Inhaltsverzeichnis

  Inhaltsverzeichnis  

Inhaltsverzeichnis.   II

1  Einleitung  3

1.1  Motivation  3

1.2  Der Name „Wi-Fi“ und seine Entstehung  3

1.3  Übersicht der wichtigsten 802.11 Standards  4

2  Wi-Fi  4

2.1  Der 802.11b-Standard  4

2.2  Funktionsweise WLAN.  5

2.2.1  Physical Layer  5

2.2.2  Data Layer  5

2.3  Hot Spots  6

2.4  Sicherheit im WLAN  8

2.4.1  Der Netzwerkname (SSID)  8

2.4.2  Die MAC-Adresse.  8

2.4.3  Die WEP-Verschlüsselung.  8

2.4.3.1  Funktionsweise von WEP  9

2.4.3.2  Schwächen von WEP  10

2.4.4  Wi-Fi Protected Access.  10

2.4.5  Einfache Sicherheitsmaßnahmen  11

2.5  Einige Vor- und Nachteile von WLAN.  12

2.6  WLAN an der TU-Ilmenau  12

3  Einsatzmöglichkeiten von WLAN  13

4  Weitere drahtlose Technologien.  14

4.1  Weitere drahtlose Technologien.  14

4.2  Einige Möglichkeiten und Dienste von UMTS.  16

4.3  UMTS als Konkurrenz von WLAN?  17

5  Ausblick und Tendenzen von WLAN.  17

  Abkürzungsverzeichnis  19

  Abbildungsverzeichnis  20

Tabellenverzeichnis. 21   

  Literaturverzeichnis.  22

  Markus Walter  II

1 Einleitung

1.1 Motivation

Schon seit Jahren weisen lokale Netzwerke eine tragende Rolle in der technischen Infrastruktur von Unternehmen, Industriebetrieben, öffentlichen Einrichtungen und privaten Haushalten auf. Jedoch ist der Aufbau solcher Netzwerke mit Hilfe von Kabeln oft sehr teuer beziehungsweise auch unmöglich. Deshalb gewinnen drahtlose Netzwerke immer mehr an Bedeutung. Jedoch ist die Forschung und Entwicklung dieser noch lange nicht abgeschlossen. Natürlich müssen Standards in diesem Bereich erschaffen werden. Dieser Aufgabe hat sich seit 1999 die Wireless Ethernet Compatibility Alliance angenommen und im Gebiet drahtloser Netzwerke den Wi-Fi-Standard begründet.

Diese Arbeit behandelt diesen Standard und erläutert diesen hinsichtlich seiner Entstehung, seinem Inhalt sowie seiner Funktionsweise. Weiterhin werden Sicherheitsaspekte und Aspekte der Zukunft diskutiert.

1.2 Der Name „Wi-Fi“ und seine Entstehung

Die Abkürzung „Wi-Fi“ ist eine Abwandlung von Hi-Fi (High Fidelity) und bedeutet Wireless Fidelity, zu Deutsch etwa kabellose Treue. Dieser Name wurde durch die im Jahre 1999 gegründete Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) geprägt, welche seit Oktober 2002 Wi-Fi Alliance heißt. Als Grund für die Namensänderung nannte man die weltweite Verbreitung und den Bekanntheitsgrad des Begriffes „Wi-Fi“. Die Wi-Fi Alliance hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Wi-Fi - Standard, die Interoperationalität zwischen Wi-Fi - Produkten und die korrekte Implementierung der Komponenten in den Produkten zu sichern. Es müssen also alle Produkte, welche das Logo „Wi-Fi“ nutzen möchten, von der Wi-Fi Alliance zertifiziert werden.

Heute hat die Wi-Fi Alliance 205 Mitglieder in Form von Unternehmen. Es gibt über 915 von der Wi-Fi Alliance zertifizierte Produkte.

Doch was ist nun eigentlich Wi-Fi? Hinter dem Begriff Wi-Fi verbirgt sich nichts anderes als ein eingängiger Name des Standards 802.11b, auch bekannt unter dem Namen Wireless-LAN oder AirPort. Wi-Fi beschreibt also einen Standard der drahtlosen Netzwerktechnologie. Im Folgenden wird der 802.11b Standard näher erläutert, weiterhin sollen Sicherheitsaspekte, Probleme und Konkurrenztechnologien diskutiert werden.

Abb. 1: Das Logo der Wi-Fi Alliance [Wi-Fi Alliance]

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1.3 Übersicht der wichtigsten 802.11 Standards

In diesem Kapitel sollen die wichtigsten 802.11-Standards kurz behandelt werden, hauptsächlich hinsichtlich der genutzten Frequenz und der Übertragungsgeschwindigkeit. Der 802.11a-Standard sendet auf einer Frequenz von 5 Gigahertz (GHz). Dies ist mit Problemen verbunden, denn in Europa dürfen 802.11a-Geräte nur mit einer Sendeleistung von 30 Milliwatt (mW) verwendet werden. Daher ist der Betrieb nur in geschlossenen Räumen erlaubt und die Reichweite von 10 bis 15 Metern ist nicht sehr groß. Aber es könnten theoretisch Daten mit bis zu 54 Megabit (MBit) pro Sekunde übertragen werden. Ein weiteres Problem ist die Inkompatibilität zu den weitaus mehr verbreiteten 802.11b-Geräten.

Geräte nach dem 802.11g-Standard funken genau wie 802.11b-Geräte auf der 2,4 GHz Frequenz. Es sind jedoch Datentransferraten von theoretischen 54 MBit möglich. Natürlich ist eine Kommunikation mit dem B-Standard möglich, nicht aber mit 802.11a-Geräten. Die Reichweite bei diesem Standard beträgt 25 bis 50 Meter. Eine Übersicht der weiteren Standards soll die folgende Tabelle aufzeigen:

Tabelle 1: Übersicht der Standards [Technik Fibel S.11]

2 Wi-Fi

2.1 Der 802.11b-Standard

Im ersten Kapitel wurde bereits erwähnt, dass der Begriff „Wi-Fi“ ein verständliches Synonym für den 802.11b Standard ist. Dieser wurde im Jahr 1999 vom Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE oder Eye-Triple E) geprägt. Das IEEE ist eine amerikanische Vereinigung von Ingenieuren mit dem Ziel, Industriestandards und Normen zu verabschieden. Bisher wurden über 900 Standards erstellt, von diesen befinden sich zirka 700 im Entwicklungsstatus.

Der 802.11b-Standard verwendet in Europa den Frequenzbereich zwischen 2400 und 2483 Megahertz des in den meisten Ländern der Welt lizenzfreien Industrial-Scientific-Medical-Bandes (ISM-Band). Es wird in Europa mit einer Sendeleistung von 100 Milliwatt (mW) gesendet. Daten können theoretisch mit einer Übertragungsrate von bis zu 11 Megabit übertragen werden. Die Reichweite beträgt innerhalb von Gebäuden je nach verwendetem Baustoff bis zu 50 Metern und außerhalb bei Sichtkontakt bis zu 550 Metern. Die Kapazität gleichzeitiger Nutzer pro Access-Point ist auf 32 beschränkt. Im Folgenden wird der 802.11b Standard unter dem Begriff WLAN (Wireless Local Area Network) behandelt und erläutert.

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2.2 Funktionsweise WLAN

In diesem Kapitel sollen einige wichtige Aspekte der technischen Realisierung der drahtlosen Übertragung von Daten kurz erläutert werden.

2.2.1 Physical Layer

Die physikalische Schicht hat die Aufgabe, ein Bit fehlerfrei vom Sender zum Empfänger zu transportieren. Es werden grundlegende Aspekte der Übertragung definiert, wie zum Beispiel das verwendete Frequenzband oder die angewandte Modulation. Im 2,4-GHz-ISM-Band können in Deutschland 13 Kanäle im Abstand von je 22 MHz genutzt werden. In den USA und in Kanada ist die Anzahl der verfügbaren Kanäle auf 11, in Frankreich sogar auf vier beschränkt. Die Kanäle überschneiden sich im Frequenzband, sodass sich nur drei Kanäle interferenzfrei und am gleichen Ort nutzen lassen. Um zu kommunizieren, müssen zwei WLAN-Nutzer dieselbe Frequenz nutzen, dies lässt sich über die Treiber der WLAN-Karte konfigurieren.

WLAN verwendet eine Spread Spectrum Modulation (SSM). Dabei wird mehr Bandbreite verbraucht, als für die Übertragung eigentlich nötig wäre, jedoch werden Interferenzen und Reflektionen umgangen. Somit wird eine geringere Störanfälligkeit garantiert. Zur Zeit werden zwei verschiedene Modulationen verwendet, das Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) und das Frequency Hopped Spread Spectrum (FHSS). In den USA darf jedoch das FHSS nicht verwendet werden, weil es die Regeln der Federal Communications Commission (FCC) verletzen würde. Auch deswegen hat sich das DSSS durchgesetzt. Hierbei wird ein schmalbandiges Signal durch einen Code in ein breitbandiges Signal umgewandelt. Dieser Code wird als Pseudo-Noise (PN) bezeichnet. Dadurch wird garantiert, dass das Signal nur von den Empfängern gesehen werden kann, welche den PN-Code kennen. Dieses gespreizte Signal wird nun kontinuierlich gesendet, die Intensität wird dabei so weit reduziert, dass es unter der Rauschgrenze liegt. Somit werden andere Systeme nur minimal gestört.

2.2.2 Data Layer

Nachdem die Übertragung einzelner Bits durch die physikalische Schicht gewährleistet wird, ist es Aufgabe der Datenschicht, ganze Nachrichten zu übertragen. In dieser Ebene wird das Zugriffsverfahren sowie die Struktur des Netzwerkes definiert.

Ein Netzwerk besteht natürlich aus mindestens zwei Teilnehmern. Es muss an dieser Stelle geregelt werden, welcher Teilnehmer zu welchem Zeitpunkt senden darf. Dieser Aufgabe nimmt sich beim 802.11b-Standard das Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) Zugriffsverfahren an. Bei diesem Verfahren hören alle Stationen den Datenverkehr mit. Hat nun eine Station die Absicht, Daten zu übertragen, wartet sie, bis das Medium frei ist. Anschließend wartet sie noch eine vorher bestimmte Zeitspanne plus einer zufällig gewählten Zeitspanne ab, bevor sie übertragen will. Erst dann wird mit der Übertragung begonnen. Hat eine andere Station während dieser Wartezeit mit der Übertragung angefangen, wird der Zeitzähler angehalten und nach Abschluss der Übertragung der sendenden Station weiterhin benutzt. So wird die Priorität zum Senden dieser Station erhöht. Eine Kollision kann also nur entstehen, wenn zwei Stationen exakt denselben Zeitslot

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gewählt haben. Ist dies der Fall, wird der beschriebene Ablauf an wiederholt. Auch während des Sendens wird das Medium abgehört und überprüft, ob die Nachricht fehlerfrei übertragen wird. So werden Kollisionen von der Station erkannt, die Daten werden später erneut gesendet.

Grundsätzlich gibt es beim 802.11b-Standard zwei Betriebsmodi, den Ad-hoc-Modus (auch Peer-to-Peer Workgroup genannt) und den Infrastructure-Modus. Aufgrund der Effizienz sollten Netzwerke mit mehr als drei Teilnehmern im Infrastructure-Modus betrieben werden. Beim Ad-hoc-Modus findet die Kommunikation direkt zwischen den verbundenen Rechnern statt. Es wird also keine zusätzliche Hardware benötigt. Der Nachteil eines Ad-hoc-Netzwerkes ist die sehr geringe Reichweite. Ein weiterer Nachteil von Ad-hoc-Netzwerken ist die fehlende Sicherheit. Jedoch ist diese Variante eines WLAN-Netzes preiswerter als ein Netz mit Access-Point.

Beim Infrastructure-Modus übernimmt ein Access Point die Kommunikation und den Datenaustausch der beteiligten Rechner. Es muss also mindestens ein Access Point im Netz existieren. Die Übertragung erfolgt zwischen dem WLAN-Endgerät und dem Access Point, also nicht zwischen den Endgeräten selbst. Die Reichweite ist deutlich höher als im Ad-hoc-Modus. [LanLine]

2.3 Hot Spots

Der Begriff „Hot Spot“ kommt aus dem Englischen und bedeutet wörtlich übersetzt „Heißer Punkt“ oder auch „Krisenherd“. Wird von einem Hot Spot gesprochen, ist der Bereich gemeint, der mit WLAN versorgt wird. Die Reichweite eines solchen Hot Spots kann variieren, abhängig von der Anzahl der verwendeten Access Points und der Antennenleistung. Die Hot Spots existieren im privaten Bereich, etwa im Eigenheim, es gibt natürlich auch öffentliche Hot Spots, sogenannte Public Hot Spots. Letztere sind für die Nutzer im Regelfall gebührenpflichtig. Für die Public Hot Spots sind mehrere Varianten der Abrechnung der Gebühren möglich, folgend sollen die wichtigsten kurz erläutert werden. Bei der Postpaid Variante zahlt der Nutzer die anfallenden Gebühren erst später. Diese Möglichkeit ist aber sehr selten zu finden, da diese eine komplette softwaregestützte Abrechnungslösung benötigt. Eine Anwendung für Postpaid ist zum Beispiel die Installation in einem Hotel.

Eine in der heutigen Zeit vorrangig eingesetzte Methode ist das Prepaid. Der Kunde zahlt die Gebühren vor der Nutzung des Hot Spots, etwa in Zeiteinheiten. Für diese Zeit kann der Nutzer den Hot Spot Standort nutzen.

Wird nach dem Used Time Verfahren abgerechnet, werden nur die Gebühren fällig, die der Nutzer effektiv verbraucht hat. Im Gegensatz zur Prepaid Methode ist es dem Nutzer möglich, seine Zeit, in der er den Hot Spot nutzt, frei einzuteilen, das bedeutet, er muss sein vorher erworbenes Guthaben nicht am Stück verbrauchen.

In Verbindung mit Hot Spots taucht immer häufiger der Begriff „Walled Garden“ auf. Hierunter versteht man den Bereich, den der Nutzer eines kostenpflichtigen Hot Spots unentgeltlich nutzen kann, etwa die Homepage des Betreibers oder das Kinoprogramm des benachbarten Kinos. Der Betreiber eines Hot Spots kann solche Seiten für sich nutzen, er könnte eventuell Dienste anbieten oder Werbung einbinden.

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