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 redes de área local inalámbricas (WLAN). El estándar y las modificaciones 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 del 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 conectar cables. IEEE 802.11 también es una base para las redes de comunicación basadas en vehículos con IEEE 802.11p .
Los estándares son creados y mantenidos por el Comité de Estándares LAN/ MAN (IEEE 802) del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) . La versión base del estándar fue publicada en 1997 y ha tenido modificaciones posteriores. Si bien cada modificación se revoca oficialmente cuando se incorpora en la última versión del estándar, el mundo corporativo 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. 802.11x es una abreviatura de "cualquier versión de 802.11", para evitar confusiones con "802.11" utilizado específicamente para la versión original de 1997 .
IEEE 802.11 utiliza varias frecuencias que incluyen, entre otras, las bandas de frecuencia de 2,4 GHz, 5 GHz, 6 GHz y 60 GHz. Si bien las especificaciones IEEE 802.11 enumeran los canales que se pueden utilizar, la disponibilidad del espectro de radiofrecuencia permitido varía significativamente según el dominio regulatorio.
Los protocolos se utilizan normalmente junto con IEEE 802.2 , están diseñados para funcionar 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 por aire semidúplex que utilizan el mismo protocolo básico. La familia de protocolos 802.11 emplea el acceso múltiple con detección de portadora y prevención de colisiones (CSMA/CA), mediante el cual el equipo escucha un canal en busca de otros usuarios (incluidos los usuarios que no utilizan 802.11) antes de transmitir cada trama (algunos utilizan el término "paquete", que puede ser ambiguo: "trama" es más correcto desde el punto de vista técnico).
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 . Otros estándares de la familia (c–f, h, j) son enmiendas de servicio que se utilizan para ampliar el alcance actual del estándar existente, enmiendas que también pueden incluir correcciones a una especificación anterior. [9]
802.11b y 802.11g utilizan la banda ISM de 2,4 GHz , que opera en los Estados Unidos bajo la Parte 15 de las Normas y Regulaciones 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 pueden sufrir ocasionalmente interferencias en la banda de 2,4 GHz de hornos microondas , teléfonos inalámbricos y dispositivos Bluetooth . 802.11b y 802.11g controlan sus interferencias y susceptibilidad a las interferencias mediante el uso de métodos de señalización de espectro ensanchado por 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. Esto es una ventaja con respecto a la banda de frecuencia ISM de 2,4 GHz, que ofrece solo tres canales no superpuestos de 20 MHz de ancho donde se superponen otros canales adyacentes (consulte: lista de canales WLAN ). Se puede lograr un mejor o peor rendimiento con frecuencias (canales) más altas o más bajas, según el entorno. 802.11n y 802.11ax pueden utilizar la banda de 2,4 GHz o de 5 GHz; 802.11ac utiliza solo la banda de 5 GHz.
El segmento del espectro de radiofrecuencia utilizado por 802.11 varía entre países. En los EE. UU., los dispositivos 802.11a y 802.11g pueden operarse sin licencia, tal como lo permite la Parte 15 de las Normas y Reglamentos de la FCC. Las frecuencias utilizadas por los canales uno a seis de 802.11b y 802.11g se encuentran dentro de la banda de radioaficionados de 2,4 GHz . Los operadores de 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. [10]
En 2018, la Wi-Fi Alliance comenzó a utilizar un esquema de numeración de generaciones fácil de usar para los protocolos 802.11 de uso público. Las generaciones de Wi-Fi 1 a 8 utilizan los protocolos 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax, 802.11be y 802.11bn, en ese orden. [11] [12]
La tecnología 802.11 tiene su origen en una decisión de 1985 de la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos que liberó la banda ISM [9] para uso sin licencia. [13]
En 1991, NCR Corporation / AT&T (actualmente Nokia Labs y LSI Corporation ) inventó un precursor del estándar 802.11 en Nieuwegein, Países Bajos. Los inventores inicialmente tenían la intención de utilizar la tecnología para sistemas de cajeros automáticos. Los primeros productos inalámbricos se lanzaron al mercado bajo el nombre de WaveLAN con velocidades de datos brutos 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 del Wi-Fi", participó en el diseño de los estándares iniciales 802.11b y 802.11a dentro del IEEE . [14] Él, junto con el ingeniero de Bell Labs Bruce Tuch, se acercó al IEEE para crear un estándar. [15]
En 1999, se formó la Wi-Fi Alliance como asociación comercial para mantener la marca registrada Wi-Fi bajo la cual se venden la mayoría de los productos. [16]
El mayor avance comercial llegó con la adopción de Wi-Fi por parte de Apple para su serie de portátiles iBook en 1999. Fue el primer producto de consumo masivo que ofrecía conectividad de red Wi-Fi, que luego Apple denominó AirPort. [17] [18] [19] Un año después, IBM siguió con su serie ThinkPad 1300 en 2000. [20]
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), más un código de corrección de errores hacia adelante . Especificaba tres tecnologías de capa física alternativas: infrarrojo difuso que opera a 1 Mbit/s; espectro ensanchado por salto de frecuencia que opera a 1 Mbit/s o 2 Mbit/s; y espectro ensanchado de secuencia directa que opera a 1 Mbit/s o 2 Mbit/s. Las dos últimas tecnologías de radio utilizaban transmisión de microondas sobre la banda de frecuencias de la industria científica médica a 2,4 GHz. Algunas tecnologías WLAN anteriores utilizaban frecuencias más bajas, como la banda ISM de 900 MHz de EE. UU.
El legado 802.11 con espectro ensanchado de secuencia directa fue rápidamente reemplazado 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 máxima de datos netos de 54 Mbit/s, más un código de corrección de errores, lo que produce un rendimiento neto alcanzable realista de alrededor de 20 Mbit/s. [41] Se ha implementado ampliamente en todo el mundo, particularmente dentro del espacio de trabajo corporativo.
Dado que la banda de 2,4 GHz se utiliza intensamente hasta el punto de estar saturada, el uso de la banda de 5 GHz, relativamente poco utilizada, proporciona a 802.11aa una ventaja significativa. Sin embargo, esta alta frecuencia portadora también conlleva una desventaja: el alcance total efectivo de 802.11a es menor que el de 802.11b/g. En teoría, las señales de 802.11a son absorbidas más fácilmente por las paredes y otros objetos sólidos en su camino debido a su longitud de onda más pequeña y, como resultado, no pueden penetrar tan lejos como las de 802.11b. En la práctica, 802.11b suele tener un mayor alcance a bajas velocidades (802.11b reducirá la velocidad a 5,5 Mbit/s o incluso 1 Mbit/s a bajas intensidades de señal). 802.11a también sufre interferencias, [42] pero localmente puede haber menos señales con las que interferir, lo que resulta en menos interferencias y mejor rendimiento.
El estándar 802.11b tiene una velocidad máxima de datos brutos 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 espectacular aumento del rendimiento de 802.11b (en comparación con el estándar original) junto con las reducciones de precio sustanciales simultáneas llevaron a la rápida aceptación de 802.11b como la tecnología LAN inalámbrica definitiva.
Los dispositivos que utilizan 802.11b sufren interferencias de otros productos que operan en la banda de 2,4 GHz. Entre los dispositivos que operan en el rango de 2,4 GHz se incluyen hornos microondas, dispositivos Bluetooth, monitores para bebés, teléfonos inalámbricos y algunos equipos de radioaficionados. Como emisores intencionales sin licencia en esta banda ISM , no deben interferir con y deben tolerar interferencias de asignaciones primarias o secundarias (usuarios) de esta banda, como la radioafición.
En junio de 2003 se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Funciona en la banda de 2,4 GHz (como 802.11b), pero utiliza el mismo esquema de transmisión basado en OFDM que 802.11a. Opera a una tasa de bits máxima de capa física de 54 Mbit/s sin incluir los códigos de corrección de errores de reenvío, o aproximadamente 22 Mbit/s de rendimiento promedio. [43] 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 un 21% aproximadamente en comparación con 802.11a. [ cita requerida ]
El estándar 802.11g propuesto en ese momento fue rápidamente adoptado en el mercado a partir de enero de 2003, mucho antes de su ratificación, debido al deseo de lograr velocidades de datos más altas, así como reducciones en los costos de fabricación. [ cita requerida ] Para el verano de 2003, la mayoría de los productos 802.11a/b de banda dual se convirtieron en productos de banda dual/trimodo, que admitían a y b/g en una única tarjeta adaptadora móvil o punto de acceso. Los detalles para lograr que b y g funcionaran bien juntos ocuparon gran parte del proceso técnico pendiente; sin embargo, en una red 802.11g, la actividad de un participante 802.11b reducirá la velocidad de datos de la red 802.11g en 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 "recopilar" muchas de las modificaciones de la versión de 1999 del estándar 802.11. REVma o 802.11ma, como se lo llamó, creó un único documento que fusionó 8 modificaciones ( 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 denominarse el estándar base vigente en ese momento, IEEE 802.11-2007 . [44]
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. [45] [46] El estándar agregó soporte para antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO). 802.11n opera tanto en la banda de 2,4 GHz como en la de 5 GHz. El soporte para bandas de 5 GHz es opcional. Su velocidad de datos neta varía de 54 Mbit/s a 600 Mbit/s. El IEEE aprobó la enmienda y se publicó en octubre de 2009. [47] [48] Antes de la ratificación final, las empresas ya estaban migrando a redes 802.11n basadas en la certificación de productos de la Wi-Fi Alliance que se ajustaban a un borrador de 2007 de la propuesta 802.11n.
En mayo de 2007, el grupo de trabajo TGmb fue autorizado a "recopilar" muchas de las enmiendas a la versión 2007 del estándar 802.11. [49] REVmb o 802.11mb, como se lo llamó, creó un único documento que fusionó diez enmiendas ( 802.11k , r , y , n , w , p , z , v , u , s ) con el estándar base de 2007. Además, se realizó mucha limpieza, incluida una reordenación de muchas de las cláusulas. [50] Tras su publicación el 29 de marzo de 2012, el nuevo estándar 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. [51] El estándar 802.11ac fue etiquetado retroactivamente como Wi-Fi 5 por la Wi-Fi Alliance. [45] [46] Los cambios en comparación con 802.11n incluyen canales más amplios (80 o 160 MHz frente a 40 MHz) en la banda de 5 GHz, más transmisiones espaciales (hasta ocho frente a cuatro), modulación de orden superior (hasta 256- QAM frente a 64-QAM) y la adición de MIMO multiusuario (MU-MIMO). La Wi-Fi Alliance dividió la introducción de productos inalámbricos ac en dos fases ("ondas"), denominadas "Onda 1" y "Onda 2". [52] [53] 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 más tarde ese año). [54] 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). [55] [56]
IEEE 802.11ad es una enmienda que define una nueva capa física para que las redes 802.11 funcionen 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 están comercializando bajo la marca WiGig , con un programa de certificación desarrollado por la Wi-Fi Alliance. [57] La velocidad máxima de transmisión de 802.11ad es de 7 Gbit/s. [58]
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). [59]
TP-Link anunció el primer enrutador 802.11ad del mundo en enero de 2016. [60]
El estándar WiGig no es demasiado conocido, aunque se anunció en 2009 y se añadió a la familia IEEE 802.11 en diciembre de 2012.
IEEE 802.11af, también conocido como "White-Fi" y " Super Wi-Fi ", [61] es una enmienda, aprobada en febrero de 2014, que permite la operación de WLAN en el espectro de espacio blanco de TV en las bandas VHF y UHF entre 54 y 790 MHz. [62] [63] Utiliza tecnología de radio cognitiva para transmitir en canales de TV no utilizados, y el estándar toma medidas para limitar la interferencia para los usuarios primarios, como TV analógica, TV digital y micrófonos inalámbricos. [63] Los puntos de acceso y las estaciones determinan su posición utilizando un sistema de posicionamiento satelital 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 y posición determinados. [63] La capa física utiliza OFDM y se basa en 802.11ac. [64] La pérdida de trayectoria de propagación, así como la atenuación por materiales como ladrillo y hormigón, es menor en las bandas UHF y VHF que en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz, lo que aumenta el alcance posible. [63] Los canales de frecuencia tienen un ancho de 6 a 8 MHz, dependiendo del dominio regulatorio. [63] Se pueden unir hasta cuatro canales en uno o dos bloques contiguos. [63] La operación MIMO es posible con hasta cuatro flujos utilizados para el código de bloque espacio-temporal (STBC) o la operación multiusuario (MU). [63] 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. [39] Con cuatro flujos espaciales y cuatro canales unidos, la velocidad de datos máxima es de 426,7 Mbit/s para canales de 6 y 7 MHz y de 568,9 Mbit/s para canales de 8 MHz. [39]
IEEE 802.11-2016, que antes se conocía como IEEE 802.11 REVmc, [65] es una revisión basada en IEEE 802.11-2012 que incorpora 5 modificaciones (11ae, 11aa, 11ad , 11ac , 11af ). Además, se han mejorado las funciones MAC y PHY existentes y se han eliminado o marcado para su eliminación las características obsoletas. Se han renumerado algunas cláusulas y anexos. [66]
IEEE 802.11ah, publicado en 2017, [67] define un sistema WLAN que opera en bandas exentas de licencia por debajo de 1 GHz. Debido a las características de propagación favorables 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, [68] puntos de acceso de alcance extendido y Wi-Fi al aire libre para la descarga de tráfico de portadoras de WAN celular, mientras que el ancho de banda disponible es relativamente estrecho. El protocolo pretende que el consumo sea competitivo con Bluetooth de bajo consumo , en un rango mucho más amplio. [69]
IEEE 802.11ai es una enmienda al estándar 802.11 que agregó nuevos mecanismos para un tiempo de configuración de enlace inicial más rápido. [70]
IEEE 802.11aj es un derivado de 802.11ad para su 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. [70]
También conocida como onda milimétrica de China (CMMW). [71]
IEEE 802.11aq es una modificación del estándar 802.11 que permitirá el descubrimiento de servicios antes de la asociación. Esto amplía algunos de los mecanismos del estándar 802.11u que permitían el descubrimiento de dispositivos para descubrir con más detalle los servicios que se ejecutan en un dispositivo o que proporciona una red. [70]
IEEE 802.11-2020, que antes se conocía como IEEE 802.11 REVmd, [72] es una revisión basada en IEEE 802.11-2016 que incorpora 5 modificaciones ( 11ai , 11ah , 11aj , 11ak, 11aq ). Además, se han mejorado las funciones MAC y PHY existentes y se han eliminado o marcado para su eliminación las funciones obsoletas. Se han añadido algunas cláusulas y anexos. [73]
IEEE 802.11ax es el sucesor de 802.11ac, comercializado como Wi-Fi 6 (2,4 GHz y 5 GHz) [74] y Wi-Fi 6E (6 GHz) [75] por la Wi-Fi Alliance . También se conoce como Wi-Fi de alta eficiencia , por las mejoras generales de los clientes Wi-Fi 6 en entornos densos . [76] Para un cliente individual, la mejora máxima en la tasa 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 los predecesores). [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 (de ahí la alta eficiencia ). La motivación detrás de este objetivo fue la implementación de WLAN en entornos densos como oficinas corporativas, centros comerciales y apartamentos residenciales densos. [76] Esto se logra mediante una técnica llamada OFDMA , que básicamente es multiplexación en el dominio de frecuencia (a diferencia de la multiplexación espacial , como en 802.11ac). Esto es equivalente a la tecnología celular aplicada en Wi-Fi . [76] : qt
El estándar IEEE 802.11ax‑2021 fue aprobado el 9 de febrero de 2021. [79] [80]
IEEE 802.11ay es un estándar en desarrollo, también llamado EDMG: Enhanced Directional MultiGigabit PHY. 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 . Será una extensión del 11ad existente, con el objetivo de 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 penetrar paredes. La tasa de transmisión máxima de 802.11ay es de 40 Gbit/s. [81] Las principales extensiones incluyen: unión de canales (2, 3 y 4), MIMO (hasta 4 flujos) y esquemas de modulación más altos. El alcance esperado es de 300 a 500 m. [82]
La operación de radio de activación (WUR) IEEE 802.11ba es una modificación del estándar IEEE 802.11 que permite un funcionamiento energéticamente eficiente para la recepción de datos sin aumentar la latencia. [83] 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. La capa física WUR utiliza MC-OOK ( OOK multiportadora ) para lograr un consumo de energía extremadamente bajo. [84]
IEEE 802.11bb es un estándar de protocolo de red del conjunto de protocolos IEEE 802.11 que utiliza luz infrarroja para las comunicaciones. [85]
IEEE 802.11be Extremely High Throughput (EHT) es la próxima posible enmienda al estándar IEEE 802.11, [86] y probablemente será designado como Wi-Fi 7. [ 87] [88] 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 variantes de 802.11, los rendimientos máximos alcanzables se dan en función de mediciones en condiciones ideales o en las velocidades de datos de capa 2. Sin embargo, esto no se aplica a las implementaciones típicas en las que se transfieren datos entre dos puntos finales, de los cuales al menos uno suele estar conectado a una infraestructura cableada y el otro punto final está conectado a una infraestructura a través de un enlace inalámbrico.
Esto significa que, típicamente, los marcos 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 los marcos (encabezados) 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 tráfico de sobrecarga alto (es decir, un bajo rendimiento útil ). Otros factores que contribuyen a la velocidad general de datos 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. Esta última está determinada por la distancia y por la potencia de salida configurada de los dispositivos que se comunican. [89] [90]
Las mismas referencias se aplican a los gráficos adjuntos que muestran mediciones del rendimiento UDP . Cada uno representa un rendimiento (UDP) promedio (tenga en cuenta que las barras de error están ahí, pero apenas son visibles debido a la pequeña variación) de 25 mediciones. Cada una corresponde a un tamaño de paquete específico (pequeño o grande) y a una velocidad de datos específica (10 kbit/s – 100 Mbit/s). También se incluyen marcadores para los perfiles de tráfico de aplicaciones comunes. Estas cifras suponen que no hay errores de paquetes, que, si se producen, reducirán aún más la velocidad de transmisión.
802.11b, 802.11g y 802.11n-2.4 utilizan el espectro de 2.400 a 2.500 GHz , una de las bandas ISM . 802.11a, 802.11n y 802.11ac utilizan la banda de 4.915 a 5.825 GHz , que está más regulada . En la mayoría de los materiales de venta, se las suele denominar "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 está dividida en 14 canales espaciados 5 MHz entre sí, 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 dominios regulatorios.
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La numeración de los canales del espectro de 5,725 a 5,875 GHz es menos intuitiva debido a las diferencias en las regulaciones entre países. Estas 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 potencia permitida en cada canal. La máscara requiere que la señal se atenúe un mínimo de 20 dB desde su amplitud máxima a ±11 MHz desde la frecuencia central, el punto en el que un canal tiene efectivamente un ancho de 22 MHz. Una consecuencia es que las estaciones pueden usar solo cada cuarto o quinto canal sin superposición.
La disponibilidad de canales está regulada por cada país, limitada en parte por la forma en que cada país asigna el espectro radioeléctrico a los distintos 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, permitieron inicialmente solo los canales 10 y 11, y Francia solo permitió los canales 10, 11, 12 y 13; sin embargo, Europa ahora permite los canales del 1 al 13. [91] [92] América del Norte y algunos países de América Central y del Sur permiten solo los canales del 1 al 11.
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Dado que la máscara espectral define únicamente restricciones de potencia de salida 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 de proximidad-lejos, un transmisor puede impactar (desensibilizar) a un receptor en un canal "no superpuesto", pero solo si está cerca del receptor víctima (a menos de un metro) o si opera 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 necesaria entre dispositivos de transmisión. 802.11b se basaba en la modulación de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) y utilizaba un ancho de banda de canal de 22 MHz, lo que daba como resultado tres canales "no superpuestos" (1, 6 y 11). 802.11g se basaba en la modulación OFDM y utilizaba un ancho de banda de canal de 20 MHz. Esto ocasionalmente lleva a la creencia de que existen cuatro canales "no superpuestos" (1, 5, 9 y 13) bajo 802.11g. Sin embargo, este no es el caso según 17.4.6.3 Numeración de canales de los canales operativos de la norma IEEE Std 802.11 (2012), que establece: "En una topología de red de múltiples celdas, las celdas superpuestas y/o adyacentes que utilizan diferentes canales pueden funcionar simultáneamente sin interferencias si la distancia entre las frecuencias centrales es de al menos 25 MHz". [93] 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 (lo cual está permitido en Europa, pero no en América del Norte) es apenas diferente a la de una configuración de tres canales, pero con un canal extra completo. [94] [95]
Sin embargo, la superposición entre canales con espaciado más estrecho (por ejemplo, 1, 4, 7, 11 en América del Norte) puede causar una degradación inaceptable de la calidad de la señal y el rendimiento, en particular cuando los usuarios transmiten cerca de los límites de las celdas de AP. [96]
El IEEE utiliza la frase "regdominio" para referirse a una región regulatoria legal. Diferentes países definen diferentes niveles de potencia de transmisión permitida, tiempo durante el cual un canal puede estar ocupado y diferentes canales disponibles. [97] Los códigos de dominio se especifican para Estados Unidos, Canadá, ETSI (Europa) , España, Francia, Japón y China.
La mayoría de los dispositivos con certificación Wi-Fi tienen como valor predeterminado el dominio de registro 0, lo que significa que la configuración es la 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 requerida ]
A menudo, la configuración del dominio de registro 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 requerida ]
Los datagramas se denominan tramas . Los estándares 802.11 actuales especifican los tipos de tramas que se utilizan en la transmisión de datos, así como en la gestión y el control de enlaces inalámbricos.
Los marcos se dividen en secciones muy específicas y estandarizadas. Cada marco consta de un encabezado MAC , una carga útil y una secuencia de verificación de marco (FCS). Algunos marcos no tienen cargas útiles.
Los dos primeros bytes del encabezado MAC forman un campo de control de trama que especifica la forma y la 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 volverá a estar disponible el canal. Este campo puede adoptar una de tres formas: duración, período sin 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 la dirección 3 se utiliza para fines de filtrado por parte del receptor. [ dudoso – discutir ] 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 del marco es de tamaño variable, de 0 a 2304 bytes más cualquier sobrecarga de encapsulación de seguridad, y contiene información de capas superiores.
La secuencia de verificación de trama (FCS) son los últimos cuatro bytes de la trama estándar 802.11. A menudo denominada verificación de redundancia cíclica (CRC), permite realizar comprobaciones de integridad de las tramas recuperadas. Cuando las tramas están a punto de enviarse, se calcula y se adjunta la FCS. Cuando una estación recibe una trama, puede calcular la FCS de la trama y compararla con la recibida. Si coinciden, se supone que la trama no se distorsionó durante la transmisión. [100]
Los marcos de administración no siempre están autenticados y permiten el mantenimiento o la interrupción de la comunicación. Algunos subtipos comunes de 802.11 incluyen:
El cuerpo de un marco de gestión consta de campos fijos dependientes del subtipo de marco 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. Algunas tramas de control 802.11 comunes incluyen:
Los marcos de datos llevan paquetes de páginas web, archivos, etc. dentro del cuerpo. [101] 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 AA hexadecimal, con los campos de identificador único organizativo (OUI) e ID de protocolo (PID) que especifican el protocolo. Si el OUI es todo ceros, el campo de ID de protocolo es un valor EtherType . [102] Casi todos los marcos de datos 802.11 utilizan encabezados 802.2 y SNAP, y la mayoría utiliza 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 incorporada en el funcionamiento de 802.11. Para seleccionar la velocidad de transmisión correcta o el esquema de modulación y codificación , un algoritmo de control de velocidad puede probar diferentes velocidades. La tasa real de pérdida de paquetes de los puntos de acceso varía ampliamente para diferentes condiciones de 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. [103] Es importante tener en cuenta que la capa de enlace debe recuperar estas tramas perdidas. Si el remitente no recibe una trama de reconocimiento (ACK), se reenviará.
Dentro del Grupo de Trabajo IEEE 802.11, [62] 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 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 "norma" como el de "enmienda" se utilizan para referirse a las diferentes variantes de las normas IEEE. [105]
En lo que respecta a la IEEE Standards Association, solo hay un estándar actual; se denota por IEEE 802.11 seguido de la fecha de publicación. IEEE 802.11-2020 es la única versión actualmente en publicación, reemplazando las versiones anteriores. El estándar se actualiza mediante enmiendas. Las enmiendas son creadas por grupos de trabajo (TG). Tanto el grupo de trabajo como su documento final se denotan por 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 trabajo m. Para crear una nueva versión, TGm combina la versión anterior del estándar y todas las enmiendas publicadas. TGm también proporciona aclaraciones e interpretaciones a la industria sobre los documentos publicados. Se publicaron nuevas versiones del IEEE 802.11 en 1999, 2007, 2012, 2016 y 2020. [106] [107]
En 802.11 se utilizan varios términos para especificar aspectos del funcionamiento de redes de área local inalámbricas y pueden resultar desconocidos para algunos lectores.
Por ejemplo, la unidad de tiempo (que suele abreviarse TU ) se utiliza para indicar una unidad de tiempo equivalente a 1024 microsegundos . Numerosas constantes de tiempo se definen en términos de TU (en lugar del casi igual milisegundo).
Además, el término portal se utiliza para describir una entidad similar a un puente 802.1H . Un portal proporciona acceso a la WLAN a través de estaciones de trabajo LAN no 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) definido en el estándar original; a este artículo le siguió el de Fluhrer , Mantin y Shamir titulado "Debilidades en el algoritmo de programación de claves 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. [108]
El IEEE creó un grupo de trabajo dedicado a crear una solución de seguridad de reemplazo, 802.11i (anteriormente, este trabajo se manejaba como parte de un esfuerzo más amplio de 802.11e para mejorar la capa MAC ). La Wi-Fi Alliance anunció una especificación provisional llamada Wi-Fi Protected Access (WPA) basada en un subconjunto del borrador IEEE 802.11i vigente en ese momento. Estos comenzaron a aparecer en productos a mediados de 2003. IEEE 802.11i (también conocido como WPA2) fue ratificado en junio de 2004 y utiliza el Estándar de cifrado avanzado (AES), en lugar de RC4 , que se usaba 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 fuerte como EAP-TLS . [ cita requerida ]
En enero de 2005, el IEEE creó otro grupo de trabajo "w" para proteger los marcos de gestión y difusión, que anteriormente se enviaban sin protección. Su estándar se publicó en 2009. [109]
En diciembre de 2011 se reveló una falla de seguridad que afecta a algunos enrutadores inalámbricos con una implementación específica de la función opcional Wi-Fi Protected Setup (WPS). Si bien WPS no es 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. [110] [111]
A finales de 2014, Apple anunció que su sistema operativo móvil iOS 8 codificaría las direcciones MAC durante la etapa de preasociación para frustrar el seguimiento de las visitas a tiendas minoristas, hecho posible por la transmisión regular de solicitudes de sondeo identificables de forma única. [112] Android 8.0 "Oreo" introdujo una función similar, denominada "aleatorización de MAC". [113]
Los usuarios de Wi-Fi pueden ser objeto de un ataque de desautenticación de Wi-Fi para espiar, atacar contraseñas o forzar el uso de otro punto de acceso, normalmente más caro. [ cita requerida ]
Esta enmienda define modificaciones estandarizadas tanto para las capas físicas (PHY) de IEEE 802.11 como para la capa de control de acceso al medio (MAC) de IEEE 802.11 que permite 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), mientras se mantiene o mejora la eficiencia energética por estación.