Kabellose Datenübertragung

Mathias Gastler
Kabellose
Datenübertragung
1. Einführung
2. WLAN
3. Bluetooth
4. IrDA
5. Zusammenfassung Vorund Nachteile
1. Einführung
- ermöglicht kabellose Übertragung von Daten in verschiedenen Variationen
- bekanntesten Standards Bluetooth, IrDA und Wireless LAN
2. WLAN
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•
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o
o
•
•
•
2.0 Anwendungsgebiete
2.1 Geschichte
2.2 Betriebsarten
2.3 Datensicherheit
2.3.1 Verschlüsselung
2.3.2 Authentifizierung
2.4 Reichweite und Antennen
2.5 WDS Bridging und Repeating
2.6 Gesellschaftliches
• 2.7 Frequenzen
• 2.8 WLANA
• 2.9 WECA
• 2.10 ETSI
• 2.11 Hyperlan
• 2.12 Vor- und Nachteile
2.0 Anwendungsgebiete
• spontane Netzwerke
– Z.B. Laptops mit Hilfe einer Ad-hoc-Verbindungen
Netzwerke aufbauen
• Sie dienen zum Datenaustausch auf schnelle
Weise
• drahtlose Büros
– das sind kleine Netzwerke mit mehren PCs
• Clients haben gemeinsamen Zugriff auf Dateien
(Drucker falls vorhanden) im Netzwerk
• alle PCs können auf das Internet zugreifen wenn
vorhanden
• Mobile Netzwerke
– Man kann am Arbeitsplatz oder wichtigen
Konferenzen mit seinem Laptop im Netz arbeiten
– Man ist immer mit dem Netz (Internet) verbunden
2.1 Geschichte
• WLAN bezeichnet ein „drahtloses“
lokales Funknetz, wobei meistens
ein Standard der IEEE 802.11Familie gemeint ist
• 1997 IEEE 802.11 Standards auf
den Markt gebracht
• 1999 IEEE 802.11a/ Standard
2.2 Betriebsarten
• WLAN zwei Betriebsarten (Modi)
– Infrastruktur-Modus
– Ad-hoc-Modus
Infrastruktur-Modus
• wird eine Basisstation (meist Wireless Access
Point) speziell ausgezeichnet
• koordiniert einzelne Netzknoten
• meistens dann auch Mittler in ein weiteres
Netz
• kann sowohl Funknetz als auch klassisches
Kabelnetz sein
Ad-Hoc-Modus
• keine Station besonders ausgezeichnet
(d.h. alle gleichwertig)
• Ad-Hoc-Netze =schnell und leicht aufbauen
• keine Pakete weiterreichen
- d.h. physikalisch zentral stehende Computer
erreichen das gesamte Netz, aber ein
Computer am Randbereich nur einen Teil
2.3 Datensicherheit
• 2.3.1 Verschlüsselung
• 2.3.2 Authentifizierung
2.3.1 Verschlüsselung
• WEP (Wired Equivalent Privacy)
– integrierter Standard von IEEE 802.11
– arbeitet mit dem RC4 Algorithmus
• Verschlüssellungssystem mit einem 40 Bit
oder 104 Bit Schlüssel
– durch Sammeln von Schlüsselpaaren kann es
zu Known-Plaintext-Attacken kommen
– es gibt freierhältliche Programme um die
Passwörter zu entschlüsseln
• Sicherheitsmethoden: WEP plus, Wi-Fi Protected
Access (WPA), Fast Packet Keying, Extensible
Authentication Protocol (EAP), Kerberos, High
Security Solution
2.3.2 Authentifizierung
• regelt die Kommunikation zw. 2 IEEE
802.11 konformen Geräten
• Die 2 wichtigsten : OSA und SKA
OSA
– (Open System Authentification)
• auch bekannt unter NullAuthentifizierung (immer erforderlich)
• Client sendet
Authentifizierungsanforderung an den
AcessPoint
• AP authentifiziert die Station und
überprüft die Identität
• Client stellt die Verbindung zum AP
her und damit auch zum Netzwerk
SKA
– (Shared Key Authentification oder
Challenge-Response-A.)
• Client meldet sich beim AccessPoint an
• kündigt Authentifizierungswunsch an
• AP schickt eine zufällige Zahl an den
Client
(Challenge )
• Client verschlüsselt diese Zahl mit dem
WEP- Verfahren und schickt das Ergebnis
zurück an den AP ( Response )
• AP entschlüsselt den eingehenden
Response
• wenn Response = Challenge =>
authentifiziert
2.4 Reichweite und
Antennen
• Antennen 30 bis 100 m Reichweite auf freier Fläche
erwarten
• neueste Technik 80 m in geschlossenen Räumen
• gute WLAN-Hardware erlaubt Anschluss einer
externen Antenne
• externe Rundstrahlantennen 100 bis 300 m im
Freien
• Leichtbauwände mindern die Reichweite
• Stahl und Beton nicht durchdringbar
• Bäume (insbesondere dicht belaubt) = Hindernisse
für WLAN-Verbindungen
•
•
•
•
•
WLAN 802.11b = max. 11 Mbit/s
802.11g = maximal 54 Mbit/s mit 2,5GHz
beide mit Wellenlänge von 12,5 cm
WLAN 802.11a = max. 54 Mbit/s mit 5 GHz
neue WLAN- Standards liegen in Deutschland
im lizenzfreien Frequenzbereich
• mit speziellen Richtfunkantennen lassen sich
bei Sichtkontakt mehrere Kilometer
überbrücken
• Rekorde mit Verbindungen über mehrere
hundert Kilometer ohne aktiven Verstärker –
abgesehen von den Antennen
• Berechnung der Sendeleistung (in dBm)
:
• + Sendeleistung (dBm)
• + Gewinn Verstärker (dB) (falls
vorhanden)
• - Dämpfung Kabel (dB)
• - Dämpfung Stecker (dB)
• - Dämpfung Blitzschutz (dB)
• + Gewinn Antenne (dBi)
• ─────────────────────────────
• = Gesamtsendeleistung
2.5 WDS Bridging und
Repeating
• durch „Bridging-/Repeating-Modus“ können
zwei oder mehrere AP‘s zu einem Verbund
zusammengeschaltet werden
• Bridge Modus (Brücke), bei dem 2 APs
zusammen-geschlossen werden (Point-toPoint)
• Repeating-Modus (Point-to-Multi-Point)
werden mehrere APs miteinander verbunden
damit Reichweite eines WLAN-Netzes erhöhen
(Wireless Distribution System =WDS )
Nachteile:
• 1. Für zusätzliche APs im Bridging-Mode 1/2
Übertragungsleistung
• 2. keine dynamisch Verschlüsselung möglich
2.6 Gesellschaftliches
• Provider in eine mächtige Position bei
der Kontrolle des Datenverkehrs
• Benutzer relativ konsumorientiert
• Wegfall der Kosten der
kabelgebundenen Infrastruktur
2.7 Frequenzen
Standard
Frequenzen
IEEE
802.11a
5.15 GHz bis
5.725 GHz
Kanäle: 19, alle überlappungsfrei, in Europa mit TPC
und DFS nach 802.11h
IEEE
802.11b
2.4 GHz bis
2.4835 GHz
Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa / 14 in Japan.
Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.
IEEE
802.11g
2.4 GHz bis
2.4835 GHz
Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa / 14 in Japan.
Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.
Kanäle
Die Kanalbandbreite beträgt bei allen Standards zwischen 10 und 30 MHz.
2.8 WLANA
• Wireless LAN Association
• Die WLANA ist eine gemeinnützige
Handels-Vereinigung, Leiter und
Wegbereiter für öffentlich drahtlose
Netzwerke
(unterstützt IEEE 802.11 Standards )
2.9 WECA
• Wireless Ethernet Compatibility Alliance
• WECA macht eine Kommunikation
zwischen den nach IEEE 802.11
kommenden Standards möglich
• daraus folgt eine uneingeschränkte
Nutzung der Wireless LAN Umgebungen
2.10 ETSI
• European Telecommunications
Standards Institute
• Die ETSI ist eine nicht Gewinn
orientierte Organisation, die sich die
Standardisierung Datenfernübertragung
zu Aufgabe gemacht hat
2.11 Hyperlan
• High Performance Radio Local Area
Networks
• HiperLAN Typ 1
– HLAN 1 Standard ist ein drahtloser
Netzwerk Standard im 5,15-5,30 GHz
Frequenzbereich mit einer
Übertragungsgeschwindigkeit von
20Mbit/s und wurde 1996 von der ETSI
verabschiedet
• Hiperlan Typ 2
– 2000 wurde HLAN Typ 2 Standard
durch BRAN (Broadband Radio Access
Network) verabschiedet
– Übertragungsgeschwindigkeit von bis
zu 54Mbit`s
– 5 GHz Frequenzspektrum
– HLAN 2 Netzwerk besteht aus
mehreren APs mit denen die
Funkversorgung eines bestimmten
Gebietes gewährleistet wird
– Aufbau einer HLAN 2
Netzwerkumgebung = WLAN
2.12 Vor- und Nachteile
• Vorteile:
– Kaum Hardware benötigt
– Schnelle Verbindungen unter einzelnen
Geräten
– Geringer Energieverbrauch
– Kommunikation ohne Kabel
– Benutzerfreundlich
– geringe Störempfindlichkeit
• Nachteile:
– kleine Übertragungsraten
- kleine Reichweite zw. Benutzern
3. Bluetooth
•
•
•
•
•
•
•
•
•
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Herkunft
Technische Merkmale
Systemarchitektur
Bluetooth-Modul
Bluetooth-Hotspot
Abhörsicherheit
Verbindungsaufbau
Bluetooth-Profile
Vor- und Nachteile
3.1 Herkunft
• stammt vom dänischen König Harald
Blåtand ( 940 – 981 ) ( bedeutet soviel
wie Blauzahn )
• schaffte es große Teile Skandinaviens
zu christansieren und unter seine
Herrschaft zu bekommen
• so wie er Skandinavien einte sollte
Bluetooth die Landschaft der
Kommunikationsgeräte einen
3.2 Technische Merkmale
• max. Übertragungsgeschwindigkeit 1 Mbit/s
• Geräte senden auf dem lizensfreien ISM-Band (
Industrial-, Scientific-, Medical-Band )
• Sendefrequenzen zw. 2,402 GHz und 2,480 GHz
• bis zu 8 Geräte können zusammengeschlossen
werden ( Piconetz)
• Bluetooth unterstützt die Übertragung von
Sprache und Daten
• Verschlüsselung der Daten ist möglich
• unterschiedliche Sendeleistung:
1 mW (bis 10m),
2.5 mW (bis 50m),
10 mW (bis 100m)
Bluetooth-Tastatur
Standard
Übertragungsgeschwindigkeit
Bluetooth
0,125 MByte/s
Wireless LAN 11 MBit/s IEEE-802.11
1,375 MByte/s
USB 1.1
1,5
Wireless LAN 54 MBit/s IEEE-802.11
6,75 MByte/s
Ultra ATA/33 (ATA/ATAPI-4 UDMA mode 2)
33,3 MByte/s
IEEE1394 / Firewire / i.Link bei S400
50
MByte/s
USB 2.0
60
MByte/s
Ultra ATA/66 (ATA/ATAPI-5 UDMA mode 4)
66,7 MByte/s
IEEE1394b / Firewire 800
100
MByte/s
Ultra ATA/100 (ATA/ATAPI-6 UDMA mode 5)
101
MByte/s
SATA (Serial ATA)
150 MByte/s
Beim Vergleich geht man von Maximalwerten der Bandbreite
MByte/s
3.3 Systemarchitektur
• Bluetooth-Netzwerke können bis zu 255
Geräte umfassen davon können 8 gleichzeitig
aktiv sein
• bestehend aus 1 Master und 7 Slaves
• Master steuert die Kommunikation und vergibt
Sendeslots an die Slaves
• ein Gerät kann in mehreren Netzen als Slave
angemeldet sein aber nur in einem als Master
• bis zu 10 Piconetze bilden ein Scatternetz
– Teilnehmer können untereinander in Kontakt treten
• jedes Piconetz wird durch Frequenz-HoppingFolge identifiziert
3.4 Bluetooth-Modul
• Basis eines Bluetooth-Systems =
Mikrochip (Bluetooth-Modul =B-M)
• B-M benötigt wenig Energie, bietet
integrierte Sicherheitsmechanismen +
günstige Herstellung
• Reichweite von 10 m bis 100 m
• Kanalbreite von 1 MHz
• Bluetooth Klasse-1 USB-Stick
3.5 Bluetooth-Hotspot
• Seit 2005 Verbreitung von öffentlichen
Bluetooth Hotspots, über die man mit
Bluetooth-Geräten kostenlos
ortsbezogenen Daten empfangen kann
• Bluetooth-Hotspots werden vielfach von
Unternehmen als Mobile MarketingInstrument eingesetzt
•Bluetooth-Hotspots sind also Punkte in der
Öffentlichkeit an denen man ortsgebundene
Daten empfangen kann
3.6 Abhörsicherheit
• israelische Forscher A. Wool und Y.
Shaked beschrieben das die
Abhörsicherheit leicht zu umgehen ist
• als Schutz vor solchen Angriffen
empfehlen die Autoren die Verwendung
von PINs mit deutlich mehr als 4
Zeichenlänge
• Benutzer sollten Gegenstellen möglichst
selten mit PIN-Eingabe anmelden,
besser ist es sie in der
Authentifzierungsliste zu speichern
3.7 Verbindungsaufbau
• identifizieren der einzelnen Geräte innerhalb von
2s über 48 Bit lange Seriennummer
• im Stand-By-Modus hören Geräte alle 1.28s
nach Nachrichten und kontrollieren 32
Frequenzen
• Kontakt zu den Slaves werden mit einer InquiryNachricht hergestellt ( Erkundigung ) danach
senden einer Page-Message falls die
Hardwareadresse der Geräte unbekannt ist
• Im Pagezustand sendet der Master 16 gleiche
Pagetelegramme auf unterschiedlichen
Frequenzen (für Slaves )  danach bekommen
sie den Status „Verbunden“
•
im Durchschnitt dauert Verbindungsaufnahme 0,6s
•
Modi bei Bluetooth Geräten :
Modus
Aufgabe
HOLD
Wenn keine Datenübertragung vorhanden ist dann
setzt der Master die Slaves in diesen Modus damit
sie Strom sparen
SNIFF
Arbeitet in einem reduzierten Zyklus
PARK
Gerät ist synchronisiert aber nimmt nicht am
Verkehr teil ( z.B. Datenverkehr )
3.8 Bluetooth-Profile
ABKÜRZUNG BEDEUTUNG
VERWENDET FÜR
A2DP
Advanced Audio Distribution Profile
Übermittlung von Audiodaten
AVRCP
Audio Video Remote Control Profile
Fernbedienung für Audio/Video
BIP
Basic Imaging Profile
Übertragung von Bilddaten
BPP
Basic Printing Profile
Drucken
CIP
Common ISDN Access Profile
ISDN Verbindungen über CAPI
CTP
Cordless Telephony Profile
Schnurlose Telefonie
DUN
Dial-up Networking Profile
Internet-Einwahlverbindung
ESDP
Extended Service Discovery Profile
Erweiterte Diensteerkennung
FAXP
FAX Profile
Faxen
FTP
File Transfer Profile
Dateiübertragung
GAP
Generic Access Profile
Zugriffsregelung
GAVDP
Generic AV Distribution Profile
Übertragung von Audio-/Videodaten
GOEP
Generic Object Exchange Profile
Objektaustausch
HCRP
Hardcopy Cable Replacement Profile
Druckanwendung
HSP
Headset Profile
Sprachausgabe per Headset
HFP
Hands Free Profile
Schnurlose Telefonie im Auto
HID
Human Interface Device Profile
Eingabe
INTP
Intercom Profile
Sprechfunk
LAP
LAN Access Profile (nur Version < 1.2)
PPP Netzwerkverbindung
OPP
Object Push Profile
Visitenkarten-/Terminaustausch
PAN
Personal Area Networking Profile
Netzwerkverbindungen
SAP
SIM Access Profile
Zugriff auf SIM-Karte
SDAP
Service Discovery Application Profile
Geräteauffindung
SPP
Serial Port Profile
Serielle Datenübertragung
Sync
Synchronisation Profile
Datenabgleich
3.9 Vor- und Nachteile
• Vorteile:
–
–
–
–
–
–
–
Niedriger Energieverbrauch
keine Kabelverbindung
Geringe Störempfindlichkeit
billig in der Produktion
kleine Module bei Verarbeitung im Gerät
gute Verschlüsselungsmethoden
schnelle Einrichtung der Verbindung
• Nachteile:
–
–
–
–
Geringe Bandbreite
Niedrige Sendeleistung
Eingeschränkte Reichweite
Begrenzte Anzahl von Netzteilnehmer
4. IrDA
• 4.0 Allgemeines und
Geschwindigkeit
• 4.1 Geschichte
• 4.2 Spezifikationen
• 4.3 Fast IrDA
• 4.4 VFIR
• 4.5 Anwendung
4.0 Allgemeines und
Geschwindigkeit
• Heute haben die meisten
Notebooks, viele Handys, Drucker
und andere Geräte eine InfrarotSchnittstelle. Ursprünglich hat HP
die Idee gehabt, Drucker drahtlos
mit PCs bzw. Notebooks zu
verbinden. HP-Drucker sind auch
die ersten, die diese Schnittstelle
integriert hatten.
4.1 Geschichte
• IrDA = Infrared Data Association
• 08.1993 schlossen sich ca. 30
Unternehmen
( z.B. HP, IBM und Digital ) zu einer
Gruppe zusammen  IrDA
 Gruppe wollte ein einheitliches
Protokoll für die Datenübertragung per
Infrarot schaffen
• z.B. Drucker von HP mit einem Rechner
von IBM mittels Infrarot kommunizieren
4.2 Spezifikationen
• Reichweite bis zu 1 m dadurch ist Abhörsicherheit gegeben
Spezifikation
Übertragungsrate
Bemerkung
IrDA 1.0
9,6 bis 105.2 kBit/s
Short-Infrared, Serial Infrared
IrDA 1.1
bis zu 16 Mbit/s
Mid-Infrared (MIR) (1,152 MBit/s)
Fast-Infrared (FIR) (4 MBit/s)
Very-Fast-Infrared (VFIR) (16 MBit/s)
4.3 Fast IrDA
• Fast Infrared Data Association
Standard
• Bezeichnung für Version 1.1 des IrDAStandards für InfrarotDatenübertragungen
• Übertragungsraten bis zu 4 MBit/s
4.4 VFIR
• Very Fast Infrared
• Spezifikation der IrDA für die Infrarot Datenübertragung; im Prinzip eine
Erweiterung von FIR(Fast IrDA)
• VFIR ist abwärtskompatibel zu FIR
• Übertragungsraten von 16 MBit/s
4.5 Anwendung
• in heutigen PC-Systemen integriert
• in viele Geräte integriert z.B.
Handys, Notebooks
Gemeinsamkeiten von Bluetooth
und WLAN
• ???????????????????????????
5.
Bluetooth
-
Gemeinsamkeiten
Vorteile
Nachteile
Wireless Lan
beide nutzen das 2,4 GHz Frequenzband
versuchen beide Geräte mit einander zu verbinden
haben beide keine lästigen Kabelverbindungen
beide dienen zur Daten- und Sprachübertragung
beide haben eine geringe Störempfindlichkeit
-
gute Reichweite
hohe Übertragungsrate
keine Kabelverbindungen
WLAN = Kabelnetzwerken
-
-
Störung durch andere Geräte
mit selber Frequenz
Viel Hardware und Kenntnisse
nötig für Inbetriebnahme
Unsichere Datenübertragung (
wenn kaum Fachkenntnisse
vorhanden )
-
-
-
-
-
Kaum Hardware benötigt
Schnelle Verbindungen unter einzelnen
Geräten
Sehr hohe Reichweite
Geringer Energieverbrauch
Kommunikation ohne Kabel
Benutzerfreundlich
kleine Übertragungsraten
kleine Reichweite zw. Benutzern ohne
Antenne
begrenzte Anzahl von Netzbenutzern
Meine Quellen
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www.richtfunk-wireless.de
www.informationsarchiv.net
http://www.at-mix.de/irda.htm
http://www.at-mix.de/vfir.htm
http://www.at-mix.de/fast_irda.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Irda
http://de.wikipedia.org/wiki/Infrarot#Anwendung_in_der_Co
mputertechnik
www.netgear.de
http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth
http://de.wikipedia.org/wiki/Wireless_LAN
http://www.informationsarchiv.net/statisch/wlan/
www.chip.de
http://www.abcdata.de/wlan_Standards_einleitung.htm
http://www.bsi.de/literat/doc/wlan/
www.bluetooth-infos.de
http://www.netzwerktotal.de/wlansicherheit.htm
www.google.de
Vortrag von Stephan Wolfgram (Jahrgang 2005 )
eigene Erfahrungen^^
ENDE
Danke, für Ihre
Aufmerksamkeit!