Introduccion
802.11 es un estándar de redes inalámbricas (WLAN), desarrollado por el Instituto de Ingenieros Electrónicos y Eléctricos (IEEE) cuya especificación aparición en el año 1997. En su primera versión del estándar, 802.11, proporcionaba unas velocidades de transmisión de 1 o 2 Mbps y una serie fundamental de métodos de señalización y otros servicios. El primero escollo que se encontró este estándar, fue el de su baja tasa de transferencia de datos, incapaz de soportar los requerimientos de las empresas en la actualidad. En consecuencia se trabajó en un nuevo estándar, el 802.11b (también conocido como 802.11 High Rate), que apareció en 1999 y proporcionaba unas tasas de transferencia de hasta 11 Mbps. Gracias a las prestaciones ofrecidas por 802.11b, similares a las de las redes cableadas, ha logrado tener una buena acogida en el mundo empresarial, siendo una de las tecnología más expandidas y que posee un amplio abanico de productos y compañías que la soportan.
Muchas de las empresas dedicadas al desarrollo de equipamiento informático se han unido en una alianza denominada WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), cuya misión es la de velar por la interoperatibilidad entre productos 802.11b de distintos fabricantes y promocionar dicha tecnología en el ámbito empresarial, PYMES y hogar. Cuando un producto es comprobado que funciona correctamente con otros dispositivos 802.11b, recibe el certificado de Wi-Fi (Wireless Fidelity) como garantía de interoperatibilidad y buen funcionamiento.
Configuraciones de red
802.11 define dos modos de red denominados: modo Infraestructura y modo Ad hoc. En el modo Infraestructura, la red consiste en al menos un punto de acceso (AP) y varios clientes inalámbricos, a esta configuración se la conoce como conjunto básico de servicio (BSS - Basic Service Set). Otra posible configuración es la de conjunto extendido de servicio (ESS - Extended Service Set) y consiste en una agrupación de dos o más BSS. El modo Adhoc, también conocido como peer to peer (de igual a igual), consiste en que cada cliente se comunique uno a uno con el resto de clientes inalámbricos, sin emplear por tanto un punto de acceso.
Modo infraestructura
Modelo de capas
El estándar 802.11b abarca las capas física y de enlace del modelo OSI. A nivel físico el estandar 802.11b trabaja en la bánda ISM de los 2.4 GHz, reconocida por las Agencias Reguladores americana (FCC), europea (ETSI) y japonesa (MKK) para transmisiones de radio sin licencia. En el primer estándar que trabajaba a 1 o 2 Mbps se podía emplear FHSS o DSSS en la capa física, pero debido a las limitaciones de FHSS, para el estándar a 11 Mbps solo se emplea DSSS.
Empleando FHSS, la banda de los 2.4 GHz se divide en 75 subcanales de 1 MHz. El emisor y el receptor se ponen de acuerdo en un patrón de salto o "hopping pattern" para enviar los datos sobre una secuencia establecida de subcanales. En cada conversación en 802.11 se emplea un patrón de salto, en cuyo diseño se ha buscado minimizar la posibilidad de que dos emisores empleen el mismo subcanal a la vez. Las limitaciones de velocidad de FHSS provienen de las restricciones de los anchos de banda de los subcanales a 1 MHz.
Por el contrario, DSSS divide la banda de los 2.4 GHz en 14 canales de 22MHz. Los canales adyacentes se superponen parcialmente con un total de 3 canales de los 14 que no se superponen en ningún momento. Los datos son enviados en cualquiera de estos 22 canales, sin saltar de un canal a otro. Para compensar el ruido producido en cada canal se emplea la técnica del "chipping" o troceamiento.
Modelo de capas OSI
Para adaptarse a entornos con mucho ruido, esta tecnología dispone de desplazamiento dinámico de velocidad (dynamic shift ratio), que permite adaptar de manera automática la velocidad de transmisión para compensar el ruido del canal. Dependiendo de la cantidad de interferencia presente en el medio, el estándar es capaz de trabajar a: 11, 5.5, 2 o 1 Mbps. En la siguiente tabla podemos apreciar las especificaciones sobre los ratios de transmisión.
La capa de enlace de 802.11 consiste en dos subcapas: LLC (Logical Link Control) y MAC (Media Access Control). La primera de ellas emplea la misma subcapa LLC de 802.2 con una dirección de 48 bits empleada también en las redes LAN 802. Esto permite la facilidad de "bridging" entre un sistema cableado y no cableado. La capa MAC es propia de 802.11, aunque en concepto es muy similar a la de 802.3, debido a que se basa en el principio de que muchos usuarios acceden al mismo y único medio. Debido a la imposibilidad de emplear la misma tecnología CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) de 802.3, dada la imposibilidad de "escuchar" una colisión, 802.11 emplea una modificación del protocolo denominada CSMA/CA (Carrier Sense Múltiple Access with Collision Avoidance). Esto protocolo evita las colisiones, enviando un paquete de reconocimiento (ACK) para confirmar la llegada al receptor del paquete enviado.
CSMA/CA trabaja de la siguiente manera:
1. La estación transmisora comprueba el medio (aire), si no detecta ninguna transmisión en curso se pone a esperar una cantidad aleatoria de tiempo, si pasado este tiempo, el medio sigue "libre" comienza la transmisión.
2. Si el paquete se recibe intacto, la estación receptora envía un paquete ACK a la estación emisora. Si este paquete de reconocimiento llega al emisor, el ciclo es completado.
3. Si el emisor no recibe un ACK, bien porque el paquete de datos no llegó o porque se perdió el ACK, se asume que se produjo una colisión, y se esperará de nuevo un tiempo aleatorio para volver a intentarlo.
Otro problema que presenta la capa MAC de 802.11 es debida a que dos estaciones en la misma cobertura de una punto de acceso pueden no poderse comunicar entre ellas debido a la distancia o los obstáculos. Dados que ambas pueden comunicarse con el punto de acceso, se habilita un protocolo denominado Request to Send/Clear to Send (RTS/CTS), en el que se reserva el medio para que ambas estaciones puedan comunicarse, haciendo esperar a las demás estaciones en la cobertura. La sobrecarga producida por RTS/CTS solo la hace factible en el envío de paquetes de gran tamaño.
Finalmente, la capa MAC ofrece dos características que mejoran la robustez del estándar: comprobación de suma CRC y fragmentación de paquetes. Cada paquete lleva asociado un CRC para asegurar que este no se ha corrompido en la transmisión. Esta es una diferencia con respecto a Ethernet, ya que esta dejaba tales comprobaciones a los protocolos de niveles superiores. La fragmentación de paquetes permite enviar pequeños fragmentos de paquete que permiten optimizar las comunicaciones en entornos congestionados o donde la interferencia es un factor a tener en cuenta.
Roaming o movilidad de usuarios
La capa MAC es la encargada de asociar un cliente inalámbrico con un punto de acceso (AP). Cuando un cliente entra en la cobertura de uno o más puntos de acceso, se elige uno de ellos al cual se vincula, basándose en criterios sobre la potencia de la señal recibida. Una vez vinculado un punto de acceso, el cliente sintoniza un canal de radio en el que el punto de acceso está configurado.
Roaming
Aunque en principio la revinculación a un punto de acceso viene producida por la movilidad del usuario, también puede darse el caso de una revinculación derivada de una sobrecarga de la red, permitiendo el balanceo de carga. Esta vinculación dinámica de los puntos de acceso, permite habilitar amplias zonas de cobertura empleando para ello una serie de células superpuestas.
Mapa de cobertura
Como se ve en la imagen, dado que la modulación DSSS empleada en la capa física del estándar provee de 3 canales sin superposición, se emplean dichos canales de manera adecuada en la confección de las células de cobertura, evitando las posibles interferencias. La relación del número total de canales disponibles por países es: USA/CANADA 11 canales, EUROPA 13 canales y Japón 14 canales.
Soporte de voz y video
Los datos limitados en tiempo para su transmisión, como la voz y el vídeo, son soportados por PCF (Point Coordination Function) a nivel de la capa MAC. A diferencia de CSMA/CA, donde el control era distribuido a cada estación, en PCF, el punto de acceso es el que controla el acceso al medio. Si un punto de acceso está configurado para emplear PCF, el tiempo es dividido entre el modo PCF y el modo CSMA/CA. En el modo PCF, el punto de acceso preguntará a cada estación si tiene datos a transmitir, no pudiendo enviar ésta antes de que se le haya preguntado. Pasado un periodo de tiempo el punto de acceso preguntará a la siguiente estación. Dado que el modo PCF asegura a cada estación un turno para enviar sus datos, es posible determinar la máxima latencia.
Consumo
802.11 provee de mecanismos para el ahorro de energía en dispositivos móviles alimentados con baterías. El estándar proporciona dos modos de energía: Modo de Alerta Continuo y Modo de Ahorro de Energía y Sondeo. En la primera el equipamiento está consumiendo continuamente energía, mientras que en la segunda el equipamiento entra en estado de bajo consumo, mientras el punto de acceso se encarga de almacenar en un buffer los datos enviados a dicha estación. La estación se despertará periódicamente para recibir señales de notificación en las que el punto de acceso indica que estaciones tienen datos pendientes por recibir.
Seguridad
802.11b proporciona para la capa MAC (capa 2 del modelo de OSI) mecanismos de control de acceso y de encriptación, a los que se le conoce por WEP (Wired Equivalent Privacy), y que tienen como objetivo proporcionar una seguridad equivalente a la de una red cableada.
Para el control de acceso se dispone de un ESSID (Identificador del Área de Servicio), que es asignado a cada punto de acceso y debe ser conocido por el cliente para poder vincularse a éste. Cada punto de acceso dispone de una tabla de acceso, que permiten restringir que clientes que tienen permiso para conectarse a la red. Las reglas de aceptación o denegación de permisos se basan en la dirección MAC de dispositivos clientes.
Para la encriptación de datos 802.11 proporciona, de manera opcional, encriptación de clave simétrica de 40 bits mediante el algoritmo RC4 PRNG (Ron's Code 4 Pseudo Random Number Generator) de RSA Data Security. Todos los datos enviados y recibidos entre un punto de acceso y una estación cliente vinculada, pueden ser encriptados empleando este algoritmo. Además, cuando se emplea encriptación de datos, los puntos de acceso envían paquetes de desafío (challenge packet) a cualquier estación cliente que se quiera vincular a la red. En este caso el cliente debe emplear su clave para encriptar la respuesta correcta que le permita el acceso a la red.
Por encima de la capa MAC, 802.11b soporta los mismos estándares de seguridad soportados por las LANs 802 para el control de acceso (como las autentificaciones de los sistemas operativos) y para la encriptación de datos (como IPSec o encriptación a nivel de aplicación).
Otros aspectos
Los productos 802.11b suelen tener un radio de cobertura de unos 100 metros en interiores y 300 metros en exteriores. Las potencias que manejan estos dispositivos deben ser inferiores a los 100mw según la regulación, la cual es menor que la de los teléfonos móviles convencionales, con lo que los efectos para la salud son mínimos.
Actualmente el IEEE está trabajando en el desarrollo del estándar 802.11a que ofrecerá velocidades de transmisión de 40 Mbps operando en la banda de los 5.8 GHz.
