Red inalámbrica

Una red de área local inalámbrica, LAN inalámbrica, WLAN o simplemente red inalámbrica es una red informática inalámbrica que vincula dos o más dispositivos mediante comunicación inalámbrica para formar una red de área local (LAN) dentro de un área limitada, como un hogar, escuela, laboratorio de computación, campus o edificio de oficinas. Esto brinda a los usuarios la capacidad de moverse dentro del área y permanecer conectados a la red. A través de una puerta de enlace, una WLAN también puede proporcionar una conexión a Internet más amplia.

Las LAN inalámbricas basadas en los estándares IEEE 802.11 son las redes informáticas más utilizadas en el mundo. Estos se denominan comúnmente Wi-Fi, que es una marca comercial perteneciente a Wi-Fi Alliance. Se utilizan para redes domésticas y de pequeñas oficinas que conectan computadoras portátiles, impresoras, teléfonos inteligentes, televisores web y dispositivos de juegos con un enrutador inalámbrico, que los conecta a Internet. Los puntos de acceso proporcionados por enrutadores en restaurantes, cafeterías, hoteles, bibliotecas y aeropuertos permiten a los consumidores acceder a Internet con dispositivos inalámbricos portátiles.

Historia

Norman Abramson, profesor de la Universidad de Hawái, desarrolló la primera red de comunicación informática inalámbrica del mundo, ALOHAnet. El sistema entró en funcionamiento en 1971 e incluía siete computadoras desplegadas en cuatro islas para comunicarse con la computadora central en la isla de Oahu sin usar líneas telefónicas.

El hardware de LAN inalámbrica inicialmente costaba tanto que solo se usaba como una alternativa a la LAN cableada en lugares donde el cableado era difícil o imposible. El desarrollo inicial incluía soluciones específicas de la industria y protocolos patentados, pero a fines de la década de 1990 estos fueron reemplazados por estándares técnicos, principalmente las diversas versiones de IEEE 802.11 (en productos que usan la marca Wi-Fi).

A partir de 1991, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) buscó una alternativa europea conocida como HiperLAN/1 con una primera versión aprobada en 1996. A esto le siguió una especificación funcional de HiperLAN/2 con influencias ATM realizada en febrero de 2000. estándar logró el éxito comercial de 802.11, aunque gran parte del trabajo en HiperLAN/2 ha sobrevivido en la especificación física (PHY) para IEEE 802.11a, que es casi idéntica a la PHY de HiperLAN/2.

En 2009 se añadió 802.11n a 802.11. Opera en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz a una velocidad máxima de transferencia de datos de 600 Mbit/s. La mayoría de los enrutadores más nuevos son de doble banda y pueden utilizar ambas bandas inalámbricas. Esto permite que las comunicaciones de datos eviten la saturada banda de 2,4 GHz, que también se comparte con dispositivos Bluetooth y hornos de microondas. La banda de 5 GHz también tiene más canales que la banda de 2,4 GHz, lo que permite que una mayor cantidad de dispositivos compartan el espacio. No todos los canales están disponibles en todas las regiones.

Un grupo HomeRF se formó en 1997 para promover una tecnología destinada al uso residencial, pero se disolvió en enero de 2003.

Arquitectura

Estaciones

Todos los componentes que pueden conectarse a un medio inalámbrico en una red se denominan estaciones. Todas las estaciones están equipadas con controladores de interfaz de red inalámbrica. Las estaciones inalámbricas se dividen en dos categorías: puntos de acceso inalámbrico (WAP) y clientes. Los WAP son estaciones base para la red inalámbrica. Transmiten y reciben frecuencias de radio para que se comuniquen los dispositivos inalámbricos. Los clientes inalámbricos pueden ser dispositivos móviles, como computadoras portátiles, asistentes digitales personales, teléfonos VoIP y otros teléfonos inteligentes, o dispositivos no portátiles, como computadoras de escritorio, impresoras y estaciones de trabajo que están equipadas con una interfaz de red inalámbrica.

Conjunto de servicios

El conjunto de servicios básicos (BSS) es un conjunto de todas las estaciones que pueden comunicarse entre sí en la capa PHY. Cada BSS tiene una identificación (ID) llamada BSSID, que es la dirección MAC del punto de acceso que da servicio al BSS.

Hay dos tipos de BSS: BSS independiente (también conocido como IBSS) y BSS de infraestructura. Un BSS independiente (IBSS) es una red ad hoc que no contiene puntos de acceso, lo que significa que no pueden conectarse a ningún otro conjunto de servicios básicos. En un IBSS las STA se configuran en modo ad hoc (peer-to-peer).

Un conjunto de servicios extendidos (ESS) es un conjunto de BSS conectados. Los puntos de acceso en un ESS están conectados por un sistema de distribución. Cada ESS tiene una identificación llamada SSID que es una cadena de caracteres de 32 bytes (máximo).

Un sistema de distribución (DS) conecta puntos de acceso en un conjunto de servicios extendidos. El concepto de DS se puede utilizar para aumentar la cobertura de la red a través de la itinerancia entre celdas. DS puede ser cableado o inalámbrico. Los sistemas de distribución inalámbricos actuales se basan principalmente en los protocolos WDS o MESH, aunque se utilizan otros sistemas.

Tipos de LAN inalámbricas

El IEEE 802.11 tiene dos modos básicos de operación: infraestructura y modo ad hoc. En el modo ad hoc, las unidades móviles se comunican directamente entre pares. En el modo de infraestructura, las unidades móviles se comunican a través de un punto de acceso inalámbrico (WAP) que también sirve como puente con otras redes, como una red de área local o Internet.

Dado que la comunicación inalámbrica utiliza un medio de comunicación más abierto en comparación con las redes LAN por cable, los diseñadores de 802.11 también incluyeron mecanismos de encriptación: privacidad equivalente por cable (WEP), que ya no se considera segura, acceso protegido Wi-Fi (WPA, WPA2, WPA3), para Redes informáticas inalámbricas seguras. Muchos puntos de acceso también ofrecerán configuración protegida Wi-Fi, un método rápido, pero que ya no se considera seguro, para conectar un nuevo dispositivo a una red cifrada.

Infraestructura

La mayoría de las redes Wi-Fi se implementan en modo de infraestructura. En el modo de infraestructura, los clientes inalámbricos, como computadoras portátiles y teléfonos inteligentes, se conectan al WAP para unirse a la red. El WAP generalmente tiene una conexión de red por cable y puede tener conexiones inalámbricas permanentes con otros WAP.

Los WAP generalmente son fijos y brindan servicio a sus nodos de clientes dentro del alcance. Algunas redes tendrán múltiples WAP, usando el mismo SSID y arreglo de seguridad. En ese caso, conectarse a cualquier WAP en esa red une al cliente a la red y el software del cliente intentará elegir el WAP que brinde el mejor servicio, como el WAP con la señal más fuerte.

De igual a igual

Una red ad hoc es una red en la que las estaciones solo se comunican entre pares (P2P). No hay base y nadie da permiso para hablar. Esto se logra usando el Conjunto de Servicios Básicos Independientes (IBSS). Una red WiFi Direct es un tipo diferente de red inalámbrica donde las estaciones se comunican entre pares. En una red peer-to-peer, los dispositivos inalámbricos dentro del alcance de cada uno pueden descubrir y comunicarse directamente sin involucrar puntos de acceso centrales.

En un grupo Wi-Fi P2P, el propietario del grupo funciona como punto de acceso y todos los demás dispositivos son clientes. Existen dos métodos principales para establecer un propietario de grupo en el grupo Wi-Fi Direct. En un enfoque, el usuario configura manualmente un propietario de grupo P2P. Este método también se conoce como propietario de grupo autónomo (GO autónomo). En el segundo método, llamado creación de grupos basada en negociación, dos dispositivos compiten en función del valor de intención del propietario del grupo. El dispositivo con mayor valor de intención se convierte en propietario del grupo y el segundo dispositivo se convierte en cliente. El valor de la intención del propietario del grupo puede depender de si el dispositivo inalámbrico realiza una conexión cruzada entre un servicio WLAN de infraestructura y un grupo P2P, la energía disponible en el dispositivo inalámbrico, si el dispositivo inalámbrico ya es propietario de un grupo en otro grupo o la intensidad de la señal recibida del primer dispositivo inalámbrico.

IEEE 802.11 define las capas PHY y de control de acceso al medio (MAC) en función del acceso múltiple con detección de portadora con prevención de colisiones (CSMA/CA). Esto contrasta con Ethernet, que utiliza acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD). La especificación 802.11 incluye disposiciones diseñadas para minimizar las colisiones porque las unidades móviles tienen que lidiar con el problema del nodo oculto en el que dos unidades móviles pueden estar dentro del alcance de un punto de acceso común, pero fuera del alcance de la otra.

Puente

Se puede utilizar un puente para conectar redes, normalmente de diferentes tipos. Un puente Ethernet inalámbrico permite la conexión de dispositivos en una red Ethernet cableada a una red inalámbrica. El puente actúa como punto de conexión a la LAN inalámbrica.

Sistema de Distribución Inalámbrico

Un sistema de distribución inalámbrica (WDS) permite la interconexión inalámbrica de puntos de acceso en una red IEEE 802.11. Permite expandir una red inalámbrica utilizando múltiples puntos de acceso sin necesidad de una red troncal cableada para conectarlos, como se requiere tradicionalmente. La notable ventaja de un WDS sobre otras soluciones es que conserva las direcciones MAC de los paquetes de clientes a través de enlaces entre puntos de acceso.

Un punto de acceso puede ser una estación base principal, de retransmisión o remota. Una estación base principal suele estar conectada a la red Ethernet por cable. Una estación base de retransmisión transmite datos entre estaciones base remotas, clientes inalámbricos u otras estaciones de retransmisión a una estación base de retransmisión principal oa otra. Una estación base remota acepta conexiones de clientes inalámbricos y las pasa a estaciones principales o de retransmisión. Las conexiones entre clientes se realizan utilizando direcciones MAC en lugar de especificar asignaciones de IP.

Todas las estaciones base en un WDS deben configurarse para usar el mismo canal de radio y compartir claves WEP o claves WPA si se usan. Se pueden configurar para diferentes identificadores de conjuntos de servicios. WDS también requiere que cada estación base esté configurada para reenviar a otros en el sistema como se mencionó anteriormente.

La capacidad WDS también puede denominarse modo repetidor porque parece conectar y aceptar clientes inalámbricos al mismo tiempo (a diferencia del puente tradicional). El rendimiento de este método se reduce a la mitad para todos los clientes conectados de forma inalámbrica.

Cuando es difícil conectar todos los puntos de acceso de una red mediante cables, también es posible instalar puntos de acceso como repetidores.

Itinerancia

Hay dos definiciones para la itinerancia de LAN inalámbrica:

1. Itinerancia interna:La estación móvil (MS) se mueve de un punto de acceso (AP) a otro AP dentro de una red doméstica si la intensidad de la señal es demasiado débil. Un servidor de autenticación (RADIUS) realiza la reautenticación de MS a través de 802.1x (por ejemplo, con PEAP). La facturación de QoS está en la red doméstica. Una estación móvil que viaja de un punto de acceso a otro a menudo interrumpe el flujo de datos entre la estación móvil y una aplicación conectada a la red. La Estación Móvil, por ejemplo, monitorea periódicamente la presencia de puntos de acceso alternativos (los que proporcionarán una mejor conexión). En algún momento, con base en mecanismos patentados, la estación móvil decide volver a asociarse con un punto de acceso que tenga una señal inalámbrica más fuerte. Sin embargo, la estación móvil puede perder la conexión con un punto de acceso antes de asociarse con otro punto de acceso.
2. Itinerancia externa: el MS (cliente) se traslada a una WLAN de otro proveedor de servicios de Internet inalámbrico (WISP) y toma sus servicios (punto de acceso). El usuario puede utilizar una red ajena independientemente de su red doméstica, siempre que la red ajena permita visitar usuarios en su red. Debe haber sistemas especiales de autenticación y facturación para servicios móviles en una red extranjera.

Aplicaciones

Las LAN inalámbricas tienen una gran cantidad de aplicaciones. Las implementaciones modernas de WLAN van desde pequeñas redes domésticas hasta redes grandes del tamaño de un campus y redes completamente móviles en aviones y trenes.

Los usuarios pueden acceder a Internet desde puntos de acceso WLAN en restaurantes, hoteles y ahora con dispositivos portátiles que se conectan a redes 3G o 4G. A menudo, estos tipos de puntos de acceso público no requieren registro ni contraseña para unirse a la red. Se puede acceder a otros una vez que se haya realizado el registro o se haya pagado una tarifa.

Las infraestructuras LAN inalámbricas existentes también se pueden utilizar para funcionar como sistemas de posicionamiento en interiores sin modificar el hardware existente.