Notizen
Bildschirmpräsentation
Gliederung
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Entwicklung der IEEE1)-WLAN-Standards
  • 1997: Erster WLAN-Standard à802.11.
    • Drei Physical-Layer-Spezifikationen (PHY): Infrarot, Frequency Hopping Spread Spectrum  (FHSS), Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Verfahren (DSSS). FHSS und DSSS à1,2 Mbps.
    • FHSS und DSSS nutzen lizenzfreies 2,4-GHz-Bereich, das ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical).
  • 1999: Erweiterung von 802.11 auf 802.11b.
    • Es wird nur noch DSSS verwendet mit dem zusätzlichem Kodierungsverfahren "Complimentary Code Keying" (CCK) für Datenraten von 5,5 und 11 Mbit/s.
    • Nutzung des ISM-Bandes.
  • 1999: Erweiterung von 802.11 auf 802.11a.
    • Nutzung des ebenfalls lizenzfreien 5,2 GHz-Bandes.
    • Neben den bisherigen Spreizverfahrenverfahren (DSSS, CCK) kommt Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) hinzu für Vü = 6, 9,12, 18, 24, 36, 48, 56 Mbps.
  • 2000: Erweiterung von 802.11b auf 802.11g
    • Ziel: mehr als 20 Mbit/s (bis 54 Mbit/s) im ISM-Band.
    • CCK-OFMD-Kodierung
    • Standard à in 2003
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Übersicht
  • WLAN (Wireless LAN) ist Technologie
    • zur Realisierung von Direktverbindung zwischen Endgeräten (Laptop's PC's),
    • zum Zugang auf Infrastrukturnetze (LAN oder WAN) über Access Points.
  • WLAN sind Technologien der OSI-Schichten 1 und 2, es ist nur geregelt:
    • wie Bits übertragen werden (Physical),
    • wie mehrere Endgeräte auf ein gemeinsames Medium zugreifen (MAC - Medium Access Control) und Zugriffskonflikte vermieden werden sollen,
  • Funkzellengröße 10m bis 100m (Größe=f(Datenrate,Umgebung,Sendeleistung,Antenne)), mit Richtantennen einige km.
  • Datenraten von einigen 100 kbit/s bis derzeit 54 Mbit/s, Sendeleistung 100-4000 mW.
  • Mehrere lokale Funknetztechnologien:
    • WLAN, standardisiert in IEEE1)-802.11
    • WPAN (Wireless Personal Area Network), IEEE-802.15, hervorgegangen aus Bluetooth,
    • Home-RF, basierend auf DECT (1,6 ... 20Mbps).
    • Hyper-LAN, standardisiert durch ETSI.
  • Schwerpunkt dieses Scripts à IEEE-802.11 und Erweiterungen.
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Übersicht: Vor- und Nachteile drahtloser Netze /Sch2000/
  • Größere Flexibilität
    • Gute Anpassbarkeit an bauliche Gegebenheiten (historische Gebäude),
    • Technik kann versteckt werden (Zwischendecken, Blenden),
    • kaum bauliche Eingriffe (Brandmauerdurchbrüche usw.),
  • Robustheit gegenüber drahtgebundener Technik (Katastrophen)
  • Geringere Kosten (für Netzprovider)
    • z.B. in Bildungseinrichtungen reichen ein oder zwei Access Points für einen Hörsaal,
    • Verkabelung jedes Platzes ist für Netzanbieter teuer,
    • Buchsen und Stecker unterliegen relativ hohem Verschleiß.
  • Dienstgüte von WLAN's ist deutlich schlechter
    • Datenraten um 10 Mbps gegenüber 100/1000 Mbps bei Fest-LAN,
    • Fehlerrate Funk/Kabel wie 10-1 .. 10-3 / 10-4 ..10-9,
  • Funklösungen sind oft proprietäre Lösungen
    • Standardisierung dauert lange,
    • unterschiedliche Zulassungsregelungen in den Ländern,
    • unterschiedliche Vergabe und Nutzbarkeit von Frequenzbändern.
  • Sicherheitsprobleme
    • Mithören, unberechtigte Nutzung von Access Points
    • Störung sensibler Infrastrukturen (Krankenhäuser, Flugzeuge, andere Funknetze).
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Übersicht: Entwurfsziele von WLAN-Technologien /Sch2000/
  • Weltweite Standardisierung
    • damit Produkte mit Festnetztechnologien kostenmäßig mithalten können,
    • damit auf Geschäftsreisen Kommunikation unterwegs und am Ziel möglich sind.
  • Niedrige Leistungsaufnahme
    • Nur Batteriebetrieb erlaubt größtmögliche Flexibilität,
    • Geräte müssen Energiesparmodus (Sendeleistung, Inaktivitätskontrolle) unterstützen.
  • Lizenzfreier Betrieb
    • Der Betrieb der meisten Mobilfunknetze ist genehmigungspflichtig,
    • Für WLAN nicht praktikabel àdeshalb lizenzfreie Bänder àaber kleine Sendeleistung àStörungen durch andere.
  • Robuste Übertragungstechnik
    • Funkkanäle unterliegen Störungen (Haushaltgeräte, Fahrzeuge), Netze sind nicht optimiert,
    • Kommunikation soll trotzdem möglich sein.
  • Einfachheit der Nutzung
    • keine komplexen Administrationsvorgänge in Endgeräten (Plug & Play),
    • WLAN-Nutzung (Firma, zu Hause, Unterwegs)  àkeine verschieden Einstellungen.

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Übersicht: Entwurfsziele von WLAN-Technologien /Sch2000/
  • Sicherheit
    • Funkwellen dürfen keine Schädigungen oder Störungen hervorrufen,
    • verschlüsselte Datenübertragung,
    • Bewegungsprofile nur bei Einwilligung des Nutzers.
  • Transparenz für Anwendungen
    • Anwendungen müssen wie an anderen LAN laufen,
    • Datenrate kann kleiner und Antwortzeiten können größer sein,
    • Mobilität muss verborgen bleiben,
    • Ressourcenanzeige am aktuellen Ort auf  Nutzerwunsch (z.B. bei Zugriff auf Drucker).


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IEEE1)802.11-Grundlagen: Übersicht 802-LAN-Standards
  • IEEE 802.11, Wireless-LAN
  • IEEE 802.15, WPAN – Wireless Personal Area Network, niedrige Bandbreite, Reichweite bis 10 m, basierend auf Bluetooth
  • IEEE 802.16, WMAN – Wireless Metropolitan Area Network, breitbandiger Zugang im Stadtbereich (bis 50 km)
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IEEE802.11-Grundlagen: 802.11-Aktivitäten
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IEEE802.11-Grundlagen: Systemarchitektur
  • BSS's (basic service sets) sind das grundlegende Architekturelement.
  • STA's (stations) sind Mitglied eines BSS's.
  • BSS können räumlich entfernt, überlappend, überdeckend sein.
  • IBSS (independent BSS) ist ein BSS, wo die STA's direkt miteinander kommunizieren.
  • DS (distribution system), Element zur Verbindung mehrerer BSS, bzw. Zugang zu Festnetz.
  • AP's (access points) bilden Zugang zum DS.
  • AP's nutzen zwei Medien WM (wireless medium), DSM (distributed system medium) und verwenden dabei verschiedene Adressen.
  • ESS (extended service set) ist die Zusammenschaltung mehrerer BSS über DS.
  • DSS unterstützt BSS-Wechsel von STA's.
  • Portal realisiert Übergang zu anderen LAN.
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Anwendungsszenarien
  • Typ2: ESS (auch Infrastrukturnetz, Portable-to-fixed-Network), 802.11/16
    • keine direkte Kommunikation zwischen den STA's.
    • Kommunikation über Access Points zu DS.
    • relativ einfache Endgerätetechnik.
    • DS realisiert Mobilität der STA's.
    • Die Zusammenarbeit zwischen AP's wird durch IEEE-802.11f geregelt.
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Anwendungsszenarien
  • Typ3: Funk-Infrastrukturnetze
    • Verbindung zwischen BSS über Bridges oder Routers.
    • schneller und flexibler Aufbau von Netzen für Meetings
    • Access-Points relativ komplex durch zusätzliche Funktionalität (Bridge/Router, Roaming)


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Anwendungsszenarien: Hotspots
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Anwendungsszenarien: Hotspots
  • O2 bietet seit März 2003 WLAN-Service per 802.11b an.
  • Unterscheidung: Vertragskunde,  Nichtkunde.
  • Vertragskunde:
    • WLAN-Karte erkennt Hotspot àWebbrowser öffnen àNetzbetreiber auswählen à in Anmeldeformular Mobilfunknummer eingeben.
    • per SMS erhält man Passwort àEingabe in Formular àZugang
    • derzeit Sitzungsdauer 30‘, nach Ablauf automatisch die nächste à für je 3,95€
  • Nichtkunden:
    • Kaufen eine Prepaid-Karte (Voucher).
    • Der Voucher enthält Zugangsdaten für begrenzte Nutzungsdauer (30‘, 120‘).
    • WLAN-Karte erkennt Hotspot àWebbrowser öffnen àNetzbetreiber auswählen à in Anmeldeformular Name und freigerubbeltes PWD vom Voucher eingeben.
    • Sitzung wird nach Ablauf der Karte automatisch beendet, Zeit kann nur im Stück genommen werden!
    • Für Nichtkunden kosten 30 Minuten 5,00 € und 120 Minuten 10,00 €.
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Technik: Wireless Network Adapter1)
  • Für den WLAN-Zugang benötigt man im PC/Laptop eine Netzwerkkarte (Wireless Network Adapter, Wireless LAN-PC-Card, Wireless Adapter usw.).
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Technik: Wireless Network Adapter
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Technik: Access Points
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Technik: Wi-Fi http://www.wi-fi.org/OpenSection/index.asp
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Technik: Störer, Mehrfachzugriffskonflikte
  • Unterdrückung schmalbandiger Störer durch à Bandspreiztechniken.
    • “Schmalbandiges" Nutzsignal wird durch ein Spreiz-Spektrum-Verfahren (Spread Spectrum Technologie) breitbandig gesendet.
    • Gespreiztes Nutzsignal àunempfindlicher gegenüber schmalbandigen Störern.
    • Verwendete Spreiztechniken sind:
      • FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) –  Spreizung durch Frequenzsprungverfahren,
      • DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) – Spreizung durch fixen 11-stelligen Barkercode,
      • CCK (Complementary Code Keying) – Spreizung durch 8-stelligen Code, ausgewählt aus Tabelle,
      • OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) – Spreizung durch Aufteilung in mehrere Teilbänder.

  • Vermeidung von Mehrfachzugriffskonflikten
    • Öffentliche Funknetze unterliegen einer Planung (Frequenznutzung, Ausleuchtung),
    • WLAN's entstehen spontan àPHY-Mehrfachzugriffskonflikte vorprogrammiert!
    • PHY-Mehrfachzugriffskonflikte kann man regeln über TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA (Frequency Division MA), CDMA (Code Division MA)
    • In 802.11 werden FDMA- sowie FDMA/TDMA-Verfahren genutzt.
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IEEE802.11: Schichtung und Funktionen
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IEEE802.11: Datenraten, Medien, Modulationsverfahren
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IEEE802.11: 2,4-GHz-ISM-Band für à802.11 b,g
  • ISM-Band (Industrial, Scientific, Medical)
    • lizenzfreies, gebührenfreies Band,
    • unterschiedliche Bandbreite und zulässige Sendeleistung.
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IEEE802.11: Das 5,2-GHz-Band für à802.11 a
  • Weiteres lizenzfreies Band, unterschiedliche B und Sendeleistungen.
    • Kanalraster à20MHz, Kanalbandbreite à 20MHz
    • Sendeleistungen von 50mW bis 4W
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IEEE802.11-FHSS: Sender-Empfänger-Prinzip
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IEEE802.11-FHSS: Modulation
  • FHSS verwendet FSK1), mit einer Schrittgeschwindigkeit Vs=1 MBaud.
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IEEE802.11-FHSS: Hopping
  • Aufteilung der Bandbreite in bis zu 79 1-MHz-Bereiche (DE, USA). Diese bilden DÜ-Kanäle, nummeriert von 2 bis 80. à Bei weniger B, weniger Kanäle.
    • Kanal-2-Mittenfrequenz: 2,402 GHz, Kanal-80-Mittenfrequenz: 2,480 GHz.
    • Ein Rufkanal dient zum Verbindungsaufbau. Nachdem ein Verbindungswunsch erkannt wurde, legt die Basisstation die Sprungsequenz fest.
    • Hopping-Sequenz: Sender und Empfänger springen synchron von Kanal zu Kanal:
    • Kanalnutzungsdauer max. 400 ms,
    • Sprungabstand: mind. 6 MHz.
  • à 3 Hopping-Sets (26-stelliges Muster) wurden festgelegt:
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IEEE802.11-FHSS: Hopping-Sequenztabelle, Berechnung
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IEEE802.11-FHSS: Hopping: Berechnung der Sequenz
  • Jeder Sender nutzt zeitlich nacheinander 79 Kanäle im Bereich von 2 bis 80 (USA, Europa).
  • Welche Kanäle das sind, berechnet sich aus:

  •   fx(i) = (b(i)+x)mod 79 +2


  • Beispiel 1: Set 1, Muster 0,
    die ersten 3 benutzten Kanäle:
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IEEE802.11-FHSS: Hopping
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Technik-Grundlagen: Slow- and Fast-Hopping
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IEEE802.11-FHSS: Schicht-1-Rahmen
  • Rahmenstruktur:
    • SFD – Start Frame Delimiter (0000 1100 1011 1101),
    • PLW –  PLCP-PDU Length Word (0 bis 4095) (000)H bis (FFF)H,
    • PSF – PLCP Signalling Field (Datenrate für PSDU)1),
    • HEC – Header Error Check,
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IEEE 802.11-DSSS: Sender-Empfänger-Prinzip
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IEEE 802.11-DSSS: Spreizung
  • Nutzdaten werden mit feststehendem Chipcode gespreizt1)
    • Für 1 und 2 Mbps kommt der Barkercode mit 11 Chips zur Anwendung.
    • Barkercode:  ( 1  0  1  1  0  1  1  1  0  0  0)B
    • (+1,-1,+1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1,-1)
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IEEE 802.11-DSSS: BPSK-Modulation
  • Schrittgeschwindigkeit Vs = 11 MBd.
  • Durch die Spreizung erhält man:
    • bei Vü = 1 Mbps à 11 Mbps àModulationsverfahren BPSK (Binary Phase Shift Keying),
    • bei Vü = 2 Mbps à 22 Mbps àModulationsverfahren QPSK (Quadrature Phase Shift Keying).
  • Prinzip BPSK-Modulator
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IEEE 802.11-DSSS: QPSK-Modulation
  • Bei 2 Mbps wird eine QPSK-Modulation verwendet à2 orthogonale Träger.
  • Das gespreizte 22 Mbps-Signal wird S-P-gewandelt à 2 * 11 Mbps.
  • QPSK-Prinzip (Quadrature Phase Shift Keying)
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IEEE 802.11-DSSS: QPSK-Modulation
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IEEE 802.11b: CCK-QPSK
  • Bei 802.11b-DSSS wird ein feststehender Spreizcode verwendet àSpreizung: ja àCDMA: nein.
  • Für Geschwindigkeiten von 5,5 und 11 Mbps wird zusätzlich CDMA verwendet.
  • CCK-QPSK-Sender für 5,5 Mbps:
    • je ein Bit wird über einen 8-Bit-Code gespreizt und QPSK-moduliert. Im 8-Bit-Spreizcode selber sind 2 Bit codiert. Es werden Chipcodes mit großer Distanz verwendet.
    • Daraus folgt eine Datenrate von:  (1 + 1 + 2) bit * 1,375*106/s = 5,5 Mbit/s
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IEEE 802.11b: CCK-QPSK
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IEEE 802.11a: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
  • Bei 802.11a wird das 5,2-GHz-Band verwendet àtypisch 12 nicht überlappende Kanäle zu je 20 MHz.
  • Jeder dieser Kanäle wird in 64 Subkanäle eingeteilt à 20 MHz/64 = 312,5 kHz:
    • 48 Subkanäle für Datenübertragung,
    • 4 Subkanäle als Phasenreferenz,
    • je 6 Subkanäle werden links und
      rechts als Schutzabstand frei gelassen.
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IEEE 802.11-DSSS: Schicht-1-Rahmen
  • Rahmenstruktur:
    • 128 Bit zur Synchronisation
    • SFD - Start Frame Delimiter (1111 0011 1010 0000),
    • SIGNAL - zur Angabe der verwendeten Datenrate für die Nutzdaten
      • 0x0A à 10*100kbps = 1 Mbit/s, Modulation à BPSK,
      • 0x14 à 20*100kbps = 2 Mbit/s, Modulation à QPSK.
    • SERVICE - für spätere Verwendung, derzeit 0x00 à 802.11-Frame
    • LENGTH -  Anzahl der Nutzdaten (0 bis 65536),
    • HEC – Header Error Check,
    • PLCP- Physical Layer Convergence Protocol
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IEEE 802.11-MAC: Media Access Control
  • MAC-Aufgaben sind:
    • Medienzugriffssteuerung, Roaming,
    • Authentication, Power Management.
  • Es werden zwei Datendienste angeboten:
    • Asynchronous Data Service (beide Netztypen: Adhoc- und Infrastrukturnetze)
      • Stationen greifen bei Bedarf auf gemeinsames Medium zu,
      • versuchen aber eine Kollision zu vermeiden, CA (Collision Avoidance2)).
      • kein garantierter Durchsatz.
    • Time Bounded Service (nur Infrastrukturnetz), Einführung eines Superrahmens mit zwei Zeitabschnitten:
      • wettbewerbsfreie Periode, der Accesspoint pollt Stationen, garantierter Durchsatz aber auch Zeitverschwendung möglich.
      • Wettbewerbsperiode.
  • Drei MAC-Verfahren DFWMAC (Distributed Foundation Wireless Medium Access Control) wurden spezifiziert:
    • Einfaches DFWMAC mittels CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance2) ). Dieses Verfahren müssen alle Stationen beherrschen.
    • DFWMAC mit RTS/CTS-Erweiterung, optional.
    • DFWMAC-PCF1) mit Polling, optional.
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IEEE 802.11-MAC: DFWMAC-Basiskonzepte
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IEEE 802.11-MAC : DFWMAC mit CSMA/CA
  • Beispiel: ST1 bis ST3 wollen asynchron Daten an STx senden.
    • Am MAC-SAP von ST1 kommt DataRq (▼)  zu einer Zeit an, wo das Medium frei ist.
    • ST2 und ST3 erhalten ein DataRq (▼) zu der Zeit, wo ST1 gerade sendet.
    • ST2 ermittelt Backoff von 3 und ST3 einen Backoff von 1.
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IEEE 802.11-MAC : DFWMAC mit RTS/CTS-Erweiterung
  • Nicht alle Endgeräte „hören“ sich untereinander à versteckte Endgeräte.
    • ST2 empfängt ST1 und ST3, aber ST3 empfängt nicht ST1
    • Wenn ST1 und ST3 Daten zu ST2 senden wollen, gibt es ein Problem.
    • ST1 beginnt zu senden, ST3 bemerkt dies nicht und beginnt auch zu senden.
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IEEE 802.11-MAC : DFWMAC mit RTS/CTS
  • Verwendet werden RTS-/CTS-Rahmen.
    • Im RTS-Rahmen steht die angeforderte Übertragungszeit inklusive die Zeit für die Quittung.
    • In CTS wird die korrigierte Zeit angegeben.
  • Diese Zeit tragen die Stationen in den NAV (Network Allocation Vector) ein. Sie gibt den frühestmöglichen Zeitpunkt an, wo Stationen einen Zugriff versuchen dürfen.
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IEEE 802.11-MAC : DFWMAC-PCF
  • Durch PointCoordinator wird Superrahmen gebildet: Wettbewerbsfrei/Wettbewerb
  • Alle Stationen verwalten diese Zeiten im NAV.
  • Nach PIFS pollt Master STx, diese sendet nach SIFS Daten an der Master.
  • Antwortet eine Station nicht nach SIFS, pollt der Master nach PIFS nächste Station.
  • Durch CFend-Paket (Contention Free, streitfrei) wird Stationen Ende der streitfreien Zeit angezeigt.
  • Nach Wettbewerbszeit beginnt wieder die determinierte Phase.
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IEEE 802.11-MAC : Managementdienste /Sch2000/
  • Powermanagement àfür batteriebetriebene Geräte lebenswichtig:
    • Sender wird bei Bedarf eingeschaltet, Empfänger àSleep- oder Awake-Modus.
    • STA‘s müssen deshalb Sendedaten für momentan Schlafende zwischenspeichern.
    • Alle Stationen gehen in definierte Wachphase àSendewünsche werden mitgeteilt.
    • Liegt Sendewunsch vor àmuss STA bis zum Empfang der Daten wach bleiben.
  • Roaming, gemeint ist Handover
    • Bewegt sich ein Nutzer in einem ESS (Extended Service Set) soll Handover erfolgen.
    • Stellt STA zu geringe Feldstärke fest, wird passiv oder aktiv gescannt:
      • passiv: STA hört Kanäle auf Beacon-Frames ab,
      • aktiv: Senden einer “Probe“ in die Kanäle àWarten auf Antwort.
    • Beaconframe als auch Antwort enthalten Informationen zur Nutzung eines AP.
    • Anhand der Feldstärke àAuswahl des AP:
      • STA sendet AssociateRequest an AP, wird im Erfolgsfall mit AssociateResponse bestätigt.
      • AP teilt Wechsel an DS mit àAktualisierung der DS-Datenbasis: STAx von APm zu APn.
      • DS informiert APm über Wechsel àRessourcenfreigabe
  • Zeitsynchronisation: exakte Einstellung einer lokalen Uhr gegenüber anderen STA‘s:
    • zur Steuerung der Sprungfolge bei FHSS,
    • zur Steuerung des Powermanagements
    • zur Einhaltung der Zeiten SIFS, DIFS, PIFS usw.
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IEEE 802.11-MAC : Managementdienste /Sch2000/
  • In BSS erfolgt Synchronisation durch ein Leuchtfeuer (Beacon).
    • Ein Beacon-Frame enthält: Absendezeitstempel, BSS-Kennung, Powermanagementinfos.
    • Alle STA‘s eines BSS synchronisieren bei Empfang lokale Uhr.
    • Absendezeitstempel wird verwendet, weil Beacon u.U. nicht periodisch gesendet werden kann.
  • In Infrastrukturnetzen wird Beacon vom AP gesendet, damit kein Problem.
  • In Ad-Hoc-Netzen àSituation komplizierter:
    • Alle STA‘s versuchen Beacon zu senden.
    • Im Konfliktfall àBackoff-Mechanismus àeine STA setzt sich durch.
    • Alle Stationen synchronisieren sich auf diese Station.
    • Kommt neue Station hinzu àKonflikt àüber Backoff Auflösung àeine Station setzt sich durch àNeusynchronisation.
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IEEE 802.11-MAC : Rahmenstruktur
  • Frame Control: Protokollversion, Rahmen-Typ (Verwaltung, Steuerung, Daten),Verschlüsselungsinformationen, 2 DS-Bits
  • Duration: geforderte Belegungsdauer bei RTS/CTS-Mechanismus à NAV - Net Allocation Vector
  • Sequence Control: Folgenummerierung von Datenrahmen
  • CRC: 32-Bit-Prüfsumme
  • Addresses 1-4: 48-Bit-Adresse à Bedeutung wird von DS-Bits (Distribution System) im Frame-Control-Feld bestimmt.


  • Frame Control Field:
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IEEE 802.11-MAC : Rahmentypen (Auswahl)
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IEEE 802.11-MAC : Adressierung
  • Erfolgt über  2 Bit im Frame Control Field und 4 Adressenfelder
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IEEE 802.11-MAC : Adressierung
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IEEE 802.11-MAC : Adressierung
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IEEE 802.11-MAC : Sicherheit
  • Funknetze sind angreifbarer als drahtgebundene àSicherheitsmechanismen sind deshalb von großer Bedeutung.
  • Sicherheitsmechanismen für 802.11b,a,g sind in 802.11 standardisiert.
  • Diese sind integraler Bestandteil der MAC-Schicht bzw. des MAC-Managements, und für die MAC-Nutzer transparent.
  • Sicherheitsmechanismen sind:
    • Authentikation einer STA gegenüber der BSS bzw. EBSS durch:
      • MAC-Adresse des Funkadapters,
      • über WEP-Schlüssel.
    • Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität sollen durch Verschlüsselung der MSDU (MAC service data unit) mittels WEP-Protokoll (Wired Equivalent Privacy) erreicht werden.


  • Authentikation hat zum Ziel:
    • berechtigte Nutzung eines AP zu garantieren,
    • eventuell Vergebührung (Accounting) zu realisieren.
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IEEE 802.11-MAC : Sicherheit
  • Authentikation über MAC-Adresse
    • Jeder Adapter hat weltweit einmalige MAC-Adresse.
    • Im AP kann man zugriffsberechtigte MAC-Adressen eintragen àviel Admin-Aufwand àzu Hause aber ok.
  • Authentikation über WEP:
    • Problem Schlüsselverteilung,
    • Viele kennen Schlüssel,
    • Challenge Text, verschlüsselte
      Antwort und Initialization Vector
      können abgehört und daraus der
      Schlüsselstrom ermittelt werden.
      àrelativ unsicher àzu Hause aber ok.
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IEEE 802.11-MAC : Sicherheit
  • Die WEP-Verschlüsselung basiert auf:
    • einem geheimen Schlüssel K, 40 | 104 Bit àallen STA‘s bekannt.
    • einem Initialisierungsvektor (IV), 24 Bit, der durch den Absender zufällig für jede Übertragung neu erzeugt wird.
    • Aus K und IV wird nach einem RC4-Algorithmus eine pseudozufällige Bitfolge erzeugt.
    • Die Daten der MSDU werden mit dieser Bitfolge XOR verknüpft.
    • Über MSDU wird  mittels CRC-32 Mechanismus ein Integrity Check (IC) realisiert.
    • Der IV wird als Klartext in jeder PDU mitgeschickt, damit Decodierung möglich wird.
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Sicherheit durch VPN (Virtual Private Network)
  • Ziel von VPN: Zugriff auf die Ressourcen eines Private Networks (PN) von einem Host, der sich außerhalb dieses privaten Rechnernetzes befindet oder sichere Verbindung zweier PN‘s über öffentliche Netze.
  • Problem bei VPN:
    • Nur berechtigte Nutzer an entfernten Host‘s sollen Zugang erhalten àRealisierung durch Authentikation.
    • Bei der Datenübertragung vom entfernten Host zum PN über verschiedene Netze sollen Integrität (Unversehrtheit) und Authentizität (Quellensicherheit) garantiert werden.
  • 3 Hauptaufgaben für VPN‘s:
    • Authentikation der Nutzer bei Anmeldung am PN àverschlüsselt, unverschlüsselt.
    • Verwaltung von Datenübertragungsschlüsseln (Ki):
      • Verwendung fest zugeteilter Schlüssel bzw.
      • Zuweisung und Zertifizierung von Datenübertragungsschlüsseln.
    • Aufbau eines Tunnels zur sicheren Datenübertragung, unter Verwendung von Ki:
      • Layer-2, z.B. L2TP, PPTP, WEP
      • Layer-3, z.B. IPSec
      • Layer-4, z.B. TSL (Transport Layer Security)
      • oberhalb ;Layer-4, z.B. SSL (Secure Sockets Layer)
      • Layer-7, z.B SSH (Secure Shell).
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Sicherheit durch VPN
  • L2TP (Layer 2 Tunneling Protokoll – RFC 2408), Übertragung von PPP-Datagrammen über beliebige Netzwerkprotokolle.
  • PPTP (Point-to-Point-Tunneling-Protocol – RFC 1171), Transport von PPP-Datagrammen über ein IP-Netzwerk.
  • WEP àsiehe vorhergehenden Charts
  • IPSec (Security Architecture for IP – RFC 2401), Methoden zur Authentikation und/oder Datenverschlüsselung einschließlich der Schlüsselzuweisung.
  • Hochschule verwendet zur Realisierung von VPN àIPSec mit ISAKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol – RFC 2408) àCisco-VPN-Client.
  • Hinweise und aktuelle Versionen des VPN-Client findet man im NCC-Web.
  • Nach Installation des VPN-Clients kann man WLAN-Access-Points nutzen und auf interne Ressourcen des Hochschulnetzes zugreifen.
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Sicherheit durch VPN: IPSec
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Sicherheit durch VPN: IPSec-Prinzip
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Nutzung: Access Point einrichten
  • Scenario
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Nutzung: Access Point einrichten
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Nutzung: Access Point einrichten
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Anwendung: STA einrichten und nutzen
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Anwendung: STA einrichten und nutzen
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Anwendung: STA einrichten und nutzen
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Literatur
  • Verwendete Literatur
      /8021997/ IEEE 802.11, 1997
    • /Sch2000/ J. Schiller: "Mobilkommunikation", Addison-Wesley, 2000, ISBN 3-8273-1578-6
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