ING. RAFAEL MONTERROZA BARRIOS

CURSO DE PROFUNDIZACIÓN EN GESTIÓN DE REDES Y COMUNICACIONES

SERVICIO NACIONAL DE APRENDIZAJE

CARTAGENA – COLOMBIA® 2013

REDES INALÁMBRICAS

C O N C E P T O S B Á S I C O S D E R E D E S L A N

C O N C E P T O S B Á S I C O S D E R A D I O F R E C U E N C I A

A N T E N A S

T E C N O L O G Í A S W I R E L E SS L A N

E S TÁ N D A R E S 8 0 2 . 1 1 ( A / B / G / N )

F U N C I O N A M I E N T O D E L A S R E D E S L A N I N A L Á M B R I C A S

C L A S I F I C A C I Ó N

CONCEPTOS BÁSICOS

CAPAS DEL MODELO OSI

Capa Funciones Ejemplos

7.APLICACION

Funciones de usuario final como transferencia de archivos, gestión de documentos, acceso a sitios web, entre otros.

- FTP (File Transfer Protocol) - SNMP (Simple Network Management Protocol) - SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - HTTP ( Hyper Text Transfer Protocol)

6. PRESENTACION Formato de datos. También incluye codificación, compresión, encripción

ASCII, EBCDIC, BCD, JPEG, MPEG, MIDI, MP3

5. SESION Define como se inicia, mantiene y finaliza una conversación llamada sesión

RPC, SQL, NFS, Netbios Names,

4. TRANSPORTS Detección y corrección de errores, Ordenamiento de segmentos, multiplexión de aplicaciones en el mismo host

TCP, UDP, SPX

3. RED Direccionamiento lógico de paquetes, Enrutamiento de paquetes entre diferentes redes, fragmentación de paquetes

IP, IPX

2. ENLACE Mecanismos para establecer la comunicación con el medio físico de transmisión

CSMA-CD (802.2), Token Pass (802.5), HDLC, ATM, FDDI, PPP

1. FISICA Características eléctricas y mecánicas del medio de transmisión

- Ethernet 802.3 (10BaseT/FL, 100BaseTX/FX, 1000BaseT/SX/LX) -RS-232C -RS-485 -V. 35

Estándares Actuales para redes LAN

E stand a r Velocidad interfaces Cable DistanciaMaxima

Ethernet IEEE 802.3 10 Mbps 10 Base T UTP Cat. 3 100 m

10 Base FL Fibra Optica Multimodo 2 Km

Fast Ethernet IEEE 802.3u

100 Mbps 100 Base TX UTP Cat. 5 100 m

100 Base FX Fibra Optica Multimodo 2 Km

Gigabit Ethernet iEEE802.3z (F.O) IEEE 802.3 ab (Cobre)

1.000 Mbps 1000 BaseT UTP Cat. 5E 100 m

1000 Base SX Fibra Optica Multimodo 220 m a 550 m

1000 Base LX Fibra Optica Multimodo (MM) y Monomodo (SM)

MM: 550 m SM: 5 Km

10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae (FO) IEEE 802.3an (Cobre)

10.000 Mbps/ 10Gbps

10G BaseT UTP FTP S FTP Cat.6A 100 m

10G Base SR/SW Fibra Optica Multimodo Laser Optimizada (MM LO)

300 m a 550 m

10G Base LR/LW Fibra Optica Monomodo (SM) 10 Km

10G Base LX4/LW4 Fibra Optica Multimodo (MM) 300 m

10G Base ER/EW Fibra Optica Monomodo 40 Km

Conceptos de Radiofrecuencia

Radiofrecuencia (RF): Se aplica a la porción menos energética del espectro electromagnético, entre los 3 kHz y los 300 GHz.

El Hercio (Hz) es la unidad de medida de la frecuencia de las ondas = 1 ciclo por segundo

Usos: Radiocomunicaciones, Radioastronomía, Radar, Resonancia magnética nuclear, Calentamiento, entre otros

Protocolos de control de acceso

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Protocolo de control de acceso al medio usado en las redes Ethernet cableadas. Los dispositivos “escuchan” el medio antes de transmitir.

CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – Protocolo de control de acceso al medio usado principalmente en redes inalámbricas. Cada equipo anuncia opcionalmente su intención de transmitir antes de hacerlo para evitar colisiones. De esta forma el resto de equipos sabrán cuando hay colisiones y en lugar de transmitir, esperan un tiempo aleatorio pequeño y transmiten solo si el medio sigue libre (no se ha recibido señal de alguno que quiera transmitir).

Unidades de medida en RF

Vatio (Watt – W): Unidad de medida de potenciadBm (Decibel milivatio): Potencia transmitida o recibida

referida a 1 mW

Ganancia (dB): Diferencia entre la potencia de salida y la potencia de entrada (en dBm)

Potencia dBm

1 mW 0

2 mW 3

10 mW 10

100 mW 20

400 mW 26

1000 mW 30

dBm = 10 log Potencia Medida (mW) 1 mW

ATENUACIÓN

Las ondas electromagnéticas (o señal) pierden potencia a medida que se propagan por el aire

Las señales pueden superar obstáculos (paredes, árboles, entre otros) pero van perdiendo potencia a medida que atraviesan dichos obstáculos

Reflexión y multicamino (multipath)

Algunos objetos en el ambiente pueden reflejar las señales lo que puede producir que estas viajen en múltiples trayectorias hacia el receptor

Las reflexiones viajan en diferente fase por lo que pueden interferirse unas con otras

Los dispositivos inalámbricos deben estar en capacidad de diferenciar entre la señal original y los ecos

Interferencia y Ruido

Las señales de radiofrecuencia generan interferencia nociva cuando se encuentran en la misma frecuencia de operación que otros generadores de señal.

La relación entre la señal y el ruido (SNR) debe ser alta para que la comunicación se lleve a cabo con el mínimo de errores

SNR = 10 log Potencia de la señal [dB]

Potencia del ruido

Ancho de banda

El ancho de banda de una señal de radio es el rango de frecuencias que ocupa dentro del espectro radioeléctrico

Se mide en Hz (o en sus múltiplos kHz, MHz, GHz)

La relación entre el ancho de banda de la señal y la velocidad de transmisión (bps) depende de la modulación de la señal.

Antenas

Es un conductor metálico capaz de radiar y recibir ondas electromagnéticas

La antena es la interface entre un transmisor/receptor y el espacio libre

Las antenas se caracterizan por un conjunto de parámetros entre los que se cuentan:

Diagrama de radiación Ancho de banda Directividad Ganancia Polarización

Diagrama de radiación

Diagrama de radiación de una antena sectorial de 120°

Ancho de banda - Directividad

Ancho de banda: Es el rango de frecuencias en que la antena es capaz de transmitir eficientemente la señal.

Directividad: Es la relación entre la intensidad de radiación en la dirección del máximo y la intensidad de radiación de una antena isotrópica que radiaría con la misma potencia total: D = U (max) / U (iso)

Cada tipo de antena tiene su directividad característica: Omnidireccional, sectorial, direccional, panel plano, etc.

Ganancia de una antena

Se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancia y potencias entregadas a la antena.

La unidad de medida de la ganancia es el dBi (dB sobre isotrópica) o el dBd (dB sobre dipolo). La unidad más utilizada comercialmente es el dBi.

Una ganancia de X dBi significa que si se aplica una potencia de Y dBm a la atena, se obtendrá una radiación de Y+X dBm a la salida de la antena (en condiciones ideales, sin pérdidas).

Polarización

La polarización de una antena es la polarización de la onda que irradia la antena en una dirección dada.

Una onda electromagnética polarizada: las oscilaciones del campo eléctrico y magnético son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de radiación. Las oscilaciones del campo eléctrico solo se producen en el plano de polarización.

Hay polarización lineal (horizontal o vertical), circular, elíptica.

En las antenas para enlaces inalámbricos se usan normalmente antenas con polarización lineal.

Tecnologías Wireless LAN

Infrarrojos

Usan luz infrarroja con línea de vista directa o un infrarrojo difuso

Cobertura muy limitadaEmisores y receptores muy simples y

económicosNo interfiere con otros sistemas de RFNo es práctica para usuarios móvilesSe usan para redes WPAN

Banda Estrecha

Se transmite y recibe en una banda de frecuencia específica lo más estrecha posible que permita el paso de información

Los usuarios tienen distintas frecuencias de comunicación de modo que se evitan interferencias

Un filtro en el receptor de radio se encarga de dejar pasar solo la señal esperada en la frecuencia asignada

Banda Ancha

Se logra transmitir gran cantidad de información en un rango de frecuencia determinado.

Se usan técnicas de multiplexión de varias portadoras de banda estrecha con lo que se logra transmitir más información en la misma unidad de tiempo.

Técnicas de multiplexión: TDM, FDM, WDM, CDMA

Técnicas de codificación: DSSS, FHSS, OFDM

Spread Spectrum

Técnica de codificación que usa el rango total de frecuencia del canal para transmitir usando diferentes técnicas de codificación: DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum: Por cada bit

a trasmitir se genera un código de bits mucho más grande según una secuencia preestablecida y conocida tanto por emisor como receptor.

FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum: Se transmite la información codificada según unos saltos preestablecidos en la frecuencia de transmisión. Cada bit se transmite en una frecuencia diferente y los saltos entre frecuencias son previamente conocidos por ambos actores.

OFDM

Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Técnica de modulación por multiplexión de frecuencias que consiste en enviar la señal de bits de datos en partes pequeñas asignadas a diferentes frecuencias que componen el canal. Se envian los datos en paralelo por subportadoras dentro del canal.

Bandas de frecuencia utilizadas en redes WLAN

Los sistemas WLAN (Wi-Fi) operan en frecuencias libres. Estas bandas libres son: Banda ISM (Industrial, Scientific, Medical)

2.400 – 2.483,5 MHz (2.4 GHz) Banda U-NII (Unlicenced National Information

Infrastructure) Low band: 5.15 – 5.25 GHz Middle band: 5.25 – 5.35 GHz High band: 5.725 – 5.825 GHz

Estándares WLAN (802.11 a/b/g/n)

Estándar IEEE 802.11: Define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI especificando sus normas y funcionamiento en una WLAN.

Los estándares que estudiaremos en el curso son los siguientes: 802.11 b 802.11 g 802.11 a 802.11 n

IEEE 802.11 b

Fue la primera revisión del estándar de transmisión inalámbrica 802.11. El estándar original solo proveía velocidades de transmisión de 1 y 2 Mbps – La revisión amplió estas velocidades a 5.5 y 11 Mbps, según la técnica de codificación empleada.

Funciona en la banda ISM 2.4 GHzCodificación por FHSS o DSSSEn colombia se permiten 11 Canales de 22

MHz cada canal: (2.412 – 2.462)

IEEE 802.11 g

Funciona en la banda ISM 2.4 GHzEs una evolución del estandar 802.11 bUtiliza OFDM en lugar de DSSS/FHSS con lo que

se obtiene un mayor rendimiento en el uso del ancho de banda que sigue siendo de 22 MHz por canal.

Velocidades de transmisión hasta de 54 MbpsEs compatible con el estándar 802.11 bExiste una versión no estandarizada (802.11 g+ o

g turbo) que da velocidades hasta de 108 Mbps (solo funciona entre equipos del mismo fabricante)

IEEE 802.11 a

Funciona en la banda U-NII 5 GHzUtiliza OFDM y alcanza Velocidades de

transmisión hasta de 54 MbpsNo es compatible con los estándares 802.11

b/gTiene 12 canales que no se solapan entre si

(no hay interferencias entre canales).

IEEE 802.11 n

Es la evolución de los estándares anteriores.Puede operar tanto en banda ISM 2.4 GHz

como U-NII 5 GhzAlcanza velocidades de transmisión de hasta

300 MbpsSe apoya en la tecnología MIMO (Multiple

Input -Multiple Output) que hace uso de varias antenas/canales para la transmisión/recepción

Puede utilizar canales de doble tamaño (usando el canal adyacente) para lograr altas velocidades

Funcionamiento de las WLAN

En una WLAN intervienen normalmente los siguientes elementos: Access Points Tarjetas de red inalámbricas Routers Inalámbricos Antenas Radios

Se puede realizar una red inalámbrica en modo infraestructura o en modo Ad-hoc

Red en modo infraestructura

Existen varias estaciones que acceden a la red y uno o varios nodos principales (Access Point o Router Inalámbrico) que gestiona las conexiones y el acceso a la red.

El nodo principal controla quien se conecta y quien no mediante técnicas de seguridad, establece el nombre de la red y los parámetros de conexión para todas las estaciones

Su administración es simple debido a la centralización

Red en modo ad-hoc

No existe un nodo o nodos principales de interconexión (Access Point)

Cada estación puede conectarse con otras estaciones y establecen así las conexiones entre ellas

El alcance de la red está limitado al alcance de las tarjetas de red inalámbricas de los equipos

Muy poca seguridad

Clasificación de redes inalámbricas según su alcance

WPAN - Wireless Personal Area Network Alcance limitado a unos pocos metros Bajas potencias y velocidades de transmisión Ejemplos: infrarrojos, Bluetooth, Zigbee

WLAN – Wireless Local Area Network Alcance limitado a un espacio que no sobrepasa los

100 metros a la redonda (Casas, Salones, etc). Se pueden extender varias WLAN para dar cubrimiento a zonas mayores (Edificios)

Potencias de transmisión medias y altas velocidades de transmisión

Clasificación de redes inalámbricas según su alcance

WMAN Y WWAN – Wireless Metropolitan/Wide Area Network Alcance amplio, de varios kilómetros Potencia y velocidades de transmisión altas Normalmente son instalaciones tipo outdoor (en

exteriores) Dan cubrimiento a zonas amplias de una ciudad o se

pueden lograr enlaces hacia zonas apartadas geográficamente.

Regresar