無線網路

1. 無線網路

2. 本章提要 • 無線個人域網—藍芽 • 無線區域網—IEEE 802.11 • 無線廣域網—蜂巢式行動電話網路

3. 無線網路利用電磁波傳送資訊 • 常用：紅外線與無線電

4. 紅外線(Infrared) • 簡寫為IR • 無法穿過牆壁等障礙物 • 面對面的傳輸 • IRDA 埠 (Infrared Direct Access) • 用以交換設備之間的資訊 • 用於: • 遙控 • 無線滑鼠與鍵盤

5. 無線電(Radio Frequency, RF) • 訊號可以穿透牆壁 • RF 頻帶須保留給無線設備, 如無線電話與電腦週邊設備

6. 無線電—ISM頻帶 • Industrial Scientific and Medical (ISM) bands • 900 MHz – 用於蜂巢式電話(cell phones) • 2.4 GHz • 藍芽技術(Bluetooth technology) • 低速短距離(low speed, short range) • 可同時與多個設備通訊 • 5 GHz • 無線區域網路(Wireless LAN) • 以較高的強度傳送 = 較大的距離 • 符合 802.11 標準

7. 無線網路的優點 • 移動性(Mobility) • 擴充性(Scalability) • 易於加入一個網路中 • 利用 “hotspots” • 彈性(Flexibility) • 隨時隨地的連接 • 低成本(Cost) • 低安裝成本

8. 無線的風險與限制 • 使用無執照的 RF 頻帶 • 被很多不同的設備所用 • 干擾 • 無線電話 • 微波(microwaves) • 安全性(Security) • 易存取網路 • 加密(encryption)/認證(authentication)以獲得安全

9. 用紅外線、無線電或藍芽? • Q: 在機場收email • A: 無線電 • Q:使用耳機使得免持手機談話 • A:藍芽 • Q:兩人在公園一起面對面地各持PDA下棋 • A:紅外線 • Q:三部週邊設備連接家中的桌上型電腦 • A: 藍芽

10. 用紅外線、無線電或藍芽? • Q: 二樓的CD播放器播放音樂，在地下室以無線耳機聹聽 • A: 無線電 • Q:使用遙控器對電視選台 • A:紅外線 • Q:用5.8GHz的無線電話 • A:無線電

11. 無線網路的區分 • 無線個人域網(Wireless Personal Area Networks, WPAN) • 無線局部區域網(Wireless Local Area Networks, WLAN) • 無線廣域網(Wireless Wide Area Networks, WWAN)

12. 無線個人域網 • 藍芽 • IEEE 802.15 Wireless networks: (a) piconets/wireless PANs

13. 無線區域網 • IEEE 802.11 (俗稱WiFi) Wireless networks: (b) wireless LAN

14. 無線廣域網 • 行動電話網路 蜂巢式無線電網路

15. 無線區域網路IEEE 802.11

16. 無線區域網的標準(IEEE 802.11) • IEEE 802.11 最早由 IEEE 在 1997 年 6 月正式發表, 此文件定義無線網路在實體層(Physical Layer) 與鏈結層 (Data Link Layer) 所使用的標準。 • Wi-Fi Wireless Fidelity • 所有的 802.11 標準的群組 • Wi-Fi 同盟(Alliance) • 負責測試來自製造商的無線設備

17. Wi-Fi 認證的產品 看到這個標誌，代表通過了WECA的相容性測試

18. IEEE 802.11的標準

19. 802.11a • 使用 5 GHz RF 頻帶 • 與 2.4 GHz 頻帶(亦即 802.11b/g/n設備) 不相容 • 範圍約為 802.11 b/g 的 33% • 實作上較其他種技術昂貴 • 逐漸不易找到與 802.11a 相容的裝置

20. 802.11b • 最早出現的 2.4 GHz 技術 • 最大資料速率為 11 Mbps • 範圍：室內約 46 公尺 (150 英呎) /室外約 96 公尺 (300英呎)

21. 802.11g • 2.4 GHz 技術 • 最大資料速率增加到 54 Mbps • 與 802.11b 有相同的範圍 • 與802.11b相容 (Backwards compatible with 802.11b)

22. 802.11n • 最新發展出來的標準 • 2.4 GHz 技術 (草案標準指定支援 5 GHz) • 延伸範圍與資料速率 • 與現存的 802.11g 與 802.11b 裝置相同 (草案標準指定支援 802.11a)

23. 無線區域網的組件(Components) • 無線用戶(Wireless client) • 任何參與無線網路的主機 • 存取點(Access point, AP) • 控制有線網路與無線網路之間的存取

24. 無線區域網的組件(Components) • 無線橋接器(Wireless Bridge) • 經由一條無線鏈路，連接兩個有線的網路 • 提供長距的連接 • 25 miles • 使用無執照的 RF 頻率

25. 802.11 的網路架構 • 802.11 規範 2 種無線網路架構：「基礎建設」(Infrastructure) 與「隨意」 (Ad Hoc)。 • Infrastructure 架構的特徵是用到了AP (Access Point, 俗稱基地台或存取點)。 • AP 有 2 個主要的功能： • 將收到的無線訊號再生, 然後轉送出去, 補償訊號功率不足, 延長傳輸的距離。 • 擔任無線網路與有線網路的橋樑, 透過 AP 可以將無線網路與乙太網連接起來。

26. AP 的主要功能─延長傳輸的距離

27. AP 的主要功能─連接無線與有線

28. 存取點(Access Point) • 天線(Antennas) • 增加訊號強度(增益 (gain) ) • 接收無線訊號 • 較高的增益 = 最遠的距離 • 有向性的天線(Directional antenna) • 集中訊號於單一方向 • 允許最大的距離 • 全向性的天線(Omni-directional antenna) • 平均往所有方向發射訊號 • 大多的 Access Points 使用之

29. 基本服務集 • 基本服務集(Basic Service Set, BSS)是指同一AP所轄的無線設備 • 無線設備須有相同的服務集識別碼(Service Set Identifier, SSID)才能互相通訊 • 識別其所屬的無線區域網 • SSID特徵 • 區分大小寫 • 文字或數字字元(最多32) • 利用訊框標頭送出

30. 隨意式(Ad-hoc)架構 • 不需要存取點(Access Point, AP)的型式 • 以對等方式連接兩部以上的設備 • 這種隨意式網路所覆蓋的區域稱為「獨立基本服務集」(Independent Basic Service Set , IBSS)

31. Ad Hoc 網路架構 • 此架構的特徵為不使用 AP, 每台電腦使用各自的無線網路卡互傳資料, 例如多台筆記型電腦彼此利用 PCMCIA 無線網路卡相連, 就成為一個 Ad Hoc 架構的無線網路。

32. 分配系統(Distribution System) • 擴充的服務集(Extended Service Set, ESS) • 使用多個AP • 每個基本服務集 ( BSS ) 應該有 10% 的重疊 • 才能避免訊號的遺失 基本服務集(BSS) 基本服務集(BSS)

33. WLAN中的頻道 • 頻道(channels)的使用有助於控制通話 • 使鄰近的多個 AP 能夠運作 • 每個 AP 須在不同的頻道上 • 每個頻道能夠載送不同的通話

34. 存取控制―CSMA/CA • 具有避免踫撞的載波偵測多重存取(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) • 確保在無線網路上不會發生踫撞 • 其作法是為通訊保留頻道 • 設備要求 AP 同意 (要求傳送–Request to Send(RTS)) • 若可用, AP 回應以淨空訊息 • 淨空傳送– Clear to Send (CTS) • CTS 廣播給所有其他設備 • 通知每個設備頻道正被使用 • 一旦完成通話 • 要求頻道的設備送出認可 ACK 給 AP • ACK 向 AP表示頻道已可再使用 • ACK 送給其他設備使其知道頻道可再使用

35. 設定無線AP • 模式(Modes) • 與設備有關 • 混合模式(Mixed Mode) – 可支援多種的主機 • 但會降低效率 – 支援越多設備 • SSID • 以識別 WLAN • 參與的設備須使用相同的SSID • SSID 廣播給每一台設備 • 使得易於偵測 • 無線頻道(Wireless Channel) • 自動配置(auto locate) • 找擁塞最少的頻道

36. 設定無線AP

37. 設定無線用戶 • 無線主機 (STA) – 具有無線網卡與無線軟體的設備 • 用戶組態須匹配 Access Point 的組態 • Windows XP • 無線用戶軟體 • 為作業系統的一部份 • 能控制大部分的組態 • 設定WinXP無線網路(http://wlan.ncnu.edu.tw/wlanFAQ/winxp/winxp.htm)

38. 設定無線用戶 • 使用專用的軟體(stand-alone software) • 無線網卡附帶的軟體，具有特別加強的功能 • 不能與 XP提供的無線設定軟體並用 • 安裝完軟體時，即檢查連通性 • 連線資料速率 • 連線狀態 • 使用的無線頻道 • ping

39. 設定無線用戶

40. 無線網路的安全 • 不需實體的連線 • 攻擊者可以轉進“tune into” 你的網路就向收聽廣播電台一樣 • 若採用預設的設定，則易於侵入，因而須更改這些設定 • 隱藏(disable) SSID • 更改預設的密碼 • 更改預設的 IP 位址 • 然而， • SSID 是以明文傳送 • 所以，仍然可能被發現

41. MAC位址過濾 • 另一項安全功能 • 會限制對您的網路之存取 • MAC 位址用於識別哪部設備連到無線網路 • 無線 AP 從清單(資料庫) 查詢 MAC 位址 • 只有那些所列的位址可以獲得存取權

42. 認證(Authentication) • 控制哪些人連上網路 • 依據身份證明(credentials)來應允 • 有助於驗證設備的 “可信頼程度(trustworthiness)” • 用戶名(usernames) • 密碼(passwords) • 用戶連上 WLAN之前進行

43. 開放式認證(Open Authentication) • 預設的認證方式 • 任何的用戶都可存取 AP • 應只用於開放的無線網路上 • 學校 • 網際網路咖啡(Internet Café )

44. 事先共享金鑰 (Pre-Shared Key, PSK)認證 • AP 與用戶兩方須有相同的密鑰 • 此為其運作方式: • AP 送出一串隨機的位元組給用戶 • 用戶收到之後，將其加密，並送回給 AP • AP 收到加密的字串，解開其內容 • 若解開後的字串 = 原本的字串 用戶可以進入

45. 可擴展的認證協定 (Extensible Authentication Protocol, EAP) • EAP 軟體須安裝於用戶設備上 • AP透過「遠端認證撥接用戶服務」(RADIUS) 伺服器查詢用戶

46. RADIUS伺服器 • Remote Authentication Dial-in User Services • 伺服器的運作與AP是分開的 • 維護一份有效的用戶資料庫 • 檢查用戶名(username)與密碼

47. 加密(Encryption) • 對傳送資料的處理，使得就算被擷取也無法使用 • WEP (Wired Equivalency Protocol) • 在傳送時加密傳送內容 • WEP金鑰是以字元或數字輸入，通常產生 64 或 128 bits的金鑰 • AP 以及網路上的每一部設備須有相同的 WEP 金鑰

48. Wi-Fi Protected Access (WPA) • 網際網路上已有現成的攻擊軟體可以破解 WEP 金鑰。 • 為克服此弱點，改用Wi-Fi Protected Access (WPA) • WPA的加密金鑰可以從64 bits 到 256 bits，並且在每次用戶與AP連線時會動態產生新的金鑰，所以較不易被破解。

49. 交通過濾 • 控制哪種交通可以經過 WLAN • 根據如下資訊做阻擋交通: • IP Address • MAC Address • Port Numbers

50. 規劃無線網路 • 決定無線網路標準種類 • 802.11b, g, n 在 2.4 GHz • 傳得比 5 GHz 遠 • 較少的裝備 = 較低的成本 • 決定擺設位置 • 查看現有的基礎建設 • 若使用 802.11a, 是否能與最新的標準搭配? • 安裝/安全性 • 購置的總成本(Total Cost of Ownership, TCO) • 場區調查(Site Survey) • 訊號強度 • 可能的干擾 (interference) • 備份/更新設備