Kein Folientitel
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Das GSM-Netz Ein kurzer Einblick von Stefan Zier GSM Fahrplan • • • • • Geschichte Architektur Funkübertragung Sicherheit Zukunft GSM Geschichte • In den frühen achtziger Jahren entstanden viele analoge Telefonnetze • diese Netze hatten eigene, inkompatible, proprietäre Protokolle • 1982 formte die CEPT deshalb eine Studiengruppe, die Groupe Speciale Mobile hieß um einen europaweiten Standard zu entwickeln GSM Kriterien für das Netz • • • • • • • • Subjektiv gute Sprachqualität Niedrige Kosten für Endgeräte Unterstützung für International Roaming Unterstützung für Handheld-Endgeräte Unterstützung einiger neuer Services spektrale Effizienz ISDN Kompatibilität Abhörsicherheit GSM Geschichte • 1989 wurde das GSM-Projekt der ETSI (European Telecommunications Standard Institute) übertragen • 1990 wurde die Phase 1 des GSMStandards veröffentlicht • 1991 startete der erste kommerzielle Dienst GSM Geschichte • • • • 1993: 36 Netzwerke in 22 Ländern 1994: 1.3 Millionen Nutzer 1997: über 55 Millionen Nutzer heute: 200 GSM-kompatible Netze in mehr als 110 Ländern im Betrieb • heute: PCS1900 (USA) und GSM1800 (z.B. E-Netz) als Derivate GSM GSM-Dienste • • • • • • Telefoniedienst Notruf-Dienst (112) Datendienste Gruppe 3 Faxdienste SMS (Short Message Service) Broadcast SMS GSM Die Mobile Station • Enthält eine SmartCard, das sog. Subscriber Identity Module, das den Benutzer eindeutig anhand einer International Mobile Subscriber Identity Nummer (IMSI) identifiziert • Das Gerät selbst ist mit der International Mobile Equipment Identity (IMEI) eindeutig gekennzeichnet GSM Die Basisstation • Besteht aus zwei Teilen: Base Transceiver Station (BTS) und Base Station Controller (BSC) • die BTS beinhaltet die Radiokommunikationseinrichtungen für eine Zelle des Netzes • der BSC verwaltet eine oder mehrere BTS und stellt die Verbindung zum Mobile Switching Center (MSC) dar GSM Mobile Switching Center • Verbindet das GSM-Netz mit stationären Netzen wie ISDN und POTS (Plain Old Telephone Service) • enthält das Home Location Register (HLR) und das Visitor Location Register (VLR), mit deren Hilfe GSM Anrufe weiterleiten und Roaming betreiben kann GSM Mobile Switching Center • Enthält außerdem das Equipment Identity Register (EIR), eine Liste der gültigen IMEI-Nummern für das Netz • außerdem das Authentification Center (AuC), das die Authentifizierung von Nutzern anhand der IMSI-Nummer durchführt GSM Architektur GSM Die Funkübertragung • Für das herkömmliche GSM-Netz hat die ITU das Frequenzband von 890-915 MHz für den Uplink und das Band von 935-960 MHz für den Downlink reserviert • die Funkübertragung muß aufgrund dieser stark begrenzten Ressourcen sehr effizient sein GSM Die Funkübertragung • GSM setzt eine Kombination von Time Division Multiple Access (TDMA) und Frequency Division Multiple Access (FDMA) ein • Up- und Downlink-Bereich wurden je in 124 Trägerfrequenzen eingeteilt, die 200 kHz auseinanderliegen • jede dieser Trägerfrequenzen wird zeitlich weiter unterteilt GSM Die Funkübertragung • Grundlegende zeitliche Einheit ist eine burst period, die ca. 0,577 ms dauert • acht burst periods ergeben einen TMDA Frame, die Basiseinheit für die Unterteilung in logische Kanäle • die Kanäle werden dedizierte und öffentliche Kanäle unterteilt GSM Sprachkodierung • Verfahren: Regular Pulse Excited -Linear Predictive Coder • Grundprinzip: es wird nur die Differenz zu vorhergehenden Samples übertragen • recht komplexer, aber effizienter Algorithmus • ergibt kodiert eine Bitrate von 13 kbps • weitere Verfahren zur Datenreduktion GSM Reflektionen • Funksignale im Frequenzbereich von GSM werden reflektiert • das selbe Signal kann zeitversetzt mehrfach beim Empfänger ankommen • deshalb ist in jedem burst frame eine sogenannte Trainingssequenz enthalten, die immer gleich ist und anhand deren der Empfänger synchronisiert werden kann GSM Wandernde Endgeräte • Das Netz wird in location areas unterteilt, die aus mehreren Zellen bestehen können • wechselt ein Mobilteil zwischen location areas, muß es sich erneut registrieren • der aktuelle Standort der Mobilteils wird im HLR gespeichert • Nachrichten an das Mobilteil werden nur in die location area geschickt GSM Sicherheit • Gestohlene Mobilteile können gemeldet und im EIR als ungültig markiert werden • die Authentifizierung erfolgt nach einem Challenge-Response-Verfahren, das von Netz zu Netz variiert und in der SIM-Karte/dem AuC implementiert ist • bei der Authentifizierung wird ein Session-Key vereinbart, mit dem die Sprachübertragung verschlüsselt wird GSM Sicherheit • Dem Chaos Computer Club gelang es, eine D2 Kundenkarte zu klonen, weil D2 einen unsicheren Algorithmus für den Versand der IMSI verwendet hatte • Die Sprachübertragung ist jedoch in allen Netzen mit einem sehr sicheren Algorithmus gegen abhören gesichert • jedoch ist es theoretisch mit Supercomputern möglich, Gespräche abzuhören GSM Zukunft • GSM ist heute sehr weit verbreitet - mit steigender Tendenz • in USA gibt es ein GSM-kompatibles Netz • GSM-Telefone sind heute sehr günstig zu bekommen und haben inzwischen sehr viele Features zur Fax- und Datenkommunikation • verschiedene Gremien arbeiten an einer Weiterentwicklung des GSM-Standards GSM Das war‘s... 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