IEEE 802.11 es parte del conjunto IEEE 802 de estándares técnicos de redes de área local (LAN) y especifica el conjunto de protocolos de control de acceso al medio (MAC) y de capa física (PHY) para implementar la comunicación informática de la red de área local inalámbrica (WLAN). El estándar y las enmiendas proporcionan la base para los productos de redes inalámbricas que utilizan la marca Wi-Fi y son los estándares de redes informáticas inalámbricas más utilizados en el mundo. IEEE 802.11 se utiliza en la mayoría de las redes domésticas y de oficina para permitir que las computadoras portátiles, impresoras, teléfonos inteligentes y otros dispositivos se comuniquen entre sí y accedan a Internet sin cables. IEEE 802.11 también es la base para redes de comunicación basadas en vehículos con IEEE 802.11p .
Los estándares son creados y mantenidos por el Comité de Estándares LAN/ MAN del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) (IEEE 802). La versión base del estándar se publicó en 1997 y ha tenido modificaciones posteriores. Si bien cada enmienda se revoca oficialmente cuando se incorpora en la última versión de la norma, el mundo empresarial tiende a promocionar las revisiones porque denotan de manera concisa las capacidades de sus productos. Como resultado, en el mercado cada revisión tiende a convertirse en su propio estándar.
IEEE 802.11 utiliza varias frecuencias que incluyen, entre otras, bandas de frecuencia de 2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz y 60 GHz. Aunque las especificaciones IEEE 802.11 enumeran los canales que podrían usarse, la disponibilidad del espectro de radiofrecuencia permitida varía significativamente según el dominio regulatorio.
Los protocolos se utilizan normalmente junto con IEEE 802.2 y están diseñados para interactuar sin problemas con Ethernet y se utilizan muy a menudo para transportar tráfico de protocolo de Internet .
La familia 802.11 consta de una serie de técnicas de modulación inalámbrica semidúplex que utilizan el mismo protocolo básico. La familia de protocolos 802.11 emplea acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones (CSMA/CA), mediante el cual el equipo escucha un canal para otros usuarios (incluidos los que no son usuarios de 802.11) antes de transmitir cada trama (algunos usan el término "paquete", que puede ser ambiguo). : "marco" es más técnicamente correcto).
802.11-1997 fue el primer estándar de redes inalámbricas de la familia, pero 802.11b fue el primero ampliamente aceptado, seguido por 802.11a , 802.11g , 802.11n , 802.11ac y 802.11ax . Otras normas de la familia (c – f, h, j) son enmiendas de servicio que se utilizan para ampliar el alcance actual de la norma existente, cuyas enmiendas también pueden incluir correcciones a una especificación anterior. [7]
802.11b y 802.11g utilizan la banda ISM de 2,4 GHz , que funciona en los Estados Unidos según la Parte 15 de las normas y reglamentos de la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU . 802.11n también puede utilizar esa banda de 2,4 GHz. Debido a esta elección de banda de frecuencia, los equipos 802.11b/g/n ocasionalmente pueden sufrir interferencias en la banda de 2,4 GHz provenientes de hornos microondas , teléfonos inalámbricos y dispositivos Bluetooth . 802.11b y 802.11g controlan su interferencia y susceptibilidad a la interferencia mediante el uso de métodos de señalización de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM), respectivamente.
802.11a utiliza la banda U-NII de 5 GHz que, en gran parte del mundo, ofrece al menos 23 canales no superpuestos de 20 MHz de ancho. Esta es una ventaja sobre la banda de frecuencia ISM de 2,4 GHz, que ofrece sólo tres canales no superpuestos de 20 MHz de ancho donde se superponen otros canales adyacentes (consulte: lista de canales WLAN ). Se puede obtener un mejor o peor rendimiento con frecuencias (canales) más altas o más bajas, dependiendo del entorno. 802.11n y 802.11ax pueden utilizar la banda de 2,4 GHz o 5 GHz; 802.11ac utiliza sólo la banda de 5 GHz.
El segmento del espectro de radiofrecuencia utilizado por 802.11 varía entre países. En EE. UU., los dispositivos 802.11a y 802.11g pueden funcionar sin licencia, según lo permitido en la Parte 15 de las normas y reglamentos de la FCC. Las frecuencias utilizadas por los canales del uno al seis de 802.11b y 802.11g se encuentran dentro de la banda de radioaficionados de 2,4 GHz . Los radioaficionados con licencia pueden operar dispositivos 802.11b/g según la Parte 97 de las normas y reglamentos de la FCC, lo que permite una mayor potencia de salida, pero no contenido comercial ni cifrado. [8]
En 2018, Wi-Fi Alliance comenzó a utilizar un esquema de numeración de generación amigable para el consumidor para los protocolos 802.11 de uso público. Las generaciones de Wi-Fi 1 a 6 utilizan los protocolos 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac y 802.11ax, en ese orden. [9] [10]
La tecnología 802.11 tiene su origen en una resolución de 1985 de la Comisión Federal de Comunicaciones de EE. UU. que liberó la banda ISM [7] para uso sin licencia. [11]
En 1991, NCR Corporation / AT&T (ahora Nokia Labs y LSI Corporation ) inventaron un precursor de 802.11 en Nieuwegein, Países Bajos. Inicialmente, los inventores pretendían utilizar la tecnología en sistemas de caja. Los primeros productos inalámbricos se lanzaron al mercado con el nombre de WaveLAN con velocidades de datos sin procesar de 1 Mbit/s y 2 Mbit/s.
Vic Hayes , quien ocupó la presidencia de IEEE 802.11 durante 10 años y ha sido llamado el "padre de Wi-Fi", participó en el diseño de los estándares iniciales 802.11b y 802.11a dentro de IEEE . [12] Él, junto con el ingeniero de Bell Labs Bruce Tuch, se acercó a IEEE para crear un estándar. [13]
En 1999, se formó Wi-Fi Alliance como una asociación comercial para poseer la marca comercial Wi-Fi bajo la cual se venden la mayoría de los productos. [14]
El mayor avance comercial se produjo con la adopción de Wi-Fi por parte de Apple para su serie de computadoras portátiles iBook en 1999. Fue el primer producto de consumo masivo que ofreció conectividad de red Wi-Fi, que luego Apple denominó AirPort. [15] [16] [17] Un año después, IBM siguió con su serie ThinkPad 1300 en 2000. [18]
La versión original del estándar IEEE 802.11 se publicó en 1997 y se aclaró en 1999, pero ahora está obsoleta. Especificaba dos velocidades de bits netas de 1 o 2 megabits por segundo (Mbit/s), además de un código de corrección de errores directos . Especificó tres tecnologías de capa física alternativas : infrarrojo difuso que funciona a 1 Mbit/s; espectro ensanchado por salto de frecuencia que funciona a 1 Mbit/s o 2 Mbit/s; y espectro ensanchado de secuencia directa que funciona a 1 Mbit/s o 2 Mbit/s. Las dos últimas tecnologías de radio utilizaron transmisión por microondas en la banda de frecuencia de Industrial Scientific Medical a 2,4 GHz. Algunas tecnologías WLAN anteriores utilizaban frecuencias más bajas, como la banda ISM de 900 MHz de EE. UU.
El 802.11 heredado con espectro ensanchado de secuencia directa fue rápidamente suplantado y popularizado por 802.11b.
802.11a, publicado en 1999, utiliza el mismo protocolo de capa de enlace de datos y formato de trama que el estándar original, pero se agregó una interfaz aérea basada en OFDM (capa física).
Opera en la banda de 5 GHz con una velocidad de datos neta máxima de 54 Mbit/s, más código de corrección de errores, lo que produce un rendimiento neto realista alcanzable en el rango medio de 20 Mbit/s. [38] Ha visto una implementación generalizada en todo el mundo, particularmente dentro del espacio de trabajo corporativo.
Dado que la banda de 2,4 GHz se utiliza mucho hasta el punto de estar abarrotada, el uso de la banda de 5 GHz relativamente no utilizada le da a 802.11aa una ventaja significativa. Sin embargo, esta alta frecuencia portadora también trae una desventaja: el alcance total efectivo de 802.11a es menor que el de 802.11b/g. En teoría, las señales 802.11a son absorbidas más fácilmente por las paredes y otros objetos sólidos en su camino debido a su menor longitud de onda y, como resultado, no pueden penetrar tan lejos como las de 802.11b. En la práctica, 802.11b normalmente tiene un rango más alto a bajas velocidades (802.11b reducirá la velocidad a 5,5 Mbit/s o incluso 1 Mbit/s con intensidades de señal bajas). 802.11a también sufre interferencias, [39] pero localmente puede haber menos señales con las que interferir, lo que resulta en menos interferencia y mejor rendimiento.
El estándar 802.11b tiene una velocidad de datos sin procesar máxima de 11 Mbit/s (Megabits por segundo) y utiliza el mismo método de acceso a medios definido en el estándar original. Los productos 802.11b aparecieron en el mercado a principios de 2000, ya que 802.11b es una extensión directa de la técnica de modulación definida en el estándar original. El dramático aumento en el rendimiento de 802.11b (en comparación con el estándar original) junto con reducciones sustanciales simultáneas de precios llevaron a la rápida aceptación de 802.11b como la tecnología LAN inalámbrica definitiva.
Los dispositivos que utilizan 802.11b experimentan interferencias de otros productos que operan en la banda de 2,4 GHz. Los dispositivos que funcionan en el rango de 2,4 GHz incluyen hornos microondas, dispositivos Bluetooth, monitores para bebés, teléfonos inalámbricos y algunos equipos de radioaficionado. Como radiadores intencionales sin licencia en esta banda ISM , no deben interferir y deben tolerar la interferencia de asignaciones (usuarios) primarias o secundarias de esta banda, como la radioafición.
En junio de 2003 se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Esto funciona en la banda de 2,4 GHz (como 802.11b), pero utiliza el mismo esquema de transmisión basado en OFDM que 802.11a. Funciona a una velocidad binaria máxima de la capa física de 54 Mbit/s sin incluir los códigos de corrección de errores directos, o un rendimiento promedio de aproximadamente 22 Mbit/s. [40] El hardware 802.11g es totalmente compatible con el hardware 802.11b y, por lo tanto, está plagado de problemas heredados que reducen el rendimiento en ~21% en comparación con 802.11a. [ cita necesaria ]
El estándar 802.11g entonces propuesto fue adoptado rápidamente en el mercado a partir de enero de 2003, mucho antes de su ratificación, debido al deseo de velocidades de datos más altas, así como de reducciones en los costos de fabricación. [ cita necesaria ] En el verano de 2003, la mayoría de los productos 802.11a/b de doble banda se convirtieron en doble banda/trimodo, admitiendo a y b/g en una única tarjeta adaptadora móvil o punto de acceso. Los detalles de cómo hacer que b y g funcionen bien juntos ocuparon gran parte del proceso técnico persistente; Sin embargo, en una red 802.11g, la actividad de un participante 802.11b reducirá la velocidad de datos de la red 802.11g general.
Al igual que 802.11b, los dispositivos 802.11g también sufren interferencias de otros productos que operan en la banda de 2,4 GHz, por ejemplo, los teclados inalámbricos.
En 2003, el grupo de trabajo TGma recibió autorización para "resumir" muchas de las enmiendas a la versión de 1999 del estándar 802.11. REVma o 802.11ma, como se llamaba, creó un documento único que fusionó 8 enmiendas ( 802.11a , b , d , e , g , h , i , j ) con el estándar base. Tras su aprobación el 8 de marzo de 2007, 802.11REVma pasó a llamarse el estándar base vigente en ese momento IEEE 802.11-2007 . [41]
802.11n es una enmienda que mejora los estándares 802.11 anteriores; su primer borrador de certificación se publicó en 2006. El estándar 802.11n fue etiquetado retroactivamente como Wi-Fi 4 por la Wi-Fi Alliance. [42] [43] El estándar agregó soporte para antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). 802.11n opera en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz. La compatibilidad con bandas de 5 GHz es opcional. Su velocidad de datos neta oscila entre 54 Mbit/s y 600 Mbit/s. El IEEE aprobó la enmienda y se publicó en octubre de 2009. [44] [45] Antes de la ratificación final, las empresas ya estaban migrando a redes 802.11n basándose en la certificación de productos de la Wi-Fi Alliance conforme a un borrador de 2007. de la propuesta 802.11n.
En mayo de 2007, el grupo de trabajo TGmb recibió autorización para "resumir" muchas de las enmiendas a la versión 2007 del estándar 802.11. [46] REVmb o 802.11mb, como se llamaba, creó un documento único que fusionó diez enmiendas ( 802.11k , r , y , n , w , p , z , v , u , s ) con el estándar base de 2007. Además, se hizo mucha limpieza, incluida una reordenación de muchas de las cláusulas. [47] Tras su publicación el 29 de marzo de 2012, la nueva norma se denominó IEEE 802.11-2012 .
IEEE 802.11ac-2013 es una enmienda a IEEE 802.11, publicada en diciembre de 2013, que se basa en 802.11n. [48] El estándar 802.11ac fue etiquetado retroactivamente como Wi-Fi 5 por la Wi-Fi Alliance. [42] [43] Los cambios en comparación con 802.11n incluyen canales más anchos (80 o 160 MHz versus 40 MHz) en la banda de 5 GHz, más flujos espaciales (hasta ocho versus cuatro), modulación de orden superior (hasta 256- QAM vs. 64-QAM) y la adición de MIMO multiusuario (MU-MIMO). La Wi-Fi Alliance separó la introducción de productos inalámbricos de CA en dos fases ("ondas"), denominadas "Ola 1" y "Ola 2". [49] [50] Desde mediados de 2013, la alianza comenzó a certificar productos Wave 1 802.11ac enviados por los fabricantes, basándose en el IEEE 802.11ac Draft 3.0 (el estándar IEEE no se finalizó hasta finales de ese año). [51] En 2016, Wi-Fi Alliance introdujo la certificación Wave 2, para proporcionar mayor ancho de banda y capacidad que los productos Wave 1. Los productos Wave 2 incluyen características adicionales como MU-MIMO, soporte de ancho de canal de 160 MHz, soporte para más canales de 5 GHz y cuatro transmisiones espaciales (con cuatro antenas; en comparación con tres en Wave 1 y 802.11n, y ocho en la especificación 802.11ax de IEEE ). [52] [53]
IEEE 802.11ad es una enmienda que define una nueva capa física para que las redes 802.11 operen en el espectro de ondas milimétricas de 60 GHz . Esta banda de frecuencia tiene características de propagación significativamente diferentes a las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz donde operan las redes Wi-Fi. Los productos que implementan el estándar 802.11ad se comercializan bajo la marca WiGig . El programa de certificación ahora está siendo desarrollado por Wi-Fi Alliance en lugar de la ya desaparecida Wireless Gigabit Alliance . [54] La velocidad máxima de transmisión de 802.11ad es de 7 Gbit/s. [55]
IEEE 802.11ad es un protocolo utilizado para velocidades de datos muy altas (alrededor de 8 Gbit/s) y para comunicaciones de corto alcance (alrededor de 1 a 10 metros). [56]
TP-Link anunció el primer enrutador 802.11ad del mundo en enero de 2016. [57]
El estándar WiGig no es demasiado conocido, aunque fue anunciado en 2009 y añadido a la familia IEEE 802.11 en diciembre de 2012.
IEEE 802.11af, también conocido como "White-Fi" y "Super Wi-Fi", [58] es una enmienda, aprobada en febrero de 2014, que permite el funcionamiento de WLAN en el espectro de espacios en blanco de TV en las bandas VHF y UHF entre 54 y 790MHz. [59] [60] Utiliza tecnología de radio cognitiva para transmitir en canales de televisión no utilizados, y el estándar toma medidas para limitar la interferencia para los usuarios principales, como televisión analógica, televisión digital y micrófonos inalámbricos. [60] Los puntos de acceso y las estaciones determinan su posición utilizando un sistema de posicionamiento por satélite como GPS , y utilizan Internet para consultar una base de datos de geolocalización (GDB) proporcionada por una agencia reguladora regional para descubrir qué canales de frecuencia están disponibles para su uso en un momento determinado. y posición. [60] La capa física utiliza OFDM y está basada en 802.11ac. [61] Las pérdidas por trayectoria de propagación, así como la atenuación por materiales como ladrillo y hormigón, son menores en las bandas UHF y VHF que en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz, lo que aumenta el alcance posible. [60] Los canales de frecuencia tienen una anchura de 6 a 8 MHz, dependiendo del ámbito reglamentario. [60] Se pueden unir hasta cuatro canales en uno o dos bloques contiguos. [60] La operación MIMO es posible con hasta cuatro flujos utilizados para operación de código de bloque espacio-temporal (STBC) o multiusuario (MU). [60] La velocidad de datos alcanzable por flujo espacial es de 26,7 Mbit/s para canales de 6 y 7 MHz, y de 35,6 Mbit/s para canales de 8 MHz. [36] Con cuatro flujos espaciales y cuatro canales enlazados, la velocidad de datos máxima es 426,7 Mbit/s para canales de 6 y 7 MHz y 568,9 Mbit/s para canales de 8 MHz. [36]
IEEE 802.11-2016 que fue conocido como IEEE 802.11 REVmc, [62] es una revisión basada en IEEE 802.11-2012, incorporando 5 enmiendas (11ae, 11aa, 11ad , 11ac , 11af ). Además, se mejoraron las funciones MAC y PHY existentes y se eliminaron o marcaron para su eliminación las funciones obsoletas. Se han renumerado algunas cláusulas y anexos. [63]
IEEE 802.11ah, publicado en 2017, [64] define un sistema WLAN que opera en bandas exentas de licencia por debajo de 1 GHz. Debido a las favorables características de propagación de los espectros de baja frecuencia, 802.11ah puede proporcionar un rango de transmisión mejorado en comparación con las WLAN 802.11 convencionales que operan en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz. 802.11ah se puede utilizar para diversos fines, incluidas redes de sensores a gran escala, [65] puntos de acceso de alcance extendido y Wi-Fi exterior para la descarga de tráfico de operador de WAN celular, mientras que el ancho de banda disponible es relativamente estrecho. El protocolo pretende que el consumo sea competitivo con el Bluetooth de bajo consumo , en un alcance mucho más amplio. [66]
IEEE 802.11ai es una enmienda al estándar 802.11 que agregó nuevos mecanismos para un tiempo de configuración del enlace inicial más rápido. [67]
IEEE 802.11aj es un derivado de 802.11ad para uso en el espectro sin licencia de 45 GHz disponible en algunas regiones del mundo (específicamente China); también proporciona capacidades adicionales para su uso en la banda de 60 GHz. [67]
También conocida como onda milimétrica de China (CMMW). [68]
IEEE 802.11aq es una enmienda al estándar 802.11 que permitirá el descubrimiento de servicios previo a la asociación. Esto amplía algunos de los mecanismos en 802.11u que permitieron el descubrimiento de dispositivos para descubrir más los servicios que se ejecutan en un dispositivo o que proporciona una red. [67]
IEEE 802.11-2020, que se conoció como IEEE 802.11 REVmd, [69] es una revisión basada en IEEE 802.11-2016 que incorpora 5 enmiendas ( 11ai , 11ah , 11aj , 11ak, 11aq ). Además, se mejoraron las funciones MAC y PHY existentes y se eliminaron o marcaron para su eliminación las funciones obsoletas. Se han añadido algunas cláusulas y anexos. [70]
IEEE 802.11ax es el sucesor de 802.11ac, comercializado como Wi-Fi 6 (2,4 GHz y 5 GHz) [71] y Wi-Fi 6E (6 GHz) [72] por Wi-Fi Alliance . También se le conoce como Wi-Fi de alta eficiencia , por las mejoras generales de los clientes Wi-Fi 6 en entornos densos . [73] Para un cliente individual, la mejora máxima en la velocidad de datos ( velocidad PHY ) en comparación con el predecesor (802.11ac) es solo del 39 % [c] (a modo de comparación, esta mejora fue de casi el 500 % [d] [i] para el antecesores). [e] Sin embargo, incluso con esta cifra comparativamente menor del 39%, el objetivo era proporcionar 4 veces el rendimiento por área [f] de 802.11ac (por lo tanto, Alta Eficiencia ). La motivación detrás de este objetivo fue la implementación de WLAN en entornos densos como oficinas corporativas, centros comerciales y apartamentos residenciales de gran densidad. [73] Esto se logra mediante una técnica llamada OFDMA , que es básicamente multiplexación en el dominio de la frecuencia (a diferencia de la multiplexación espacial , como en 802.11ac). Esto equivale a la tecnología celular aplicada al Wi-Fi . [73] : cuarto
El estándar IEEE 802.11ax‑2021 fue aprobado el 9 de febrero de 2021. [76] [77]
IEEE 802.11ay es un estándar que se está desarrollando, también llamado EDMG: Enhanced Directional MultiGigabit PHY. Se trata de una enmienda que define una nueva capa física para que las redes 802.11 operen en el espectro de ondas milimétricas de 60 GHz . Será una extensión del 11ad existente, cuyo objetivo es ampliar el rendimiento, el alcance y los casos de uso. Los principales casos de uso incluyen el funcionamiento en interiores y las comunicaciones de corto alcance debido a la absorción de oxígeno atmosférico y la incapacidad de atravesar paredes. La velocidad de transmisión máxima de 802.11ay es de 40 Gbit/s. [78] Las principales extensiones incluyen: unión de canales (2, 3 y 4), MIMO (hasta 4 flujos) y esquemas de modulación superiores. El alcance esperado es de 300 a 500 m. [79]
La operación Wake-up Radio (WUR) IEEE 802.11ba es una enmienda al estándar IEEE 802.11 que permite una operación energéticamente eficiente para la recepción de datos sin aumentar la latencia. [80] El consumo de energía activa objetivo para recibir un paquete WUR es inferior a 1 milivatio y admite velocidades de datos de 62,5 kbit/s y 250 kbit/s. WUR PHY utiliza MC-OOK ( OOK multiportadora ) para lograr un consumo de energía extremadamente bajo. [81]
IEEE 802.11bb es un estándar de protocolo de red en el conjunto de protocolos IEEE 802.11 que utiliza luz infrarroja para las comunicaciones. [82]
IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT) es la posible próxima enmienda al estándar 802.11 IEEE [83] y probablemente se designará como Wi-Fi 7 . [84] [85] Se basará en 802.11ax, centrándose en el funcionamiento de WLAN en interiores y exteriores con velocidades estacionarias y peatonales en las bandas de frecuencia de 2,4 GHz, 5 GHz y 6 GHz.
En todas las variaciones de 802.11, los rendimientos máximos alcanzables se basan en mediciones en condiciones ideales o en las velocidades de datos de capa 2. Sin embargo, esto no se aplica a implementaciones típicas en las que los datos se transfieren entre dos puntos finales, de los cuales al menos uno normalmente está conectado a una infraestructura cableada y el otro punto final está conectado a una infraestructura a través de un enlace inalámbrico.
Esto significa que, normalmente, las tramas de datos pasan por un medio 802.11 (WLAN) y se convierten a 802.3 ( Ethernet ) o viceversa. Debido a la diferencia en las longitudes de trama (encabezado) de estos dos medios, el tamaño del paquete de la aplicación determina la velocidad de la transferencia de datos. Esto significa que las aplicaciones que utilizan paquetes pequeños (por ejemplo, VoIP) crean flujos de datos con una sobrecarga de tráfico elevada (es decir, un buen rendimiento bajo ). Otros factores que contribuyen a la velocidad de datos general de la aplicación son la velocidad con la que la aplicación transmite los paquetes (es decir, la velocidad de datos) y, por supuesto, la energía con la que se recibe la señal inalámbrica. Este último está determinado por la distancia y por la potencia de salida configurada de los dispositivos comunicantes. [86] [87]
Las mismas referencias se aplican a los gráficos adjuntos que muestran mediciones del rendimiento de UDP . Cada uno representa un rendimiento promedio (UDP) (tenga en cuenta que las barras de error están ahí pero apenas son visibles debido a la pequeña variación) de 25 mediciones. Cada uno tiene un tamaño de paquete específico (pequeño o grande) y una velocidad de datos específica (10 kbit/s – 100 Mbit/s). También se incluyen marcadores para perfiles de tráfico de aplicaciones comunes. Estas cifras suponen que no hay errores de paquetes que, si ocurren, reducirán aún más la velocidad de transmisión.
802.11b, 802.11g y 802.11n-2.4 utilizan el espectro de 2.400–2.500 GHz , una de las bandas ISM . 802.11a, 802.11n y 802.11ac utilizan la banda más regulada de 4,915 a 5,825 GHz . En la mayoría de la documentación de ventas, se las denomina comúnmente "bandas de 2,4 GHz y 5 GHz". Cada espectro se subdivide en canales con una frecuencia central y un ancho de banda, de forma análoga a cómo se subdividen las bandas de transmisión de radio y televisión.
La banda de 2,4 GHz se divide en 14 canales espaciados a 5 MHz, comenzando con el canal 1, que está centrado en 2,412 GHz. Estos últimos canales tienen restricciones adicionales o no están disponibles para su uso en algunos ámbitos regulatorios.
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La numeración de canales del espectro de 5,725 a 5,875 GHz es menos intuitiva debido a las diferencias en las regulaciones entre países. Estos se analizan con mayor detalle en la lista de canales WLAN .
Además de especificar la frecuencia central del canal, 802.11 también especifica (en la Cláusula 17) una máscara espectral que define la distribución de energía permitida en cada canal. La máscara requiere que la señal se atenúe un mínimo de 20 dB desde su amplitud máxima a ±11 MHz de la frecuencia central, el punto en el que un canal tiene efectivamente 22 MHz de ancho. Una consecuencia es que las estaciones sólo pueden utilizar uno de cada cuatro o cinco canales sin superposición.
La disponibilidad de canales está regulada por país, limitada en parte por cómo cada país asigna el espectro de radio a diversos servicios. En un extremo, Japón permite el uso de los 14 canales para 802.11b y del 1 al 13 para 802.11g/n-2.4. Otros países como España inicialmente permitían sólo los canales 10 y 11, y Francia sólo permitía los canales 10, 11, 12 y 13; sin embargo, Europa ahora permite los canales del 1 al 13. [88] [89] América del Norte y algunos países de América Central y del Sur permiten solo del 1 al 11.
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Dado que la máscara espectral define sólo restricciones de potencia de salida de hasta ±11 MHz desde la frecuencia central que se atenuará en −50 dBr, a menudo se supone que la energía del canal no se extiende más allá de estos límites. Es más correcto decir que la señal superpuesta en cualquier canal debe estar lo suficientemente atenuada como para interferir mínimamente con un transmisor en cualquier otro canal, dada la separación entre canales. Debido al problema cerca-lejos, un transmisor puede impactar (desensibilizar) un receptor en un canal "que no se superpone", pero sólo si está cerca del receptor víctima (dentro de un metro) o si funciona por encima de los niveles de potencia permitidos. Por el contrario, un transmisor suficientemente distante en un canal superpuesto puede tener poco o ningún efecto significativo.
A menudo surge confusión sobre la cantidad de separación de canales requerida entre dispositivos de transmisión. 802.11b se basó en la modulación de espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y utilizó un ancho de banda de canal de 22 MHz, lo que dio como resultado tres canales "no superpuestos" (1, 6 y 11). 802.11g se basó en modulación OFDM y utilizó un ancho de banda de canal de 20 MHz. En ocasiones, esto lleva a la creencia de que existen cuatro canales "no superpuestos" (1, 5, 9 y 13) en 802.11g. Sin embargo, este no es el caso según 17.4.6.3 Numeración de canales de canales operativos de IEEE Std 802.11 (2012), que establece: "En una topología de red de múltiples celdas, las celdas superpuestas y/o adyacentes que usan diferentes canales pueden operar simultáneamente sin interferencia si la distancia entre las frecuencias centrales es de al menos 25 MHz." [90] y la sección 18.3.9.3 y la Figura 18-13.
Esto no significa que la superposición técnica de los canales recomiende no utilizar canales superpuestos. La cantidad de interferencia entre canales que se observa en una configuración que utiliza los canales 1, 5, 9 y 13 (que está permitida en Europa, pero no en América del Norte) es apenas diferente de una configuración de tres canales, pero con un canal adicional completo. . [91] [92]
Sin embargo, la superposición entre canales con espacios más estrechos (por ejemplo, 1, 4, 7, 11 en América del Norte) puede causar una degradación inaceptable de la calidad y el rendimiento de la señal, particularmente cuando los usuarios transmiten cerca de los límites de las células AP. [93]
IEEE utiliza la frase dominio reg para referirse a una región regulatoria legal. Los diferentes países definen diferentes niveles de potencia de transmisión permitida, tiempo que un canal puede estar ocupado y diferentes canales disponibles. [94] Se especifican códigos de dominio para Estados Unidos, Canadá, ETSI (Europa) , España, Francia, Japón y China.
La mayoría de los dispositivos con certificación Wi-Fi tienen por defecto el dominio de registro 0, lo que significa la configuración del mínimo común denominador , es decir, el dispositivo no transmitirá a una potencia superior a la permitida en ningún país, ni utilizará frecuencias que no estén permitidas en ningún país. [ cita necesaria ]
La configuración del dominio de registro a menudo resulta difícil o imposible de cambiar para que los usuarios finales no entren en conflicto con las agencias reguladoras locales, como la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos . [ cita necesaria ]
Los datagramas se llaman marcos . Los estándares 802.11 actuales especifican tipos de tramas para su uso en la transmisión de datos, así como en la gestión y control de enlaces inalámbricos.
Los marcos se dividen en secciones muy específicas y estandarizadas. Cada trama consta de un encabezado MAC , una carga útil y una secuencia de verificación de trama (FCS). Algunos marcos no tienen cargas útiles.
Los primeros dos bytes del encabezado MAC forman un campo de control de trama que especifica la forma y función de la trama. Este campo de control de trama se subdivide en los siguientes subcampos:
Los dos bytes siguientes están reservados para el campo ID de duración, que indica cuánto tiempo tardará la transmisión del campo para que otros dispositivos sepan cuándo el canal volverá a estar disponible. Este campo puede adoptar una de tres formas: duración, período libre de contención (CFP) e ID de asociación (AID).
Una trama 802.11 puede tener hasta cuatro campos de dirección. Cada campo puede llevar una dirección MAC . La dirección 1 es el receptor, la dirección 2 es el transmisor y el receptor utiliza la dirección 3 con fines de filtrado. [ dudoso ] La dirección 4 solo está presente en tramas de datos transmitidas entre puntos de acceso en un conjunto de servicios extendidos o entre nodos intermedios en una red en malla .
Los campos restantes del encabezado son:
El campo de carga útil o cuerpo de trama es de tamaño variable, de 0 a 2304 bytes más cualquier sobrecarga de la encapsulación de seguridad, y contiene información de capas superiores.
La secuencia de verificación de trama (FCS) son los últimos cuatro bytes en la trama estándar 802.11. A menudo denominado control de redundancia cíclica (CRC), permite realizar comprobaciones de integridad de las tramas recuperadas. Cuando las tramas están a punto de enviarse, se calcula y añade el FCS. Cuando una estación recibe una trama, puede calcular el FCS de la trama y compararla con la recibida. Si coinciden, se supone que la trama no se distorsionó durante la transmisión. [96]
Los marcos de gestión no siempre están autenticados y permiten el mantenimiento o la interrupción de la comunicación. Algunos subtipos comunes de 802.11 incluyen:
El cuerpo de una trama de gestión consta de campos fijos dependientes del subtipo de trama seguidos de una secuencia de elementos de información (IE).
La estructura común de un IE es la siguiente:
Las tramas de control facilitan el intercambio de tramas de datos entre estaciones. Algunos marcos de control 802.11 comunes incluyen:
Los marcos de datos transportan paquetes de páginas web, archivos, etc. dentro del cuerpo. [97] El cuerpo comienza con un encabezado IEEE 802.2 , con el punto de acceso al servicio de destino (DSAP) que especifica el protocolo, seguido de un encabezado de protocolo de acceso a subred (SNAP) si el DSAP es hexadecimal AA, con el identificador único organizacional (OUI) y campos de ID de protocolo (PID) que especifican el protocolo. Si el OUI es todo ceros, el campo ID de protocolo es un valor EtherType . [98] Casi todos los marcos de datos 802.11 usan encabezados 802.2 y SNAP, y la mayoría usa un OUI de 00:00:00 y un valor EtherType.
De manera similar al control de congestión TCP en Internet, la pérdida de tramas está integrada en el funcionamiento de 802.11. Para seleccionar la velocidad de transmisión correcta o el esquema de codificación y modulación , un algoritmo de control de velocidad puede probar diferentes velocidades. La tasa real de pérdida de paquetes de los puntos de acceso varía ampliamente según las diferentes condiciones del enlace. Existen variaciones en la tasa de pérdida experimentada en los puntos de acceso de producción, entre el 10% y el 80%, siendo el 30% un promedio común. [99] Es importante tener en cuenta que la capa de enlace debe recuperar estas tramas perdidas. Si el remitente no recibe una trama de Acuse de recibo (ACK), se reenviará.
Dentro del Grupo de Trabajo IEEE 802.11, [59] existen los siguientes Estándares y Enmiendas de la Asociación de Estándares IEEE :
802.11F y 802.11T son prácticas recomendadas en lugar de estándares y se escriben con mayúscula como tales.
802.11m se utiliza para el mantenimiento estándar. 802.11ma se completó para 802.11-2007, 802.11mb para 802.11-2012, 802.11mc para 802.11-2016 y 802.11md para 802.11-2020.
Tanto el término "estándar" como "enmienda" se utilizan para hacer referencia a las diferentes variantes de los estándares IEEE. [101]
En lo que respecta a la Asociación de Estándares IEEE, sólo existe un estándar actual; se indica con IEEE 802.11 seguido de la fecha de publicación. IEEE 802.11-2020 es la única versión actualmente en publicación y reemplaza las versiones anteriores. La norma se actualiza mediante modificaciones. Las modificaciones son creadas por grupos de trabajo (TG). Tanto el grupo de tareas como su documento terminado se indican con 802.11 seguido de una o dos letras minúsculas, por ejemplo, IEEE 802.11a o IEEE 802.11ax . La actualización de 802.11 es responsabilidad del grupo de tareas m. Para crear una nueva versión, TGm combina la versión anterior de la norma y todas las modificaciones publicadas. TGm también proporciona aclaraciones e interpretaciones a la industria sobre los documentos publicados. Se publicaron nuevas versiones de IEEE 802.11 en 1999, 2007, 2012, 2016 y 2020. [102] [103]
Se utilizan varios términos en 802.11 para especificar aspectos del funcionamiento de la red de área local inalámbrica y pueden resultar desconocidos para algunos lectores.
Por ejemplo, unidad de tiempo (normalmente abreviada TU ) se utiliza para indicar una unidad de tiempo igual a 1024 microsegundos . Numerosas constantes de tiempo se definen en términos de TU (en lugar de milisegundos, casi iguales).
Además, el término portal se utiliza para describir una entidad similar a un puente 802.1H . Un portal proporciona acceso a la WLAN mediante STA de LAN que no son 802.11.
En 2001, un grupo de la Universidad de California, Berkeley, presentó un artículo que describía las debilidades del mecanismo de seguridad WEP (Wired Equivalent Privacy) 802.11 definido en el estándar original; fueron seguidos por el artículo de Fluhrer, Mantin y Shamir titulado "Debilidades en el algoritmo de programación clave de RC4 ". Poco después, Adam Stubblefield y AT&T anunciaron públicamente la primera verificación del ataque. En el ataque, pudieron interceptar transmisiones y obtener acceso no autorizado a redes inalámbricas. [104]
El IEEE creó un grupo de trabajo dedicado para crear una solución de seguridad de reemplazo, 802.11i (anteriormente, este trabajo se realizaba como parte de un esfuerzo más amplio de 802.11e para mejorar la capa MAC ). La Wi-Fi Alliance anunció una especificación provisional llamada Acceso Protegido Wi-Fi (WPA) basada en un subconjunto del borrador IEEE 802.11i vigente en ese momento. Estos comenzaron a aparecer en productos a mediados de 2003. El propio IEEE 802.11i (también conocido como WPA2) fue ratificado en junio de 2004 y utiliza el Estándar de cifrado avanzado (AES), en lugar del RC4 , que se utilizaba en WEP. El cifrado moderno recomendado para el espacio doméstico/de consumo es WPA2 (clave precompartida AES) y para el espacio empresarial es WPA2 junto con un servidor de autenticación RADIUS (u otro tipo de servidor de autenticación) y un método de autenticación sólido como EAP- TLS . [ cita necesaria ]
En enero de 2005, el IEEE creó otro grupo de tareas "w" para proteger las tramas de gestión y difusión que antes se enviaban de forma no segura. Su norma se publicó en 2009. [105]
En diciembre de 2011, se reveló una falla de seguridad que afecta a algunos enrutadores inalámbricos con una implementación específica de la función opcional de configuración protegida Wi-Fi (WPS). Si bien WPS no forma parte de 802.11, la falla permite que un atacante dentro del alcance del enrutador inalámbrico recupere el PIN de WPS y, con él, la contraseña 802.11i del enrutador en unas pocas horas. [106] [107]
A finales de 2014, Apple anunció que su sistema operativo móvil iOS 8 codificaría las direcciones MAC durante la etapa previa a la asociación para frustrar el seguimiento de las afluencias minoristas , posible gracias a la transmisión regular de solicitudes de sondeo identificables de forma única. [108] Android 8.0 "Oreo" introdujo una característica similar, denominada "aleatorización MAC". [109]
Los usuarios de Wi-Fi pueden verse sujetos a un ataque de desautenticación de Wi-Fi para espiar, atacar contraseñas o forzar el uso de otro punto de acceso, generalmente más caro. [110]
Esta enmienda define modificaciones estandarizadas tanto a las capas físicas (PHY) de IEEE 802.11 como a la capa de control de acceso al medio (MAC) de IEEE 802.11 que habilita al menos un modo de operación capaz de soportar un rendimiento máximo de al menos 20 gigabits por segundo (medido en el punto de acceso al servicio de datos MAC), manteniendo o mejorando la eficiencia energética por estación.