Canales en 802.11a

Los canales en la banda de 2,4 GHz son bien conocidos por todos pero no sucede lo mismo con los de 5 GHz..¿Cuantos canales disponibles hay?. Fíjate en esta representación de espectro genérica para 802.11a donde se aprecian 24 canales agrupados en tres bandas de A hasta C, estando la primera dividida en otras dos.

En España la Banda C no es de uso común por lo que para redes de área local nos quedamos sólo con 19 canales, 8 en Banda A y 11 en Banda B, siempre y cuando sean de 20 MHz cada uno de ellos y el despliegue se haga en el interior de recintos o edificios.

Si tu WLAN va a funcionar en exteriores tendrás que irte a la Banda B y por tanto tendrás disponible sólo 11 canales. Ni que decir tiene que cansado estoy de encontrarme durante supervisiones de RF instalaciones de exteriores en el canal 36 que es el que viene por defecto en muchos equipos. Hasta ahora ha habido margen, la banda de 5 GHz ha sido un plácido desierto que observaba con incredulidad la congestión de su hermano pequeño a 2,4 GHz, pero esto se va a acabar en breve y el culpable se llama 802.11ac.

Otro tema muy a tener en cuenta es que en 5 GHz los canales no se solapan siempre que sean de 20 MHz. Sin embargo la velocidad de transferencia de datos es una prioridad para muchos así que abundan las agrupaciones a 40 MHz con lo que la disponibilidad de canales se reduce de 19 a 9 en interiores y de 11 a 5 en exteriores. Con todo las posibilidades en los patrones de cobertura se multiplican si lo comparamos con el escaso 1-6-11 o el forzado 1-5-9-13 de 2,4 GHz.

Nosotros hemos cambiado en el centro todos las AP’s a 802.11n con doble radio y la conectividad de los equipos que se asocian en la frecuencia superior mejora de una forma muy notable. Los de la manzanita (los Mac) se van ahí de cabeza y para ellos la Wi-Fi va como un tiro.

Coberturas impredecibles

Es una escena muy típica, varias personas se sientan en una sala de reuniones con sus dispositivo Wi-Fi y quienes están a un extremo de la mesa se asocian a un punto de acceso (AP) con una excelente señal y quienes están en el otro no. Ambos se encuentran dentro del alcance del AP, pero disponen de diferente intensidad de señal y por tanto se asocian a diferentes velocidades.

Veamos un ejemplo real:

Este es el resultado de un Site Survey realizado con Ekahou Professional para un AP 802.11n en el interior de un edificio de oficinas. La graduación en colores nos permite ver la cobertura y la tasa de datos para cada enlace, en verde asociaciones a 300 Mbps y en rojo a 1 Mbps. Lo primero que llama la atención es lo reducido del área en el que se puede disfrutar de las conexiones Wi-Fi de altas prestaciones. (Zona A).

En la sala de reuniones marcada con B se ve claramente que en función de donde te sientes vas a disfrutar de una velocidad muy distinta y en la zona marcada con C tendrías que estar al lado de la ventana para no caer en la zona roja. Paradójicamente en la calle se disfruta de una bonita cobertura en verde, de todo ello se deduce que podría ser interesante reubicar el punto de acceso y que las áreas de cobertura reales no se parecen en nada a los círculos o hexágonos que dibujamos en las pizarras cuando explicamos los despliegues Wi-Fi en el interior de edificios.

Y es que se pueden producir situaciones muy complicadas. ¿Que pasaría si el número de usuarios en las zonas B y C es superior al de usuarios en la zona A? La respuesta es bien sencilla, sin nadie que lo impida harían que los usuarios de la zona A ralentizaran su funcionamiento aún estando asociados a 300 Mbps.

¿Ponemos más puntos de acceso? En principio se  resuelve el problema pero en 2,4 Ghz y con nada más que tres opciones de radio no solapado la reutilización de canales en los patrones es baja, así que nos encontraremos pronto con el problema de la interferencia RF que puede ser aun peor que la cobertura deficiente.

Y es que el mundo real es así, las buenas soluciones no son nada sencillas.

De 65 a 600

De nuevo hablamos del estándar 802.11n y las muchas conversaciones que se escuchan al respecto. Empecemos por la queja más extendida: “He cambiado de un AP 802.11g a un flamante AP 802.11n y no aprecio una mejora significativa”.

Bien, 802.11n es un estándar que introduce cambios revolucionarios con respecto a sus predecesores 802.11a/b/g. El cambio menos llamativo es que 11n garantiza enlaces a 65 Mbps frente a los 54 Mbps de 11a/g, esta una mejora ridícula. Pero 11n también puede establecer enlaces a 600 Mbps, algo que deja a las redes Fast Ethernet cableadas sencillamente congeladas. ¿Donde está la diferencia?

802.11n complica bastante el despliegue de las redes Wi-Fi, ya no es pinchar y correr. Aquí el ajuste fino, el control RF y el conocimiento de que características tienen los clientes asociados son factores clave. Para pasar de 65 a 600 debemos superar ciertas condiciones:

• Cambiar las técnicas de modulación y codificación, es decir, adaptadores de red y AP’s compatibles 100% con 802.11n.
• Garantizar varios caminos de propagación de las señales de radio ( 2, 3 o 4 streams), y claro para cada uno su antena en cada extremo.
• Trabajar en una banda de frecuencia no saturada en la que nos podamos permitir el lujo de unir dos canales no solapados sin que la interferencia creada sea un problema.
• Reducir los tiempos de los intervalos de guardia entre tramas y optimizar el tiempo que se emplea el medio.

Un supuesto práctico:

Pensemos en un punto de acceso AP 802.11n con tres antenas al que un cliente se asocia con un adaptador 802.11n pero con dos antenas, siendo la segunda de diversidad. Primera consecuencia: streams MIMO disponibles uno, si a esto añadimos que no se puede hacer la unión de dos canales por trabajar en la saturada banda de 2,4 GHz y además no se han reducido los intervalos de guardia tendremos una velocidad de enlace máxima a 65 Mbps con tasas efectivas de transferencia de datos por debajo de los 30 Mbps. Si el cliente asociado tuviese dos antenas para transmitir y recibir radio  se podrían sostener dos streams MIMO la cosa subiría a 130 Mbps.

Esto es lo que pasa con 11n, los ajustes son más complejos. Si en el ejemplo anterior con dos streams MIMO pudiésemos unir dos canales sin interferencia tendríamos enlaces a 270 Mbps, si además controlamos los intervalos de guardia subimos a 300 Mbps. Y así va el tema, es un suma y sigue hasta llegar a 600.

802.11n ha puesto el mundo Wi-Fi patas arriba. Las instalaciones chapuceras tienen poco futuro, lo de conectar y tirar millas ya no funciona. Ahora toca hacer las cosas de otra manera, por que sino sencillamente no merece la pena cambiar.

Cinco diferencias que distinguen 802.11n

Puede ser que estés empleando un router con un punto de acceso 802.11n integrado y no hayas notado una gran mejoría en el rendimiento de tu red inalámbrica. Con este nuevo estándar suele producirse cierta decepción inicial ya que todo el mundo espera velocidades de vértigo para una tecnología que promete romper con sus predecesoras, pero muchos olvidan que 802.11n debe garantizar la compatibilidad con las redes existentes. Es por esto último que la fiera permanece oculta.

Vamos a comentar cinco diferencias del estándar 802.11n que marcan un antes y un después en las redes inalámbricas de área local.

1.- Throughput

Venimos de redes WiFi 802.11a/g con enlaces a 54 Mbps que en realidad no garantizan tasas de tranferencias de datos efectivas (Throughput) de más de 22 Mbps. 802.11n mantiene enlaces a 300 Mbps con tasas para TCP de cerca de 200 Mbps, más del doble de lo que venimos empleando en redes cableadas Fast Ethernet. No esta nada mal. No obstante para que esto se cumpla se deben dar una serie de circunstancias favorables... Para empezar no ayuda mezclar clientes de diferentes tecnologías, lo ideal sería actualizarlos todos a 802.11n, esto es algo que caerá por su propio peso en los próximos años. Pero hay otros condicionantes...

2.- Número de antenas

Los puntos de acceso 802.11n llaman la atención por su mayor número de antenas. La explicación se encuentra en MIMO, una técnica que convierte el problema de la propagación de las ondas por diferentes trayectorias (multipath) en una ventaja. Piensa en cuando escuchas música en estéreo con tus auriculares, el canal de audio L y el canal R llegan por diferentes caminos y sin embargo tu cerebro se encarga de procesar esta información en una sóla melodía. En 802.11n se hace algo parecido, cada antena emite una ráfaga de datos distinta, el receptor los analiza con cada antena correspondiente y los combina en un solo mensaje. De nuevo esto es la teoría y es que muchos dispositivos móviles sólo tienen una antena con lo que no pueden beneficiarse de las ventajas MIMO.

3.- Doble Radio

Esta es otra diferencia importante. 802.11n puede funcionar en las bandas libres de 2,4 y 5 Ghz, recuerda que 802.11g/b lo hace en 2,4 Ghz y 802.11a en 5 Ghz y ambas son incompatibles entre sí.  Además sabemos que la primera banda está bastante ocupada. Por contra la banda de 5 Ghz está menos congestionada así que si conseguimos que todos los clientes tengan adaptadores de red con doble radio el rendimiento de  nuestra red aumenta notablemente.

4.- Seguridad

Es una de las mayores preocupaciones de los usuarios de las redes WiFi o al menos debería serlo. Para 802.11n el mínimo aceptable es WPA2/AES. Si un usuario se asocia al mismo punto de acceso con un nivel de seguridad inferior, por ejemplo: WEP , el punto de acceso 802.11n lo considera un dispositivo compatible y lo trata como tal, es decir, lo rebaja a 54 Mbps. Conclusión: volvemos al problema del primer punto.

5.- Voracidad de ancho de banda

Descubrimientos

Si hay algo que nos atrae con verdadera fuerza es descubrir nuevas posibilidades de aprender. Este curso nuestro descubrimiento es Ekahau HeatMapper. Seguro que muchos ya lo conocéis, a nosotros esta utilidad gratuita nos ha permitido hacer unas prácticas muy interesantes y entender mejor el complejo mundo de las coberturas WiFi.

Poder ver como se atenúa una señal RF sobre un plano mediante un código de colores y analizar por separado la influencia de cada punto de acceso es muy revelador, y sobre todo muy instructivo, un técnico que trabaje en despliegues WiFi y domine estas herramientas sin duda se distingue del resto.

HeatMapper es una demo, Ekahau tiene dos versiones Estándar y Profesional verdaderamente potentes y que por desgracia su coste hace que estén fuera de nuestro alcance. No obstante se agradece la posibilidad de poder utilizar gratis esta utilidad pues aunque cuando el número de AP’s es alto no va bien y la cantidad de muestras que se pueden tomar está limitado, permite hacer ejercicios como este que os mostramos.

Estudiamos los patrones de RF en la banda de 2,4 GHz para nuestro instituto

Instala HeatMapper en tu portátil y empieza a dar paseos por tu casa, no dejarás de sorprenderte de ver como atenúan las paredes alicatadas con azulejos, los muebles o simplemente las personas. Si te gusta investigar y descubrir tienes diversión garantizada.

Supervisión RF

Una de las partes en las que consiste la instalación de un punto de acceso 802.11 es la elección del canal. Si la banda que se va a emplear es la de 2,4 GHz es muy importante hacer una supervisión previa de como se están empleando los canales en la zona en la que esperamos poner en funcionamiento el BSA (Área de Servicio Básico). Y tal como hemos visto en clase la cosa no está nada fácil.

Netstumbler

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Esta ha sido nuestra primera herramienta para visualizar las redes existentes en nuestro entorno, el resultado obtenido no ha sido ni mucho menos una sorpresa. Más de 10 AP’s activos y ningún canal libre. Esto en la banda de 2,4 GHz es el pan nuestro de cada día, a no ser claro que vivas en el monte cerrao.

No obstante no hay que desanimarse, aunque Netstumbler nos muestre tantos AP’s activos debemos fijarnos en el nivel de señal (dBm) o la relación señal ruido (SNR) de cada uno, y a partir de aquí podemos ir descartando aquellos cuyos niveles de energía que puedan interferir tengan menos intensidad.

Kismet

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Voy a exponer un caso concreto analizado con el programa Kismet. No es que no se pueda hacer con Netstumbler, pero es que esta otra utilidad es especialmente interesante. La siguiente imagen muestra las redes detectadas en un punto en el que se desea establecer un BSA con un punto de acceso 802.11n.

Resultado: 6 redes detectadas después de un muestreo de 1h 5’, canales 1-2-6-11 ocupados. Las redes que aparecen en naranja tienen activada la seguridad WPA y la roja la seguridad WEP, un vecindario tranquilo y precavido, si señor, la gente se va concienciando del tema de la seguridad. Pero con el tema radio… Fíjate en las tres primeras redes, son redes con actividad y las tres están solapadas. En el canal 11 tenemos otra red que no difunde su SSID también con actividad pero sin interferencia. Y en el canal 6 dos redes más. ¿En qué canal colocamos nuestro punto de acceso? En principio parece que no hay canales libres de solapamiento. Antes de responder veamos como Kismet representa los niveles de energía para cada canal.

Ahora respuesta es inmediata: configuramos nuestro AP en el canal 6. ¿Por qué? Pues porque aunque se detectan AP’s es este canal su nivel de señal es tan bajo que no constituye una interferencia. Donde se ve mucho peligro es en el canal 11, se trata de un AP muy cercano, seguramente en la pared contigua de nuestro vecino. Esto se sabe por la entidad de la relación señal ruido y el número de canales afectados 9-10-11-12 (4 x 5MHz = 20MHz, ancho de banda de una canal: 22 MHz, justo lo tenemos al lado).

Sólo por esta pantalla Kismet ya es mejor que Netstumbler, pero hay más, también nos muestra las MAC de los clientes asociados a cada AP, graba registros de actividad, deduce rangos IP en cada red. Y otras cositas todas muy útiles para mantener y solucionar conflictos en las redes WiFi, aunque por otro lado muy valoradas por quienes gustan de husmear donde no deben. Pero ya se sabe, los buenos cuchillos siempre tienen dos filos.

Canales 802.11

Como las redes inalámbricas se sirven del espectro electromagnético no está de más conocer como se regula este preciado medio. En España las referencias se establecen en el CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias). Dentro de este marco para las redes Wi-Fi a 2,4 GHz tenemos que fijarnos en la nota de aplicación UN-85,(la última actualización es de febrero del 2010).

Los límites del juego para estas redes de área local están en la banda libre comprendida entre 2.400 y 2.483,5 MHz. Fíjate en la figura superior , las frecuencias centrales de cada canal se separan 5 MHz y van del canal 1 al 13 (el 14 está prohibido). Es posible que estés preguntándote..¿13 canales?, pero si mi adaptador de red Wi-Fi sólo me deja elegir entre 11 canales… No te extrañe, tendrás que actualizar sus controladores. Hace unos años en nuestro país sólo se permitían los canales 10 y 11, en norteamérica sólo se permiten los canales entre 1 y 11. Si te pasa esto debes buscar una actualización para 13 canales.

La aparición de dos canales más (12 y 13) nos amplía un poquito el margen a la hora de realizar los despliegues Wi-Fi ya que no existe el único patrón 1-6-11 que permita combinar canales si solaparlos (referencia AB a 22 MHz).

Tal como ves también podemos seguir el patrón 2-7-12 o 3-8-13. Pero aun hay más. Cuando el tema de las interferencias con puntos de acceso vecinos se pone difícil tenemos más opciones de separarnos. Si tu vecino está  en el canal 6 tu puedes irte por debajo al 1 o al 11, 12 o 13 por arriba.

En coberturas se pueden forzar un poco las cosas y solapar canales, eso sí a costa de perder prestaciones.Cuando no queda más remedio se puede recurrir a un patrón 1-5-9-13, si sólo se emite en 11 canales la solución es aún peor y hay quien recurre a un patrón 1-4-8-11 con unos solapes en las bandas de energía que le pasan una buena factura a estas redes.

El éxito de las redes Wi-Fi es  paradójicamente su principal problema, la concentración de puntos de acceso y la mala planificación en los patrones de canales terminan consiguiendo que cuando el número de usuarios crece estas redes funcionen como un churro. Al final se forma la temida combinación de interferencias y acceso al medio CSMA/CA en manos de las estaciones asociadas.  Mal asunto. Solución cara.

Netstumbler a toda máquina

En tiempo de viajes y vacaciones uno no se resiste a hacer ciertas investigaciones. Muchas veces es necesario saber si podemos acceder a una WiFi para poder leer nuestro correo y la forma más fácil y directa es inspeccionar nuestro entorno con herramientas como Netstumbler. De un vistazo podemos ver que puntos de acceso (AP’s) están activos mediante su MAC y su SSID, si están protegidos o no y que nivel de señal ruido (SNR) tiene la señal de cada uno con respecto a nuestro equipo.

Pero la captura de imagen de Netstumbler que os propongo es un tanto especial… En ella detecto AP’s abiertos pero sólo en el canal 11, ninguno más no hay otro encriptados, todos los AP’s son del mismo fabricante, cuando están activos su SNR es muy bueno (60), pero uno de estos AP solo es activo durante algo más de un segundo, inmediatamente es sustituido por otro al que le pasa lo mismo.

Netstumbler Speed

¿Cómo es posible? Suponiendo que Netstumbler funciona correctamente, que así era. ¿Qué está pasando aquí? ¿Desde donde he realizado este muestreo? Si estoy en una ciudad no parece muy lógico que aparezca un sólo AP siempre en el canal 11, debería ver otros.
Aunque quizás no esté en la ciudad. ¿Hay en el campo tantos AP’s moviéndose a esta velocidad? ¿Y si soy yo el que se ha movido durante el muestreo?.
Después de un verano de descanso te propongo refrescar tu musculatura neuronal con este pequeño enigma. La solución se encuentra sobre los caminos de hierro...