Fundamentos y Comparativa de Estándares IEEE 802.11: WLAN, Seguridad y Acceso al Medio

Tipos de Redes WLAN y Estructura de Distribución

1. Tipos de redes WLAN en función de la existencia o no de un Sistema de Distribución (DS) y el número de Puntos de Acceso

Las redes WLAN se clasifican según su dependencia de un Sistema de Distribución (DS) y la cantidad de Puntos de Acceso (PA) utilizados:

Con Sistema de Distribución (DS)

• BSS (Basic Service Set): Utiliza 1 Punto de Acceso.
• ESS (Extended Service Set): Utiliza 2 o más Puntos de Acceso.

Sin Sistema de Distribución (DS)

• IBSS (Independent Basic Service Set): No hay Puntos de Acceso. Las estaciones se comunican directamente (modo ad-hoc).

Funciones del Punto de Acceso y Protocolos de Acceso

2. Funciones del Punto de Acceso en una red ESS

El Punto de Acceso (PA) desempeña roles cruciales en una red ESS:

• Establece la red inalámbrica y fija un identificador (BSSID o ESSID).
• Permite la desasociación y asociación de estaciones móviles.
• Establece los mecanismos de seguridad.
• Canaliza a través de sí todo el tráfico entre estaciones móviles y el tráfico de estas con la red cableada.
• Almacena tramas no entregadas.
• Controla a las estaciones que operan en modo de ahorro de energía.
• Puede actuar como Coordinador de Punto, estableciendo el Point Coordination Function (PCF) y la entrega cuasi-síncrona de paquetes.
• Permite el handover (traspaso) de estaciones móviles entre Puntos de Acceso de una misma ESS.

3. Explicación del NAV y su uso en CSMA/CA

El NAV o Network Allocation Vector (Vector de Asignación de Red) indica una estimación del tiempo que el canal permanecerá ocupado por una transacción en curso. Este mecanismo es fundamental en CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

CSMA/CA busca evitar colisiones y se realiza mediante el mecanismo de backoff. El NAV actúa como un inductor de backoff interno.

Cada trama emitida por una estación lleva consigo una estimación de la duración de la transacción (NAV). Las estaciones que están a la escucha se inhiben de transmitir durante ese periodo. Después de que el NAV expira, las estaciones esperan un tiempo DIFS (DCF Interframe Space, el tiempo mínimo para iniciar la transmisión de DCF) e inician intentos de acceso con retardos aleatorios basados en “slots de transmisión” (por ejemplo: 1, 2, 4, 15, etc.).

5. Resumen del funcionamiento de CSMA/CA en IEEE 802.11

El protocolo CSMA/CA (Evitar Colisiones) se implementa mediante el mecanismo de backoff. Existen dos tipos de inductores de backoff:

• Externo: Detección de señal en el canal (detección física).
• Interno: Vector de Ocupación de Red (NAV).

Cada trama emitida por una estación lleva una estimación de la duración de la transacción (NAV). Las estaciones a la escucha se inhiben durante ese periodo. Después, dejan un tiempo DIFS (mínimo espacio para iniciar la transmisión de DCF) e inician intentos de acceso con retardos aleatorios (1, 3, 7, 15, etc., definidos por la ventana de contención o CW) en “slots de transmisión”.

Seguridad y Estándares de Alto Rendimiento

4. Diferencias elementales entre WPA y WPA2

La evolución de los protocolos de seguridad en redes inalámbricas se centra en la robustez del cifrado:

• WPA (Wi-Fi Protected Access): Es un subconjunto del estándar 802.11i, propuesto por la Wi-Fi Alliance como solución temporal. Utiliza el protocolo TKIP (Temporal Key Integrity Protocol).
• WPA2: Es la implementación completa del estándar IEEE 802.11i. WPA2 incorpora cifrado de bloque (WPA + cifrado de bloque). El cifrado de bloque se aplica a las tramas procedentes de la capa MAC y capas superiores, utilizando AES (Advanced Encryption Standard) basado en CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) en lugar de TKIP.

6. Comparativa breve entre IEEE 802.11n e IEEE 802.11ac

A continuación, se detallan las diferencias y similitudes entre los estándares de alto rendimiento (HT) y muy alto rendimiento (VHT):

Diferencias Clave

IEEE 802.11n (HT - High Throughput)

• Puede trabajar en 2.4 GHz y 5 GHz (exclusiva y/o simultánea).
• Soporta MIMO para un solo usuario.
• Es un estándar de Alto Rendimiento (HT).
• Puede doblar el ancho de banda en 5 GHz (HT40).
• Soporta hasta 4 SS (Spatial Streams) o antenas.
• Genera un haz uniforme en todos los sentidos.
• Modulación hasta 64 QAM.

IEEE 802.11ac (VHT - Very High Throughput)

• Solo trabaja en 5 GHz.
• Puede trabajar con MU-MIMO (Multi-User MIMO) hasta 4 usuarios.
• Es un estándar de Muy Alto Rendimiento (VHT).
• Soporta HT20, HT40, HT80 y HT160.
• Soporta hasta 8 SS (Spatial Streams) o antenas.
• Utiliza Beamforming (haz dirigido a terminales).
• Modulación hasta 256 QAM.

Similitudes

• Ambos son compatibles hacia atrás y adaptan la comunicación a la versión más antigua.
• Ambos pueden usar HT40.
• Ambos alcanzan velocidades superiores a 100 Mbps.
• Ambos utilizan la tecnología MIMO para transmitir y recibir datos.