wireless lan chancen und gefahren theorie und praxis prof. dr. g. hellberg

1 Wireless LANChancen und Gefahren

© 2009 Prof. Dr. G. Hellberg

Wireless LANWireless LAN

Chancen und GefahrenChancen und GefahrenTheorie und PraxisTheorie und Praxis

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Wireless LAN Chancen und Gefahren

Ich wünsche Ihnen einen wunderschönen guten

Morgen!



Historische Entwicklungsschritte im Bereich Kommunikation

Zusammenschluss und Vernetzung Entwicklung verschiedenster Netzwerk-Topologien

Uneingeschränkter Datenaustausch Entwicklung des Internets

Unabhängigkeit und Mobilität Entwicklung von Funknetzen (GSM, WLAN, ..)

Historische Entwicklung

Evolution der Mobilität

Peer-to-Peer Netze

Prognose

Einführung Wireless LAN



Zusammenschluss und Vernetzung

Die Entwicklung verschiedenster Netzwerk-Topologien bietet:

• Vernetzung mehrerer Knoten innerhalb eines Unternehmens,

• selbst bei Ausfall eines Knoten volle Funktionstüchtigkeit des verbleibendenen Netzes,

• verschiedenste Arten von Netzen, die je nach Anforderung Verwendung finden,

• uneingeschränkte Kommunikation zwischen verschiedenen Arten von Netzen;



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Uneingeschränkter Datenaustausch

Die Entwicklung des Internets bietet:• die Möglichkeit, einzelne Städte und

Militärbasen miteinander zu verbinden,• allen beteiligten Rechner den gleichen Status

(keine zentrale Leitstellen,...),• uneingeschränkten Datenaustausch

(ortsunabhängig, beliebige Datentypen,...);



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Unabhängigkeit und Mobilität

Die Entwicklung des WLANs bietet:• Breitbandkommunikation mit reduziertem

Vernetzungsaufwand,• Uneingeschränkten und mobilen

Datenaustausch innerhalb der Empfangsreichweite,

• vermehrt Zugang für mobile Endgeräte

(PDA, Handy,...)• Neue Arten von Diensten (LBS, VoWLAN,...)



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Die Entwicklung von WLAN

90er Jahre: erste Entwicklungen für den IndustriebereichNetze bis 100 MBit / sec (60 GHz)

erst 1997: 2,4 GHz und 5 GHz Frequenzbereich

Entwicklung neuer Standards zur Verbesserung der Technologie:

•IEEE 802.11a 54 MBit / 5GHz 1999•IEEE 802.11b 11 MBit / 2,4GHz 1999•IEEE 802.11e QoS und Streaming•IEEE 802.11f Roaming 2003•IEEE 802.11g 54 MBit / 2,4GHz 2003•IEEE 802.11h 54 MBit / 5GHz (DFS, TPC) 2003•IEEE 802.11i Authentifizierung / Verschlüsselung



Peer-to-Peer Netze

Prognose




WLAN Marktstrukturen

• Wessen Geschäft ist eigentlich das WLAN ?• Mobilfunkbetreiber

• Festnetzbetreiber

• Unternehmen

• Internet Service Provider



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Global Players (Hotspots weltweit, Stand:11/03)

ca. 5000

ca. 4000

ca. 2000

3412

223

Quelle: www.wi-finder.com



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Global Players (Hotspots weltweit, Prognose für 2007)

Quelle: Tempe, Arizona



Peer-to-Peer Netze

Prognose

530.000

800.000

> 1.000.000




Arten der Mobilität• Jetzige Kommunikationsformen sind an nach wie vor an

Infrastruktur gebunden & daher auch abhängig („Scheinmobilität“). Es entsteht der Wunsch nach infrastrukturloser Kommunikation (Mobilität mit Peer-to-Peer)

Infrastrukturgebunde Netze• Keine Mobilität• Begrenzte Mobilität

Infrastrukturlose Netze• Unbegrenzte Mobilität

Wired Networks

Hotspots, GSM

Ad-Hoc, P2P



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Infrastrukturlose Mobilität• WLAN ermöglicht Mobilität

– Infrastrukturgebundene Mobilität– Infrastrukturlose Mobilität (ad-hoc)

• Aufgrund der neuesten Entwicklungen im Bereich von Ad-hoc Netzwerken entsteht auch der Wunsch nach infrastrukturloser Kommunikation.

• Einerseits gewinnt die Mobilität im Geschäftsleben immer mehr an Stellenwert, andererseits wurden in Vergangenheit hohe Investitionen in Client-Server-Architekturen getätigt.

• Die Herausforderung, die sich nun stellt, sind vermehrt Peer-to-Peer-Applikationen im Bereich der infrastrukturlosen Mobilität zu schaffen.



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Treiber und Hemmnisse für infrastrukturlose Mobilität

Treiber Hemmnisse

•Kostengünstige Technologie

•Mangelnde

Nutzerfreundlichkeit

•Portabilität •Roaming und Billing

•Nachfrage nach Breitbandigkeit

•Sicherheit

•Lizenzfreiheit •Kosten für Backbone

•Verfügbarkeit von Anwendungen•Steigende Umsätze durch Neukunden

Quelle: Wissenschaftliches Institut für Kommunikationsdienste



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Peer-to-Peer NetzeEntwicklung Peer-to-Peer Netze

• Die ursprüngliche Konzepierung des Internets der späten 60er Jahre war ein P2P-System

• Sinn des ARPANETS war die gemeinsame Nutzung von Computern in einem USA weiten Netzwerk

• Jeder Host war gleichberechtigt



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Wandel von P2P zu Client-Server-Systemen

• Mit zunehmender Verbreitung wuchs das Internet rasant an.

• Es gab immer mehr Nutzer, die jedoch nur Informationen konsumierten.

• Die Zahl der Netzteilnehmer, die Ressourcen bereitstellten wurde immer geringer.

• Aufgrund geringer Bandbreite war es vielen Netzteilnehmern nicht möglich Daten dem Netz bereitzustellen.

Folge:

• Das anfängliche „P2P-Internet“ entwickelte sich zu einem Client-Server-System



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Peer-to-Peer Netzwerke wieder auf dem Vormarsch• Mitte der 90er Jahre rückte der Wunsch der Clients,

Daten untereinander auszutauschen wieder in der Vordergrund, auch wenn der Inhalt nun nicht mehr zu wissenschaftlichen Zwecken diente.

• Nachdem zunächst nur Instant Messaging (ICQ) betrieben wurde, stieg mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Clients der Wunsch Musik, Bilder und Videos untereinander auszutauschen.

• P2P-Systeme machen sich diese Ressourcen zu Nutze, um das Bedürfnis der Nutzer nach Kommunikation und Datenaustausch zu befriedigen.



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Peer-to-Peer Netzwerk Modelle

Quelle: www.zdnet.de

Pure P2P Hybrid P2P Historische Entwicklung


Peer-to-Peer Netze

Prognose




• Sicherstellung der Datenverfügbarkeit• Hoher Lokalisierungsaufwand von Daten• spezielle Software wird benötigt

(Software muss P2P-Paradigma unterstützen)• Schlecht skalierbar (Performance)• Sicherheit (Group-Authentication)• Mangelnde Standardisierung

Nachteile des P2P



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Vorteile des P2P

• Kostenersparnis durch Nutzung bereits vorhandener

Ressourcen (Kein zusätzlicher Server)• Ausfallsicherheit (kein single point-of-failure)• Selbst Organisation• Leicht skalierbar (Teilnehmer)• Daten können sich sehr schnell verbreiten• Hohe Speicherkapazität



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Applikationen im Bereich Peer-to-PeerFile Sharing Instant Messaging

CollaborationGrid Computing

SAP Oracle E-Business Suite E-Design Lösungen SETI@home

OpenScape Lotus Notes Novell GroupWise Microsoft Exchange

Napster Gnutella KaZaA Freenet

ICQ Yahoo! Messenger Microsoft MSN AOL IM

Austausch von Daten aller Art,

Dezentrale Datenspeicherung

Online-Kommunikation,

Direkter Nachrichten-Austausch

Optimale Nutzung von verteilten Ressourcen,

Ortsunabhängig und Uneingeschränkt

TeamübergreifendeZusammenarbeit,

Spontane Formierung undAdministrierung,

Kommunikation – Kooperation– Koordination

P2PP2P



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Technische Herausforderungen von Peer-to-Peer 1Interoperabilität

• Fähigkeit einer Entität (Device oder Applikation), mit anderen Entitäten zu kommunizieren und Daten auszutauschen

Direkter Austausch zwischen Peers

• Austausch von Daten in Echtzeit bzw. Echtzeitkommunikation• Kommunikation ohne zentrale StelleAutonomie

• P2P-Teilnehmer unterliegen keiner zentralen Kontrollstelle, sondern haben vollkommene Autonomie

• P2P-Teilnehmer kontrollieren ihre Aktivitäten selbst



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Technische Herausforderungen von Peer-to-Peer 2Sicherheit

• Authentifizierung• Autorisierung• Integrität und Vertraulichkeit von Daten

Reputation

• Information über das bisherige Verhalten eines Benutzers• Wichtiges Element für die Bildung von Vertrauen• Sammlung und Auswertung von Informationen über

vergangene Transaktionen



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Prognose (des Paradigmenwechsels)

• Einsatz von Peer-to-Peer-Architekturen erfolgt parallel zu herkömmlichen Client-Server-Systemen

• Peer-to-Peer-Applikationen werden mittelfristig gesehen bestehende Client-Server-Applikationen nicht ablösen sondern ergänzen

• Vermehrte Implementierung von Applikationen im Bereich von Peer-to-Peer

Folge:• Entwicklung von Hybrid-Systemen (P2P-C/S)



Peer-to-Peer Netze

Prognose




Auswirkungen des Paradigmenwechsels

• In den Unternehmen wird die Bedeutung der Mobilität zunehmen.

• Aufgrund neuer Sicherheitsstandards können kommerzielle Dienste (E-Commerce) im Bereich Peer-to-Peer und WLAN abgewickelt werden.

• Eine erhöhte Verbreitung der Technologie WLAN.• Weiter Fortschritte und Verbesserungen im Bereich von

kabellosen Netzen.



Peer-to-Peer Netze

Prognose






Peer-to-Peer Netzwerke

Prognose

Quelle: Siemens Corporate Technologie

Autonomous robots and intelligent objects

• All objects of daily life and all living spaces will become communication enabled to improve user convenience and to comply with fashion needs and emotions.

E-business: Total networking • Business customers will require

real-time availability of information and security end-to-end over business processes and all media.

Communication en route• Applications will be accessible from

anywhere at any time through portable devices with natural user interfaces.

Leisure and entertainment• Entertainment and communication

will converge.

Globalization, individualization, mobility and self-organization will be driving forces in information and communications.

Picture of the FutureSummary 2003




Grundlagen: Ausbreitung im Medium

Reflektion einer Funkwelle an einer metallenen / beschichteten Fläche.

Abschwächung einer Funkwelle durch einen Körper (z.B. Wand).



Grundlagen: Frequenzbereiche

Wellenlänge Frequenz 10 5 -10 4 m 3 – 30 kHz VLF 10 4 – 10 3 m 30 – 300 kHz LF/Langwelle 10 3 – 10 2 m 0,3 – 3 MHz MF/Mittelwelle 10 2 – 10 m 3 – 30 MHz HF/Kurzwelle 10 – 1 m 30 – 300 MHz UKW/Ultrakurzwelle

1 – 0,1 m 0,3 – 3 GHz MikrowellenGSM-Netze 890 – 960 MHz

10 – 1 cm 3 – 30 GHz GSM-Netze 1710 - 1880 MHz DECT 1,8 - 1,9 GHz

1 – 0,1 cm 30 – 300 GHz UMTS 1,97 - 2,2 GHz Bluetooth 2,402 - 2480 GHz

1 – 0,1 mm 0,3 – 3 THz Wireless LAN (ISM Band)860MHz; 2,4GHz; 5,GHz

300 – 0,72 mm 1 – 417 THz Infrarot 0,72 – 0,38 mm 417 – 789 THz Sichtbares Licht

> 789 THz Ultraviolet/ Röntgenstrahlung



Grundlagen: ISM-Band

• ISM(Industrial Scientific and Medical Band)

für lizenzfreie Nutzung:• 433 MHz, 860 MHz, 2,4 GHz, 5GHz

• 2,4 GHz- ist nahezu weltweit verfügbar• Features des 2,4 GHz-Band:

– Bandbreite 83,5 MHz– Max. Sendeleistung 100mW



Grundlagen: Überblick über Funknetze

Standards im Überblick

Netz Frequenzband Reichweite* Geschwindigkeit Einsatzgebiet

Blue-tooth

2,4 GHz 10 m (bis 100 m) max. 1 MBit/s Personal Area Networks

DECT 1880 - 1900 MHz 50 m in Gebäuden, 300 m im Freien

max. 20 MBit/s lokale Sprache und Datendienste

HomeRF 2,4 GHz 50 m 1,6 MBit/s, Kanal-

bündelung möglich SOHO-Netzwerke

Hiper LAN/2

5 GHz 50 - 100 m max. 54 Mbit/s Zugang zu Festnetzen

GSM 900 und 1800 MHz 1 - 5 km** 9,6 MBit/s, Kanal-

bündelung möglich Mobilfunk

GPRS 900 und 1800 MHz 1 - 5 km** 53 Kbit/s Datenmobilfunk

UMTS 1900 - 2000 MHz und 2100 - 2200 MHz

ähnlich GSM/GPRS max. 2 MBit/s Daten, Sprache,

Multimedia 802.11b 2,4 GHz 30 - 50 m in Gebäuden

100 m im Freien max. 11 MBit/s WLAN

Netzwerkdienste

* Grundreichweite o. Zusatzverstärker und Richtantennen, ** Reichweite Basisstation maximal 30 km (900 MHz) und 15 km (1,8 GHz)



Personal Area Local Area Network, Wide Area Network Network, (LAN) (WAN) (PAN)

bis 10 m 30-70m

Wireless LAN,IEEE 802.11,DECTHome RFHiperLAN2

Bluetooth GSM/GPRSUMTS

*)

*) Abhängig von den Umgebungsbedingungen

Grundlagen: Reichweiten



Die Bluetooth-Technik ist aus Entwicklungen der Telecom- Anbieter Nokia und Ericsson entstanden. Auch wenn es sich bei Bluetooth um eine sehr junge Technologie handelt, werden ihr im Consumerbereich große Wachstumsraten prognostiziert.Sobald sich zwei Bluetooth Geräte bis auf die überbrückbare Reichweite annähern, kann die Kommunikation ohne weitere Eingriffe beginnen. Über Buetooth wird nicht nur Datenkommunikation sondern auch Sprachkommunikation möglich sein. Durch die Einschränkung bzgl. Datenrate und Entfernung ist Bluetooth in der vorliegenden Spezifikation für industrielle Wireless LANs nicht unbedingt geeignet.

Funkkommunikation Techniken 1

arbeitet im 2,4 GHz Band FHSS Übertragungsverfahren nutzt 79 Kanäle, welche 1600 mal pro Sekunde gewechselt werden ursprünglich für den PAN-Bereich konzipiert (Sendeleistung 1mW, Reichweite ca. 10m, Datenrate 1MBit/s, kein Roaming) mittlerweile 2.Geräteklasse mit 100mW Sendeleistung spezifiziert Identifizierung durch 48Bit Seriennummer Unterstützung von 1Daten-(723,3kBit/s) & 3Sprachkanälen(je 64kBit/s) Auslegung auf Point to Point Kommunikation bis 8 Teilnehmer in einem Piconetz mit einem Master. Bei mehr Teilnehmern entsteht aus diesen Netzen dann das Scatternet Verschlüsselung mittel 128Bit-Schlüssel



UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ist zwar keine Technik, die heute bei Wireless LAN Lösungen eingesetzt wird. Die Popularität, die UMTS durch die Versteigerung der Funkfrequenzen gewonnen hat, lässt es sinnvoll erscheinen, die wesentlichen Aspekte von UMTS kurz zu erklären.

UMTS ist ein Mobilfunkstandard der 3. Generation. Mit diesem neuen Standard, der Datenraten bis 2 MBit/s ermöglichen soll,sollen

Sprach-Audio- Daten-Text-Bild- und Video-Übertragung

zu mobilen Teilnehmern möglich sein. Für die Kommunikation mit UMTS Systemen wurden Frequenzbänder im Bereich von

1,9 GHz bis 2,2 GHz von der Regulierungsbehörde an die Netzbetreiber versteigert.

UMTS wird als Chance für einen weltweiten Mobilfunkstandard gesehen.




ZigBee (IEEE 802.15.4)

Low-power, Low data rate Funkapplikationen

2,4 GHz Band

Übertragungsgeschwindigkeit bis 250kbit/s

Reichweiten ca.30m

Haustechnik




Wireless CommunicationWireless LAN, GSM, HSCSD, GPRS

Wireless LAN11 MBit/s

GSM9,6 kbit/s

bis zu43 kbit/s *

- integrierter PCMCIA Slot

(IP65)- Hersteller unabhängig

* mit HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Technologie



Die Hauptgruppen:

IEEE 802.11 2,4 GHz Band Datenraten bis 2 MBit/sIEEE 802.11 b 2,4 GHz Band Datenraten bis 11 MBit/s IEEE 802.11 a 5 GHz Band Datenraten bis 54 MBit/s

Die Kennzeichnung Wi-FI (Wireless Fidelity), vergeben durch die Nutzerorganisation Wireless Ethernet Compatibility Aliance (WECA), garantiert die Kompatibilität der IEEE 802.11 Produkte verschiedener Hersteller .

Grundlagen: Standard (1)



Grundlagen: Standard (1a)

CISCO- SystemCISCO- System

Siemens RLMSiemens RLM

I GateI Gate

Lucent Lucent Access Access POINT LANPOINT LAN

CP 1515 CP 1515 PC CardPC Card



FHSS Frequency Hopping Spread SpectrumTrägerfrequenz wird verändert

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

Nutzsignal wird verrauscht

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

orthogonale Unterträger werden zu einem Kanal

zusammengefasst

Grundlagen: Datenübertragungsverfahren



Grundlagen: Frequency Hopping Spread Spectrum

Frequency / GHz

Signal

Narrow-BandNoise

2,4 2,48



Grundlagen: Direct Sequence Spread Spectrum

For detailed information check Chapter 1.1.2 in the manual “Mobile Communication with the MOBIC“

Frequency / GHz

Spread signalNarrow-BandNoise

2,4 2,48



Grundlagen: Orthogonal Frequency Division Multiplexing



Grundlagen: weitere Standard (Arbeitsgruppen)

• IEEE 802.11e Neue Sicherheitsmechanismen z.B.: WEP2 (Wired Equivalent Privacy)

• IEEE 802.11f Kommunikation zwischen Access Points• IEEE 802.11g Datenübertragung im 2,4 GHz Band mit 22

MBit/s• IEEE 802.15 Datenübertragung im 2,4 GHz Band mit

Bluetooth™• IEEE 802.15.2 Kompatibilität Bluetooth™ und Wireless LAN• IEEE 802.15.3 UWB Ultra Wide Band• IEEE 802.15.4 ZigBee



Grundlagen: Topologien

• Ad Hoc Netz– Peer to Peer Kommunikation zwischen Teilnehmern– Kostengünstig, kein Access Point notwendig– Geringe Entfernungen (ca. 5-10m)– Keine Kontrollmechanismen

• Point to Multipoint Network– Kommunikation zwischen Teilnehmern über

AccessPoint– Lastausgleich über mehrere Access Points– Roaming: Weitergabe der Teilnehmer zwischen den

Access Points– Zentralisierte Kontrolle möglich



Grundlagen: Sicherheit

• Verschlüsselung mit 40 & 128bit statischem Schlüssel• Begrenzt Reichweite der Funkzellen• Netzwerkname• MAC Filter • Neue Systeme mit RADIUS-Unterstützung



Grundlagen: Biologische Bedingungen

• Grenzwerte bei 2,4GHz IEEE & VDE 0848:– Elektrische Feldstärke 137 V/m– Magnetische Feldstärke 0,36 A/m– Leistungsdichte 1W/m²

• Typische Werte: – Leistung 0,1W– Zum Vergleich:

• Mobiltelefone ~2W

• Mikrowelle 0,005W /cm² bzw. 500W/m²

• Bilden Sie sich Ihre Meinung!



Diskussion / Fragen

Danke für Ihre Aufmerksamkeit.

Fragen?

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