Las redes WiFi y Wimax como alternativa para la conectivad del campus universitario

Resumen

Las redes basadas en los estándares 802.11 (WiFi)
y 802.16 (Wimax) son el último gran éxito de la
tecnología inalámbrica al ser la de mayor
instalación alrededor del mundo. La literatura
especializada recoge estrategias para incrementar las capacidades
de cobertura de estas redes con las que se han podido resolver
problemas de comunicación en zonas marginadas y rurales,
así como en determinadas zonas de las ciudades. En Cuba,
el acceso a las redes universitarias por parte de los profesores
e investigadores se realiza a través del uso de
líneas conmutadas de bajas velocidades y prestaciones
mediante una red de datos pública del proveedor nacional
de telefonía. Este tipo de conexiones por sus
características limitan el uso de los servicios por parte
de los usuarios. El presente trabajo presenta una propuesta de
creación de una red de acceso a la Red-UIJ, controlada
para los profesores e investigadores a partir de un enlace punto
a punto Wimax y un despliegue WiFi en la mayor localidad del
municipio de la Isla de la Juventud, lo cual permitirá el
incremento del número de usuarios con acceso a esta
tecnología disminuyendo el costo de conectividad y
aumentando las velocidades de conexiones. Con lo cual se da un
mejor uso de la Tecnología de la Información y las
Comunicaciones en función de los profesores e
investigadores de la universidad pinera.

SUMMARY

The nets based on the standards 802.11 (WiFi) and 802.16
(Wimax) they are the last great success from the wireless
technology to the being that of more installation around the
world. The specialized literature picks up strategies to increase
the capacities of covering of these nets with those that have
been able to solve communication problems in excluded areas and
rural, as well as in certain areas of the cities. In Cuba, the
access to the university nets on the part of the professors and
investigators is carried out through the use of commuted lines of
low speeds and benefits by means of the national supplier's of
telephony public net of data. This type of connections for its
characteristics limits the use of the services on the part of the
users. The present work presents a creation proposal from an
access net to the Net-UIJ, controlled for the professors and
investigators starting from a connection point to point Wimax and
an unfolding WiFi in the biggest town in the municipality of the
Youth's Island, that which will allow the increment of the number
of users with access to this technology diminishing the
connection cost and increasing the speeds of connections. With
that which is given a better use of the Technology of the
Information and the Communications in the professors' function
and investigators of the university of the the youth's
island.

PALABRAS CLAVES

Alternativa comunicativa, WiFi, Wimax,
Backhaul, ISP (Proveedor de Servicios de Internet)

Introducción

Historia de la universidad de la
isla

En los años 60, primera década
revolucionaria, comienza a materializarse la
transformación económica y social de Isla de Pinos.
A mediados de la década arriban a la Isla varios
contingentes de jóvenes de ambos sexos para trabajar en el
desarrollo del sector agropecuario, por períodos limitados
de uno o dos años; muchos de ellos deciden establecerse de
forma permanente ante las posibilidades de obtener vivienda y
cursar estudios en los Institutos Tecnológicos creados.
Los objetivos del desarrollo agropecuario demandan una fuerza de
trabajo técnicamente calificada de nivel universitario.
Por tal necesidad el Ministerio de Educación decide crear
la Sede Universitaria de Isla de Pinos y desde 1972 comienzan las
labores organizativas para su fundación, tarea encomendada
a la Universidad de La Habana y que contó con el pleno
apoyo del PCC dirigido por el capitán Arturo Lince
González, combatiente del II Frente en la Sierra Maestra;
la UJC dirigida por Roberto Ogando Saz y el Ministerio de la
Agricultura en la entonces Región de Isla de Pinos. El26
de noviembre de 1972 en la página uno del periódico
Victoria se publica la información de que en enero de 1973
comenzaría a funcionar una unidad de la Facultad de
Ciencias Agropecuarias de la Universidad de la Habana, que el
período de matrícula permanecería abierto
del 4 al 30 de diciembre.

Desarrollo de las TIC"s en la
UIJ

El desarrollo de las Tecnologías de las
Informáticas y las Comunicaciones (TIC"s) data de la
década del 90 en Cuba, el mismo demoró algo en
hacer su aparición en la Universidad Jesús
Montané Oropesa de la Isla de la Juventud (en lo adelante
UIJ). La UIJ contaba en el año 1998 con un laboratorio
docente dotado con 10 máquinas de baja tecnología,
sin discos duros. Para trabajar en estas máquinas era
necesario portar discos de 5¼ con sistemas operativos y en
otros discos el software a usar en dependencia de las tareas a
realizar. Además se contaba en aquel entonces con dos PC
con procesadores Intel 80486, una con Windows 3.11 y otra con
Windows 95.

A partir de este año el esfuerzo del país
de mejorar la situación existente con las TIC"s se empieza
a sentir, cuando comenzaron a entrar a la UIJ máquinas con
tecnologías superiores. De manera escalonada se fueron
adquiriendo PCs, estas ya con procesadores Pentium de
generaciones I y II así como un Pentium MMX. A mediados
del 2000 ya la universidad contaba con alrededor de 15 PCs con
condiciones mínimas para poder hacer una LAN y comenzar a
prestar servicios con una mayor calidad a sus
usuarios.

Red UIJ

La red de datos de la Universidad Jesús
Montané Oropesa (en lo adelante Red-UIJ) nace a finales
del año 2000 a raíz de la adquisición de
máquinas computadoras y de la necesidad de sus
profesionales de comunicarse con homólogos de otras
universidades, navegar en internet, y otras. En este año
se logra conformar la primera red de la universidad compuesta
solamente por 11 máquinas, 10 del laboratorio docente y 1
del Dpto. de Economía.

Problema: ¿Cómo contribuir a
mejorar el acceso de los profesores e investigadores a la
RED-UIJ, con el aumento de las velocidades de conexión y
la disminución los costos de conectividad
existentes?

Objetivo General: Diseñar una red
Comunitaria para la UIJ que permita el incremento de conexiones
de profesores e investigadores y con ello disminuir las
limitaciones en infraestructura comunicacional.

Objetivos específicos:

• Implementar un sistema de red inalámbrica
  WiMax entre los dos edificios de la UIJ que permita aumentar
  la conectividad entre estos.

• Realizar un despliegue de puntos de acceso WiFi en
  la ciudad de Nueva Gerona que permita la conexión de
  los profesores e investigadores con la RED-UIJ y disminuir
  las limitaciones de conectividad por vía
  conmutada.

Análisis y
contextualización del problema

Estado actual del enlace con el otro
edificio del campus universitario

El campus universitario está compuesto por 2
edificios separados a 4 km aproximadamente (Figura 1). El primer
edificio que es donde radica el grueso de la universidad y es el
más alejado del centro de la ciudad de Nueva Gerona. A
diferencia del primer edificio el segundo se encuentra situado
favorablemente en la misma ciudad y se encuentra conectado con el
edificio principal por un enlace dedicado a 2 Mbps. La
universidad cuanta con un enlace a internet con nuestro ISP que
nos permite mantenernos conectados con Internet y prestar los
servicios a nuestros usuarios.

Figura 1:

Estado actual de la conexión de
la UIJ

En la actualidad la UIJ cuenta con una red de
computadoras compuesta por más de 260 PC y un nodo de
datos centralizado que presta servicio a todas las facultades y
departamentos de la universidad.

El Nodo de la Red-UIJ presta entre otros los siguientes
servicios:

• Navegación en Internet.

• Correo Nacional e Internacional.

• Hospedaje de Sitios Webs.

• Actualización Centralizada de
  Antivirus.

• Servicio de Mensajería
  Instantánea.

• Actualización de Repositorios para
  distribuciones Linux y Windows.

• Servicio de FTP.

• Servidores de Bases de Datos.

• Servicio de Acceso Remoto.

El presente artículo, pondera su referencia al
Servicio de Acceso Remoto, pues es el que hace más
difícil la conectividad de los profesores e investigadores
desde sus hogares. El uso de la banda ancha en Cuba para
particulares no es un servicio que se preste aún. Los
profesores e investigadores de la universidad tienen que usar
conexiones de datos usando líneas conmutadas.

Nueva propuesta
de conectividad entre los campus usando Wimax

WIMAX

Wimax son las siglas de Worldwide Interoperability for
Microwave Access (interoperabilidad mundial para acceso por
microondas). Es una norma de transmisión de datos usando
ondas de radio.

Es una tecnología dentro de las conocidas como
tecnologías de última milla, también
conocidas como bucle local que permite la recepción de
datos por microondas y retransmisión por ondas de radio.
El protocolo que caracteriza esta tecnología es el IEEE
802.16. Una de sus ventajas es dar servicios de banda ancha en
zonas donde el despliegue de cable o fibra por la baja densidad
de población presenta unos costos por usuario muy elevados
(zonas rurales).

Los perfiles del equipamiento que existen actualmente en
el mercado; compatibles con WiMAX, son exclusivamente para las
frecuencias de 2,5 y 3,5 Ghz como puede comprobarse en la base de
datos de WiMax Forum.

Existen planes para desarrollar perfiles de
certificación y de interoperabilidad para equipos que
cumplan el estándar IEEE 802.16e (lo que
posibilitará movilidad), así como una
solución completa para la estructura de red que integre
tanto el acceso fijo como el móvil. Se prevé el
desarrollo de perfiles para entorno móvil en las
frecuencias con licencia en 2,3 y 2,5 Ghz.

Actualmente se recogen dentro del estándar
802.16, existen dos variantes:

• Uno de acceso fijo, (802.16d), en el que se
  establece un enlace radio entre la estación base y un
  equipo de usuario situado en el domicilio del usuario, Para
  el entorno fijo, las velocidades teóricas
  máximas que se pueden obtener son de 70 Mbps con un
  ancho de banda de 20 MHz. Sin embargo, en entornos reales se
  han conseguido velocidades de 20 Mbps con radios de
  célula de hasta 6 Km, ancho de banda que es compartido
  por todos los usuarios de la célula.

• Otro de movilidad completa (802.16e), que permite el
  desplazamiento del usuario de un modo similar al que se puede
  dar en GSM/UMTS, el móvil, aun no se encuentra
  desarrollado y actualmente compite con las tecnologías
  LTE, (basadas en femtocélulas, conectadas mediante
  cable), por ser la alternativa para las operadoras de
  telecomunicaciones que apuestan por los servicios en
  movilidad, este estándar, en su variante "no
  licenciado", compite con el WiFi IEEE 802.11n, ya que la
  mayoría de los portátiles y dispositivos
  móviles, empiezan a estar dotados de este tipo de
  conectividad (principalmente de la firma Intel).

Características de
Wimax

• Distancias de hasta 80 kilómetros, con
  antenas muy direccionales y de alta ganancia.

• Velocidades de hasta 75 Mbps, 35+35 Mbps, siempre
  que el espectro esté completamente limpio.

• Facilidades para añadir más canales,
  dependiendo de la regulación de cada
  país.

• Anchos de banda configurables y no cerrados, sujeto
  a la relación de espectro.

• Permite dividir el canal de comunicación en
  pequeñas subportadoras (Dos tipos Guardias y
  Datos).

WiFi

Wi-Fi es una marca de la Wi-Fi Alliance
(anteriormente la WECA: Wireless Ethernet Compatibility
Alliance), la organización comercial que adopta,
prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares
802.11 relacionados a redes inalámbricas de área
local.

Seguridad y fiabilidad

Uno de los problemas más graves a los cuales se
enfrenta actualmente la tecnología Wi-Fi es la progresiva
saturación del espectro radioeléctrico, debido a la
masificación de usuarios, esto afecta especialmente en las
conexiones de larga distancia (mayor de 100 metros). En realidad
Wi-Fi está diseñado para conectar ordenadores a la
red a distancias reducidas, cualquier uso de mayor alcance
está expuesto a un excesivo riesgo de
interferencias.

Un muy elevado porcentaje de redes son instalados sin
tener en consideración la seguridad convirtiendo
así sus redes en redes abiertas (o completamente
vulnerables a los crackers), sin proteger la información
que por ellas circulan.

Existen varias alternativas para garantizar la seguridad
de estas redes. Las más comunes son la utilización
de protocolos de cifrado de datos para los estándares
Wi-Fi como el WEP, el WPA, o el WPA2 que se encargan de codificar
la información transmitida para proteger su
confidencialidad, proporcionados por los propios dispositivos
inalámbricos. La mayoría de las formas son las
siguientes:

• WEP, cifra los datos en su red de forma que
  sólo el destinatario deseado pueda acceder a ellos.
  Los cifrados de 64 y 128 bits son dos niveles de seguridad
  WEP. WEP codifica los datos mediante una "clave" de cifrado
  antes de enviarlo al aire. Este tipo de cifrado no
  está muy recomendado, debido a las grandes
  vulnerabilidades que presenta, ya que cualquier cracker puede
  conseguir sacar la clave.

• WPA: presenta mejoras como generación
  dinámica de la clave de acceso. Las claves se insertan
  como de dígitos alfanuméricos, sin
  restricción de longitud

• IPSEC (túneles IP) en el caso de las VPN y el
  conjunto de estándares IEEE 802.1X, que permite la
  autenticación y autorización de
  usuarios.

• Filtrado de MAC, de manera que sólo se
  permite acceso a la red a aquellos dispositivos autorizados.
  Es lo más recomendable si solo se va a usar con los
  mismos equipos, y si son pocos.

• Ocultación del punto de acceso: se puede
  ocultar el punto de acceso (Router) de manera que sea
  invisible a otros usuarios.

• El protocolo de seguridad llamado WPA2
  (estándar 802.11i), que es una mejora relativa a WPA.
  En principio es el protocolo de seguridad más seguro
  para Wi-Fi en este momento. Sin embargo requieren hardware y
  software compatibles, ya que los antiguos no lo
  son.

Sin embargo, no existe ninguna alternativa totalmente
fiable, ya que todas ellas son susceptibles de ser
vulneradas

Dispositivos

Existen varios dispositivos que permiten interconectar
elementos Wi-Fi, de forma que puedan interactuar entre sí.
Entre ellos destacan los routers, puntos de acceso, para la
emisión de la señal Wi-Fi y las tarjetas receptoras
para conectar a la computadora personal, ya sean internas
(tarjetas PCI) o bien USB.

• Los puntos de acceso funcionan a modo de emisor
  remoto, es decir, en lugares donde la señal Wi-Fi del
  router no tenga suficiente radio se colocan estos
  dispositivos, que reciben la señal bien por un cable
  UTP que se lleve hasta él o bien que capturan la
  señal débil y la amplifican (aunque para este
  último caso existen aparatos especializados que
  ofrecen un mayor rendimiento).

• Los router son los que reciben la señal de la
  línea ofrecida por el operador de telefonía. Se
  encargan de todos los problemas inherentes a la
  recepción de la señal, incluidos el control de
  errores y extracción de la información, para
  que los diferentes niveles de red puedan trabajar.
  Además, el router efectúa el reparto de la
  señal, de forma muy eficiente.

• Además de routers, hay otros dispositivos que
  pueden encargarse de la distribución de la
  señal, aunque no pueden encargarse de las tareas de
  recepción, como pueden ser hubs y switches. Estos
  dispositivos son mucho más sencillos que los routers,
  pero también su rendimiento en la red de área
  local es muy inferior

• Los dispositivos de recepción abarcan tres
  tipos mayoritarios: tarjetas PCI, tarjetas PCMCIA y tarjetas
  USB.

Basados en la herramienta Google Earth, se analiza la
dimensión y distribución de la Red Wimax para crear
la conexión del edificio principal de la UIJ con el
segundo edificio del campus universitario ubicado en Nueva
Gerona. Esta herramienta contiene un elemento básico para
el análisis del enlace telemático central del
backhaul, y se denomina regla; con esta se hace una
estimación de la distancia en línea recta entre dos
puntos. Así, usando la regla de Google Earth se obtiene
que la distancia entre los dos edificios es de aproximadamente
4.37 Km. Este enlace principal de la Red WiMax se muestra en la
Figura 2

Figura 2: Distancia entre los dos
edificios del campus universitario (4.37 Km.)

En nuestro caso, se propone y diseña una
topología para crear una conexión
inalámbrica que interconecte los dos edificios del campus
universitario.

En una primera fase sólo se hace el enlace
telemático de la UIJ a Nueva Gerona usando dos
dispositivos Wimax que estarían ubicados de la siguiente
manera:

• 1. Primer dispositivo en el Edificio Principal
  de la UIJ.

• 2. Segundo dispositivo en el Segundo Edificio
  del Campus Universitario situado en Nueva Gerona.

Esto permitirá conectar los dos edificios del
campus universitario con un ancho de banda mayor del que se
cuenta hoy.

A partir del segundo dispositivo se comenzará el
despliegue para distribuir en los alrededores de estos la
señal, usando la tecnología 802.11b/g mediante
antenas omnidireccionales (IEEE, 2007).

Una vez realizado el despliegue los profesores
podrán tener acceso a la red usando los dispositivos
inalámbricos de las laptops o adquiriendo dispositivos de
recepción de tipo USB.

Acceso y
seguridad

Para el control del acceso a la red desde las estaciones
de trabajo se usará un servidor Radius montado en el Nodo
Central de la UIJ usando Freradius corriendo sobre Debian
Squeeze. Los usuarios deben estar registrados previamente en una
base de datos en MySQL o Postgres en la cual se
autenticarán una vez que vayan a acceder a la red. Para
lograr un nivel de Seguridad Adecuado se usará alguno de
los protocolos de cifrado de datos para los estándares
Wi-Fi.

Una vez conectados a la Red-UIJ los accesos a los
servicios y recursos que brinda la UIJ se realizarán
mediante los servidores específicos en cada caso y con sus
respectivos métodos de autenticación.

En el caso del acceso a Internet se efectuará
haciendo uso del Servidor Proxy de nuestra Red (Squid 3.1.2) el
cual implementa otro nivel de seguridad al solicitar
autenticación para poder usarlo. De manera similar ocurre
en todos los servicios que se brindan en la Red-UIJ. Todos los
servicios de nuestra red usan protocolos seguros y certificados
de para el cifrado de la información al circular por la
Red-UIJ.

La implementación de todos los servicios de
gestión y control de acceso descritos en este
epígrafe, se lleva al cabo utilizando herramientas de
software libre, esto es, que no tiene costo alguno ni pago de
licencias de ningún tipo. Son herramientas estables y
confiables utilizadas en muchas universidades alrededor del
mundo, así como en las dependencias de gestión
pública. Los servidores se pueden montar en equipo de
re-uso, lo cual contribuye también en la
disminución de costes.

Conclusiones

• Se diagnosticó las condiciones con las que
  cuenta el UIJ para la realización del presente
  proyecto, viendo la distancia existente entre la
  institución que fungirá como servidor y la
  infraestructura necesaria para el desarrollo de esta
  investigación.

• Se propone una red inalámbrica para los
  profesores de la Universidad de la Isla de la Juventud en
  Cuba, la cual debe contribuir al incremento del uso de los
  servicios de Internet.

• Se propondrá dicho diseño a las
  autoridades de la UIJ y del Ministerio de Educación
  Superior en Cuba, el cual debe permitir la
  interconexión con otros centros e instituciones del
  territorio pinero.

• Las principales aportaciones son: Un diseño
  telemático que nos permite tener un sistema celular
  WiFi, escalable y robusto. Usando Wimax como enlace entre dos
  edificios de un campus universitario.

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• Wireless, C. C. (2008) Redes LAN
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Autor:

Leyva Ballarts Yasnier
Lic

Universidad de la Isla de la Juventud
JMO