Xarxes Wi-Fi

Abast decidit per nosaltres: l'enunciat oficial no acota la matèria

Elaboració pròpia: la font és de pagament i no es reprodueix

Enunciat oficial. Xarxes Wi‑Fi: estàndards, arquitectura, seguretat i criteris de disseny, desplegament i administració.

1. Estàndards

IEEE 802.11 és la família d'estàndards de xarxa local sense fil, o WLAN (Wireless Local Area Network); Wi-Fi és la marca de la Wi-Fi Alliance, que certifica la interoperabilitat dels equips que la implementen. Els dos noms es fan servir indistintament, però no són el mateix: l'estàndard el fa l'IEEE i la certificació la dona l'Aliança.

Altres estàndards de la família: 802.11i (seguretat, WPA2), 802.11e (QoS, WMM, Wi-Fi Multimedia), 802.11r (fast roaming), 802.11k (assistència en la selecció d'AP), 802.11v (gestió de la xarxa i direcció de clients), 802.11w (protecció de trames de gestió), 802.11s (mallat), 802.11ah (HaLow, IoT de llarg abast a sub-1 GHz), 802.11p (vehicular).

MIMO i OFDMA

MIMO (Multiple Input Multiple Output): utilitza múltiples antenes en transmissió i recepció per enviar diversos fluxos de dades simultanis pel mateix canal (spatial multiplexing), aprofitant la propagació multitrajecte per augmentar la capacitat i la velocitat de la xarxa i millorar-ne la fiabilitat, sense necessitat de més ample de banda ni més potència. Aquest és l'objectiu de MIMO i la resposta que es pregunta.

• SU (Single-User)-MIMO: diversos fluxos cap a un sol client alhora.
• MU-MIMO: diversos fluxos cap a diversos clients simultàniament.
• Beamforming: concentra l'energia radiada cap al client en lloc d'emetre en totes direccions.
• La notació 4×4:4 indica antenes de transmissió × antenes de recepció : fluxos espacials.

OFDMA (Wi-Fi 6): divideix el canal en RU (Resource Unit, unitats de recursos) i serveix diversos clients dins de la mateixa transmissió. Millora dràsticament l'eficiència en entorns d'alta densitat amb trànsit petit i freqüent —exactament el cas d'un edifici municipal o d'una wifi ciutadana.

2. Bandes i canals

Les tres bandes són d'ús comú: el CNAF (Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias) les atribueix a aplicacions d'ús comú, de manera que s'hi pot emetre sense llicència individual de l'espectre, a canvi de suportar les interferències dels altres usuaris i de respectar-ne les condicions tècniques i els límits de potència radiada. És la diferència de fons amb la telefonia mòbil, que treballa en bandes d'ús privatiu concedides a un operador: a la wifi ningú no té l'espectre garantit, i per això el disseny es fa comptant amb la interferència (§5), no suposant que no n'hi haurà.

DFS (Dynamic Frequency Selection) i TPC (Transmit Power Control): obligatoris en part de la banda de 5 GHz per no interferir amb radars meteorològics i militars; poden provocar canvis de canal inesperats.

Amplada de canal: més amplada = més velocitat però menys canals disponibles i més interferència. En entorns densos és millor 20 o 40 MHz que 80 o 160.

3. Arquitectura

Una WLAN s'organitza en cel·les. Cada punt d'accés, o AP (Access Point), forma un BSS (Basic Service Set), la cel·la bàsica, que s'identifica per l'adreça MAC de la seva ràdio —el BSSID (Basic Service Set Identifier)—. El conjunt de cel·les que comparteixen el mateix nom de xarxa, l'SSID (Service Set Identifier), i entre les quals un client es pot moure sense perdre la sessió és un ESS (Extended Service Set). Qui es connecta veu un SSID; qui administra gestiona els BSS que hi ha al darrere, i és aquesta distinció la que fa possible tant la itinerància (§5) com que un mateix AP publiqui diversos SSID amb VLAN i polítiques diferents (§4).

3.1 Modes

• Autònom (fat AP / standalone): cada punt d'accés es configura per separat. Només viable en instal·lacions molt petites.
• Centralitzat amb controladora (thin AP): el model corporatiu. La controladora gestiona la configuració, la seguretat i la ràdio.
• Basat en el núvol: la gestió és un servei (Meraki, Mist, Aruba Central, Ubiquiti UniFi).
• Mallat (mesh): els AP s'interconnecten sense fil, saltant de node en node dins de l'abast ràdio de cadascun (multi-hop); útil només on no arriba el cablatge, a canvi de rendiment, perquè el mateix canal ràdio serveix els clients i fa de backhaul entre AP.

Si ja hi ha cablatge estructurat a cada planta, l'actuació adient és fer un estudi de cobertura i connectar cada AP per cable a l'armari de planta corresponent (i per PoE), per donar connectivitat de dades a telèfons mòbils i altres dispositius sense sacrificar amplada de banda; el mesh es reserva per als punts on el cable no arriba. Una oficina petita no actua de gàbia de Faraday pel simple fet de ser petita; cal blindatge metàl·lic complet, que no és el cas habitual d'un edifici d'oficines.

3.2 La controladora Wi-Fi

La controladora WLAN és l'equip —físic, virtual o al núvol— que administra de manera centralitzada tot el conjunt de punts d'accés. L'AP hi delega les decisions de ràdio, de seguretat i d'itinerància i es queda amb la funció de radiar; d'aquí que en el model centralitzat se l'anomeni thin AP. No s'ha de confondre amb el punt d'accés: l'AP serveix una cel·la, la controladora governa totes.

Funcions de la controladora dins d'una xarxa sense fil —la pregunta d'examen:

• Gestió centralitzada de la configuració de tots els punts d'accés: SSID, VLAN (Virtual Local Area Network), polítiques, actualitzacions de microprogramari.
• Gestió de recursos de ràdio (RRM, Radio Resource Management): assignació automàtica de canals i ajust de potència per minimitzar la interferència i cobrir els forats quan un AP cau.
• Gestió de la itinerància (roaming) dels clients entre punts d'accés, amb 802.11r/k/v, de manera que el canvi sigui transparent i no talli les sessions de veu o vídeo.
• Aplicació de les polítiques de seguretat i autenticació (integració amb RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service), portal captiu, aïllament de clients).
• Balanceig de càrrega entre AP i entre bandes (band steering).
• Monitoratge, detecció d'AP no autoritzats (rogue) i prevenció d'intrusions sense fil (WIPS, Wireless Intrusion Prevention System).
• Túnel del trànsit (en mode centralitzat) o commutació local (en mode FlexConnect/bridge).

En resum: centralitza la configuració, l'automatisme de ràdio, la seguretat i la itinerància de tot el conjunt d'AP.

3.3 Alimentació: PoE

PoE (Power over Ethernet, IEEE 802.3af/at/bt): que un punt d'accés estigui connectat a un commutador PoE significa que el commutador li subministra ALIMENTACIÓ ELÈCTRICA a través del mateix cable de xarxa que porta les dades, de manera que no cal cap presa de corrent al lloc on s'instal·la l'AP.

Avantatges: flexibilitat d'ubicació (sostres, exteriors), menys obra elèctrica, i continuïtat: si el commutador té SAI (Sistema d'Alimentació Ininterrompuda), els AP continuen funcionant en un tall de llum. Cal dimensionar el pressupost de potència del commutador: 48 ports a 30 W són 1.440 W.

4. Seguretat

802.1X: arquitectura d'autenticació amb tres elements — suplicant (el client), autenticador (l'AP o el commutador) i servidor d'autenticació (RADIUS). Mètodes EAP: EAP-TLS (certificat de client i de servidor, el més segur), PEAP (Protected Extensible Authentication Protocol)-MSCHAPv2 (usuari i contrasenya dins d'un túnel TLS), EAP-TTLS (Tunneled Transport Layer Security), EAP-FAST.

Bones pràctiques de seguretat wifi:

• WPA3 o, com a mínim, WPA2-Enterprise amb 802.1X per a la xarxa corporativa.
• Certificats i validació del certificat del servidor al client (per evitar AP falsos).
• SSID separats amb VLAN diferents: corporativa, convidats, IoT, dispositius no gestionats.
• Aïllament de clients i portal captiu amb condicions d'ús a la xarxa de convidats.
• Ocultar l'SSID i filtrar per MAC (Media Access Control) NO són mesures de seguretat: es burlen en segons i només dificulten la gestió.
• WPS (Wi-Fi Protected Setup) desactivat (vulnerable).
• Detecció d'AP no autoritzats i WIPS.
• Segmentació i NAC (Network Access Control) (ENS): control d'accés a la xarxa segons l'estat del dispositiu → tema 52.
• Xifratge del trànsit d'aplicació igualment: la wifi és un mitjà compartit.

5. Disseny i desplegament

Fases:

1. Requisits: usuaris i dispositius simultanis per zona, aplicacions (veu, vídeo, dades), cobertura exterior, velocitat mínima per client i disponibilitat.
2. Estudi predictiu amb plànols i materials de construcció (Ekahau, iBwave, AirMagnet).
3. Estudi de camp (site survey): el seu objectiu és avaluar la propagació real de la radiofreqüència a l'edifici i determinar la ubicació òptima dels punts d'accés, abans de desplegar-los. Tres tipus: passiu (escolta), actiu (amb associació) i espectral (detecció d'interferències no wifi).
4. Disseny: nombre i ubicació dels AP, model d'antena, canals, potència, amplada de canal i relació senyal-soroll.
5. Desplegament: cablatge, PoE, muntatge i configuració.
6. Validació post-desplegament amb un nou estudi de camp.
7. Operació: monitoratge, RRM, actualitzacions i optimització contínua.

Criteris de disseny:

• Dissenyar per CAPACITAT, no per cobertura: en entorns d'alta densitat el límit és el nombre de clients per AP, no el senyal. Un sol AP potent que arriba a tot arreu és un mal disseny.
• Nivell de senyal: ≥ −65 dBm per a dades i ≥ −60/−67 dBm per a veu; SNR (Signal-to-Noise Ratio) ≥ 25 dB.
• Solapament del 15-20 % entre cel·les per permetre la itinerància.
• Reducció de la potència dels AP en entorns densos, perquè les cel·les siguin petites i es reutilitzin els canals.
• Desactivar les taxes de dades baixes (1 i 2 Mbps) per evitar que clients llunyans degradin tota la cel·la.
• Banda de 5/6 GHz preferent amb band steering.
• Comptar amb el pitjor client: la cel·la la determina el dispositiu més limitat, no el portàtil nou.
• QoS/WMM per a veu i vídeo.
• Cablatge i commutació dimensionats: 1 Gbps per AP com a mínim, i multigigabit (2,5/5 Gbps) per a Wi-Fi 6 i posteriors.

Itinerància (roaming)

Un client es mou dins d'un ESS canviant de BSS sense perdre la sessió. La decisió la pren el client, no la xarxa: la controladora pot suggerir, però no obligar, i per això el problema típic és el client enganxat (sticky client) que continua parlant amb un AP llunyà mentre en té un de millor a sobre. Contra això no hi ha cap funció màgica; hi ha disseny: cel·les petites, potència ajustada i el solapament del 15-20 % de l'esquema.

Les tres esmenes que hi ajuden i que s'acostumen a confondre:

• 802.11k: l'AP passa al client un informe de veïns amb els AP candidats i els seus canals, perquè no hagi d'escanejar tot l'espectre per decidir.
• 802.11v: la xarxa suggereix al client que passi a un altre AP (BSS transition management). És la base del band steering i del balanceig de càrrega.
• 802.11r: transició ràpida (fast transition), que reaprofita el material criptogràfic ja negociat perquè el canvi d'AP no repeteixi tot el diàleg d'autenticació.

La diferència es nota justament on més molesta: sense 802.11r, cada canvi d'AP en una xarxa WPA2/WPA3-Enterprise torna a passar per l'autenticació completa contra el RADIUS, i aquesta pausa és prou llarga per tallar una trucada de veu; amb 802.11r el canvi és imperceptible. Per a dades i navegació, en canvi, la pausa passa desapercebuda: 802.11r es justifica per la veu i el vídeo, no per l'ofimàtica.

6. Wi-Fi pública i municipal

Barcelona Wifi és un dels desplegaments de wifi ciutadana més grans d'Europa, amb centenars de punts a equipaments i via pública.

Consideracions específiques:

• Model de contractació: sovint servei gestionat amb un operador; cal definir SLA (Service Level Agreement) de disponibilitat i de cabal, cobertura i manteniment → tema 20.
• Protecció de dades: el registre d'usuaris, l'adreça MAC i les dades de connexió són dades personals; cal base de licitud, informació clara, minimització i terminis de conservació. L'anàlisi de mobilitat a partir de MAC exigeix anonimització robusta i, en general, avaluació d'impacte.
• Conservació de dades de trànsit: la Llei 25/2007 imposa obligacions als operadors; l'ajuntament ha de definir clarament el seu paper.
• Condicions d'ús i filtratge de continguts proporcionat.
• Bretxa digital: la wifi pública és una eina d'inclusió digital, i és un dels arguments centrals per justificar-la.
• Accessibilitat del portal captiu (WCAG (Web Content Accessibility Guidelines) 2.1 AA).
• ENS: segmentació total respecte de la xarxa corporativa municipal.
• IoT urbà: la mateixa infraestructura sol donar servei a xarxes de sensors sense fil (WSN, Wireless Sensor Network) i càmeres, cosa que exigeix VLAN i polítiques separades → tema 62. En un desplegament WSN, cada element té un paper propi: el sensor mesura magnituds habitualment físiques o químiques (temperatura, soroll, ocupació) i les transforma en variables codificades, normalment elèctriques; el concentrador agrupa els senyals de diversos sensors; la passarel·la (gateway) tradueix entre el protocol del sensor i la xarxa IP (Internet Protocol); el transceptor només emet i rep, sense processar. Les WSN solen organitzar-se en malla (mesh)**, amb encaminament salt a salt entre nodes propers.

Claus d'examen

• Si ja hi ha cablatge a cada planta, es connecta cada AP per cable, no per mesh; i una oficina petita no és una gàbia de Faraday: cap de les dues excuses val per no fer estudi de cobertura (TS-TIC 2018 pràctica, p. 19).
• L'objectiu del site survey és avaluar la propagació real de radiofreqüència i triar la ubicació dels AP, no evitar proves posteriors ni és un tràmit de protecció de dades (TS-TIC 2025 pràctica, p. 28).
• MIMO no és una mesura de seguretat: el seu objectiu és augmentar la velocitat i l'abast amb múltiples antenes (TS-TIC 2025 específic, p. 69).
• PoE vol dir que l'AP rep alimentació pel mateix cable de xarxa, no que estigui connectat a un endoll (TS-TIC 2023 específic, p. 35).
• En una xarxa mesh, cada node parla amb els que té a l'abast i el trànsit s'encamina salt a salt (multi-hop); no és una estructura en arbre ni en estrella (TS-TIC 2018 específic, p. 79).

Per recordar

• Wi-Fi 5 = 802.11ac (només 5 GHz); Wi-Fi 6 = 802.11ax (afegeix OFDMA i BSS coloring); Wi-Fi 6E hi afegeix 6 GHz; Wi-Fi 7 = 802.11be amb MLO.
• A 2,4 GHz només hi ha 3 canals no solapats (1, 6, 11).
• MIMO = múltiples antenes i fluxos espacials simultanis per augmentar capacitat i fiabilitat aprofitant el multitrajecte.
• PoE = el commutador alimenta l'AP pel mateix cable de xarxa; 802.3af 15,4 W · at 30 W · bt fins a 90 W.
• La controladora WLAN centralitza configuració, canals i potència (RRM), seguretat, itinerància i monitoratge dels AP; l'AP serveix una cel·la (BSS) i el conjunt de cel·les amb el mateix SSID és un ESS.
• La itinerància la decideix el client: 802.11k li diu quins veïns té, 802.11v l'hi suggereix i 802.11r fa ràpid el canvi (és el que salva la veu).
• WPA3-Enterprise amb 802.1X i EAP-TLS és el màxim; WPA2-Enterprise és el mínim corporatiu acceptable.
• Ocultar l'SSID i filtrar per MAC no són seguretat.
• Dissenyar per capacitat, no per cobertura; senyal ≥ −65 dBm, SNR ≥ 25 dB, solapament del 15-20 %.
• A la wifi ciutadana, la MAC i les dades de connexió són dades personals.