UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO. FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIASw

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1 UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN MISAEL SARACHO FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIASw PROGRAMA DE INGENIERIA INFORMATICA AMPLIACIÓN DE LA COBERTURA DE CONEXIÓN A LA RED DEL CAMPUS DE LA UPDS UTILIZANDO TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN (TIC) COMO RECURSO PEDAGÓGICO EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE (PEA). Por: Miguel Medinaceli Machicado Trabajo final presentado a consideración de la Universidad Autónoma Juan Misael Saracho, como requisito para optar el grado académico de Licenciatura en Ingeniería Informática. Abril de 2012 Tarija - Bolivia

2 El tribunal no se solidariza con la forma, términos, modos y expresiones vertidas en el presente trabajo, siendo únicamente responsabilidad del autor.

3 Dedicatoria A mi familia, por brindarme su amor y apoyo incondicional en el cumplimiento de mis metas y objetivos, especialmente el de mi profesiónalización.

4 Agradecimientos A Dios por no dejarme desfallecer ante las adversidades. A mis padres por su amor, apoyo y sacrificio. A mi familia por su confianza, cariño y comprensión. A la Universidad Privada Domingo Savio por brindarme la información necesaria para realizar este proyecto. A todos mis docentes por los conocimientos impartidos. Y a la facultad de Ciencias y Tecnología por haberme albergado en sus aulas durante estos cinco años.

5 INDICE CAPITULO I INTRODUCCION I.1. Hipótesis... 1 I.2. Justificación... 1 I.2.1. Justificación Tecnológica... 1 I.2.2. Justificación Académica... 1 I.2.3. Justificación Social... 2 I.3. Delimitación... 2 I.3.1 Límite Sustantivo... 2 I.3.2 Límite Temporal... 2 I.3.3 Límite Geográfico... 2 I.4. Planteamiento del problema... 3 I.4.1. Árbol de Problemas... 3 I.4.2. Árbol de Objetivos... 4 I.5. Objetivo General... 4 I.6. Metodología... 5 I.6.1. Tipo de Investigación o Estudio... 5 I.6.2. Fuentes de Información... 5 I.6.3. Métodos... 5 I.6.4. Procedimientos... 5 CAPITULO II MARCO TEORICO II.1. Red de Datos... 7 II.2. Red de Computadoras... 7 II.2.1. Definición... 7 II.2.2. Tipos de Redes... 8 II Red de Área Local (LAN)... 8

6 II Red de Área Metropolitana (MAN)... 8 II Red de Área Extensa (WAN)... 8 II.3. Ancho de Banda... 8 II.3.1. Velocidades de Transferencia... 9 II.4. Conectividad II.4.1. Requerimientos para la conectividad entre los dispositivos II.5. Modelo OSI II.5.1. Modelo de referencia OSI II.5.2. Estructura del Modelo OSI II.5.3. Capas del modelo OSI II Capa Física II Capa de Enlace de datos II Capa de Red II Capa de Transporte II Capa de Sesión II Capa de Presentación II Capa de Aplicación II.6. Internet en la educación II.6.1. Concepto II.6.2. Internet y sociedad II.6.3. Internet y su evolución II.6.4. Internet en la educación superior II.6.5. El Internet en la pedagogía II.6.6. Niveles de integración y uso de las redes informáticas en la enseñanza universitaria.. 22 II.6.7. Internet como fuente de investigación II.7. Red inalámbrica II.7.1. Definición II.7.2. Categorías II.7.3. Tipos de Redes II Wireless Personal Area Network II Wireless Local Area Network II Wireless Metropolitan Area Network II Wireless Wide Area Network... 26

7 II.7.4. Características II.7.5. Aplicaciones II.8. La IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) II.8.1. Definición II.9. WiFi Alliance II.10. Tecnología WiFi II Definición II El nombre WiFi II Ventajas y desventajas II.11. Estándar WiFi IEEE [25] II Aspectos técnicos II Capa 1 ( PHY) II Capa 2 ( MAC) II Estándares que certifica WiFi II a II b II c II d II e II f II g II h II i II j II k II n II p II r II s II v II w II y II.12. Topologías WiFi... 42

8 II Arquitectura general II Topologías lógicas II Topología IBSS (Independent Basic Service Set) o Ad Hoc II Topología BSS (Basic Service Set) o Infraestructura II Topología híbrida II Comparación entre redes Mesh y Ad hoc II.13. Elementos básicos para una red WiFi II Dispositivos de Red II Router WiFi II Access Points o Puntos de Acceso (APs) II Puntos de Extensión Inalámbrica (EPs) II Dispositivos Terminales II Tarjeta PCI II Tarjetas PCMCIA II Tarjetas USB II.14. Frecuencias de transmisión WiFi II Frecuencias libres o no licenciadas II Bandas libres II.15. Transmisión de la información WiFi (Flujo de datos) II Estandar a II Estandar b II Estandar g II Estandar n II.16. Pérdidas de Señal en WiFi (Interferencia WiFi) II Interferencia electromagnética II El CISPR II Interferencias WiFi II Fuentes de interferencias II Soluciones comunes para hacer frente a las interferencias II La reducción de la tasa física (PHY) II La disminución de la potencia de transmisión de los AP afectados II El cambio de asignación de canal del AP II.17. Seguridad y fiabilidad WiFi... 60

9 II Métodos de encriptación II WEP (Wired Equivalent Privacy) II WAP (WiFi Protected Access) II Características de la Seguridad de WPA II Autenticación de WPA II Administración de claves WPA II WAP2 (WiFi Protected Access 2) II Algoritmo AES (Advanced Encryption Standard) II Encriptación AES II Filtrado de direcciones MAC II Desventajas del filtrado de direcciones MAC II Seguridad mediante controlador de Access Points II WIPS (Wireless Intrusion Prevention System) II.18. Sistemas de gestión WiFi centralizados II.19. Enlaces inalámbricos (WDS) II Roaming en redes WiFi II El Roaming y los Paquetes Beacons II El Roaming y los Paquetes ACK II La Problemática del Roaming II.21. Video, Voz y Datos en una red WiFi II Necesidades del tráfico de datos II Necesidades del tráfico de video II Necesidades del tráfico de voz II.22. Calidad de servicios (QoS) en redes WiFi II Introduccion a QoS II e (WMM) II Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) II HCF Controlled Channel Access (HCCA) II Sistemas propietarios II La necesidad de QoS en las redes WiFi II Mercado residencial II Mercado empresarial II Mercado público... 86

10 II.23. Tecnología Mesh II La red Mesh: Una visión global II Orígenes II Qué es WiFi Mesh II Los beneficios II Características técnicas II Ventajas y Desventajas de una red Inalambrica Mesh II Ventajas II Desventajas II Debilidades y Limitaciones de las Redes Inalámbricas Mesh II Rendimiento II Escalabilidad II Seguridad II Arquitectura de una Red Inalámbrica Mesh II Criterios de diseño en redes inalámbricas Mesh multiradio (MR- WMNs) II Criterios de diseño arquitectónico II Diseño para la capa MAC II Diseño de protocolos de enrutamiento II Diseño de métricas de enrutamiento II Topología de control de la red II Soluciones multiradio para la capa enlace II Protocolo de unificación multiradio [MUP] II Protocolos de control de acceso al medio para MR-WMNs II Acceso múltiple por detección de portadora multicanal (MCSMA) II Acceso múltiple por detección de portadora intercalada (ICSMA) II Protocolos de enrutamiento multiradio para redes Mesh II Métricas de enrutamiento para MR-WMNs II Calidad del enlace multiradio de enrutamiento de origen (MRLQSR) II Redes Inalámbricas Mesh Multiradio y Multicanal II Arquitectura Mesh en II Capacidad de expansión II Redes Mesh Multicanal de un solo radio II Redes Mesh Multiradio

11 II Criterios para el uso de radios II Asignación de canales y enrutamiento II Asignación básica de canal II Métricas de enrutamiento II Redes Mesh basadas en IEEE II Problemas de rendimiento y sus causas II Capacidad limitada II La interferencia Intraflujo e Interflujo II Selección efectiva de ruta II Control del overhead en TCP II Ineficaz control de congestión II El problema del terminal oculto I El problema de compartir el canal II Alto rendimiento de enrutamiento II Redes Mesh multicanal II Asignación del canal basado en la topología II Interferencia Inter-canal II Equidad de flujo II Tasa implícita basada en el control de la congestión II Uso de las capas del modelo OSI en redes Mesh II Capa Física II Capa MAC II Capa de Red II Capa de Transporte II Capa de Aplicación II Diferencias con otras Tecnologías II Redes WLAN tradicionales y redes Mesh II Comparación entre redes inalámbricas Ad Hoc y redes Mesh II Futuro de las redes Mesh II Nuevas Aplicaciones y Escenarios II Acceso a Internet de Banda Ancha II Red Mesh Comunitaria II Hogar Mesh

12 II Oficina Inalambrica II Mesh Espontanea II Campus Mesh II.24. Estándar IEEE s II Introducción II Características II Propósito general II Mejoras y funcionalidades específicas II Relación con las normas II Situación del estándar y estado de desarrollo comercial II Propuesta Wi-Mesh II Propuesta SEEmesh II Estado Actual II.25. Protocolos para redes inalambricas Mesh II Métrica II Requisitos de Enrutamiento en las Redes WMN II Clasificación II Protocolos basados en topología (Topology based) II Reactivo o bajo demanda II AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector) II DSR (Dynamic Source Routing) II Proactivo o basado en tablas II OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) II Protocolos Híbridos II Hybrid Wireless Mesh Protocol (HWMP) II Protocolos basados en posición (position-based) II GPSR II.26. Fabricantes de dispositivos para redes Mesh II Cisco Systems II BelAir Networks II Firetide II Tropos Networks II Motorola

13 II Skypilot II Nortel II.27. Redes Virtuales LAN (VLAN) II Protocolos y diseño II Gestión de la pertenencia a una VLAN II Tipos de VLAN II VLAN Estáticas II VLAN Dinámicas (DVLAN) II Ventajas de la VLAN II Aplicaciones y productos CAPITULO III SITUACION ACTUAL DE LA RED DE LA UPDS III.1. La Universidad Privada Domingo Savio (UPDS) III.1.1. Ubicación III.1.2. Antecedentes III.1.3. Infraestructura Física de la UPDS III Administración y ubicación de las edificaciones de la UPDS III.2. Descripción de la Infraestructura de la Red UPDS III.2.1. Situación Actual de la Red WiFi III.2.2. Servicios de la Red III Internet III Correo Electrónico III Base de Datos III.2.3. Falencias que posee la Red de la UPDS CAPITULO IV DISEÑO DE LA RED INALAMBRICA MESH IV.1. Observaciones de Diseño de la red WMN IV.2. Descripción de la Tecnología a emplearse en el diseño de la red WMN IV.3. Modelo Jerárquico para la red WMN IV.3.1. Nivel

14 IV.3.2. Nivel IV.3.3. Nivel IV.3.4. Nivel IV.4. Calidad de Servicio (QoS) IV.5. Requerimientos de Ancho de Banda de la red WMN IV.5.1. Requirimientos de Tráfico para cada Aplicación IV Correo Electrónico IV Acceso a Internet IV Voz Sobre IP 5 (VoIP) IV Video Conferencia IV Determinación de ancho de banda necesario para cada servicio IV Estudiantes IV Correo electrónico IV Acceso a Internet (búsqueda de información) IV Ancho de banda necesario para aplicaciones adicionales IV Capacidad total IV Docentes IV Correo electrónico IV Acceso a Internet (búsqueda de información) IV Ancho de banda necesario para aplicaciones adicionales IV Capacidad total IV.6. Características de las redes WMN de Cisco IV.6.1. Características Generales IV La creación de redes Mesh permite una implementación rentable de redes WiFi en una ciudad o campus IV Amplia demanda de acceso inalámbrico IV Capacidades técnicas IV.6.2. Características Específicas IV Tecnología ClientLink IV Tecnologia CleanAir IV Modos de funcionamiento CleanAir IV Modo AP Bridge (Mesh) (recomendado) IV Modo Monitor AP (MMAP) (opcional)

15 IV Spectrum Expert Mode Connect (SE Connect) (opcional) IV.7. Planificación de la Red WMN IV.7.1. Diseño de la Red WMN IV Plataforma Unificada IV Beneficios IV Componentes de la Solución Unificada IV Access Point IV Wireless LAN Controller IV Wireless Control System IV.7.2. Cobertura de la Red WMN IV.7.3. Protocolo de enrutamiento para la Red WMN IV Protocolo AWPP (Adaptive Wireless Path Protocol) IV Prevención de bucles IV Arquitectura IV Comparación con arquitecturas tradicionales IV.7.4. Estándares IEEE usados en el diseño de la red WMN IV.7.5. Especificaciones para la implementación del diseño de la red WMN IV Elección de los RAP y MAP IV Preparación y Planificación del sitio IV Estudio del Sitio IV Estudio del Sitio Exterior IV Consideraciones de Cobertura de la red inalambrica Mesh IV Planificación de Celda y Distancia IV Para la serie IV Consideraciones especiales para Redes Mesh de Interior IV.8. Equipos para la red WMN IV.8.1. Access Points Mesh IV Cisco Aironet 1552e (outdoor) IV Cisco Aironet 3500p (indoor) IV.8.2. Cisco Wireless LAN Controller IV.8.3. Cisco Wireless Control System (WCS) IV.8.4. Cisco Catalyst 3750-X y 3560-X switches IV.8.5. Cisco 3900 ISR Router

16 IV.9. Diagrama de la red WMN IV.10. Características Generales de la Red WMN IV Roaming IV Balanceo de Carga IV Autenticación de Usuarios IV Redundancia IV Escalabilidad de la Red IV.11. Políticas de Seguridad definidas para la red WMN CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES V.1. Conclusiones V.2. Recomendaciones ANEXOS 236

17 INDICE DE TABLAS Tabla II.1 Velocidades de Transferencia... 9 Tabla II.2 Aspectos Técnicos Tabla II.3 Frecuencias Inalambricas de Licencia Libre Tabla II.4 Flujo de Datos Tabla II.5 Estándar a Tabla II.6 Estándar b Tabla II.7 Estándar g Tabla II.8 Fuentes de Interferencia Tabla II.9 Comparación entre redes inalámbricas Ad Hoc y redes Mesh Tabla II.10 Fabricantes de dispositivos para redes Mesh Tabla IV.1 Cantidad de Estudiantes Tabla IV.2 Cantidad de Docentes

18 INDICE DE FIGURAS Figura I.1 Árbol de Problemas... 3 Figura I.2 Árbol de Objetivos... 4 Figura II.1 Modelo OSI Figura II.2 Estructura del Modelo OSI Figura II.3 Red Inalámbrica Figura II.4 Tipos de Redes Figura II.5 Topologías Lógicas Figura II.6 Topología BSS Figura II.7 Router WiFi Figura II.8 Access Point Figura II.9 Punto de Extensión Figura II.10 Tarjeta PCI Figura II.11 Tarjeta PCMCIA Figura II.12 Tarjeta USB Figura II.13 Sistemas de gestión WiFi centralizado Figura II.14 Puente Inalámbrico Figura II.15 Repetido Inalámbrico Figura II.16 Roaming en Redes WiFi Figura II.17 Red Mesh Figura II.18 Rendimiento del TCP para el MAC de en función del número de saltos (Hops) Figura II.19 Protocolo de unificación multiradio (MUP) Figura II.20 Acceso múltiple por detección de portadora intercalado (ICSMA) Figura II.21 Operación del protocolo ICSMA Figura II.22 Transmisión simultánea entre dos nodos Figura II.23 Arquitectura Mesh en Figura II.24 Capacidad de expansión Figura II.25 Transmisión entre nodos Figura II.26 Redes Mesh basadas en IEEE Figura II.27 La interferencia Intraflujo e Interflujo

19 Figura II.28 Clasificación Figura II.29 Protocolos basados en posición (position-based) Figura II.30 Fabricantes de dispositivos para redes Mesh Figura II.31 Redes Virtuales Figura III.1 Vista de la UPDS Figura III.2 Router TP-Link 1 Piso Figura III.3 Router Linksys 2 Piso Figura III.4 Router Linksys 3 Piso Figura III.5 Router Linksys 4 Piso Figura III.6 Diagrama de la Red WiFi Actual de la UPDS Figura IV.1 Diseño Jerárquico Figura IV.2 Servicios Estudiantes Figura IV.3 Dispositivos WiFi Figura IV.4 Frecuencia de uso WiFi Figura IV.5 Servicios Docentes Figura IV.6 WiFi Docentes Figura IV.7 Uso de WiFi Docentes Figura IV.8 Diagrama de una Red Mesh Cisco Figura IV.9 Cobertura de la Red WMN Figura IV.10 Ejemplo de RAP y MAP Figura IV.11 Acces Point Cisco Aironet 1552e Figura IV.12 Acces Point Cisco Aironet 3500p Figura IV.13 Cisco Wireless LAN Controller Figura IV.14 Wireless Control System (WCS) Figura IV.15 Cisco Catalyst 3750-X y 3560-X switches Figura IV.16 Cisco 3900 ISR Router Figura IV.17 Diagrama de la red WMN Figura IV.18 Redundancia de la red WMN