Inhalt W-LAN. Standardisierungen. Inhalt. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) IEEE 802

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1 Inhalt W-LAN Praktikum Rechnernetze Helge Janetzko 2. August 2011 Universität Hamburg W-LAN 1 / 28 Inhalt Standardisierungen Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) am 1. Januar 1963 entstanden weltweiter Berufsverband für Standardisierungen von Techniken, Hardware und Software IEEE 802 im Februar 1980 gegründetes Projekt des IEEE Netzwerkstandards auf den ersten beiden Schichten des OSI-Modells verschiedene Arbeitsgruppen (Ethernet), (W-LAN),... W-LAN 2 / 28 W-LAN 3 / 28

2 IEEE IEEE Arbeitsgruppe IEEE bereits 1980 gegründet erste echte IEEE Standards 1997 (Anfangs) Festlegung zwei verschiedener Übertragungsverfahren Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)-Verfahren Frequenzsprungverfahren, Datenraten von 1 und 2 Mbit/s IR-Übertragung (Infrarot) bis zu 2 Mbit/s, nicht über eine Spezifikation hinausgekommen schnellere Übertragungsverfahren seit 1999 Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) Frequenzspreizverfahren, Datenraten von bis zu 11 Mbit/s Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Mehrträgerverfahren, Datenraten bis zu 54 Mbit/s Multiple Input Multiple Output (MIMO) (seit 2005) Mehrere Antennen zum Senden und empfangen Datenraten von bis zu 600 Mbit/s W-LAN 4 / 28 W-LAN 5 / 28 IEEE Frequenzbereiche IEEE Frequenzbereiche 2,4 GHz ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical) Darf weltweit lizenz- und genehmigungsfrei für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen genutzt werden Verfügbarer Frequenzbereich beträgt nur rund 85 MHZ (2,400-2,4835 GHz) maximal 100mW Sendeleistung Nutzung aber auch durch andere Technologien (Mikrowellen, Bluetooth, Funkmäuse,... ) 5 GHz Band Bereich lizenzfrei für drahlose Multimedia-Anwendungen reserviert auch Nutzung durch andere Wireless-Standards Weltweit leicht unterschiedliche Frequenzbereiche (aber mindestens rund 200 MHz) bis 200mW (indoor), 1W (outdoor) Sendeleistung störungsfreier als 2,4 GHz geringere Reichweite als 2,4 GHz W-LAN 6 / 28 W-LAN 7 / 28

3 Wichtige Arbeitsgruppen des IEEE Inhalt IEEE a 54 Mbit/s, 5 GHz, OFDM-Verfahren (1999, Geräte seit 2001) IEEE b 11 Mbit/s, 2,4 GHz, DSSS-Verfahren (1999) IEEE g 54 Mbit/s, 2,4 GHz, OFDM-Verfahren (2003, abwärtskompatibel zu b) IEEE h 54 Mbit/s, 5 GHz, OFDM-Verfahren (2004, Nutzung des vollen Leistungsumfangs von a in Europa) IEEE n 600 Mbits/s, 2,4 oder 5 GHz, OFDM-Verfahren mit MIMO (2005) W-LAN 8 / 28 W-LAN 9 / 28 Das Basic Service Set Der Service Set Identifier (SSID) Service Set: Alle Geräte in einem W-LAN Basic Service Set (BSS): Eine Basisstation (z.b. Access Point, AP), mehrere drahtlose Stationen in Reichweite der Basisstation (z.b. Computer) Kennzeichnung durch eindeutige 48-Bit Zelladresse, Basic Service Set Identification (BSSID) Kontinuierliches Broadcast (typisch alle 100ms) Zelladresse und Kanalnummer (Frequenz) Mögliche Datenraten Symbolischer Name der Zelle (SSID) (optional) Für jedes BSS wird ein symbolischer Name bzw. ein Service Set Identifier (SSID) festgelegt maximal 32 ASCII-Zeichen lang (case-sensitiv) Die SSID wird zur einfacheren Anmeldung einer Station (z.b. Computer) verwendet W-LAN 10 / 28 W-LAN 11 / 28

4 Adhoc-Netze in Wireless LANs Kommunikation im Adhoc-Netz Daten werden von Station (Netzknoten) zu Station bis zum Empfänger weitergereicht Ein Adhoc-Netz dient der unmittelbaren, direkten Kommunikation zwischen jeweils einzelnen Stationen (isoliertes lokales Netzwerk) Independent Basic Service Set (IBSS) (kein AP nötig!) Erste Station legt Frequenz (den Kanal) und eindeutige (zufällige) 48-Bit Zelladresse (BSSID) der resultierenden Zelle fest Datenaustausch erfolgt immer direkt zwischen den Stationen Real bilden alle zugehörigen Stationen die zugehörige Zelle Jede Station sendet Broadcast Station 1 und 3 sind hier nicht in Reichweite zueinander, können aber trotzdem Daten austauschen! W-LAN 12 / 28 W-LAN 13 / 28 Infrastruktur Netze in Wireless LANs Infrastruktur Netze mit Distribution System (DS) Im Infrastrukturmodus läuft die gesamte Kommunikation immer über eine zentrale Basis-Station (Access Point, AP) im Standard ist die BSSID der Zelle die MAC-Adresse des AP Festlegung einer SSID für die Zelle im AP Anmeldung der Stationen beim AP unter Angabe der zugehörigen SSID Keine direkte Kommunikation mehr zwischen den Stationen Extended (Basic) Service Set (ESS) Verbindung von APs über ein Distribution System (DS) Festlegung des SSID individuell für jede Zelle. SSIDs können gleich sein, dann ist die Empfangsstärke entscheidend! W-LAN 14 / 28 W-LAN 15 / 28

5 Inhalt Kommunikation über MAC-Adressen Kommunikation zwischen den Stationen im LAN und WLAN auf Basis der MAC-Adressen der Netzinterfaces Problem: Es kann beim Senden/Empfangen von Daten zu Kollision kommen Kollisionsüberwachung (wie beim LAN) technisch nicht möglich bzw. zu aufwändig (die meisten Antennen können nicht gleichzeitig senden und empfangen) Beispiel: Hidden-Station Problem in WLANs W-LAN 16 / 28 W-LAN 17 / 28 Hidden-Station Problem Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance Es besteht nicht immer eine direkte Signalverbindung zwischen allen beteiligten Stationen! Abb.: am zentralen AP würden bei hoher Datenlast sehr häufig Datenpakete durch Kollision vernichtet werden. Das in IEEE WLANs einheitlich eingesetzte MAC-Zugriffsverfahren heißt Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA) CSMA/CA ist ein Ablaufprotokoll zur präventiven Kollisionsvermeidung! W-LAN 18 / 28 W-LAN 19 / 28

6 CSMA/CA - Ablauf CSMA/CA - Beispiel Vereinfachte Ablauf-Darstellung: NAV - Network Allocation Vector (Timer für eine Medienreservierung) ACK - Acknowledge-Paket (Bestätigungspaket für den Datenempfang) Bleibt die Bestätigung (ACK) aus, so wurde das Datenpaket vermutlich nicht empfangen und muss damit noch einmal gesendet werden. W-LAN 20 / 28 W-LAN 21 / 28 Inhalt Möglichkeiten der Zugangskontrolle in WLANs Die SSID nicht mit aussenden! Kein zyklisches Aussenden der SSID durch AP im Broadcast Verwendete SSID muss dem Client so bekannt sein Zugang auf bestimmte MAC-Adressen beschränken! Physikalische Zugangsbeschränkung zum AP bzw. WLAN Positiv-Liste regelt Zugang für erlaubte MAC-Adressen von Stationen alternativ Anlegen einer Liste mit verbotenen MAC-Adressen W-LAN 22 / 28 W-LAN 23 / 28

7 WEP - Wired Equivalent Privacy Sicherheitsproblem bei WEP Weder WEP-64 noch WEP-128 gelten heute als sicher! WEP basiert auf einer symmetrischen Verschlüsselung bei der Übertragung von Daten (RC4 Algorithmus) WEP Bit Schlüssellänge: Festlegung von 5 ASCII-Zeichen bzw. 40 Bit der insgesamt 64 Bit WEP Bit Verschlüsselung: Festlegung von 13 ASCII-Zeichen bzw. 104 Bit der insgesamt 128 Bit Beispiel: WEP-Verschlüsselung brechen 1 Passenden Netzwerktreiber installieren: Ein Monitor-Mode Treiber zur Aufzeichnung aller Pakete wird benötigt 2 Mit dem Modul Airodump genügend viele Pakete einsammeln: Speicherung der ersten Bytes inkl. des Initialisierungsvektors (IVS) ist ausreichend dramatisch kleinere Capture-Datei 3 Mit dem Modul Aircrack den Schlüssel aus der Capture-Datei berechnen lassen. W-LAN 24 / 28 W-LAN 25 / 28 WPA - Wifi Protected Access Warum überhaupt Drahtlose Netze? WPA: Gleicher Verschlüsselungsalgorithmus wie bei WEP (RC4 Algorithmus), aber mit dynamischen Schlüssel Zwischenstufe bis zum finalen, sicheren Standard IEEE i Nutzt das Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) gilt inzwischen auch als unsicher WPA2: Besserer symmetrischer Verschlüsselungsalgorithmus: Advanced Encryption Standard (AES) Nutz auch TKIP Verschlüsselungsprotokoll: Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol (CCMP) basiert auf AES Vorteile gegenüber drahtgebundenen Netzen Räumliche Flexibilität Kostenersparnis (durch eingesparte Verkabelung) Mobilität der Client-Systeme Nachteile gegenüber drahtgebundenen Netzen Relativ langsam (im Vergleich zu Gigabit-Ethernet) Hohe Störanfälligkeit Sicherheit problematischer Möglicher Elektrosmog? Sendeleistung Handy bis 2 Watt, WLAN (indoor) nur bis 200mW W-LAN 26 / 28 W-LAN 27 / 28

8 Literaturhinweise RECH, Jörg Wireless LANs WLAN-Technologie und praktische Umsetzung im Detail Hannover: 2008, 3., akt. und erw. Auflage SCHILLER, Jochen Mobilkommunikation München: 2003, 2., überarb. Auflage W-LAN 28 / 28

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