Proyecto y estudio de redes inalámbricas

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7 Prólogo Este estudio surge por la admiración que presento ante las redes y en especial a las redes inalámbricas, además de la importancia que presentan en la actualidad, puesto que cada vez están más en uso. En los últimos años, se ha producido una proliferación casi vertiginosa de multitud de redes inalámbricas WiFi. En la mayoría de los casos, los técnicos encargados del diseño y la instalación de dichas redes inalámbricas olvidan por completo la necesidad de realizar un estudio de cobertura para un correcto diseño de una red de área local inalámbrica. Además, actualmente se disponen de varias especificaciones diferentes dentro de la IEEE que debemos tener en cuenta en nuestro diseño de la red de área local inalámbrica para poder implementar la solución que mejor se adapte a las necesidades de nuestro entorno. Este libro le guiará sobre los diferentes aspectos a tener en cuenta a la hora del diseño de una red de área local inalámbrica en lo relativo a la elección de la tecnología más adecuada y la realización de un estudio de cobertura correcto que permita obtener una solución óptima en cuanto a rendimiento y coste

8 INDICE 1. Introducción Diferentes estándares IEEE Estándar IEEE b Conceptos de redes inalámbricas Modo infraestructura Modo adhoc Autentificación Asociación Desautentificación y desasociación Roaming Hand-off WiFi Arquitectura Capa Física Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) DSSS vs FHSS Control de acceso al medio (MAC) Problema del nodo oculto CSMA/CA Sincronización en Beacons Gestión de la potencia Estándar IEEE a Capa física OFDM OFDM en a IEEE h Medium Access Control Estándar IEEE g Capa física Medium Access Control Compatibilidad entre b/a/g Comparativas entre b/a/g

9 6. Estándar IEEE n Capa física MIMO Cómo consigue 802.1n velocidades de 600 Mbps? Medium Access Control Compatibilidad con estándares anteriores Estudio de cobertura en Canales Canales b Canales a Canales g Canales n Ancho de banda Cobertura Potencia de radiación del punto de acceso Regulación de potencia b Regulación de potencia a Regulación potencia en g Regulación potencia en n Antenas Polarización Efecto multipath Antenas omnidireccionales Antenas sectoriales Antenas direccionales Antenas con diversidad Ejemplos de antenas comerciales Tabla comparativa de ganancias Cableado de antenas Protección contra descargas Zona de Fresnel Comparativa de cobertura entre diferentes estándares Ejemplo de estudio de cobertura Bibliografía

10 1. Introducción El uso de las redes inalámbricas comúnmente denominadas redes WiFi ha sufrido un auge exponencial en los últimos años debido a la disminución de los precios de los equipos y su llegada al entorno residencial facilitando la instalación de redes de área local en hogares sin necesidad de instalación de cableado estructurado, con la finalidad de poder tener conexión a Internet en cualquier punto de nuestro hogar sin necesidad de estar atados a un cable. La facilidad de instalación de este tipo de equipamiento usando su configuración por defecto y la inexperiencia y cualificación de gran parte de los instaladores que han tenido este tipo de instalaciones como un extra o añadido a lo que ya realizaban ha provocado que no se preste el suficiente interés en la correcta configuración de este tipo de redes inalámbricas para intentar mitigar los defectos y carencias de este tipo de redes sin cable en comparación con la redes cableadas. Entre este tipo de carencias se encuentra principalmente las vulnerabilidades en cuanto a seguridad y al hecho de que la señal viaja por el aire que es un medio más difícil que controlar que un medio cableado. Esto puede provocar que nuestros datos que se envían por la red inalámbrica no se encuentren lo suficientemente protegidos contra ataques de terceros y podamos tener problemas si alguien nos roba este tipo de información. Incluso si no trabajamos en un entorno profesional en el que tratamos con información confidencial, en casa también disponemos de información personal y confidencial que viajará por nuestra red inalámbrica, tales como nuestro número de cuenta, nuestro código de acceso a la cuenta bancaria, etc. Con este libro se pretende ayudar tanto a los instaladores de redes inalámbricas así como a los usuarios finales a saber diseñar e instalar una red inalámbrica correctamente evitando de esta forma cualquier tipo de problemas de seguridad en un futuro

11 2. Diferentes estándares IEEE Dada la gran cantidad de productos que se encuentran en el mercado compatibles con diferentes estándares IEEE hace necesario enumerar los diferentes estándares IEEE disponibles y cual es el objetivo de cada uno de ellos. A continuación se describen los diferentes estándares IEEE relacionados con el grupo de trabajo IEEE : IEEE Estándar original que opera a 1 y 2 Mbps en la banda de 2,4 GHz (1999) IEEE a 54 Mbps, banda de 5 GHz (1999) IEEE b Mejoras al para soportar velocidades de 5,5 y 11 Mbps (1999) IEEE c Procedimientos operación con bridges (2001) IEEE d Extensiones del roaming internacional (2001) IEEE e Mejoras: Calidad de servicio (QoS) y ráfagas de paquetes (2005) IEEE f Protocolo para comunicación entre diferentes puntos de acceso (2003) IEEE g 54 Mbps, banda de 2,4 GHz compatible con b (2003) IEEE h Gestión del espectro a para compatibilidad europea (2004) IEEE i Mejoras de seguridad (2004) IEEE j Extensiones para Japón (2004) IEEE k Mejoras en las medidas de radio IEEE l Reservado IEEE m Mantenimiento del Standard. IEEE n Mejoras en el throughput - 5 -

12 IEEE o Reservado IEEE p WAVE Wireless Access for the Vehicular Environment (ambulancias, ) IEEE q Reservado IEEE r Fast roaming IEEE s ESS Redes Mesh IEEE T Wireless Performance Prediction (WPP) métodos de tests y métricas IEEE u Interacción con redes no IEEE v Gestión de redes inalámbricas IEEE w Gestión de la protección de tramas IEEE y Operación banda MHz en Estados Unidos IEEE z Extensiones a DLS (Direct Link Setup) IEEE aa Streaming robusto de stream de transporte de audio y video IEEE mb Mantenimiento del estándar. IEEE ac Throughput muy alto < 6 GHz IEEE ad Throughput extremadamente alto 60 GHz Cabe notar que existen algunos nombres de estándares que se encuentran reservados. El motivo de esta reserva es por la malsonancia del nombre o porque puede causar confusión con algún otro estándar que tenga nombre conocido como 802.1q (VLAN Trunking) F y T no son estándar sino recomendaciones. Para diferenciarlos de los estándares las letras F y T están en mayúsculas

13 3. Estándar IEEE b El estándar IEEE define una subcapa MAC, los protocolos y servicios de gestión MAC y las siguientes capas físicas (PHY): FHSS a 1 y 2 Mbps en la banda de 2,4 GHz DSSS a 1 y 2 Mbps en la banda de 2,4 GHz IR a 1 y 2 Mbps en banda base. Como mejora a este estándar surgió el IEEE b que introduce las velocidades de 5,5 Mbps y 11 Mbps usando DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) en la banda de 2,4 GHz Conceptos de redes inalámbricas A continuación se describirán una serie de conceptos que son necesarios para el correcto entendimiento del funcionamiento de una red inalámbrica Modo infraestructura El estándar IEEE especifica dos modos de funcionamiento: infraestructura y ad-hoc. El modo infraestructura se utiliza para conectar las estaciones cliente inalámbricas con los puntos de acceso inalámbricos que hacen de punto de conexión con la red cableada. Por ejemplo, en nuestra empresa podemos tener nuestra red cableada en la que tenemos conectado los servidores de datos y aplicaciones. Para habilitar una zona de acceso inalámbrico instalamos varios puntos de acceso conectados a la red cableada. Los clientes inalámbricos se conectarán a los servidores de datos y aplicaciones a través de los puntos de acceso inalámbricos. En la figura siguiente se muestra una red inalámbrica en modo infraestructura

14 Figura 1: Red Tipo Infraestructura Modo adhoc El modo adhoc se utiliza para conectar clientes inalámbricos entre sí. A este tipo de redes se les suele llamar también redes peer-to-peer (todos contra todos) ya que todos los clientes tienen conexión directa con todos. Una red adhoc puede tener como máximo un total de 9 clientes, que se envían los datos directamente entre sí. En la siguiente figura se muestra una red inalámbrica en modo adhoc

15 Figura 2: Red Ad-hoc Autentificación En una instalación inalámbrica las estaciones cliente pueden tener varios estados con respecto a su enlace con la red inalámbrica u otras estaciones cliente. La autentificación es un mecanismo para que una estación pruebe su identidad a otra estación o punto de acceso de la red inalámbrica. Aunque la autentificación puede darse entre dos estaciones cliente, cuando es realmente útil es cuando se usa entre una estación cliente y un punto de acceso. La estación cliente se autentifica con el punto de acceso para posteriormente conseguir la autorización para poder transmitir y recibir datos de la red inalámbrica. Según el estándar IEEE existen dos tipos posibles de autentificación: Open Authentication Shared-key Authtentication Se han definido con posterioridad al estándar otros tipos de autentificación que proporcionan mayor seguridad. Se profundizará en los nuevos tipos de autentificación en el tema de Seguridad más adelante. Open Authentication - 9 -

16 Con Open Authentication cualquier cliente puede iniciar el proceso de autentificación contra el punto de acceso. Solo los clientes que tienen una clave WEP para cifrado de datos igual que la del punto de acceso pueden comunicarse con el punto de acceso. Las estaciones cliente que no usan clave WEP no intenta autentificarse contra un punto de acceso que use WEP. Figura 3: Open Authentication En caso de que la clave WEP utilizada por el cliente inalámbrico no coincida con la clave del punto de acceso, la trama número 5 de la figura anterior es descartada por el punto de acceso con lo que no se produce comunicación. Shared-key authentication Durante la autentificación con clave compartida el punto de acceso envía una cadena de texto sin encriptar a las estaciones que quieren comunicarse con el punto de acceso. Las estaciones que quieren autentificarse contra el punto de acceso encriptan la cadena de texto usando su clave WEP y la devuelven al punto de acceso. Si la cadena de texto ha sido encriptada correctamente, el punto de acceso autoriza la autentificación del cliente. Este tipo de autentificación presenta graves problemas de seguridad ya que tanto la cadena de texto sin cifrar como la cadena de texto cifrada se pueden monitorear con un analizador de redes inalámbrico, con lo que teniendo las dos cadenas es posible averiguar la clave WEP

17 utilizada por la estación cliente para el cifrado de la cadena de texto. Por dicha razón, este tipo de autentificación no está recomendado. En la figura siguiente podemos ver el proceso de Shared-Key Authentication: Figura 4: Shared-key Authentication Asociación La asociación es el proceso a través del cual IEEE proporciona una movilidad transparente para las estaciones cliente. Una estación cliente solo puede asociarse a un punto de acceso siempre que antes se haya autentificado contra ese punto de acceso. Cuando una estación cliente quiere conectarse a una red inalámbrica envía una petición de asociación al punto de acceso que está dentro de su zona de cobertura. La petición de asociación contiene información sobre las capacidades de la estación, tales como la velocidad de transferencia de datos que soporta (1, 2, 5.5, 11 Mbps), sus capacidades de contención, si soporta WEP, etc. La petición de asociación también incluye información sobre la cantidad de tiempo que la estación puede estar en modo de operación de ahorro de energía. Las políticas usadas por el punto de acceso para la aceptación de la petición de asociación de la estación cliente no se describen en el estándar. Ya que el estándar no especifica esta información es posible usar mecanismos como factores de balanceo de carga, disponibilidad de puntos de acceso, número de clientes asociados al punto de acceso, etc

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