Redes Inalámbricas “conexiones sin cables” (WiFi) Ing. Darwin Navarro Pino Esp. En Telecomunicaciones Que son las redes Inalámbricas? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Las redes de área local inalámbricas (WLANs) constituyen en la actualidad una solución tecnológica de gran interés en el sector de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. Una red inalámbrica es un conjunto de técnicas y programas informáticos empleados para transportar todo tipo de comunicación: voz, datos, telegrafía, imagen, fax y vídeo, sin la necesidad de instalar más cables, excepto en algunos casos, los de la red de alimentación eléctrica. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Opciones Disponibles Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Redes de telefonía: – 2ª generación : GSM – 2.5 generación : GPRS, HSCSD – 3ª, 4ª … generación Wireless Metropolitan Area Networks IEEE 802.16 Satélites: Satélites Geostationary Earth Orbit (GEO) Ejemplo: Inmarsat Satélites Low-Earth Orbit (LEO) Ejemplo : Iridium (66 satellites) (2.4 Kbps data) Infrarrojos: IrDA Bluetooth Wi-Fi Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Espectro Radioeléctrico Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Topologías ESS La Resolución 689 de 2004. Agencia Nacional de Espectro de Colombia (ANE) publicó la resolución 711 2016 Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Ventajas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • Flexibilidad (Movilidad) • Poca Planificación • Diseño • Robustez • Rapidez en la implementación Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Inconvenientes Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • Calidad del servicio • Costo • Soluciones propietarias • Restricciones • Seguridad Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Qué es Wi-Fi? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Wi-Fi es un sistema de envío de datos sobre redes computacionales que utiliza ondas de radio en lugar de cables. Sinónimo de La norma IEEE 802.11 que fue diseñada para sustituir el equivalente a las capas físicas y MAC de la norma 802.3 (Ethernet). Esto quiere decir que en lo único que se diferencia una red Wi-Fi de una red Ethernet es en cómo se transmiten las tramas o paquetes de datos; el resto es idéntico. Por tanto, una red local inalámbrica 802.11 es completamente compatible con todos los servicios de las redes locales (LAN) de cable 802.3 (Ethernet). Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) IEEE 802.11 comprende varios estándares: · Definen la subcapa MAC y la física · No son compatibles entre sí, algunos ni siquiera con ellos mismos · Los hay de transmisión: 802.11 original (1997), 802.11b, 802.11a , 802.11g y 802.11n · Extensiones al estándar 802.11a: 802.11h y 802.11i · 802.11e, extensión para Calidad de Servicio (QoS) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) 802.11 · Estándar de la IEEE, 1997 · Hasta 2Mbit/s · 2,4GHz • Obsoleto, pero todavía compatible con 802.11b. 802.11b · Es el estándar más utilizado • 2,4 GHz · Se supone que alcanza 11Mbit/s, pero una tasa de transferencia más real es de unos 4Mbit/s, incluso menos, dependiendo del entorno y la distancia al punto de acceso · CSMA/CA (Sense Multiple Access with Collision Avoidance) o RTS/CTS (Request to Send/Clear to Send), · Alcance de 30m en interiores Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) 802.11a • Estándar, pero no necesariamente interoperable • 5 GHz • No cumple la normativa europea, al respecto de control de potencia y gestión del espectro de frecuencias • Alcance a 54Mbit/s: 10 metros 802.11g • Version final del estandar a finales de juino de 2003 • 2,4 GHz • 54 Mbps 802.11n • 2004 comienza la creacion sale en el 2009 • 2,4 y 5 GHz • 600 Mbps Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) 802.11ac • •2013 compatible con a/n • 5 GHz • 450 Mbp hasta 1.3 Gbps • MIMO 802.11ad •2014 • 2,4 – 5 - 60 GHz • 7 Gbps • Sin embargo, la banda de 60 GHz es una tecnología de línea de vista. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Cuál estándar seleccionar? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas ¿Qué alcance tienen? Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Velocidad hipotética Rango (en ambientes cerrados) Rango (al aire libre) 54 Mbit/s 27 m 75 m 48 Mbit/s 29 m 100 m 36 Mbit/s 30 m 120 m 24 Mbit/s 42 m 140 m 18 Mbit/s 55 m 180 m 12 Mbit/s 64 m 250 m 9 Mbit/s 75 m 350 m 6 Mbit/s 90 m 400 m Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Topologías IBSS Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Independent Basic Service Set - ad-hoc Esta modalidad esta pensada comunicaciones directas entre los distintos terminales que forman la red. para permitir exclusivamente En este caso no existe ningún terminal principal que coordine al grupo, no existe punto de acceso. Todas las comunicaciones son directas entre dos o mas terminales del grupo. A esta modalidad también se la conoce como ad hoc, independiente o de igual a igual ( peer to peer en ingles ). Los campos de aplicación de las redes Ad-Hoc se encuentran en cualquier sitio donde tengan que construirse rápidamente redes de comunicación sin una infraestructura previa y sus miembros sean móviles . Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Topologías BSS Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Basic Service Set En esta modalidad se añade un equipo llamado punto de acceso AP que realiza las funciones de coordinación centralizada entre los distintos terminales de la red. Para poder establecerse la comunicación, todos los terminales deben estar dentro de la zona de cobertura del AP y todas las comunicaciones pasan a través del AP. A esta modalidad también se la conoce como Infraestructura. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Topologías ESS Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Extended Service Set) Esta modalidad permite crear una red inalámbrica formada por mas de un punto de acceso. De esta forma se puede extender el área de cobertura de la red. Quedando constituida por un conjunto de celdas pegadas unas a otras. Una red ESS esta formada por múltiples BSS Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Topologías ESS Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Dispositivos Tarjetas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Dispositivos AP’s Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia por el espacio libre, o que, conectado a una impedancia (Resistencia), sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana. La antena es un dispositivo recíproco pasivo, en cuanto en realidad no puede amplificar la señal, y que las características de Tx y Rx son idénticas. Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas - Características Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Patrón de Radiación representación gráfica o polar de las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas - Características Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • Non Isotropic Antenna Irradia la energía que recibe solo en una sección del espacio que la rodea. • Isotropic Antenna Irradia la energía que recibe en todo el espacio que la rodea. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas para comunicaciones Terrestres Fijas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Microondas (con Recubrimiento) Yagi Helicoidal Parabólica Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas para comunicaciones celulares, PCS, WLL Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Sectorizada Omnidireccional Yagi Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas antenas para sistemas de comunicaciones. Estaciones base y móviles Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas de recepción de televisión y comunicaciones en la banda de VHF y UHF Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Reflectores parabólicos para sistemas de comunicaciones punto a punto Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas para comunicaciones satelitales Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Antenas Cintas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Conceptos para configurar una red inalámbrica Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • • • • • • Exploración O Escaneo: Cuando se activa un cliente en una WLAN, comenzará "a escuchar" un dispositivo compatible con el cual "asociarse". Puede ser activa o pasiva. El escaneo activo hace que se envíe un pedido de sondeo desde el nodo inalámbrico que busca conectarse a la red. Este pedido de sondeo incluirá el Identificador del Servicio (SSID) de la red a la que se desea conectar. Cuando se encuentra un AP con el mismo SSID, el AP emite una respuesta de sondeo. Se completan los pasos de autenticación y asociación. En el escaneo pasivo los nodos esperan tramas de administración de beacons (beacons) que son transmitidas por el AP (modo de infraestructura) o nodos pares (ad hoc). Cuando un nodo recibe un beacon que contiene el SSID de la red a la que se está tratando de conectar, se realiza un intento de conexión a la red. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Conceptos para configurar una red inalámbrica Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • • • • • • • • El escaneo pasivo es un proceso continuo y los nodos pueden asociarse o desasociarse de los AP con los cambios en la potencia de la señal. Una vez establecida la conectividad con la WLAN, los nodos pasan tramas (igual que cualquier red 802.x) WLAN no usa el estandar de tramas 802.3 Hay tres tipos de tramas: control, administración y datos. Trama de datos es similar a 802.3 Radiofrecuencia (RF) es el medio compartido. Colisiones pueden ocurrir como en medios compartido alámbricos. Principal diferencia es que no hay método por el cual el nodo fuente detecte que ocurrió una colisión. Por esta razón WLAN usan CSMA/CA (Acceso Múltiple con Detección de Portadora/Carrier y Prevención de Colisiones) Parecido a CSMA/CD Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Conceptos para configurar una red inalámbrica Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • • • • Cuando un nodo fuente envía una trama, el nodo receptor envía un ACK positivo (Acuse de recibo) Este ACK + CSMA/CA produce consumo de casi el 50% del ancho de banda Funcionamiento de la red también afectado por la potencia de la señal y la degradación de la calidad de la señal debido a la distancia e interferencias. A medida que la señal se debilita, se puede invocar la Selección de Velocidad Adaptable (ARS). La unidad transmisora disminuirá la velocidad de transmisión de datos de 54 Mbps, 48 Mbps, 36 Mbps 11 Mbps a 5,5 Mbps, de 5,5 Mbps a 2 Mbps o de 2 Mbps a 1 Mbps. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Autenticación Asociación Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • Proceso de autenticación en WLAN ocurre en capa 2 (autenticación de dispositivos, no de usuarios) • El cliente envía una trama de petición de autenticación al AP y éste acepta o rechaza la trama • Asociación, se realiza después de la autenticación, y es el estado que permite a un cliente usar los servicios de una AP para transferir datos. • El cliente recibe una respuesta por medio de una trama de respuesta de autenticación. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Autenticación Asociación Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • • Asociación, se realiza después de la autenticación, y es el estado que permite a un cliente usar los servicios de una AP para transferir datos. Tipos de autenticación y asociación: – No autenticación y no asociación: el nodo está desconectado de la red y no está asociado a un AP. – Autenticación y no asociación: nodo bien autenticado en la red, pero todavía no se ha asociado a un AP – Autenticación y asociación: El nodo está conectado con la red y capaz de transmitir y de recibir datos a través del punto de acceso. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Autenticación Asociación Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) • • IEEE 802.11 lista 2 tipos de procesos autenticación: – Sistema Abierto: estándar de conectividad abierta en donde solo se compara el SSID. Alta probabilidad de que “sniffers” descubran el SSID. Utilizado en entornos seguros y no seguros. – Clave compartida: requiere el uso del protocolo de encripción WEP (Protocolo de Equivalencia de Comunicaciones Inalámbricas) WEP es un algoritmo simple que usa claves de 64 y 128 bits. El problema de entradas no autorizadas en WLANs está siendo tratado por un número de nuevas tecnologías de la solución de la seguridad. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Cálculos simples de un enlace inalámbrico. SENA UPC Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Distancia entre los dos sitos 2700 mts Altura Sitio Centro: Altura Sitio UPC: 174 mts 207 mts Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Fn = 17.3 √ (1.35 * 1.35 / 2.7*2.4) = 9.17 mts 0,6*Fn + 3 mts = 8.5 mts Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Análisis de la trayectoria Nivel de recepción de la señal = Potencia del Tx – Perdidas del Cable A + Ganancia de la antena A – Perdidas de propagación – Factor de campo +Ganancia de la antena B – Perdidas del cable B Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) ∂Fs = 92.4 + 20 log 2.4 + 20 log 2.7 = 108.63 dB El Factor de Campo depende de las condiciones ambientales 10, 15 y 20 dB Nivel de recepción = 13 – 1.1 + 24 – 108.63 – 10 + 6 – 1.1 = - 77.83 Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) Como se mide la potencia en wireless El parámetro característico de la electrónica de las tarjetas es la potencia de salida y se mide en W (Watios), mW (miliwatios), dBW = (10*log10 (potencia_en_watios)) o en dBm = (10*log10(potencia_en_miliwatios) El parámetro característico de la antena es la directividad que se mide en dBi = (10*log10(directividad_respecto_a_isotrópica), la ganancia que incluye a la directividad y las pérdidas térmicas y por supuesto el diagrama de radiación que nos indica como se radia la energía por el espacio. Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas Redes de Área Local Inalámbricas (WLAN) P(dBm)=10 log P(mw) Por tanto > > > > > > 10^(P(dBm)/10)=P(mw) Si tenemos una potencia de 20 dBm, la potencia en mW será: > 10^ 20/10 =100 mW. Y si tenemos una antena de 3dBi en cuanto aumentamos la potencia de transmision: 20 dBm + 3 dBi = 23 dBi , 23 dBi en mW 10 ^23/10 = 200 mW Darwin Navarro Pino – Redes Inalámbricas
