Hace 40 años, con ARPANET recién nacida, seguramente nadie podía imaginar la

importancia que iban a tener, hoy en día, las comunicaciones de datos. Uno de los estándares

más utilizados hoy en día es el al IEEE 802.3, también conocido como Ethernet, un estándar

de comunicación para redes de área local que se basa en un protocolo que se comenzó a

gestarse en Hawaii mientras se diseñaba una de las primeras redes inalámbricas de la

historia: la Red Aloha.

El Estado de Hawaii está situado en el océano Pacífico central y, entre otros atractivos, es una

zona en la que hay gran afición al surf. Precisamente, atraído por el surf, Norman Abramson,

un profesor de ingeniería que había ejercido la docencia en Stanford (1955–1965) y en la

Universidad de Berlkeley (1966), decidió trasladarse a Hawaii a disfrutar de su deporte

favorito. Tras decidir que quería fijar su residencia en este enclave contactó con la

Universidad de Hawaii para solicitar un puesto de profesor y allí ejercería la docencia

desde 1968 hasta 1984 impartiendo clases de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la

Computación.

En 1970, ARPANET estaba ya en funcionamiento y conectaba sus cuatro primeros nodos

dispersos en 4 centros de investigación y universidades estadounidenses. ARPANET marcó

un hito en la historia de las comunicaciones puesto que unía, mediante una red de

conmutación de circuitos, cuatro ubicaciones distantes y permitía la comunicación entre los

cuatro nodos. La Universidad de Hawaii se planteó un problema similar con sus centros de

investigación puesto que algunos estaban situados en distintas islas del archipiélago (Kauai,

Maui, Hawaii y Oahu) y no era posible el intercambio de datos salvo que se tendiesen circuitos

dedicados usando cables submarinos.

Para solventar este problema, y gracias a la financiación de DARPA, la Universidad de Hawaii

puso a Norman Abramson a dirigir este proyecto con el que se perseguía conectar cuatro

islas de Hawaii utilizando una comunicación vía radio, la Red Aloha.

La Red Aloha permitía que los centros de Kauai, Maui y Hawaii pudiesen enviar datos a un

computador central situado en la ciudad de Honolulú (Isla de Oahu). Teniendo en cuenta que

la comunicación iba a ser bidireccional, no era posible instalar un transmisor en Honolulú y

situar receptores en el resto de islas por lo que tuvieron que pensar en un sistema que

permitiese a todos transmitir y recibir datos de manera ordenada para lo cual implementaron

un protocolo de control de acceso al medio.

¿Por qué era necesario un control de acceso al medio? Porque si dos o más equipos

enviaban datos a la vez, ambas señales se pisarían y, cara al receptor, se tomarían como si

fuesen ruido y los datos se perderían. Para evitar que ésto sucediese, cada uno de los

equipos dividiría el conjunto de datos a enviar en paquetes pequeños (para evitar un

monopolio en la transmisión) que se enviarían de uno en uno dejando entre cada uno de estos

envío un tiempo de guarda (para dar la oportunidad a otro nodo a enviar datos). Para

comprobar que la transmisión había sido correcta, el equipo receptor devolvería a la red el

mismo paquete recibido para que el emisor detectase que éste había sido recibido

correctamente y, en el caso de no recibirlo, se asumiría que éste fue incorrecto y se volvería a

enviar.

Si bien el planteamiento era correcto y se evitaban las colisiones y las pérdidas de paquetes

de datos, cuando la red estaba saturada se podía dar el caso de un aumento excesivo de las

colisiones y, por tanto, del número de reenvíos, haciendo que fuese imposible transmitir.

Para mejorar el sistema, el equipo de la Red Aloha introdujo un cambio en el protocolo de

comunicación (Aloha ranurado) en el que se introdujo una señal de reloj que marcaba cuándo

se podía iniciar una comunicación. Cuando se recibía esa señal, las estaciones podían

transmitir y si solamente era una la que debía hacerlo, lo haría dentro de dicho intervalo pero

si eran dos, colisionarían dentro de él pero para el siguiente intervalo, dado que cada una

espera un tiempo aleatorio, no coincidirían y se retomaría la comunicación.

La Red Aloha emitía en dos canales de 100 KHz de ancho de banda, uno a 413'475 MHz que

era utilizado para enviar los datos y el otro, a 407'350 MHz, que era el utilizado para indicar a

las estaciones el inicio de un intervalo de transmisión.

A finales de 1970, la Aloha comenzó a utilizarse en la Universidad de Hawaii y sentó las

bases del protocolo CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de

Colisiones) que se utiliza en Ethernet y también fundamentó el protocolo de comunicaciones

de las comunicaciones vía satélite Inmarsat. Precisamente, el CSMA/CD de Ethernet proviene

de una mejora introducida por Robert Metcalfe al sistema Aloha.

En 1971, Robert Metcalfe, que acaba de terminar sus estudios en el MIT, comenzó a trabajar

en su tesis doctoral y pensó que podía mejorar el sistema ideado por Norman Abramson.

Pensó que era posible mejorar el sistema si se introducía un mecanismo de control para que

las estaciones detectasen que el canal estaba en uso y, así, evitar el inicio de una

comunicación que iba a terminar colisionando con la que estaba en curso. En 1972, Metcalfe

se incorporó al Xerox PARC para trabajar en un sistema de impresión en red que debía ser

rápido y permitir la impresión de documentos desde diversas computadoras Xerox Alto, así

que siguió mejorando el sistema de Aloha hasta desarrollar el Alto Aloha Network que se

terminaría convirtiendo en laprimera implementación de Ethernet, que usaba CSMA/CD como

mecanismo de control de acceso al medio.

Aloha fue la primera red de conmutación de paquetes inalámbrica del mundo y gracias a

un IMP que consiguió la Universidad de Hawaii en 1972, Aloha se conectó a ARPANET,

siendo también la primera red que se conectaba ARPANET a otra red.

Otro

La red Aloha nace bajo la necesidad de comunicar diferentes centros de investigación

situados en diferentes islas del archipiélago polinesio, la Universidad de Hawai en 1970 ayuda

en la investigación con el presupuesto de DARPA, el Ministerio de Defensa de EEUU.

Después de ésta investigación y el éxito que se obtuvo, se puede afirmar que  éste es el inicio

del actual Internet. 

El principal desarrollador fue Norman Abramson un ingeniero informático estadounidense, los 

colaboradores  de Abramson pretendían conectar usuarios remotos con una computadora

central situada en Honolulu. Hasta entonces la solución podría ser conectar mediante cables

submarinos lo cual no parecía una solución muy satisfactoria, pero lo que se hizo fue a través

de una red inalámbrica utilizando ondas de radio

Con esto se logró transmitir y recibir en las mismas frecuencias, lo que hacía que todos

escucharan lo que cada uno de ellos transmitía.

La Red Aloha emitía en dos canales de 100 KHz de ancho de banda, uno a 413’475 MHz que

era utilizado para enviar los datos y el otro, a 407’350 MHz, que era el utilizado para indicar a

las estaciones el inicio de un intervalo de transmisión.

A finales de 1970, la Aloha comenzó a utilizarse en la Universidad de Hawai y sentó las bases

del protocolo CSMA/CD (Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de

Colisiones) que se utiliza en Ethernet (es un estándar de redes de área local para

computadores con acceso al medio por contienda ) y también fundamentó el protocolo de

comunicaciones vía satélite. Precisamente, el CSMA/CD de Ethernet proviene de una mejora

introducida por Robert Metcalfe al sistema Aloha.

En 1971, Robert Metcalfe otro personaje importante del desarrollo de la red Aloha , ya que

pensó que podía mejorar el sistema ideado por Norman Abramson. Creía que éste se podría

mejorar si se introducía un mecanismo de control para que las estaciones detectasen que el

canal estaba en uso y, así, evitar el inicio de una comunicación que iba a terminar

colisionando con la que estaba en curso. En 1972, Metcalfe se incorporó al Xerox PARC para

trabajar en un sistema de impresión en red que debía ser rápido y permitir la impresión de

documentos desde diversas computadoras Xerox Alto, así que siguió mejorando el sistema de

Aloha hasta desarrollar el Alto Aloha Network que se terminaría convirtiendo en la primera

implementación de Ethernet, que usaba CSMA/CD como mecanismo de control de acceso al

medio.

Para que exista internet primero tuvo que existir ARPANET, un proyecto iniciado en la década

de los 60’s para comunicar varias computadoras alejadas una de la otra. Joseph Carl Robnett

Licklider escribió varios memos reflexionando acerca de una red intergaláctica.

Protocolo Aloha PuroDe acuerdo a  la distribución de los nodos en las islas y el nodo principal para  tener comunicación se pensó en que las diferentes estaciones compartiesen el mismo canal sin preocuparse de si estaba libre o no. Cuando una estación deseaba transmitir, simplemente emitía un frame. Una vez finalizado quedaba  en espera de recibir la confirmación de que la información había  sido recibida correctamente por el destinatario. Si después de un  tiempo determinado  no se recibía 

confirmación, el emisor supone que habría  ocurrido una colisión (recordemos que una colisión se produce cuando dos o más estaciones introducen información dentro del canal al mismo tiempo, trayendo como consecuencia la invalidación de todas las tramas que se vieron afectadas) por lo que  se esperaba un tiempo aleatorio y  a continuación se reenviaba el frame.El problema principal del protocolo es que el envío de frames por parte de los nodos se hace en forma confusa y basta que dos frames colisionen o se solapen, solamente en un bit, para que ambos sean inútiles y deban retransmitirse, puesto que los nodos sólo se percatarán del problema después de haber terminado la transmisión. Por otro lado, el segundo frame podría colisionar con un tercero y así sucesivamente,  las colisiones aumentan de manera no lineal y el rendimiento decae rápidamente. El rendimiento máximo de Aloha es de 18.4%, que se consigue con una utilización del canal del 50%, esto significa que el 81.6% del total disponible de ancho de banda se está desperdiciando básicamente debido a estaciones tratando de emitir al mismo tiempo.De esta forma podemos visualizar las siguientes ventajas y desventajas del protocolo  Aloha Puro:Ventaja:Desventajas: Protocolo Aloha RanuradoPara mejorar las prestaciones de Aloha se definió Aloha ranurado (slotted)  por Roberts Melcalfe en 1972, con la única diferencia de que los nodos  sólo pueden transmitir en unos determinados instantes de tiempo o slots.  Este sincronismo hace que cuando una terminal quiera transmitir debe esperar al inicio del nuevo periodo para hacerlo. De  esta manera el número de colisiones es menor  que en Aloha Puro. Sin embargo esto no indica que no ocurran colisiones, cuando  dos estaciones quieren transmitir, y esperan hasta el siguiente slot, produciéndose una colisión. Vuelven a intentarlo una vez más, produciéndose una nueva colisión. A partir de ahí las dos estaciones consiguen transmitir con éxito. De esta manera el número de colisiones producidas es menor que si trabajáramos con aloha simple en el que se hubieran producido cuatro colisiones que aquí han sido transmisiones con éxito.  Esta pequeña modificación tiene como consecuencia la subida del rendimiento en un 50%  y se duplica el rendimiento a 36.8%.De manera general  se observa lo siguiente:Ventaja:Desventajas: 

CONCLUSIONESDe esta forma se sabe que Aloha  se ejecutaba usando módems de 9.600 baudios de un extremo a otro de Hawai. El sistema usaba dos canales de frecuencia de 100 kHz: el primero era el canal de emisión a 413'475 MHz; y el otro, canal de acceso aleatorio a 407'350 MHz. La red tenía una topología de estrella , con un único computador central (un HP 2100 ) en la universidad que recibía todos los mensajes en el canal de acceso aleatorio, y reenviándolos entonces a todos los nodos por el canal de emisión;  por lo que se reducía el número posible de colisiones, ya que no había colisiones en absoluto en la frecuencia de emisión. Posteriores mejoras añadieron repetidores que también actuaban como hubs, incrementando enormemente el área y la capacidad total de la red.Es así como el sistema de funcionamiento  del protocolo Aloha  es fundamento de  CSMA/CD, Acceso Múltiple con Detección de Portadora y Detección de Colisiones que es  el estándar  para Ethernet, de esta manera  Ethernet trabaja mucho mejor que Aloha para todos  los casos en los que todas las estaciones pueden escuchar a cada una de las  demás para así evitar colisiones. En la actualidad Aloha ranurado se usa  en redes tácticas de sátelites de comunicaciones en el    utilizando  un bajo de ancho de banda.

Primer protocolo de acceso al medio aleatorio, creado en los años 70 en la universidad de Hawaii. Una de las palabras mas importantes dentro de la cultura de Hawaii y su danza "Huka" es la palabra ALOHADecía que esta sencilla pero profunda palabra se divide en cinco letras que representan a su vez

cinco valores en la lista de principios del Hula.Alo- Comparte Ha- tu aliento divino El secreto de vivir el “Aloha” es compartir constantemente el aliento de vida… Nosotros Saluditos.

En los últimos años se ha verificado la proliferación de redes inalámbricas. Esto se

debe a varias razones, como el estilo de vida actual, la necesidad de mantener

conectividad a redes locales o Internet de forma constante, el soporte a la movilidad,

mayor flexibilidad, etc.

La aparición de las redes inalámbricas ofrece muchas ventajas además de las

referidas anteriormente. Entre ellas está la compatibilidad con las redes cableadas ya

existentes, la facilidad de instalación, la reducción en los costes, la sencillez de

administración, su escalabilidad, la capacidad de atravesar barreras físicas, etc. Pero

su existencia no es fruto de un trabajo ni mucho menos sencillo, para comprender

como hemos llegado hasta las redes WI-FI actuales, será mejor que vayamos al

origen de las comunicaciones sin cable.

Orígenes de la comunicación inalámbrica

Para hablar de la historia de las redes inalámbricas nos remontaremos 1880, en este

año, Graham Bell y Summer Tainter inventaron el primer aparato de comunicación sin

cables, el fotófono. El fotófono permitía la transmisión del sonido por medio de una

emisión de luz, pero no tuvo mucho éxito debido a que por aquel entonces todavía no

se distribuía la electricidad y las primeras bombillas se habían inventado un año antes.

Esquema de funcionamiento de un fotófono

En 1888 el físico alemán Rudolf Hertz realizó la primera transmisión sin cables con

ondas electromagnéticas mediante un oscilador que usó como emisor y un resonador

que hacía el papel de receptor. Seis años después, las ondas de radio ya eran un

medio de comunicación. En 1899 Guillermo Marconi consiguió establecer

comunicaciones inalámbricas a través del canal de la Mancha, entre Dover y

Wilmereux y, en 1907, se transmitían los primeros mensajes completos a través del

Atlántico. Durante la Segunda Guerra Mundial se produjeron importantes avances en

este campo.

Primera red local inalámbrica

No fue hasta 1971 cuando un grupo de investigadores bajo la dirección de Norman

Abramson, en la Universidad de Hawaii, crearon el primer sistema de conmutación de

paquetes mediante una red de comunicación por radio, dicha red se llamo ALOHA.

Ésta es la primera red de área local inalámbrica (WLAN), estaba formada por 7

computadoras situadas en distintas islas que se podían comunicar con un ordenador

central al cual pedían que realizara cálculos. Uno de los primeros problemas que

tuvieron y que tiene todo nuevo tipo de red inventada fue el control de acceso al

medio (MAC), es decir, el protocolo a seguir para evitar que las distintas estaciones

solapen sus mensajes entre sí. En un principio se solucionó haciendo que la estación

central emitiera una señal intermitente en una frecuencia distinta a la del resto de

computadoras mientras estuviera libre, de tal forma que cuando una de las otras

estaciones se disponía a transmitir, antes “escuchaba” y se cercioraba de que la

central estaba emitiendo dicha señal para entonces enviar su mensaje, esto se

conoce como CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

Red Aloha

Un año después Aloha se conectó mediante ARPANET al continente americano.

ARPANET es una red de computadoras creada por el Departamento de Defensa de

los EEUU como medio de comunicación para los diferentes organismos del país.

A finales de la década de los setenta se publicaron los resultados de un experimento

consistente en utilizar enlaces infrarrojos para crear una red local en una fábrica

llevado a cabo por IBM en Suiza.

Funcionamiento

La forma de trabajar de las redes a grosso modo es la siguiente:

Como ya hemos visto se utilizan ondas electromagnéticas para transportar

información de un punto a otro, para este objetivo se hace uso de ondas portadoras.

Estas ondas son de una frecuencia mucho más alta que la onda moduladora (la señal

que contiene la información a transmitir). La onda moduladora se acopla con la

portadora, a esto se llama modulación, surgiendo una señal de radio que ocupa más

de una frecuencia (un ancho de banda) debido a que la frecuencia de la primera se

acopla a la de la segunda. Gracias a esto pueden existir varias portadoras

simultáneamente en el mismo espacio sin interferirse, siempre y cuando se transmitan

en diferentes frecuencias. Otra ventaja de la modulación mediante ondas portadoras

es la mayor facilidad en la transmisión de la información. Resulta más barato

transmitir una señal de frecuencia alta (como es la modulada) y el alcance es mayor.

El receptor se sintoniza para seleccionar una frecuencia de radio y rechazar las

demás, tras esto demodulará la señal para obtener los datos originales, es decir, la

onda moduladora. Como curiosidad, el dispositivo electrónico encargado de esta tarea

se llama módem debido a que MOdula y DEModula.

En el ejemplo anterior, la primera onda es la moduladora, la segunda la portadora y, la

tercera, la combinación de las dos anteriores.

IEEE

Para que las redes inalámbricas se pudieran expandir sin problemas de

compatibilidad había que establecer unos estándares, por ello IEEE creó un grupo de

trabajo específico para esta tarea llamado 802.11, así pues, se definiría con este

estándar el uso del nivel físico y de enlace de datos de la red (donde entra la MAC

comentada anteriormente), especificando sus normas de funcionamiento. De este

modo lo único que diferencia una red inalámbrica de una que no lo es, es cómo se

transmiten los paquetes de datos, el resto es idéntico. La consecuencia de esto es

que el software que vaya funcionar con la red, no deberá tener en cuenta qué tipo de

red es y que ambos tipos de redes son totalmente compatibles.

IEEE 802.11 define dos modos básicos de operación: ad-hoc e infraestructura. El

primero se basa en que los terminales se comunican libremente entre sí, se suele

encontrar en entornos militares, operaciones de emergencia, redes de sensores,

comunicación entre vehículos, etc. El segundo y mayoritario, en que los equipos están

conectados con uno o más puntos de acceso normalmente conectados a una red

cableada que se encargan del control de acceso al medio, podemos ver este modo de

operación en hogares, empresas e instituciones públicas.

Infraestructura

Ad-hoc

WECA -WIFI

En 1999 Nokia y Symbol Technologies crearon la asociación Wireless Ethernet

Compatibility Alliance (WECA), que en 2003 fue renombrada a WI-FI Alliance

(WIreless FIdelity), el objetivo de ésta fue crear una marca que permitiese fomentar

más fácilmente la tecnología inalámbrica y asegurar la compatibilidad de equipos. En

el 2000, la WECA certificó según la norma 802.11b (revisión del 802.11 original) que

todos los equipos con el sello WI-FI podrán trabajar juntos sin problemas. 802.11b

utilizaba la banda de los 2,4Ghz y alcanzaba una velocidad de 11Mbps.

Posteriormente surgiría 802.11a que generó problemas puesto que usaba la banda de

los 5Ghz que, si bien estaba libre en Estados Unidos, en Europa estaba reservada

para fines militares. Esto generó un parón en ésta tecnología inalámbrica, lo que nos

hace ver la importancia de la instauración de unos estándares válidos para todos. En

2003 tras costosas deliberaciones vio la luz el 802.11g que funcionaba en la misma

banda que la “b”, pero tenía una velocidad máxima de 54Mbps.

Las complicaciones que acarreó la convivencia de estos tres estándares “a”, “b” y “g”,

se debían a que eran incompatibles. Para resolver esta situación se comenzó a

producir hardware capaz de saltar entre estas tres especificaciones sin cortar la

conexión para ello y lanzando soluciones multipunto. Llegados a este caso, Europa

puso la banda de los 5Ghz a disposición del uso civil, actualmente hay otras

tecnologías que usan estas frecuencias, como el Bluetooth. Hoy en día el estándar

vigente en el software común es el 802.11n que va en los 2,4Ghz y 5Ghz

simultáneamente con una velocidad de 108Mbps aunque la velocidad real podría

llegar en un futuro a los 600Mbps. Es curioso el hecho de que hay fabricantes de

hardware que sacaron al mercado tarjetas WI-FI compatibles con 802.11n antes de

que su certificación, por lo que realmente son compatibles con el borrador y no con el

definitivo.

Uno de los grandes inconvenientes de las redes inalámbricas es la seguridad, pues

las ondas de radio pueden ser captadas por cualquier receptor y existen programas

capaces de capturar paquetes a través de tarjetas WI-FI. Ya en 1999 con el estándar

original 802.11 se incluyó Wired Equivalent Privacy (WEP), un sistema de cifrado para

este tipo de redes que permite cifrar la información que transmite con claves de 64 o

128 bits. Debido a las vulnerabilidades descubiertas en el sistema WEP en 2003 se

desarrolló WPA en la versión 802.11i del estándar IEEE. WPA autentica los usuarios

mediante el uso de un servidor donde se almacenan las credenciales y las

contraseñas de los usuarios de la red. Un año después, sobre 802.11i, se ratificó

WPA2, una mejora del anterior que hoy en día, se considera el protocolo más robusto

para WI-FI. Tanto WPA como WPA2 no sustituyen WEP, sino que lo refuerzan.

Otras desventajas que tienen las redes WI-FI es la incompatibilidad con otros

sistemas inalámbricos como Bluetooth, UMTS, GPRS, etc. Así como la menor

velocidad en comparación con las redes cableadas debido a las interferencias (otras

señales de redes inalámbricas), ruidos como las ondas que emite un microondas por

ejemplo y pérdidas de señal que el ambiente puede acarrear. Estos problemas se

pueden solucionar en parte generando canales de tráfico simultáneos entre las

distintas antenas de los productos 802.11n.

WIMAX

Actualmente existe una norma de transmisión de datos llamada WIMAX (IEEE 802.16)

que utiliza las ondas de radio en las frecuencias 2,5 y 5Ghz, es una tecnología dentro

de las conocidas como tecnologías de última milla. Está diseñada para dar servicios

de banda ancha en zonas donde el despliegue de cable o fibra por baja densidad de

población representa unos costes por usuario muy elevados. Éste sistema cubre

distancias de hasta 80km y una velocidad máxima de 75Mbps.

Finalmente, hay que señalar que las redes de Internet inalámbricas siguen en

constante desarrollo para mayores velocidades de transmisión, para obtener

tecnologías que mejoren la conectividad, la fiabilidad, la seguridad y que resuelvan

problemas de ruidos e interferencias.