WiFi – ¿una alternativa a los cables físicos?

Las redes Wifi se han convertido en algo imprescindible en nuestro día a día, tanto en entornos empresariales o educativos, como en los domésticos.

Desde su primera versión, la 802.11, que carecía de implementación, hasta la más moderna WiFi7 – 802.11be, se han implementado un sinfín de mejoras con la idea de llegar a convertirse en una alternativa real al cable físico.

En este post haremos un pequeño resumen de cómo ha ido evolucionando esta tecnología y las diferencias entre los diferentes protocolos existentes.

IEEE 802.11 – WiFi

El IEEE 802.11, también conocido como WiFi 1, es la primera versión del estándar inalámbrico IEEE 802.11. Fue lanzado en 1997.

El estándar 802.11 utiliza la banda de frecuencia de 2.4 GHz para la transmisión de datos. Esta banda de frecuencia es de uso libre, lo que significa que no se necesita una licencia para utilizarla.

Como método de acceso emplea el protocolo CSMA/CA (múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones). Gracias a ello se mejora la calidad de transmisión, pero provoca problemas en la comunicación entre dispositivos de diferentes marcas.

El IEEE 802.11 utiliza la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) para la transmisión de datos. En este método, la información se transmite utilizando una señal de radio que cambia su frecuencia en un patrón específico.

Una de las principales limitaciones del IEEE 802.11 es su baja velocidad de datos, llegando a un máximo teórico de 2 Mbps. Además, la tecnología de seguridad también es muy limitada, lo que hace que sea vulnerable a ataques de seguridad.

A pesar de estas limitaciones, el IEEE 802.11 sentó las bases para el desarrollo posterior de tecnologías WiFi más avanzadas y abrió el camino para el desarrollo de tecnologías inalámbricas más rápidas y seguras.

IEEE 802.11b – WiFi 1

El estándar IEEE 802.11b fue publicado en 1999 y utiliza la banda de frecuencia de 2.4 GHz, disponible en todo el mundo para dispositivos inalámbricos como teléfonos móviles, tablets o dispositivos Bluetooth.

Su ancho de banda es de 22 MHz, menor que el del estándar 802.11a, lo que limita la velocidad de transferencia de datos, llegando a un máximo teórico de 11 Mbps. En la práctica la velocidad se mantiene entre 5,9Mbps y 7,1Mbps en función de si se utiliza el protocolo TCP o UDP.

El estándar 802.11b emplea un total de 14 canales no solapados en la banda de 2.4 GHz. y una modulación DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) para aumentar la capacidad y la eficiencia de la transmisión de datos.

Su seguridad se basa en el uso de WEP, un método inseguro y que provoca fallos de seguridad importantes.

IEEE 802.11a – WiFi 2

El estándar IEEE 802.11a también fue publicado en 1999 y proporciona una velocidad de transferencia de datos de hasta 54 Mbps.

802.11a utiliza la banda de frecuencia de 5 GHz, que proporciona una mayor velocidad de transferencia de datos y menos interferencias con otros dispositivos inalámbricos que trabajan en diferentes frecuencias.

Su ancho de banda es de 20 MHz, dividido en 52 subportadoras por medio de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), permitiendo unas velocidades reales de 20 Mbps. Utiliza un total de 12 canales no solapados en la banda de 5 GHz. Con 20 MHz. de ancho de banda por canal.

Su seguridad se basa en el sistema de cifrado Wired Equivalent Privacy o WEP. El cifrado WEP (Wired Equivalent Privacy) fue el primer estándar de seguridad implementado en redes Wi-Fi, presentado con la especificación original del estándar IEEE 802.11 para redes inalámbricas en 1997.

WEP se diseñó para proporcionar una seguridad básica en las redes WiFi, al cifrar los datos transmitidos entre los dispositivos y el punto de acceso inalámbrico. Sin embargo, con el paso del tiempo, se descubrieron múltiples vulnerabilidades que lo hacía inseguro:

1. Uso del algoritmo de cifrado RC4, que ha demostrado tener problemas de seguridad ser susceptible a ataques.
2. Uso de claves de cifrado estáticas que se comparten entre los dispositivos de la red. Esto facilita que los atacantes capturen y analicen suficiente tráfico de red para descifrar la clave y acceder a la red.
3. Problemas en la implementación que permitía a los atacantes recuperar la clave de cifrado con relativa facilidad.

IEEE 802.11g – WiFi 3

El IEEE 802.11g fue publicado en el año 2003 como evolución del estándar IEEE 802.11b.

Trabaja en la banda de 2,4 GHz. y soporta una tasa máxima de transferencia de datos de 54 Mbps, siendo hasta cinco veces más rápido que el estándar 802.11b. En la práctica, la velocidad media es de 11 Mbps.

Es completamente compatible con el estándar 802.11b, sin embargo, la coexistencia de equipos b y g en la misma red reduce considerablemente la velocidad, puesto que no comprenden los mismos sistemas de envío de OFDM, provocando colisiones y haciendo necesario que sea necesario volver a reenviar los datos.

El alcance de IEEE 802.11g es similar al del estándar 802.11b, con un alcance efectivo de hasta 30 metros en interiores y 100 metros en exteriores, dependiendo de la calidad de la señal y las condiciones del entorno.

Este estándar soporta el cifrado WPA, presentado como una solución de seguridad mejorada en lugar del cifrado WEP utilizado en el estándar 802.11b. WPA brinda una mayor protección contra ataques y vulnerabilidades en comparación con WEP, y fue diseñado para ser compatible con dispositivos 802.11g existentes.

Al igual que en otros estándares de Wi-Fi, el soporte de WPA en dispositivos 802.11g puede variar según el fabricante y el modelo específico. En la mayoría de los casos, los dispositivos 802.11g pueden actualizarse con firmware o controladores que habilitan el soporte de WPA.

Una de las desventajas de IEEE 802.11g es que puede haber interferencias con otros dispositivos que utilicen la misma banda de frecuencia, lo que puede afectar la calidad de la señal y la tasa de transferencia de datos.

IEEE 802.11n – WiFi 4

El IEEE 802.11n fue publicado en el año 2009. Es una evolución del estándar IEEE 802.11g, pero con una tasa de transferencia de datos aún más alta y una mayor capacidad para transmitir datos de manera simultánea, siendo totalmente compatible con los estándares 802.11a, 802.11b y 802.11g.

Soporta una tasa máxima de transferencia de datos de hasta 600 Mbps, con menos interferencias y una velocidad estable de entre 80 y 100 Mbps gracias a su capacidad para utilizar las bandas de 2.4 Ghz y 5 GHz. y la modulación MIMO (Multiple-Input Multiple-Output).

Su seguridad se basa en una variedad de mecanismos, incluyendo WEP, WPA y WPA2, que ayudan a proteger las redes inalámbricas de intrusiones no deseadas.

Hoy en día, y a pesar de su antigüedad, sigue siendo uno de los estándares más utilizados. Carece de las ventajas de los estándares más actuales, pero ofrece una gran cobertura y una velocidad suficiente para realizar tareas básicas desde dispositivos como teléfonos o tablets.

IEEE 802.11ac – WiFi 5

IEEE 802.11ac, también conocido como WiFi 5, es un estándar inalámbrico de alta velocidad que se presentó en 2013 como una mejora significativa sobre los estándares anteriores de WiFi.

Esta estándar también introduce una técnica llamada Multi-User Multiple Input Multiple Output (MU-MIMO), que permite que un punto de acceso Wi-Fi transmita múltiples flujos de datos simultáneamente a múltiples dispositivos, lo que mejora el rendimiento y la eficiencia de la red.

802.11ac tiene una velocidad máxima teórica de 1.3 Gbps, lo que la hace tres veces más rápida que la velocidad máxima teórica de 802.11n. Para lograr esta velocidad, 802.11ac utiliza una técnica llamada Channel Bonding, que combina dos o más canales de frecuencia juntos para aumentar el ancho de banda de la red.

Otra característica importante de 802.11ac es la introducción de un nuevo tipo de modulación llamado 256-QAM, que permite transmitir más datos por segundo en una señal de radio.

IEEE 802.11ax – WiFi 6

Está diseñado para operar en los espectros ya existentes de 2.4 GHz y 5 GHz y fue lanzado públicamente en 2019.

Además de utilizar MIMO y MU-MIMO, la nueva modificación introduce OFDMA para mejorar la eficiencia espectral global y soporte de modulación 1024-QAM de orden superior para un conseguir un mayor rendimiento.

Por primera vez también incluye BSS Coloring, una técnica pensada para reducir las interferencias entre los diferentes puntos de acceso (AP) que operan en el mismo canal, aumentando así el rendimiento.

Aunque la velocidad nominal de datos es solo un 37% más alta que IEEE 802.11ac, se espera que este estándar logre un aumento de 4×6 en el rendimiento debido a una utilización del espectro más eficiente con un menor consumo de energía. Los dispositivos que se presentaron en el CES 2018 mostraron una velocidad máxima de 11 Gbps.

WiFi 6E

WiFi 6E es una extensión del estándar WiFi 6 (802.11ax) desarrollada para aprovechar las nuevas frecuencias de espectro sin licencia disponibles en la banda de 6 GHz. A diferencia de los estándares anteriores de WiFi, que operaban principalmente en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz, el WiFi 6E permite el uso de la banda de 6 GHz.

WiFi 6E ofrece varias ventajas sobre las versiones anteriores de WiFi:

1. Mayor ancho de banda: La banda de 6 GHz proporciona hasta 1.200 MHz de ancho de banda adicional, lo que permite la transmisión de datos a velocidades aún más altas.
2. Menor congestión: Al haber más canales disponibles en la banda de 6 GHz, se reduce la interferencia y la congestión de la red, lo que resulta en un rendimiento más estable y una mejor experiencia de conexión.
3. Mayor capacidad: WiFi 6E permite que más dispositivos se conecten simultáneamente a la red sin degradar el rendimiento. Esto es especialmente beneficioso en entornos densamente poblados o en hogares u oficinas con múltiples dispositivos conectados.
4. Menor latencia: El tiempo de respuesta se reduce significativamente en WiFi 6E, lo que resulta en una experiencia de red más rápida y receptiva, especialmente para aplicaciones sensibles a la latencia, como juegos en línea y transmisión de video en tiempo real.

802.11be – WiFi 7

Este nuevo estándar nace con la idea de mejorar dos aspectos fundamentales de las redes inalámbricas: proporcionar más velocidad con una latencia más baja.

Para conseguir esto, se basa en una nueva tecnología llamada MLO. Gracias a ella es posible emplear varios canales, de forma simultánea, dentro de las bandas de 2.4, 5 y 6 GHz, llegando a alcanzar una velocidad teórica de 46 Gbps.

En cuanto a su ancho de banda pasaríamos de los 160 MHz de WiFi 6 a los 320 MHz de WiFi 7.

Una de las evoluciones más importantes se encuentra en el apartado de MIMO, evolucionando hasta el doble de capacidad para permitir no solo unas velocidades más altas, sino una mejor cobertura, uno de los puntos más críticos en las conexiones actuales. Esta mejora permitiría reducir el número de puntos de acceso a instalar para cubrir grandes superficies sin pérdidas notables de velocidad.

A día de hoy existen ciertas aplicaciones en las que la latencia es un punto crítico en la comunicación. Esta nueva tecnología se centra en la eficiencia y el rendimiento y se espera que llegue a sustituir definitivamente al cable ethernet. Esto abre un nuevo mundo de posibilidades, tanto en el entorno empresarial, como en el doméstico, permitiendo la transferencia de vídeo de hasta 8K o el streaming de vídeo juegos.

Su lanzamiento está previsto que se produzca en algún momento de 2024, por lo que muy pronto empezarán a aparecer los primeros dispositivos que soporten este nuevo estándar.

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