Fundamentos de Redes LAN Inalámbricas

Vamos a ver todo sobre Redes Inalámbricas Cisco.

Las redes inalámbricas transmiten la información por radiofrecuencia (RF). En redes cableadas Ethernet se usa el estándar IEEE 802.3 y en redes inalámbricas se usa el estándar IEEE 802.11.

Topología de una Red LAN Inalámbrica

En las redes inalámbricas el medio se comparte entre todos quienes enviar y recibir datos a través del aire, por tanto los dispositivos tienen que transmitir en un tiempo determinado para no colisionar entre ellos, esta técnica se define en el estándar 802.11. Y seguramente te sonará de alguna parte, pues si, ésta técnica también se usa en una red LAN Ethernet tradicional (no switch), por ejemplo cuando tenemos un hub en half-duplex, cada dispositivo tiene que esperar su turno para transmitir y así evitar colisiones.

Las redes WLAN IEEE 802.11 son siempre half-dúplex porque las transmisiones entre estaciones utilizan la misma frecuencia o canal. Solo una estación puede transmitir en cualquier momento; de lo contrario, ocurren colisiones. Para lograr el modo full-duplex, la transmisión de una estación tendría que ocurrir en una frecuencia mientras recibe en una frecuencia diferente, al igual que funcionan los enlaces Ethernet full-duplex. Aunque esto es ciertamente posible y práctico, el estándar 802.11 no permite la operación full-duplex. Algunas enmiendas al estándar proporcionan un medio para que varios dispositivos transmitan en el mismo canal al mismo tiempo, pero esto está más allá del alcance de este curso.

BSS: Conjunto de Servicios Básicos

Existe un conjunto de servicios básicos para el funcionamiento de una red inalámbrica. El estándar 802.11 llama a este conjunto de servicios básicos (BSS).

En el corazón de un BSS hay un Punto de Acceso inalámbrico ó en inglés, Access Point (AP). El AP ofrece el servicio necesario para infraestructura de una red inalámbrica.

Tanto el AP como lo miembros del BSS deben usar el mismo canal de comunicación.

El BSS depende del AP y por tanto está limitado al área que cubre la señal del AP. A esto se le conoce como Área de Servicio Básico ó BSA (Basic Service Area). Éste espacio al que le llamaremos celda puede tener distintas formas dependiendo del tipo de antena.

El AP usa un único identificador BSS (BSSID) que está basado en la dirección MAC del AP.

BSS: Basic Service Set (Conjunto Básico de Servicios). Estándar 802.11
BSS: Basic Service Set (Conjunto Básico de Servicios). Estándar 802.11

Adicionalmente, el AP anuncia la red con un SSID (Service Set Identifier) que es un texto que contiene el nombre lógico de la red.

La afiliación con la BSS se llama asociación. Un dispositivo inalámbrico solicita una asociación con el AP, el AP debe aceptar o denegar la solicitud. Una vez asociado, el dispositivo se convierte en un cliente, o una estación (STA) 802.11 del BSS.

Para mantener la estabilidad y el control de la red por parte del BSS, todas las comunicaciones de los dispositivos inalámbricos deben pasar por un AP. Por tanto, no es posible que dos dispositivos se envíen información directamente.

En resumen:

  • AP (Punto de Acceso): Ofrece el servicio necesario para la infraestructura de red inalámbrica.
  • BSS (Conjunto de Servicios Básicos): En el BSS hay un AP (Punto de Acceso).
  • BSA (Área de Servicios Básicos): Es el área que cubre el AP.
  • BSSID: Es el identificador del AP basándose en su MAC.
  • SSID: Cadena de carácter de texto que identifica de manera lógica al AP.
  • STA: La asociación que hace un dispositivo cualquiera con el AP.

DS: Sistema de Distribución

Cuando un dispositivo se quiere comunicar con otro fuera de su BSS, éste tiene que utilizar lo que se define en el estándar 802.11 como DS (Distribution System) que es el enlace cableado de subida (upstream).

Para hacer esto el AP se encarga de mapear una VLAN a un SSD.

DS: Distribution System Supporting a BSS (Sistema de Distribución)
DS: Distribution System Supporting a BSS (Sistema de Distribución)

Éste concepto se puede extender a multiples SSID.

Para esto crea una VLAN Trunk con distintas VLANs para cada SSID. Por ejemplo, en la siguiente figura vemos que la VLAN 10 mapea el SSID “MiRed,”, la VLAN 20 mapea el SSID “TuRed,” y la VLAN 30 el SSID “Invitado.”

Soportando Múltiples SSIDs en un AP
Soportando Múltiples SSIDs en un AP

ESS: Conjunto de Servicios Extendidos

Por lo general un solo AP no puede cubrir el área completa que el cliente necesita cubrir. Por ejemplo, si el cliente quiere cubrir el piso completo de un hotel, hospital o un edificio con áreas grandes. Para poder hacer esto podemos usar más de un AP, es decir varias celdas separadas geográficamente.

Cuando varios APs son puestos en lugares diferentes éstos se pueden interconectar por un switch. El estandard 802.11 llama a esto ESS (Extended Service Set ó en español, Conjunto de Servicios Extendidos)

Lo ideal es que el SSID definido en un AP se use para todos los AP y evitar que los clientes tengan que reconfigurar sus dispositivos cada vez que pasan a otra celda de la red que tiene otro SSID.

Cabe destacar que si bien el SSID puede ser el mismo, el BSSID siempre es distinto ya que identifica fisicamente al AP.

De esta manera un cliente puede pasar entre celdas sin «darse cuenta» ya que no tiene que reconfigurar, a esto se le llama roaming. Ten en cuenta que cada AP ofrece su propio BSS en su propio canal para evitar interferencias, esto lo hace porque escanea los diretenes canales uisados por los BSS.

En definitiva, el cliente hace roaming de BSS a BSS, de un canal a otro.

ESS: Extended Service Set (Conjunto de Servicios Extendidos). Escalando la cobertura Inalámbrica con 802.11
ESS: Extended Service Set (Conjunto de Servicios Extendidos). Escalando la cobertura Inalámbrica con 802.11

IBSS: Conjunto de Servicios Básicos Independientes

En general en una red inalámbrica usa los APs para organización, control y escalabilidad de la red.

Pero a veces esto no es posible o conveniente en una situación específica. Por ejemplo, dos personas quieren intercambiar documentos electrónicos y no encuentran un BSS disponible o quieren evitarlo para no autenticarse en la red.

El estándar 802.11 permite a dos clientes o más comunicarse directamente entre ellos, a esto se le conoce como ad hoc o IBSS (Independent Basic Service Set).

Otras Topologías de Red Inalámbrica

Repetidor

Normalmente, cada AP tiene un conector cableado (DS) que se puede conectar a otro AP para extender el espectro geográfico que cubre la celda. Pero en algunos escenarios esto no es posible porque por ejemplo el cable necesario es muy extenso para soportar una comunicación Ethernet.

En este caso se puede usar un AP configurado en modo repetido. Un repetidor inalámbrico toma la señal que recibe y la repite o retransmite en una nueva celda alrededor del repetidor.

Repetidores Inalámbricos
Repetidores Inalámbricos

WGM: Workgroup Bridge (Puente de Grupo de Trabajo)

El WGM conecta a un dispositivo que no tiene conectividad inalámbrica con la red inalámbrica. Por ejemplo un equipo médico que está conectado a la red posiblemente no tenga conectividad inalámbrica, en este caso se usa un dispositivo WGB para interconectar el equipo médico con la red inalámbrica.

WGB: Workgroup Bridge (Puente de Grupo de Trabajo)
WGB: Workgroup Bridge (Puente de Grupo de Trabajo)

Puedes encontrar dos tipos de peuntes de grupod e trabajo:

  • Universal workgroup bridge (uWGB): A un único cable de un dispositivo se le puede hacer puente con una red inalámbrica.
  • Workgroup bridge (WGB): Una implementación propietaria de Cisco que permite a múltiples dispositivos cableados hacer puente con una red inalámbrica.

Bridge Outdoor (Puente al Aire Libre)

Los enlaces puente al aire libre son usados comúnmente para conectar entre edificios o ciudades.

En cada extremo se necesita un AP configurado en modo bridge. Normalmente se usan antenas conectadas a los Bridge para direccionar la señal en una dirección. Esto maximiza la distancia.

Conexión Inalámbrica Outdoor Bridge (Puente al Aire Libre)
Conexión Inalámbrica Outdoor Bridge (Puente al Aire Libre)

Mesh Network (Red Mallada)

Para proveer una cobertura muy extensa no es práctico interconectar los AP con cables entre ellos. En su lugar puedes usar varios APs configurados en modo mesh.

Red Mesh Inalámbrica
Red Mesh Inalámbrica

Resumen Sobre Radiofrecuencia (RF)

Bandas y Canales Inalámbricos

Bandas y Canales Inalámbricos en 2.4-GHz y 5-GHz
Bandas y Canales Inalámbricos en 2.4-GHz y 5-GHz

Para evitar solapamiento de frecuencias en redes inalámbricas, puedes cambiar el canal donde se transmitirá, ya que cada canal ocupa un espectro de frecuencia y los canales se solapan entre ellos (especialmente en la banda 2.4-Ghz).

En la banda 2.4-Ghz, la única manera de evitar el solapamiento sería configurando los canales 1, 6 y 11, a pesar de tener un total de 14 canales.

Los APs y Estándares Inalámbricos

Enmienda2.4 GHz5 GHzMáxima Transferencia de DatosNotas
802.11-1997SiNo2 MbpsEl estándar original 802.11 ratificado en 1997
802.11bSiNo11 MbpsIntroducido en 1999
802.11gSiNo54 MbpsIntroducido en 2003
802.11aNoSi54 MbpsIntroducido en 1999
802.11nSiSi600 MbpsHT (high throughput, en español, alto rendimiento), ;introducido en 2009
802.11acNoSi6.93 GbpsVHT (very high throughput, en español; muy alto rendimiento), introducido en 2013
802.11axSiSi4x 802.11acHigh Efficiency Wireless (Inalámbrico de Alta Eficiencia), Wi-Fi6; fecha prevista 2019; operará también en otras bandas a medida que estén disponibles

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