Cómo funciona Wi-Fi por dentro

¿Te has preguntado alguna vez cómo funciona Wi-Fi por dentro? Se trata de una mezcla de altas tecnologías de radio que incluyen técnicas de modulación, compartición de un medio de radio común, eliminación de interferencias, corrección de errores y detección de colisiones. La idea es poder garantizar unas comunicaciones de radio a alta velocidad en un entorno hostil lleno de obstáculos e interferencias. Veamos como funciona Wi-Fi por dentro.

Wi-Fi es el estándar tecnológico utilizado en el entorno de oficina, hogar y sitios públicos. Se trata de una tecnología omnipresente que nos permite interconectar equipos y acceder a Internet de manera rápida y cómoda. El hecho de ser una tecnología ampliamente utilizada hace posible que su desarrollo sea constante. Se trata de un sector muy competitivo donde trabajan empresas de todo el mundo dispuestas a invertir para ofrecer soluciones avanzadas que les garantice su existencia o liderazgo.

El IEEE es el organismo internaciones de normalización que más ha trabajado en la estandarización de esta tecnología. Adicionalmente, los fabricantes se asociaron en lo que hoy es la Wi-Fi Alliance para garantizar que los distintos equipos y componentes son compatibles entre sí. El desarrollo y avance tecnológico es constante.

En este artículo se describen los entresijos de Wi-Fi. Se trata de técnicas curiosas y avanzadas que hacen posible que la tecnología funcione incluso cuando hay múltiples redes y terminales funcionando simultáneamente.

El entorno tecnológico de Wi-Fi

Todos los sistemas digitales de comunicaciones funcionan gracias a la existencia de normas técnicas que definen exactamente cómo se deben comportar los distintos equipos que forman parte de la red. Wi-Fi no es más que una adatación de las tecnologías de las redes locales de cable que, a su vez, funcionan de forma similar a como lo hace internet.

Como las tecnologías digitales de comunicaciones son complejas, la Organización Internacional de Normalización (ISO, International Standards Organization), propuso un modelo de referencia que dividía las distintas tareas necesarias en siete grupos perfectamente estructurados. Lo llamó modelo de interconexión de red abierta (OSI, Open Systems Interconnection). Cada grupo de tareas está relacionado con otros dos grupos de forma jerarquizada, por ello, a cada grupo los denominó capa. Definió siete capas a las que que les puso el nombre: física, enlace, red, transporte, sesión, presentación y aplicación.

Internet es una red abierta que sigue este modelo general. No obstante, en vez de hablar de siete capas, en los protocolos de internet se habla de cinco capas. Se agrupan algunas de ellas y se habla de las capas: física, enlace, red, transporte y aplicación. Esta última capa engloba a las capas sesión, presentación y aplicación del modelo OSI.

La tecnología Wi-Fi, por tanto, sigue el modelo marcado por los protocolos de internet. No obstante, lo que diferencia a Wi-Fi de las redes cableadas es que sus terminales acceden a la red de otra forma. Mientras que las redes cableadas lo hacen por cable, las redes Wi-Fi lo hacen por radio. El grupo de normas que definen la forma de acceder a la red están recogidas dentro de las capas física y enlace. Por lo tanto, la tecnología Wi-Fi se centra en estas dos capas. El resto de capas (protocolos) son idénticas a las empleadas en las redes locales cableadas e internet.

El organismo de normalización que más ha influido en la regulación de las comunicaciones de redes de área local ha sido el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, ‘Instituto de ingenieros eléctricos y electrónicos’). En los años 80 el IEEE creó un grupo de trabajo, al que llamó 802, con el objetivo de crear las bases para el establecimiento de redes de área local cableada basadas en el modelo OSI. La norma IEEE 802.3 define la tecnología ethernet de redes de cable. Posteriormente, se ocupó de las redes inalámbricas y en 1997 sacó la norma IEEE 802.11. Este sería el comienzo de una serie de estándares que regulan el funcionamiento de Wi-Fi hasta nuestros días.

Los principales vendedores de soluciones inalámbricas del momento crearon en 1999 una asociación sin ánimo de lucro a la que llamaron WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance, ‘Alianza de compatibilidad Ethernet inalámbrica’). El objetivo de esta asociación era crear una marca que permitiese fomentar más fácilmente la tecnología inalámbrica y asegurase la compatibilidad de equipos. A partir de 2002 la asociación WECA pasó a denominarse Wi-Fi Alliance. La Wi-Fi Alliance certifica que los equipos de los fabricantes cumplen con los estándares Wi-Fi.

Si desea saber más sobre cómo funcionan los protocolos de internet, puede consultar este otro artículo: Cómo funcionan los protocolos de Internet

De qué se ocupa la tecnología Wi-Fi

La tecnología Wi-Fi se ocupa de definir cómo los terminales de la red van a hacer uso del espectro de radio. Esto es, cómo utilizaran las frecuencias de radio, como transmitirán la información digital por radio (modulación) o cómo recibirán las que se les envíe. Además, se tiene que gestionar todo esto en un entorno en el que hay múltiples terminales haciendo un uso simultáneo de la red.

Como se ha visto, todas las tareas anteriores están recogidas en las capas física y enlace del modelo OSI. En el caso de Wi-Fi, la capa de enlace se divide en dos, por lo que el resultado es que los protocolos específicos de Wi-Fi se componen de tres capas:

• PHY (Physical Layer, ‘Capa física’) es la capa que se ocupa de definir los métodos por los que se difunde la señal.
• MAC (Medium Access Control, ‘Control de acceso al medio’) es la capa que se ocupa del control de acceso al medio físico. En el caso de Wi-Fi el medio físico es el espectro radioeléctrico. La capa MAC es un conjunto de protocolos que controlan cómo los distintos dispositivos comparten el uso de este espectro radioeléctrico.
• LLC (Logical Link Control, ‘Control del enlace lógico’) es la capa que se ocupa del control del enlace lógico. Define cómo pueden acceder múltiples usuarios a la capa MAC.

Por otro lado, la capa física se divide en dos subcapas conocidas como:

• PLCP (Physical Layer Convergence Procedure, ‘Procedimiento de convergencia de la capa física’). Se encarga de convertir los datos a un formato compatible con el medio físico. En el caso de Wi-Fi el medio físico son las distintas frecuencias de radio.
• PMD (Physical Medium Dependent, ‘Dependiente del medio físico’). Se encarga de la difusión de la señal.

Qué significa espectro expandido

En cuanto a la utilización del medio radioeléctrico, la tecnología básica en la que se basa el funcionamiento de los sistemas inalámbricos es el sistema conocido como espectro expandido (spread spectrum en inglés). Este sistema consiste en que el ancho de banda real utilizado en la transmisión es superior al estrictamente necesario. Lo que se consigue con esto es un sistema muy resistente a las interferencias de otras fuentes de radio y a los efectos de eco (multipath). Esto hace posible que una red Wi-Fi pueda funcionar aunque en el entorno existan otros sistemas de radiofrecuencia u otras redes Wi-Fi.

Las bandas de frecuencias en las que trabaja Wi-Fi son de libre uso por otros sistemas de radio (controles remoto, juguetes, emisoras, etc.). Por tanto, la tecnología de espectro expandido aporta un gran valor al buen funcionamiento de las redes Wi-Fi. 

Aunque existen distintas técnicas de espectro expandido, en la norma IEEE 802.11 original se contemplan sólo dos:

• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, ‘Espectro expandido por salto de frecuencia’).
• DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum, ‘Espectro expandido por secuencia directa’).

Además de las técnicas de difusión anteriores publicadas para la versión 802.11b, con versiones posteriores se definió otra técnica conocida como:

• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ‘Multiplexación ortogonal por división de frecuencias’) con la que se consigue velocidades de transmisión mucho mayores. Wi-Fi 6 utiliza una versión, conocida como OFDMA (Acceso múltiple por división ortogonal de frecuencias), que le permite sacar nuevas prestaciones.

FHSS

La técnica FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum, ‘Espectro expandido por salto de frecuencia’) consiste en dividir la banda de frecuencias en una serie de canales e ir transmitiendo la información saltando de un canal a otro de acuerdo con un patrón de saltos (spreading code o hopping code) conocido tanto por el emisor como por el receptor. El tiempo máximo que se debe permanecer en cada frecuencia está regulado en 400 mseg.

El inconveniente de FHSS es que tiene la necesidad de sincronizar el emisor y el receptor en la frecuencia a utilizar en cada momento. Este problema fue resuelto por los ingenieros de Sylvania Electronic Systems a finales de los años 50.

El estándar IEEE 802.11 definió en 1997 que cada canal de FHSS tuviera un ancho de banda de 1 MHz dentro de la banda de frecuencias de 2,4 GHz. El ancho de banda total disponible y, por tanto, el número total de canales disponibles varía de acuerdo con el marco regulatorio de cada país o área geográfica. En cualquier caso, siempre existen tres juegos de secuencias de saltos.

La técnica FHSS reduce las interferencias porque, en el peor de los casos, la interferencia afectará exclusivamente a uno de los saltos de frecuencia, liberándose a continuación de la interferencia al saltar a otra frecuencia distinta. El resultado es que el número de bits erróneos es extremadamente bajo.

Otra de las ventajas de FHSS es que permite que coexistan varias comunicaciones en la misma banda de frecuencias. Para ello, cada comunicación debe tener un patrón de saltos con distinta secuencia.

A pesar de que el estándar original IEEE 802.11 incluía el sistema FHSS, no existe ninguna instalación real que utilice este sistema. La razón es que la velocidad máxima que se consigue con la técnica FHSS es de unos 3 Mbps (aunque sólo está normalizada la velocidad de 1Mbps). No obstante, es posible que en un futuro se consigan velocidades superiores. Se habla de hasta 15 Mbps.

DSSS

La técnica DSSS se basa en sustituir cada bit de información por una secuencia de bits conocida como chip o código de chips (chipping code, en inglés). Estos códigos de chips permiten a los receptores eliminar por filtrado las señales que no utilizan la misma secuencia de bits. Entre las señales que son eliminadas se encuentra el ruido y las interferencias.

El código de chips permite al receptor identificar los datos como pertenecientes a un emisor determinado. El emisor genera el código de chips y sólo los receptores que conocen dicho código pueden descifrar los datos. Por tanto, en teoría, DSSS permite que varios sistemas puedan funcionar en paralelo; cada receptor filtrará exclusivamente los datos que se corresponden con su código de chips. Por otro lado, cuanto más largo es el código de chips, más resistente será el sistema a las interferencias y mayor número de sistemas podrán coexistir simultáneamente. La norma IEEE 802.11 recoge que la longitud mínima del código de chips debe ser de 11.

En la práctica, la coexistencia de sistemas no se consigue por el uso de distintos códigos de chips, sino por el uso de distintas bandas de frecuencias. Un sistema DSSS de 11 Mbps (IEEE 802.11b) necesita un ancho de banda de 22 MHz, siendo la distancia mínima entre portadoras de 30 MHz. Como el ancho de banda disponible en la banda de 2,4 GHz (en el área regulada por el FCC) es de 83,5 MHz, sólo es posible la coexistencia de tres sistemas DSSS en el mismo lugar.

OFDM

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ‘Multiplexación ortogonal por división de frecuencias’) divide el ancho de banda en subcanales más pequeños que operan en paralelo. De esta forma se consigue llegar a velocidades de transmisión de mucho más elevadas.

La técnica OFDM fue patentada por Bell Labs en 1966 (US Patent No. 3,488,445) y está basada en un proceso matemático llamado FFT (Fast Fourier Transform, ‘Transformada rápida de Fourier’). OFDM divide la frecuencia portadora en 52 subportadoras solapadas. 48 de estas subportadoras son utilizadas para transmitir datos y las otras cuatro para poder alinear las frecuencias en el receptor. Este sistema consigue un uso muy eficiente del espectro radioeléctrico.

OFDM puede transmitir datos a distintas velocidades, utilizando distintas técnicas de modulación en cada una de ellas (BPSK, QPSK o QAM). La versión Wi-Fi 6 consigue llegar a los 9,6 Mbps combinando OFDM y QAM de 1024.

Una de las ventajas de OFDM es que consigue una alta resistencia a las interferencias producidas por las ondas reflejadas en los objetos del entorno (eco o multipath). Estas ondas llegan al receptor con distinta amplitud y a distinto tiempo que la señal principal produciendo interferencias. Estas interferencias son un problema a velocidades superiores a 4 Mbps; por este motivo, se utilizan técnicas (como OFDM) que mitiguen este efecto.

Modulación de la señal

Para poder transmitir la señal vía radio, hace falta definir un método de difusión de la señal y un método de modulación de la misma. La modulación consiste en modificar una señal pura de radio para incorporarle la información a transmitir. La señal base a modular recibe el nombre de portadora (carrier en inglés). Lo que se le cambia a la portadora para modularla es su amplitud, frecuencia, fase o una combinación de éstas. Mientras mayor es la velocidad de transmisión, más complejo es el sistema de modulación. Las técnicas de modulación utilizadas en IEEE 802.11 son las siguientes:

• BPSK (Binary Phase-Shift Keying, ‘Modulación binaria por salto de fase’)
• QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying, ‘Modulación por salto de fase en cuadratura’)
• GFSP (Gaussian Frequency-Shift Keying, ‘Modulación gausiana por salto de frecuencia’)
• CCK (Complementary Code Keying, ‘Modulación de código complementario’)
• QAM (Quadrature Amplitude Modulation, ‘Modulación de amplitud en cuadratura’)

Una vez emitida la señal modulada, el receptor tiene que recibir la señal, sincronizar el código de difusión y demodular la información. Los sistemas FHSS son más complicados de sincronizar que los sistemas DSSS. En el primer caso hay que sincronizar tiempo y frecuencia, mientras que en el segundo sólo el tiempo.

Las modulaciones simples de amplitud, fase y frecuencia fueron las primeras utilizadas, pero con ellas no se pueden alcanzar grandes velocidades. Esto ha dado paso a aplicar la imaginación y utilizar más de una portadora (en cuadratura). Después de varios intentos, se ha visto que con QAM se logran grandes resultados.

El sistema QAM utiliza dos señales portadoras (desfasadas 90 grados) moduladas a distintas amplitudes, de forma que son posibles una gran variedad de combinaciones. Cada combinación representa un conjunto de bits. El sistema QAM 2 ofrece solo dos combinaciones de amplitudes: una representa el cero y la otra el 1. El sistema QAM4 ofrece cuatro combinaciones: una representa el 00, otra el 01, el 10 y el 11. En este caso, con cada combinación (cada señal transmitida) se logra enviar una de las 4 combinaciones de bits posibles. Desde que se empezó a utilizar la tecnología QAM se han conseguidos velocidades de transmisión cada vez mayores. Wi-Fi 6 utiliza QAM1024.

MAC. El control de acceso al medio

La capa MAC define los procedimientos que hacen posible que los distintos dispositivos compartan el uso de este espectro radioeléctrico. Mientras que las distintas versiones del estándar 802.11 utilizan distintos sistemas para difundir su señal (su capa física es distinta), la capa MAC es la misma para todas ellas.

Es interesante también el hecho de que la capa MAC sea muy similar a la utilizada por la red Ethernet. Ambas utilizan la técnica conocida como CSMA (Carrier Sense Multiple Access, ‘Acceso múltiple por detección de portadora’). No obstante, la versión cableada (Ethernet) utiliza la tecnología CD (Collision Detection, ‘Detección de colisión’), mientras que la versión inalámbrica utiliza la tecnología CA (Collision Avoidance, ‘Evitación de colisión’). Una colisión se produce cuando dos terminales intentan hacer uso del medio físico simultáneamente. La tecnología CD detecta que se ha producido una colisión y retransmite los datos, mientras que la tecnología CA dispone de procedimientos para evitar que se produzcan colisiones.

La razón de que haya dos sistemas es que, cuando el medio es un cable, un terminal puede transmitir y recibir al mismo tiempo, por lo que puede detectar las colisiones. Por el contrario, en el medio radioeléctrico un terminal no puede transmitir y recibir al mismo tiempo por el mismo canal (la transmisión dejaría opaca a la recepción), por lo que, al no poder detectar las posibles colisiones, no hay más remedio que disponer de una técnica que las evite.

Evitar las colisiones

Entre la capa MAC y la capa física se intercambian tres tipos de paquetes de datos: de control, de gestión y de información. MAC tiene dos funciones distintas para coordinar la transferencia de datos:

• PCF (Point Coordination Function, ‘Función de coordinación del punto’) facilita un sistema para poder transmitir el tráfico que es sensible a los retardos y que requiere un tratamiento especial para evitar las demoras. A la estación que hace uso de esta función se le llama coordinadora del punto, PC (Point Coordinator). El PC emite una señal guía con la duración del período de tiempo que necesita disponer del medio. Las estaciones que reciben esta señal no emiten durante ese tiempo.
• DCF (Distributed Coordination Function, ‘Función de coordinación distribuida’) facilita un sistema que permite compartir el medio físico (radioeléctrico, infrarrojos, etc.) entre todas las estaciones de la red. Para ello, DCF define los mecanismos que le permiten a las estaciones negociar el acceso al medio físico, así como los mecanismos que aseguran la entrega de los datos a las estaciones. A través de DCF se transmiten los datos que no son sensibles a los retardos.

La función DCF se encuentra con un problema y es que una de las diferencias de los medios cableados frente a los inalámbricos es que en estos últimos es mucho más complicado detectar las colisiones. Dos estaciones que no se ven entre sí pueden iniciar una comunicación simultáneamente sin percatarse de la colisión. DCF dispone de una función específica que impide este tipo de colisiones.

La función DCF contempla un mecanismo físico y otro lógico de detección de colisión. Al mecanismo físico se le conoce como CCA (Clear Channel Assessment, ‘Valoración de la disponibilidad del canal’), y consiste en comprobar si el medio está en uso antes de empezar a transmitir. Si el medio está en uso, se espera un tiempo antes de volver a hacer la comprobación. El tiempo que espera cada estación tiene una duración aleatoria (generada por cada estación entre un tiempo mínimo y un máximo) para evitar que haya colisiones sucesivas indefinidas.

El mecanismo físico de detección de colisión es muy eficiente, pero no es eficaz cuando dos estaciones de una misma red que no se ven entre ellas emiten al mismo tiempo. Esto se conoce con el nombre de problema del nodo oculto. Para evitar estos casos, se dispone del sistema lógico de detección de colisión. Este sistema consiste en intercambiar la información del uso del medio a través de tramas de control. A estas tramas de control se las conoce como RTS (Request to Send, ‘Solicitud para enviar’) y CTS (Clear to Send, ‘Listo para enviar’).

Como la información de control añade más datos de control a la transmisión en detrimento de los datos de información (baja el rendimiento del protocolo), en aquellos casos en los que se disponga de un medio físico con poca probabilidad de colisiones se puede deshabilitar el mecanismo de detección de colisión, o habilitarlo exclusivamente para aquellos paquetes de datos que tengan un tamaño superior a uno determinado.

Cuando una estación de una red va a transmitir información, primero envía una trama RTS al punto de acceso donde facilita información del destinatario de la transmisión, el remitente y el tiempo que ocupará dicha transmisión. El punto de acceso responde con una trama CTS que reciben todas las estaciones que están en el área de cobertura del punto de acceso. En esta trama CTS se incluye el tiempo de ocupación del medio; por tanto, las estaciones saben el tiempo que estará ocupado el medio y no intentarán hacer ninguna transmisión hasta que dicho tiempo no haya pasado. 

 Por cierto, cuando el destinatario ha recibido toda la información, emite una trama ACK (Acknowledgment, ‘Confirmación’) para indicarle al emisor que todo está bien. Si el emisor no recibe la trama ACK que espera, aguardará un tiempo antes de dar la transmisión por errónea y volver a hacer el envío.

La calidad de servicio para audio y vídeo

Cuando surgió Wi-Fi se tuvo el objetivo de crear una red para transmisión de datos (transferencia de archivos, acceso a servidores Web, correo electrónico, etc.). Estos servicios no tienen especiales exigencias en cuanto al tiempo de entrega. En general, no tienen importancia que el archivo, la página Web o el mensaje de correo llegue unos milisegundos más tarde al destino o que no tengan una velocidad de entrega estable. Sin embargo, unos años más tarde se han empezado a popularizar servicios como la telefonía IP o la retransmisión de vídeos en los que el retardo y las fluctuaciones de retardo son críticos. Esto llevó a que el IEEE se embarcara en complementar a la tecnología Wi-Fi con técnicas de calidad de servicio.

En las redes de transmisión de datos se conoce como técnicas de calidad de servicio aquéllas que permiten ofrecer prioridades distintas a distintos tipo de tráfico. El objetivo es ofrecer una mayor prioridad al tráfico de los servicios de tiempo real (servicios de audio y vídeo) y una prioridad menor al resto de servicios (correo electrónico, Web, etc.).

El IEEE aprobó a finales de 2005 el estándar que define las características de calidad de servicios de las redes inalámbricas. Se trata de 802.11e . Este estándar mejora las técnicas PCF y DCF con una nueva función conocida como HCF (Hybrid Coordination Function, ‘Función híbrida de coordinación’).

HCF define dos métodos de acceso al canal: HCCA (HCF Controlled Channel Access, ‘Acceso controlado al canal HCF’) y EDCA (Enhanced DCF Channel Access, ‘Acceso al canal mejorado DCF’). Ambos métodos definen las distintas clases de tráfico (TC, Traffic Classes) a considerar.

Con EDCA, el tráfico de alta prioridad se transmite antes al aplicar la estación unos tiempos de espera menores después de enviar el paquete anterior. Por su parte, HCCA funciona de forma similar a PCF, en el que existe un coordinador híbrido (HC, Hybrid Coordinator) que controla el acceso al medio.

Los servicios

Como hemos visto, las redes inalámbricas IEEE 802.11 están formadas por terminales y puntos de acceso y ambos reciben el nombre de estaciones. La capa MAC define cómo las estaciones acceden al medio mediante lo que llama servicios de estaciones. De la misma forma, define cómo los puntos de acceso gestionan la comunicación mediante lo que llama servicios de distribución.

Los servicios de estación de la capa MAC son los siguientes:

• Autentificación. Comprueba la identidad de una estación y la autoriza para asociarse. En una red cableada lo que identifica a un terminal como parte de la red es el hecho de estar conectado físicamente a ella. En una red inalámbrica no existe la conexión física, por lo que, para saber si un terminal forma o no parte de la red, hay que comprobar su identidad antes de autorizar su asociación.
• Desautentificación. Cancela una autentificación existente. Este servicio da por concluida la conexión cuando una estación pretende desconectarse de la red.
• Privacidad. Evita el acceso no autorizado a los datos gracias al uso del algoritmo WEP (Wired Equivalency Protocol, ‘Protocolo de equivalencia con red cableada’) o WPA (Wi-Fi Protected Access, ‘Acceso Wi-Fi protegido’).
• Entrega de datos. Facilita la transferencia de datos entre estaciones.

Por su lado, los servicios de distribución son estos otros:

• Asociación. Para que un terminal pueda comunicarse con otros terminales a través de un punto de acceso, debe primero estar asociado a dicho punto de acceso. Asociación significa asignación del terminal al punto de acceso haciendo que éste sea el responsable de la distribución de datos a y desde dicho terminal. En las redes con más de un punto de acceso, un terminal sólo puede estar asociado a un punto de acceso simultáneamente.
• Desasociación. Cancela una asociación existente, bien porque el terminal sale del área de cobertura del punto de acceso, o porque el punto de acceso termina la conexión.
• Reasociación. Transfiere una asociación entre dos puntos de acceso. Cuando un terminal se mueve del área de cobertura de un punto de acceso a la de otro, su asociación pasa a depender de este último.
• Distribución. Cuando se transfieren datos de un terminal a otro, el servicio de distribución se asegura que los datos alcanzan su destino.
• Integración. Facilita la transferencia de datos entre la red inalámbrica IEEE 802.11 y cualquier otra red (por ejemplo, Internet o Ethernet).

Los puntos de acceso utilizan tanto los servicios de estaciones como los servicios de distribución, mientras que los terminales sólo utilizan los servicios de estaciones.

La gestión

Tanto la capa física como la capa MAC están divididas en capacidades de gestión y de transferencia de datos. Lo que se conoce como PLME (PHY Layer Management Entity, ‘Entidad de gestión de la capa física’) es quien se encarga de la gestión de la capa física, mientras que lo que se conoce como MLME (MAC Layer Management Entity, ‘Entidad de gestión de la capa MAC’) es quien se encarga de la gestión de la capa MAC.

PLME y MLME intercambian información a través de MIB (Management Information Base, ‘Base de datos de la información de gestión’). Ésta es una base de datos de las características físicas (velocidad de transmisión, niveles de potencia, tipo de antena, etc.) de las estaciones.

El flujo de datos

Los datos que se van a transmitir por el medio radioeléctrico proceden de las capas superiores (formato IP) y se van pasando a la capa LLC (Logical Link Control, ‘Control lógico del enlace’), a la capa MAC y, por último, a la capa física para su emisión.

Los paquetes de datos que se intercambian entre las capas LLC y MAC se conocen como MSDU (MAC Service Data Unit, ‘Unidad de datos del servicio MAC’), mientras que los paquetes de datos que se intercambian entre las capas MAC y física reciben el nombre de MPDU (MAC Protocol Data Unit, ‘Unidad de datos del protocolo MAC’). En la capa física, quien recibe estos datos es PLCP, quien es responsable de convertir los datos MPDU a un formato compatible con el medio físico.

La estructura de red

La topología de una red es su arquitectura, la estructura jerárquica que hace posible la interconexión de los equipos. IEEE 802.11 y, por tanto, Wi-Fi, contempla tres topologías distintas:

• IBSS (Independent Basic Service Set, ‘Conjunto de servicios básicos independientes’). Esta modalidad está pensada para permitir exclusivamente comunicaciones directas entre los distintos terminales que forman la red. En este caso no existe ningún terminal principal que coordine al grupo, no existe punto de acceso. Todas las comunicaciones son directas entre dos o más terminales del grupo. A esta modalidad se la conoce también como ad hoc, independiente o de igual a igual (peer-to-peer en inglés).
• BSS (Basic Service Set, ‘Conjunto de servicios básicos’).  En esta modalidad se añade un equipo llamado punto de acceso (AP o Access Point en inglés) que realiza las funciones de coordinación centralizada de la comunicación entre los distintos terminales de la red. Los puntos de acceso tienen funciones de buffer (memoria de almacenamiento intermedio) y de gateway (pasarela) con otras redes. A los equipos que hacen de pasarelas con otras redes externas se les conoce como portales. A la modalidad BSS también se la conoce como modo infraestructura.
• ESS (Extended Service Set, ‘Conjunto de servicios extendido’). Esta modalidad permite crear una red inalámbrica formada por más de un punto de acceso. De esta forma se puede extender el área de cobertura de la red, quedando constituida por un conjunto de celdas pegadas unas a otras. Una red ESS está formada por múltiples redes BSS.

En las modalidades BSS y ESS todas las comunicaciones pasan por los puntos de acceso. Aunque dos terminales estén situados uno junto al otro, la comunicación entre ellos pasará por el punto de acceso al que estén asociados. Esto quiere decir que un terminal no puede estar configurado para funcionar en la modalidad ad hoc (IBSS) y de infraestructura (BSS) a la vez.

Las nuevas versiones del estándar Wi-Fi

Evidentemente, nadie espera que la tecnología de red de área local inalámbrica se quede en el estado de desarrollo actual. Cada cierto tiempo aparecen evoluciones tecnológicas que hacen que la red pueda transmitir datos a mayor velocidad, que un mayor número de terminales puedan hacer uso eficiente de un punto de acceso o que mejore el área de cobertura.

El IEEE es consciente de ello, por lo que a lo largo de los años ha ido creando distintos grupos de trabajo que propongan mejoras de la tecnología. Por su parte, la Wi-Fi Alliance, ha ido incorporando estas nuevas tecnologías definiendo las distintas versiones de Wi-Fi. Desde sus comienzos, cada nuevo estándar Wi-Fi se conocía por la letra final de su nomenclatura (por ejemplo, Wi-Fi b o Wi-Fi ac). En 2019, la Wi-Fi Allinace cambió la forma de denominar sus versiones. De esta forma, la nueva tecnología Wi-Fi ax que se corresponde con la recomendación IEEE 802.11ax, pasó a denominarse Wi-Fi 6. La idea es que esta nueva nomenclatura sea más fácil de entender por parte de los usuarios, identificando más fácilmente la tecnología más reciente.

Desde que se definió la primera versión de Wi-Fi (Wi-Fi b o 802.11b) han salido seis versiones de esta tecnología. Cada una de ellas ha hecho aportaciones con respecto a las anteriores. Para describir en detalle el funcionamiento interno de la tecnología Wi-Fi sería necesario hablar de los cambios aportados por cada una de las versiones. En este artículo se ha preferido centrarse en los principios básicos que hacen funcionar la tecnología Wi-Fi.

Si tiene interés en comprender las mejoras tecnológicas aportadas por Wi-Fi 6, por favor, consulte este otro contenido: Qué es Wi-Fi 6: Qué necesito saber.

Más información sobre cómo funciona Wi-Fi

En este artículo se ha descrito de forma resumida cómo funciona Wi-Fi por dentro. Se trata de tema amplio que está tratado en este blog en distintos artículos publicados. De hecho, este contenido forma parte de un conjunto de artículos que abordan de forma detallada cómo funciona la tecnología Wi-Fi e internet. Si tiene interés en algún tema concreto particular, por favor, utilice el buscador de contenidos que tenemos en la cabecera del blog.

En cualquier caso, le sugerimos algunos otros artículos relacionados:

• Wi-Fi: Guía Completa sobre su tecnología y configuración
• Por qué mi Internet va tan lento
• Qué es Wi-Fi 6: Qué necesito saber
• Cómo configurar el router Wi-Fi

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