Teoría sobre redes sen fíos

Consideracións pedagóxicas

Este material pode ser utilizado:

• No módulo Redes locais do Ciclo Medio de Sistemas Microinformáticos e Redes
  • No "BC3. Interconexión de equipamentos en redes locias"
    • Adaptadores para redes sen fíos
    • Dispositivos de interconexión de redes sen fíos
    • Redes mixtas
  • No "BC5. Despregamento de redes locais sen fíos"
    • Elementos das redes sen fíos
    • Medios de transmisión
    • Protocolos
    • Recomendacións na instalación de redes sen fíos
    • Seguridade básica en redes sen fíos
    • Configuración básica dos dispositivos de interconexión de redes sen fíos
  • No "BC6. Resolución de incidencias dunha rede de área local"
  • Monitorización de redes con cables e sen eles
• No módulo Servizos en rede do Ciclo Medio de Sistemas Microinformáticos e Redes
  • No "BC7. Despregamento de redes sen fíos"
    • Puntos de acceso
    • Encamiñadores sen fíos
    • Estándares de conexión e velocidades soportadas
    • Identificadores de servizo
    • Seguridade en redes sen fíos
    • Conexións punto a punto e en infraestrutura
    • Enderezos MAC e filtraxe do tráfico

Redes sen fíos e as súas características

As redes inalámbricas wireless (wireless network) son redes sen cable que comunican por medios non guiados ondas electromagnéticas.

A transmisión e a repetición fanse a través de antenas

O emisor pode ter unha ou máis antenas. E as antenas poden funcionar como emisor, como receptor, ou de ámbos xeitos.

Algunhas delas son antenas intermedias (con alcance de poucos metros) ou repetidoras (alcance de decenas de kilómetros)

Vantaxes

• Rápida instalación da rede: non é necesario cablear, pedir permisos de obras, levantar as rúas das cidades...
• Permiten a movilidade: dentro do radio de recepción da sinal podemos non non estar nun sitio estáticamente
• Menores costes de mantemento: reducense por non ter cableado
• Accesibilidade: casi todos los móviles, PDA e portátiles soportan o seu funcionamento
• Productividade: propician de xeito sinxelo á colaboración, o teletraballo, etc.
• Disponibilidade: É a única solución para zonas rurais diseminadas onde non chega o cableado

Inconvintes

• Cambios atmosféricos: pode afectarlles a choiva, o vento, etc.
• Interferencias externas: doutros emisores de microondas.
• Falta de seguridade: requiere aumentar a seguridade e a encriptación por al emitirse libremente polo aire e poder ser interceptado por calquiera
• Máis erros: polas interferencias
• Máis costes iniciais: os dispositivos, antenas, etc. son más caros.
• Máis custe en soporte: usuarios que se conectan a outra rede, que sufren malfuncionamento polas interferencias, etc.
• Menor velocidade

Clasificación segundo alcance e/ou topoloxía

PAN ou WPAN (Wireless Personal Area Network), Rede Inalámbrica de Área Personal
Rede inalámbrica de interconexión de periféricos que se pode atopar tanto a uns poucos centímetros como a metros de distancia do emisor, con velocidades de transmisión inferiores ó megabit por segundo. O estándar máis coñecido é Bluetooth, que se utiliza para o intercambio de ficheiros «Persona a Persona» (Person to Person, Peer-to-Peer o P2P) ou "Terminal a Terminal" (Device-to-Device o D2D).
Existen outros estándares, como os infravermellos, RFID, TAG, UWB, ZigBee, intrared, Homero, etc., que cumplen o estándar IEEE 802.15. 
O DBT-120 é un transmisor con conector USB tipo A que permite conectar un terminal (ordenador, portátil, PDA, móvil, impresora, etc.) os seus periféricos, ou a otros terminales, creando unha PAN.

WLAN (Wireless Local Area Network), Rede Inalámbrica de Área Local 
Rede inalámbrica que se situa no mesmo edificio (cun óptimo de 100 m ata un máximo de 450 m). A máis coñecida é a WiFi, que utiliza o estándar IEEE 802.11 en sus múltiples versións (802.11a, 802.11b, 802.11g e a 802.11n), aínda que existen oturas tecnoloxías, coma é HiperLAN2.

WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), Rede Inalámbrica de Área Metropolitana
Rede inalámbrica que se sitúa nun barrio, urbanización ou municipio pequeno (a poucos kilómetros). As tecnologías deste grupo se coñecen coma Inalámbricas de Banda Ancha (Wireless Broadband); algúns exemplos son os WiMax e o WiBro, que soportan ata uns 54 km de distancia teóricos.

WWAN(Wireless Wide Area Network), Rede Inalámbrica de Área Mundial 
Rede inalámbrica global baseada en tecnoloxías como vSAT (conexións satélite moi utilizadas en barrios da periferia das capitales, no campo, etc.); 2G, 3G e 4G (solucións vía telefonía móvil, que cada día gañan máis adeptos ya que poden chegar a velocidades de centos de megabits por segundo, aínda que en España solo se chega a 24 megabits por segundo nas cidades más grandes e áreas concretas), etc.

Tecnoloxías de rede inalámbrica

Infravermellos - IrDA 
A Asociación de Datos por Infravermellos (Infrared Data Association - IrDA) baséase en raios luminosos. Os transmisores e receptores modulan a luz infravermella non coherente, pero deben estar alineados directamente ou cunha reflexión nunha superficie; a luz non pode atravesar as paredes e distancia entre dispostivos debe ser menor a un metro.  
Teñen unha frecuencia que vai desde os 300 GHz aos 384 THz e permiten a comunicación bidireccional entre dous extremos, a velocidades que van dende os os 9,6 Kbps ata os 4 Mbps, para unha amplia gama de dispositivos (e tanto en portátiles coma en móviles)

Bluetooth
O estándar IEEE 802.15.1 define a posibilidade de transmisión de voz e datos entre dispositivos mediante un enlace de radiofrecuencia segura e sen licencia de curto rango. O alcance é tan limitado coma uns poucos metros. 
Esta tecnoloxía é moi utilizada en móviles, portátiles, coches, mans libres, etc., xa que permite tanto crear redes pequenas coma sincronizar datos entre os nosos equipos personais.

WiFi 
Normas ou conxunto de especificacións baseadas no estándar IEEE 802.11, que actúan na capa física e de enlace do modelo OSI. 
As súas versións 802.11b (ata 11 Mbps) e 802.11g (ata 54 Mbps en modo normal e 108 Mbps con técnicas de aceleración) disfrutan dunha aceptación universal, debido a que traballan na banda 2.4 GHz. 
Esta tecnoloxía é moi insegura e pode sufrir interferencias causadas por fornos, microondas, teléfonos móviles e outros dispositivos; ou polas condicións do entorno.

Microondas por satélite
Coa tecnología vSAT, establecense enlaces entre varias estacións terrestres (estacións base).
O satélite recibe o sinal (sinal ascendente), amplificao e retransmite na outra banda (sinal descendente).
Pode haber interfencias tanto terrestres como por satélite, xunto ós infravermellos e as ondas de radio, polas cercanas fronteiras entre bandas de frecuencia, provocando que se mezclen.
As súas frecuencias oscilan entre 1GHz e 10GHz, con 10 Mbps, alcanzando ata aproximadamente 80 kms (os satélites están a uns 35 kms). 
Unha das desventaxas deste método é o retardo que se produce duns 0,25 segundos, inaceptable para determinadas aplicaciónes. 
Unha das súas ventaxaa é a cobertura superando a da tecnoloxía móvil (2G, 3G, 4G...) pero cuns aparatos receptores moito máis caros.

Microondas terrestres 
Neste método empleanse antenas parabólicas cun diámetro aproximado de unos 3 m.
Ventaxa. Teñen unha cobertura de kilómetros.
Inconvinte. Emisor e receptor deben estar perfectamente alineados. Por iso é frecuente se utilicen en enlaces punto a punto para distancias cortas. 
Neste caso, hai que ter en conta que debido a que se opera nunha frecuencia máis elevada a choiva pode producir unha atenuación importante no sinal. 
As microondas van en frecuencias desde 1GHz hasta 300GHz. Actualmente xa no existen casi proveedores destes servicios pero se poden seguir alugando a Telefónica, Iberdrola, etc.

Modos topolóxicos ou de conexión

Modo ad hoc 
Dúas ou más estaciones comunícanse directamente entre si utilizando ondas de radio sen necesidade de ningún intermediario. Este método úsase máis en redes pequenas.

Modo infraestrutura 
As diferentes estacións dunha rede comunícanse a través dun intermediario que organiza a comunicación mediante ondas de radio entre os nodos inalámbricos da rede (Punto de Acceso). O Punto de Acceso é o centro das comunicacións.

Estándares

IEEE 802.11

Comezamos cunha táboa que resume os datos máis relevantes das coñecidas redes Wifi (que son de tipo WLAN):

Norma	Ano	Velocidades	Canles	Frecuencias	Nome comercial	Compatibilidade
802.11	1997	2 Mbps		2.4 GHz
802.11a	1999	54 Mbps		5 GHz	Wifi 2	NON compatible con b e g
802.11b	1999	11 Mbps		2.4 GHz	Wifi 1	Compatible con g
802.11g	2003	54 Mbps		2.4 GHz	Wifi 3	Compatible con b
802.11n	2009	600 Mbps		2.4 / 5 Ghz	Wifi 4	Compatible con protocolos anteriores
802.11ac	2013	3.5 Gbps		2.4 / 5 GHz	WiFi 5 ou WiFi Gigabit	Compatible con protocolos anteriores
802.11ax	2019	11 Gbps		2.4 / 5 GHz	WiFi 6	Compatible con protocolos anteriores
802.11be	Pendente de aprobación	30 Gbps		2.4 / 5 / 6 GHz	WiFi 7	Compatible con protocolos anteriores

802.11a

O IEEE 802.11a acepta velocidades de ata 54 Mbps utilizando frecuencias superiores os 5 GHz o que produce incompatibilidades con 802.11b e 802.11g. 
Esta banda tan alta estaba asignada para forzas públicas e servizos de urxencias e foi liberada, polo que este estándar é relativamente "máis novo", comparado cos 802.11b 802.11 g.
É moi útil para zonas con moito ruido e interferencias ou simplemente para separar o tráfico en zonas saturadas de señal en frecuencias máis baixas. Permite usar ata oito canais non superpostos.

802.11b

O IEEE 802.11b foi o máus popular por ser o primero en impoñerse e é soportado por multitude de dispositivos. 
Dos once canais existentes na maioría de países este estándar so permite utilizar tres canais non superpuestos; mais en Europa, onde se utilizan os estándares ETSI, podense empregar catro dos trece canais existentes.
Cando adquiramos un punto de acceso é importante recordar que non todos soportan estas dúas normas (802.11a e 802.11b). Este estándar usa microondas.

802.11g

O IEEE 802.11g aprobouse no 2003 e popularizouse pola súa compatibilidade coa versión 802.11b. 
O gran inconvinte é que cando se mezclan a velocidade a fija o equipo máis lento (unha rede mixta fixase nun máximo de 11 Mbps de un máximo de 54 Mbps).
En canto a canais non superpostos, usa os mesmos que a norma 802.11b (1, 6 e 11 en casi todo o mundo; 1, 4, 9 e 13 en Europa).

802.11n

O IEEE 802.11n aprobouse no 2009. 
Emprega a tecnoloxía MIMO (Multiple-Input/Multiple-Output), Múltiple Entrada/Múltiple Saída, onde tanto o emisor coma o receptor teñen varias antenas (ata catro) que amplían o ancho de banda e o alcance da WiFi con Multiplexing.
As velocidades máximas alcanzan os 600 Mbps en frecuencias entre os 20 GHz e os 40 GHz.
A certificación soporta, en modo dual, 300 Mbps por canal, chegando a 100 Mbps a distancias de 200 m e con resistencias tres veces menores en paredes.

802.11ac

O 802.11ac aprobouse no 2014.
Coñecido como WiFi 5, mellora as tasas de transferencia ata 433 Mbit/s por fluxo de datos, conseguindo teóricamente tasas de 1.3 Gbit/s empleando 3 antenas.

802.11ax

Coñecido como WiFi 6 é un tipo de WLAN diseñado para operar nos espectros xa existentes de 2.4 GHz e 5 GHz.2​3​ 
Ademáis de utilizar MIMO y MU-MIMO,  nova modificación introduce OFDMA para mellorar a eficiencia espectral global, e conta con soporte de modulación 1024-QAM de orden superior para un maior rendemento

802.11be

O nombre técnico deste futuro estándar de WiFi é IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT), e comercialmente será coñecido como WiFi 7.
Centrarase nas bandas de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz.

IEEE 802.15

O IEEE 802.15 é un grupo de trabajo especializado en PAN, que adoita ter topoloxías en malla.

Norma	Ano	Comentarios
802.15.1	1997	Bluetooth
802.15.3a	Archivado por discrepancias entre dúas alianzas industriais
802.15.4	2003	baixa transferencia de datos pero alta duración da batería (Zigbee e outros)

Os estándares más coñecidos son:

802.15.1 ou bluetooth
Ten diferente especificacións.
Soporta diferentes distancias segundo as súas clases. 
Clase 1 ata 100 m (con repetidores) 
Clase 2 ata 10 m 
Clase 3 ata 1 m. 
E diferentes anchos de banda segundo as súas versións:
v 1.2 hasta 1 Mbps
v 2.0 + EDR (enhaced data rate) ata 3Mbps
UWB entre 53 y 480 Mbps (podría ser una porta de enlace a UMTS ou WiFi)
O grupo de 9.000 empresas que empregan este estándar, o bluetooth SIG, está liderado por Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel. 
Serve para conectarse de terminales a host ou sistemas anfitrións, creando una topología chamada piconets ou picoredes (de varios dispositivos en redes ad hoc), puidendo estar en varias redes, solapándose e formando redes dispersas (scatternet). Para conectarse buscanse os dispositivos que poden ser enlazados e aprobase un enlace lóxico.

802.15.3a ou UWB
O 802.15.3 define redes PAN de alta velocidades (11-55 Mbps). A súa versión 802.15.3a regula o UWB (ata 480 Mbps a 2 m e ata 110 Mbps a 10m). 
Un dos estándares baseados en UWB é o Wireless USB (WUSBoW-USB) que alcanza entre 1 Mbps a 10 m e 62,5 Kbps a 50m, usando frecuencias de entre 3,1 e 10,6 GHz, permitindo a conexión de 127 dispositivos. 
O WUSB estase probando para dispositivos de interfaz humana (Human Interface Device, HID) utilizados xa por Virtual Ink, Logitech, etc.
Finalmente está versión foi archivada por discrepanzas entre dúas alianzas industriais

802.15.4 ou ZigBee
Traballa nas frecuencias 2,4 GHz/868 MHz/915MHz; soporta conexións de 20 Kb, 40 Kb e 250 Kb, e ten un alcance inferior a 75 m.

IEEE 802.16

O estándar IEEE 802.16 é o estándar de facto de WiMax (para redes WMAN) e conta con dúas versións:

802.16d 
Aplicase para os accesos de dispositivos fixos nos que se establece un enlace radio entre a estación base e un equipo de usuario situado no seu domicilio.
A velocidad máxima teórica sitúase en 70 Mbps pero, a nivel práctico, tense chegado a 20 Mbps en células de 6 km.

802.16e 
Permite o desprazamento do usuario ou dispositivos móviles. Este grupo segue consensuando este estándar que aínda non está finalizado

IEEE 802.20

O IEEE 802.20 é o Mobile Broadband Wireless Access (MBWA), Acceso Inalámbrico Móvil de Banda Ancha. 
Habilita a posibilidade de crear redes WWAM de diferentes proveedores. 
Emprega frecuencias de 5 MHz, 10 MHz y 20 MHz podendo chegar a picos de transmisión de ata 80 Mbps. 
Permite conexións MIMO e soporta ata 100 terminales por MHz.

Compoñentes físicos das redes sen fíos

Tarxeta de red inalámbrica

Coñecida tamen como adaptador/interfaz de rede inalambrico ou wireless network interface controller (wnic), é un dispositivo que cumple co estándar 802.11 e permite a conexión do equipo a unha rede sen fíos.

Existen diversos formatos de conexión da tarxeta ó equipo:

• tarxetas PCI
• tarxetas PCI Express
• tarxetas PCMCIA
• adaptadores USB
• tarxetas Compact Flash

Puntos de acceso (access points, AP)

O punto de acceso (Access Point, AP o Wireless Access Point, WAP) é o intermediario da comunicación nunha rede sen fíos con topoloxía en modo infraestructura, que se comunica por ondas de radio; isto é, que actúa de ponte ou bridge.

O AP pode comunicarse con calquera nodo que se atope no seu radio de acción, sendo o centro das comunicaciones.

Repetidor

Coñecido tamén coma amplificador ou extensor de red inalámbrico, ou en inglés wireless extender/repeater. É o dispositivo encargado de expandir o rango do sinal dunha rede WiFi existente (mais non aumenta o ancho de banda).

Encamiñadores sen fíos

Un router inalámbrico é un dispositivo que realiza as funcións de un enrutador, pero tamén inclúe as funcións de un punto de acceso inalámbrico. Utilizase normalmente para proporcionar acceso a Internet ou a unha rede informática. Non require dun enlace por cable, xa que a conexión realizase sen fíos a través de ondas. Pode funcionar con LAN cableada (local area network), con unha LAN inalámbrica (WLAN), ou cunha rede mixta cableada/inalámbrica, dependendo do fabricante e modelo.

Todos os routers inalámbricos poden funcionar como access points, pero non todos os access points poden funcionar como routers.

Os routers xestionan o acceso a LAN, a comunicación con redes externas, recibindo e distribuíndo a multiples enderezos, establecendo un punto de conectividade e proveendo seguridade.

Os access points normalmente só proveen acceso a rede establecida polo router.

Antenas

Son parte fundamental dos dispositivos inalámbricos xa que se encargan de enviar e recibir ondas electromagnéticas cos datos.

Clasificación segundo a forma do sinal que cubren

Clasificación de antenas segundo a forma do sinal que cubren

Tipo	Descripción
Omnidireccionais	Radian o sinal en todas as direccións (sendo exactos segundo un diagrama en forma de toro). A medida que aumenta a ganancia deste tipo de antenas pode acadarse conexións a maiores distancias, mais a potencia concrase cada vez mais no eixo horizontal.
Direccionais ou bidireccionais	Concentran o sinal nunha ou dúas (bidireccionais) direccións e cobren certo ángulo ó redor da dirección á que se apunta. Canto maior sea a ganancia da antena, menor será o ángulo de radiación, e resultará máis difícil apuntar o outro extremo e mater unha conexión estable.
Sectoriais	Tipo mixto, que intenta xuntar o mellor dos anteriores. Emite o sinal máis amplio que unha direccional pero menor que a omnidireccional; e a súa intesidade é maior que a omnidireccional pero lixeiramente inferior a direccional.

Características

• alcance ou intensidade: distancia física en liña recta entre dous puntos
• dimensións: importante saber se colle onde debe colocarse ;)
• rangos de temperatura: qué pode soportar en funcionamento, e se é para interior ou exterior
• polarización: vertical ou horizontal
• frecuencia de traballo: por exemplo, para Wifi de banda 2.4 GHz oscila entre 2.400 e 2.485 MHz
• ganancia ou potencia: expresada en dBi (fabricantes) ou en dBd (reales)

A potencia expresada polos fabricantes en dBi pode ser convertida mediante esta fórmula: GdBd = Gdbi - 2,15

• ángulos de recepción do ancho de banda: Horizontal ou Vertical Beam Bandwith

Configuración de tarxetas de redes,AP e routers inalámbricos

• Configurar o router N de TP-Link como un Punto de Acceso Inalámbrico

Configuración de clientes

Guías para conexión WiFi dende diferentes clientes

Cliente	Guía
Windows XP / Vista	Guía de Orange para conectarse a redes WiFi con Windows XP / Vista
Windows 7	Guía de Microsoft para conectarse a redes WiFi con Windows 7
Windows 10	Guía de Microsoft para conectarse a unha rede WiFi con Windows 10
Linux (con interfaz gráfica)	Ubuntu 20.04
Linux (desde liña de comandos)	Ubuntu 20.04 con NetPlan
PSP	Conectar PSP a redes WiFi
Dispositivos Android	Conectarse a redes WiFi desde dispositivo Android
iPhone, iPad ou iPod Touch	Conectarse a redes WiFi en dispositivos iPhone, iPad o iPod touch

Seguridade en redes sen fíos

Unha rede sen fíos pode ser configurada como sistema aberto sen seguridade no que non se require ningunha chave para acceder; por moitos motivos fácilmente imaxinables non parece unha boa idea.

Estas son as alternativas, sendo a día de hoxe as únicas recomendables WPA2/WPA3

Protocolos de seguridade WLAN

Protocolo	Ano de aparición	Algoritmo de encriptación	Chave secreta	Vector de inicialización	Integración de chaves	Comentario
WEP	1999	RC4	De 40 ou 104 bits	24 bits	Ningunha	Protección moi feble rompible por forza bruta en escasos minutos
WPA	1999	RC4	De 64 ou 128 bits	48 bits	EAP	Tamén vulnerable a ataques no seu componente TKIP
WPA2	2005	AES	128 bits	48 bits	EAP	Igualmente vulnerado no ano 2017
WPA3	2018	AES 256	128 bits en WPA3-Personal 192 bits en WPA3-Enterprise	48 bits	ECDH	Reducirá os problemas de seguridade que teñen so contrasinais febles e simplificará o proceso de configuración de dispositivos sn interfaz de visualización

Medidas de seguridade

Posibles accións que poden mellorar (en distinto grao) a seguridade da rede son:

• Cambiar o contrasinal do punto de acceso/router
• Modificar o SSID configurado por defecto
• Desactivar a difusión do nome da rede (SSID)
• Cifrar a rede empregando WPA con contrasinais seguros e cambiados cada certo tempo
• Activar o filtrado por enderezos MAC
• Desactivar o servidor DHCP e asignar IPs de xeito manual
• Apagar o punto de acceso cando non se utilice
• Usar rangos de direccións ip limitadas con subnetting

Tarefas

• Analizando redes inalámbricas
• Crackear WEP con Aircrack
• Configurando os modos de seguridade WiFi
• Usando tethering

Ampliación

• Lifi na wikipedia
• 802.11ad - WiGig 1.0
• 802.11d - Internacionalización
• 802.11e - Mellora da calidade do servizo

Referencias

• Teoría do CIFP de aprendizaxes virtuais e dixitalizados
• Servicios en red. Mario Dorrego Martín. Editorial Síntesis
• Servicios en red. Editorial Mc Graw Hill
• Servicios en red. Editorial Editex
• Redes inalámbricas de Jordi Salazar

Mapa mental