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Kabellose Datenübertragung

Mathias Gastler. Kabellose Datenübertragung. 1. Einführung 2. WLAN 3. Bluetooth 4. IrDA 5. Zusammenfassung Vor- und Nachteile. 1. Einführung. ermöglicht kabellose Übertragung von Daten in verschiedenen Variationen bekanntesten Standards Bluetooth, IrDA und Wireless LAN. 2. WLAN.

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Kabellose Datenübertragung

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Presentation Transcript

  1. Mathias Gastler Kabellose Datenübertragung 1. Einführung 2. WLAN 3. Bluetooth 4. IrDA 5. Zusammenfassung Vor- und Nachteile

  2. 1. Einführung • ermöglicht kabellose Übertragung von Daten in verschiedenen Variationen • bekanntesten Standards Bluetooth, IrDA und Wireless LAN

  3. 2. WLAN • 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

  4. 2.7 Frequenzen • 2.8 WLANA • 2.9 WECA • 2.10 ETSI • 2.11 Hyperlan • 2.12 Vor- und Nachteile

  5. 2.0 Anwendungsgebiete

  6. spontane Netzwerke • Z.B. Laptops mit Hilfe einer Ad-hoc-Verbindungen Netzwerke aufbauen • Sie dienen zum Datenaustausch auf schnelle Weise

  7. 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

  8. Mobile Netzwerke • Man kann am Arbeitsplatz oder wichtigen Konferenzen mit seinem Laptop im Netz arbeiten • Man ist immer mit dem Netz (Internet) verbunden

  9. 2.1 Geschichte • WLAN bezeichnet ein „drahtloses“ lokales Funknetz, wobei meistens ein Standard der IEEE 802.11-Familie gemeint ist • 1997 IEEE 802.11 Standards auf den Markt gebracht • 1999 IEEE 802.11a/ Standard

  10. 2.2 Betriebsarten • WLAN zwei Betriebsarten (Modi) • Infrastruktur-Modus • Ad-hoc-Modus

  11. 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

  12. 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

  13. 2.3 Datensicherheit • 2.3.1 Verschlüsselung • 2.3.2 Authentifizierung

  14. 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

  15. 2.3.2 Authentifizierung • regelt die Kommunikation zw. 2 IEEE 802.11 konformen Geräten • Die 2 wichtigsten : OSA und SKA

  16. OSA • (Open System Authentification) • auch bekannt unter Null-Authentifizierung (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

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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-to-Point) • 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

  22. 2.6 Gesellschaftliches • Provider in eine mächtige Position bei der Kontrolle des Datenverkehrs • Benutzer relativ konsumorientiert • Wegfall der Kosten der kabelgebundenen Infrastruktur

  23. Stan-dard Frequenzen Kanäle 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. 2.7 Frequenzen Die Kanalbandbreite beträgt bei allen Standards zwischen 10 und 30 MHz.

  24. 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 )

  25. 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

  26. 2.10 ETSI • European Telecommunications Standards Institute • Die ETSI ist eine nicht Gewinn orientierte Organisation, die sich die Standardisierung Datenfernübertragung zu Aufgabe gemacht hat

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 3. Bluetooth • 3.1 Herkunft • 3.2 Technische Merkmale • 3.3 Systemarchitektur • 3.4 Bluetooth-Modul • 3.5 Bluetooth-Hotspot • 3.6 Abhörsicherheit • 3.7 Verbindungsaufbau • 3.8 Bluetooth-Profile • 3.9 Vor- und Nachteile

  31. 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

  32. 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

  33. Beim Vergleich geht man von Maximalwerten der Bandbreite

  34. 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-Hopping-Folge identifiziert

  35. 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

  36. 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 Marketing-Instrument eingesetzt

  37. Bluetooth-Hotspots sind also Punkte in der Öffentlichkeit an denen man ortsgebundene Daten empfangen kann

  38. 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

  39. 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 Inquiry-Nachricht 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“

  40. im Durchschnitt dauert Verbindungsaufnahme 0,6s • Modi bei Bluetooth Geräten :

  41. 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 3.8 Bluetooth-Profile

  42. 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

  43. 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

  44. 4. IrDA • 4.0 Allgemeines und Geschwindigkeit • 4.1 Geschichte • 4.2 Spezifikationen • 4.3 Fast IrDA • 4.4 VFIR • 4.5 Anwendung

  45. 4.0 Allgemeines und Geschwindigkeit • Heute haben die meisten Notebooks, viele Handys, Drucker und andere Geräte eine Infrarot-Schnittstelle. 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.

  46. 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

  47. 4.2 Spezifikationen • Reichweite bis zu 1 m dadurch ist Abhörsicherheit gegeben

  48. 4.3 Fast IrDA • Fast Infrared Data Association Standard • Bezeichnung für Version 1.1 des IrDA-Standards für Infrarot-Datenübertragungen • Übertragungsraten bis zu 4 MBit/s

  49. 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

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