velocidad máxima del PA (normalmente en 802.11g será de 54Mbps)
- Distancia al PA (a mayor distancia menor velocidad)
- Elementos intermedios entre el TR y el PA (las paredes, campos magnéticos o eléctricos u otros elementos
interpuestos entre el PA y el TR modifican la velocidad de transmisión a la baja)
- Saturación del espectro e interferencias (cuantos más usuarios inalámbricos haya en las cercanías más
colisiones habrá en las transmisiones por lo que la velocidad se reducirá, esto también es aplicable para las
interferencias.)
Normalmente los fabricantes de PAs presentan un alcance teórico de los mismos que suele andar alrededor de
los 300 metros. Esto obviamente es sólo alcanzable en condiciones de laboratorio, pues realmente en
condiciones objetivas el rango de alcance de una conexión varía (y siempre a menos) por la infinidad de
condiciones que le afectan.
Cuando ponemos un TR cerca de un PA disponemos de la velocidad máxima teórica del PA, 54 Mbps por
ejemplo, y conforme nos vamos alejando del PA, tanto él mismo como el TR van disminuyendo la velocidad
de la transmisión/recepción para acomodarse a las condiciones puntuales del momento y la distancia.
Actualmente ya hay fabricantes que ofrecen antenas que aumentan la capacidad de TX/RX (transmisión y
recepción) de los dispositivos wireless.
Dentro de los PAs (actualmente ya se puede comenzar a aplicar también a los TRs) se puede modificar
enormemente la capacidad de TX/RX gracias al uso de antenas especiales. Estas antenas se pueden dividir en
Direccionales
Omnidireccionales
- Las antenas Direccionales envían la información a una cierta zona de cobertura, a un ángulo determinado, por
lo cual su alcance es mayor, sin embargo fuera de la zona de cobertura no se escucha nada, no se puede establecer comunicación entre los interlocutores.
- Las antenas Omnidireccionales envían la información teóricamente a los 360 grados por lo que es posible
establecer comunicación independientemente del punto en el que se esté. En contrapartida el alcance de estas
antenas es menor que el de las antenas direccionales.
Muchos particulares se han construido sus propias antenas caseras con diferentes resultados. Es bueno darse
un paseo por el Google ( http://www.google.com ) de vez en cuando para ver qué se va inventando. A modo
de ejemplo, ciertos usuarios han descubierto que usando el envase cilíndrico de cierta marca de patatas fritas
como antena direccional se puede emitir y recibir mucho mejor.
5. Velocidad vs Modulación
Cuando transmitimos información entre dos dispositivos inalámbricos, la información viaja entre ellos en
forma de tramas. Estas tramas son básicamente secuencias de bits. Las secuencias de bits están divididas en
dos zonas diferenciadas, la primera es la cabecera y la segunda los datos que verdaderamente se quieren
transmitir.
La cabecera es necesaria por razones de gestión de los datos que se envían. Dependiendo de la forma en la que
se module la cabecera (o preámbulo), podemos encontrarnos con diferentes tipos de tramas, como son:
- Barker. (RTS / CTS)
- CCK. Complementary Code Keying
- PBCC. Packet Binary Convolutional Coding
- OFDM. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
Como podemos ver la cabecera en el caso de la codificación OFDM es más pequeña. A menor tamaño de
cabecera menor overhead en la transmisión, es decir, menor tráfico de bits de gestión luego mayor sitio para
mandar bits de datos. Lo que repercutirá positivamente en el rendimiento de la red.
Ya a primera vista podemos ver que el estándar 802.11g es una unión de los estándares 802.11 a y b. Contiene
todos y cada uno de los tipos de modulación que éstos usan, con la salvedad de que ?a? opera en la banda de
los 5 Ghz, mientras que los otros dos operan en la del los 2?4 Ghz.
Cuando tenemos una red inalámbrica en la que todos los dispositivos son tipo a o todos de tipo b no hay
problemas en las comunicaciones. Cada AP tipo a tendrá sólo TRs tipo a y los APs tipo b tendrán sólo TRs
tipo b. Se seleccionará la mejor modulación y se transmitirá. Si la comunicación óptima no es posible debido
a una excesiva distancia entre los dispositivos o por diferentes tipos de interferencias se va disminuyendo la
velocidad hasta que se encuentre la primera en la que la comunicación es posible.
En el caso de dispositivos AP 802.11g normalmente estaremos usando la modulación OFDM, modulación que
es la óptima para este estándar.
Si por un casual un dispositivo 802.11b quisiera hablar con otro dispositivo 802.11g, este último debería
aplicar una modulación compatible con el estándar b, cosa que es capaz de hacer. Sin embargo el dispositivo b
no puede escuchar las transmisiones de los otros dipositivos g que hablan con su partner pues éstos usan una
modulación que él no es capaz de entender. Si un dispositivo b comenzase a hablar a la vez que un dispositivo
g se producirían colisiones que impedirían la transmisión, no por que interfieran ya que usan diferente
modulación sino porque el AP normalmente sólo será capaz de hablar con un dispositivo a la vez.
Para evitar las colisiones, los equipos b usan la modulación Barker con TRS/CTS (Request To Send / Clear
To Send), que básicamente significa que deben pedir permiso al AP para transmitir.
6. Topología y Modos de funcionamiento de los dispositivos
Es conveniente el hacer una división entre la topología y el modo de funcionamiento de los dispositivos WiFi.
Con topología nos referimos a la disposición lógica (aunque la disposición física también se pueda ver
influida) de los dispositivos, mientras que el modo de funcionamiento de los mismos es el modo de actuación
de cada dispositivo dentro de la topología escogida.
En el mundo Wireless existen dos topologías básicas:
- Topología Ad-Hoc. Cada dispositivo se puede comunicar con todos los demás. Cada nodo forma parte de
una red Peer to Peer o de igual a igual, para lo cual sólo vamos a necesitar el disponer de un SSID igual para
todos los nodos y no sobrepasar un número razonable de dispositivos que hagan bajar el rendimiento. A más
dispersión geográfica de cada nodo más dispositivos pueden formar parte de la red, aunque algunos no lleguen
a verse entre si.
- Topología Infraestructura, en el cual existe un nodo central (Punto de Acceso WiFi) que sirve de enlace
para todos los demás (Tarjetas de Red Wifi). Este nodo sirve para encaminar las tramas hacia una red
convencional o hacia otras redes distintas. Para poder establecerse la comunicación, todos los nodos deben
estar dentro de la zona de cobertura del AP.
Un caso especial de topología de redes inalámbricas es el caso de las redes Mesh, que se verá más adelante.
Todos los dispositivos, independientemente de que sean TRs o PAs tienen dos modos de funcionamiento.
Tomemos el modo Infraestructura como ejemplo:
- Modo Managed, es el modo en el que el TR se conecta al AP para que éste último le sirva de
concentrador. El TR sólo se comunica con el AP.
- Modo Master. Este modo es el modo en el que trabaja el PA, pero en el que también pueden entrar los TRs
si se dispone del firmware apropiado o de un ordenador que sea capaz de realizar la funcionalidad requerida.
Estos modos de funcionamiento nos sugieren que básicamente los dispositivos WiFi son todos iguales, siendo
los que funcionan como APs realmente TRs a los que se les ha añadido cierta funcionalidad extra vía
firmware o vía SW. Para realizar este papel se pueden emplear máquinas antiguas 80486 sin disco duro y bajo
una distribución especial de linux llamada LINUXAP/OPENAP.
Esta afirmación se ve confirmada al descubrir que muchos APs en realidad lo que tienen en su interior es una
placa de circuitos integrados con un Firmware añadido a un adaptador PCMCIA en el cual se le coloca una
tarjeta PCMCIA idéntica a las que funcionan como TR.
7. Mesh Networks
Los inicios de las redes acopladas son, como no, militares. Inicialmente se usaron para comunicarse con
aquellas unidades de militares que aún estando lejos de las zonas de cobertura de sus mandos estaban lo
suficientemente cerca entre si como para formar una cadena a través de la cual se pudiese ir pasando los
mensajes hasta llegar a su destino (los mandos).
Las redes Mesh, o redes acopladas, para definirlas de una forma sencilla, son aquellas redes en las que se
mezclan las dos topologías de las redes inalámbricas. Básicamente son redes con topología de infraestructura,
pero que permiten unirse a la red a dispositivos que a pesar de estar fuera del rango de cobertura de los PA
están dentro del rango de cobertura de algún TR que directamente o indirectamente está dentro del rango de
cobertura del PA.
También permiten que los TRs se comuniquen independientemente del PA entre sí. Esto quiere decir que los
dispositivos que actúan como TR pueden no mandar directamente sus paquetes al PA sino que pueden
pasárselos a otros TRs para que lleguen a su destino.
Para que esto sea posible es necesario el contar con un protocolo de enrutamiento que permita transmitir la
información hasta su destino con el mínimo número de saltos (Hops en inglés) o con un número que aún no
siendo el mínimo sea suficientemente bueno.
Es tolerante a fallos, pues la caída de un solo nodo no implica la caída de toda la red.
Antiguamente no se usaba porque el cableado necesario para establecer la conexión entre todos los nodos era
imposible de instalar y de mantener. Hoy en día con la aparición de las redes wireless este problema
desaparece y nos permite disfrutar de sus grandes posibilidades y beneficios
8. Seguridad en las comunicaciones wireless
La seguridad es una de los temas más importantes cuando se habla de redes inalámbricas. Desde el nacimiento
de éstas, se ha intentado el disponer de protocolos que garanticen las comunicaciones, pero han sufrido de
escaso éxito. Por ello es conveniente el seguir puntual y escrupulosamente una serie de pasos que nos
permitan disponer del grado máximo de seguridad del que seamos capaces de asegurar.
Terminología
Para poder entender la forma de implementar mejor la seguridad en una red wireless, es necesario comprender
primero ciertos elementos:
- WEP. Significa Wired Equivalet Privacy, y fue introducido para intentar asegurar la autenticación,
protección de las tramas y confidencialidad en la comunicación entre los dispositivos inalámbricos. Puede ser
WEP64 (40 bits reales) WEP128 (104 bits reales) y algunas marcas están introduciendo el WEP256. Es
INSEGURO debido a su arquitectura, por lo que el aumentar los tamaños de las claves de encriptación sólo
aumenta el tiempo necesario para romperlo.
- OSA vs SKA. OSA (Open System Authentication), cualquier interlocutor es válido para establecer una
comunicación con el AP. SKA (Shared Key Authentication) es el método mediante el cual ambos dispositivos
disponen de la misma clave de encriptación, entonces, el dispositivo TR pide al AP autenticarse. El AP le
envía una trama al TR, que si éste a su vez devuelve correctamente codificada, le permite establecer
comunicación.
- ACL. Significa Access Control List, y es el método mediante el cual sólo se permite unirse a la red a aquellas direcciones MAC que estén dadas de alta en una lista de direcciones permitidas.
- CNAC. Significa Closed Network Access Control. Impide que los dispositivos que quieran unirse a la red
lo hagan si no conocen previamente el SSID de la misma.
- SSID. Significa Service Set IDentifier, y es una cadena de 32 caracteres máximo que identifica a cada red
inalámbrica. Los TRs deben conocer el nombre de la red para poder unirse a ella.