Konzeption, Evaluierung und exemplarische Implementierung von WLAN-Lösungen

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1 Informatik Thorsten Steffen Konzeption, Evaluierung und exemplarische Implementierung von WLAN-Lösungen Diplomarbeit

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3 Fachhochschule Köln University of Applied Sciences Cologne Campus Gummersbach Fakultät für Informatik und Ingenieurwesen Verbundstudiengang Wirtschaftsinformatik Diplomarbeit (Vier-Monats-Arbeit) zur Erlangung des Diplomgrades Diplom-Informatiker (FH) in der Fachrichtung Informatik Konzeption, Evaluierung und exemplarische Implementierung von WLAN-Lösungen vorgelegt am: 15. September 2003 von cand. Thorsten Steffen

4 I Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis IV V VI 1 Einleitung Beschreibung der Thematik Zielsetzung der Arbeit Vorgehensweise und Gliederung 10 2 Grundlagen Entscheidungsgründe für IEEE b Allgemeine Grundlagen eines b-WLANs Entstehung Technik Komponenten Netzwerktopologie Protokoll-Architektur Das Physical Layer Das MAC-Layer Sicherheitsaspekte Zugangskontrolle anhand der Service Set ID Zugangskontrolle auf MAC-Adressenebene Wired Equivalent Privacy Funktion Schwachstellen Proprietäre Lösungsansätze Virtual Private Network IEEE 802.1x und i Leistungsmerkmale b, a, g Das KTDS-Labor 36 3 Konzeption Kriterien Anforderungsdefinition Auswahl der Testgeräte Marktübersicht Teststellungen Testablaufplan Testschritte Testumgebung 52

5 II Bewertungs-Modell 53 4 Evaluierung Artem Teststellung Testdurchführung Installation Allgemeiner Verbindungstest Sicherheit Datenübertragungsrate / Netz-Performance DHCP Interoperabilität Cisco PC-Karte Orinoco PC-Karte D-Link USB-Adapter Ergebnis der Interoperabilitätstests Dokumentation und Herstellersupport Preis Bewertung Cisco WLAN-Equipment des KTDS-Labors Testdurchführung Installation Allgemeiner Verbindungstest Sicherheit Datenübertragungsrate / Netz-Performance DHCP Interoperabilität Artem PC-Karte Orinoco PC-Karte D-Link USB-Adapter Ergebnis der Interoperabilitätstests Dokumentation und Herstellersupport Preis Bewertung D-Link USB-Adapter WLAN-NIC Installation und Grundkonfiguration Unattended Setup Dokumentation und Herstellersupport Preis Bewertung Orinoco PC-Karte WLAN-NIC Installation und Grundkonfiguration Unattended Setup Dokumentation und Herstellersupport Preis Bewertung Roaming Artem PC-Karte Cisco PC-Karte Orinoco PC-Karte D-Link USB-Adapter Bewertung 104

6 III 5 Exemplarische Implementierung Installation WLAN-NIC Installation und Grundkonfiguration AP Installation und Grundkonfiguration Allgemeiner Verbindungstest Sicherheit Datenübertragungsrate / Netz-Performance Lastaufteilung auf zwei APs Funktionstest Standardapplikation Internetzugriff Ausleuchtung des KTDS-Labors Bewertung Abschluss Zusammenfassung Fazit 117 Glossar 119 Genutzte Literatur und weitere Quellen 121 Anhang 123

7 IV Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: OSI-7-Schichten-Modell Abbildung 2: Independent Basic Service Set Abbildung 3: Extended Service Set Abbildung 4: b Protokoll-Architektur Abbildung 5: Interframe Space-Zeiten Abbildung 6: Das Backoff-Verfahren Abbildung 7: Das RTS/CTS-Verfahren Abbildung 8: Das Hidden Terminal-Problem Abbildung 9: Firewalleinsatz zum Schutz des LANs Abbildung 10: WEP-Verschlüsselung und Entschlüsselung Abbildung 11: Errechnung des Authentifizierungs-Schlüssels Abbildung 12: Grundriss KTDS-Labor Abbildung 13: Netzwerkskizze KTDS-Labor Abbildung 14: WLAN-Testumgebung Abbildung 15: Konfiguration Artem-WLAN-Karte unter Windows Abbildung 16: Konfiguration Artem-WLAN-Karte unter Windows XP Abbildung 17: Artem Compoint Manager Abbildung 18: Konfigurationsoberflächen des Artem AP Abbildung 19: Verbindungsübersicht des Artem-AP Abbildung 20: Artem Onair Clientmanager - Verbindungstest Abbildung 21: Verbindungsstatusfenster unter Windows XP Abbildung 22: Allgemeiner Verbindungstest per Ping-Programm Abbildung 23: Konfiguration Cisco PC-Karte Abbildung 24: Oberfläche des Cisco Aironet Configuration Administration Tool Abbildung 25: Cisco IP Setup Utility Abbildung 26: Konfigurationsoberflächen des Cisco AP Abbildung 27: Verbindungsübersicht des Cisco-AP Abbildung 28: Aironet Client Utility - Verbindungstest Abbildung 29: Konfiguration D-Link USB-Adapter unter Windows Abbildung 30: WLAN-Komponenten im KTDS-Labor Abbildung 31: Netzwerkinfrastruktur WLAN-Implementierung Abbildung 32: Verbindungsübersicht beider APs

8 V Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Frequenzbereiche und Sendeleistungen nach Tabelle 2: DSSS-Kanäle im ISM-Band Tabelle 3: Datenübertragungsraten und Reichweiten Tabelle 4: Leistungsmerkmale b, a und g Tabelle 5: Beispiel einer Bewertungsmatrix Tabelle 6: Durchsatz Artem-Teststellung unter Windows Tabelle 7: Durchsatz Artem-Teststellung unter Windows XP Tabelle 8: Durchsatz Artem-Teststellung verschlüsselt Tabelle 9: Durchsatz Cisco PC-Karte gegen Artem-AP unverschlüsselt Tabelle 10: Durchsatz Cisco PC-Karte gegen Artem-AP verschlüsselt Tabelle 11: Durchsatz Orinoco PC-Karte gegen Artem-AP unverschlüsselt Tabelle 12: Durchsatz Orinoco PC-Karte gegen Artem-AP verschlüsselt Tabelle 13: Durchsatz D-Link USB-Adapter gegen Artem-AP unverschlüsselt Tabelle 14: Durchsatz D-Link USB-Adapter gegen Artem-AP verschlüsselt Tabelle 15: Durchsatzergebnisse am Artem-AP Tabelle 16: Bewertungsmatrix Artem Teststellung Tabelle 17: Durchsatz Cisco-Komponenten unter Windows Tabelle 18: Durchsatz Cisco-Komponenten unter Windows XP Tabelle 19: Durchsatz Cisco-Komponenten verschlüsselt Tabelle 20: Durchsatz Artem PC-Karte gegen Cisco-AP unverschlüsselt Tabelle 21: Durchsatz Artem PC-Karte gegen Cisco-AP verschlüsselt Tabelle 22: Durchsatz Orinoco PC-Karte gegen Cisco-AP unverschlüsselt Tabelle 23: Durchsatz Orinoco PC-Karte gegen Cisco-AP verschlüsselt Tabelle 24: Durchsatz D-Link USB-Adapter gegen Cisco-AP unverschlüsselt Tabelle 25: Durchsatz D-Link USB-Adapter gegen Cisco-AP verschlüsselt Tabelle 26: Durchsatzergebnisse am Cisco-AP Tabelle 27: Durchsatzergebnisse insgesamt Tabelle 28: Bewertungsmatrix Cisco WLAN-Lösung Tabelle 29: Bewertungsmatrix D-Link USB-Adapter Tabelle 30: Bewertungsmatrix Orinoco PC-Karte Tabelle 31: Bewertungsmatrix Implementierung KTDS-Labor Tabelle 32: Technologie-Vergleich Kabellose Netzwerktechnologien

9 VI Abkürzungsverzeichnis ACAT... Cisco Aironet Configuration Administration Tool AP... Access Point BNC... Bayonet Neill Concelmann, Baby-N-Connector, Bayonet Navy Connector, British Naval Connector oder Bayonet Nut Connection BSS... Basic Service Set BSSID... Basic Service Set Identifier CFP... Contention Free Period CHAP... Challenge Authentication Protocol CRC... Cyclic Redundancy Check CSMA/CA... Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA/CD... Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CTS... Clear To Send CW... Contention Window DCF... Distributed Coordination Function DECT... Digital Enhanced Cordless Telecommunications, ursprünglich Digital European Cordless Telecommunications DHCP... Dynamic Host Configuration Protocol DIFS... Distributed Coordination Function Interframe Space DLL... Data Link Layer DNS... Domain Name System DS... Distribution System DSSS... Direct Sequence Spread Spectrum EAP... Extensible Authentication Protocols EIFS... Extended Interframe Space ESS... Extended Service Set FHSS... Frequency Hopping Spread Spectrum

10 VII FTP... File Transfer Protocol IBSS... Independent Basic Service Set IEEE... Institute of Electrical and Electronic Engineers IFS... Interframe Space IGMP... Internet Group Management Protocol IPSEC... Internet Protocol Security Protocol IPSU... IP Setup Utility IR... Infrared IrDA... Infrared Data Association ISA... Industrie Standard Architecture ISM... Industrial, Scientific and Medical ISO... International Standardisation Organization IT... Information Technology IV... Initialisierungsvektor L2TP... Layer Two Tunneling Protocol LLC... Logical Link Control LAN... Local Area Network MAC... Media Access Control MPDU... MAC Protocol Data Unit NIC... Network Interface Card OSI... Open Systems Interconnection OFDM... Orthogonal Frequency Division Multiplexing PC... Personal Computer PDA... Personal Digital Assistant PDU... Protocol Data Unit PCF... Point Coordination Function PCI... Peripheral Component Interconnect

11 VIII PCMCIA... Personal Computer Memory Card International Association PHY... Physical Layer PIFS... Point Coordination Function Interframe Space PLCP... Physical Layer Convergence Protocol PMD... Physical Medium Dependent Layer PN... Pseudo Noise PPTP... Point-to-Point Tunneling Protocol QoS... Quality of Service RC4... Rivest Cipher 4 RegTP... Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post RF... Radio Frequency RSA... Rivest, Shamir, Adleman RTS... Ready To Send SIFS... Short Interframe Space SSID... Service Set ID TCP/IP... Transmission Control Protocol / Internet Protocol USB... Universal Serial Bus VPN... Virtual Private Network WEP... Wired Equivalent Privacy WLAN... Wireless Local Area Network World Wide Web

12 9 1 Einleitung 1.1 Beschreibung der Thematik Im heutigen Zeitalter der Informationstechnologien (IT) wird der schnelle, mobile, ortsunabhängige und kostengünstige Zugriff auf Informationen immer öfter als Anforderung an Datenkommunikationsnetze definiert. Die Nachteile der herkömmlichen kabelgebundenen Netzwerktechnologien zur Anbindung von Clientsystemen, wie z. B. Ethernet, an lokale Datennetze sind offensichtlich: Hohe Kosten für die Verkabelung in Gebäuden Fehlende Mobilität Zur Beseitigung dieser Nachteile wurden in den letzten Jahren verschiedene kabellose Netzwerktechnologien entwickelt, wie Infrarot, Bluetooth, HomeRF, HIPERLAN und Wireless LAN nach des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Für den Einsatz in Local Area Networks (LAN) hat sich WLAN nach IEEE als am besten geeignete Technologie erwiesen (siehe Kapitel 2.1). Thema dieser Diplomarbeit ist es, die Eignung eines kabellosen LANs auf Basis von IEEE b (im Nachfolgenden kurz b genannt) als Alternative zu herkömmlichen Ethernet-Netzwerken zu prüfen. 1.2 Zielsetzung der Arbeit Zielsetzung dieser Arbeit ist es, anhand einer ausführlichen Evaluierung festzustellen, ob die ausgewählten WLAN-Komponenten den Anforderungen an eine kabellose LAN-Alternative genügen sowie herstellerübergreifend interaktionsfähig sind und dies anhand einer exemplarischen Implementierung innerhalb des Netzes des Labors für Kommunikationstechnik und Datensicherheit (KTDS-Labor) des Instituts für Informatik am Campus Gummersbach zu belegen. Das KTDS-Labor dient dort als Testumgebung für alle Aspekte im Bereich Kommunikationstechnik und Datensicherheit.