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Wireless-LAN (WLAN) Grundlagen, Topologien, NormenH.Mller Elektronikschule Tettnang Regional & Local Cisco Networking Academy

Copyright () 2005 by H.Mueller. Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version published by the Free Software Foundation.

Definition und grundlegende Konzepte

Definition Wireless LAN (WLAN)

Definition Wireless LAN (WLAN)ISM: 2,400 2,4835 GHz

Datenbertragung zwischen den Wireless Stationen (Rechner, AP, Bridge) erfolgt mit elektromagnischen Wellen (Funkwellen).

802.11b, hier: 802.11g 2,4GHz-Band, max. 20dBm bzw.100mW 802.11a 5GHz-Band (strungsarm), max. 1W

2,4 GHz-Band = ISM-Band (Industrial Scientific Medical) ist weltweit lizenz- und genehmigungsfrei. Es wird in einer Funkzelle ber den gleichen Frequenzkanal gesendet und empfangen Halbduplex-Betrieb

Definition Wireless LAN (WLAN)USA

US 11 Frequenzkanle im 2,4-GHz-Band (EU 13)Bandbreite eines Kanals = 22 MHz, Center-Abstand der benutzbaren Kanle = 25 MHz (EU 30 MHz)

3 nicht-berlappende Frequenzbnder in USA 1, 6, 11 (EU 1, 7, 13) Datensignal wird fr die bertragung gespreizt und moduliert.

Definition Wireless LAN (WLAN)

Zuordnung der WLAN-Gerte (Access-Points, Bridges, Adapter, usw.) zur OSI-Schicht 1 und 2 AP und Bridge erhalten fr die Gerteverwaltung eine IP-Konfiguration

Adressierung

SSID = Service Set ID (Netzwerkname) BSSID = Basic Service Set ID (Adressierung der Funkzelle)identifiziert den Funkkanal

SSID

BSSID = MAC-RF-Interface-AP1

BSSID = MAC-RF-Interface-AP2

Adressierung

SSID = Service Set ID (Netzwerkname) BSSID = Basic Service Set ID (Adressierung der Funkzelle)identifiziert den Funkkanal

MAC-RF-PC5

MAC-FA0-AP1

MAC-FA0-AP2

MAC-RF-AP1

SSID

MAC-RF-AP2

MAC-RF-PC1

MAC-RF-PC2

MAC-RF-PC3

MAC-RF-PC4

BSSID = MAC-RF-Interface-AP1

BSSID = MAC-RF-Interface-AP2

WLAN-bertragungskanal

Bei drahtgebunden Netzen existiert permanent eine physikalische Verbindung zwischen den Stationen. Bei kabellosen Netzen muss vor der eigentlichen Datenbertragung der Kommunikationspfad zwischen AP und Client eingerichtet werden.1. 2. 3.

Sondierung aktives oder passives Scanning des Clients Authentifizierung des Clients (Beglaubigung) Assoziierung des Clients mit einer eindeutigen Association-ID (Registrierung)

WLAN-bertragungskanalbest

Vergleich von WLAN mit LAN

Topologien sind nicht wie bei drahtgebundenen Netzen statisch sondern dynamisch. Die Stationen haben keine physikalische Verbindung (z.B. ber Cu-Leitung), sondern kommunizieren ber das Funkmedium. Die Datenrate ist zeit-/ortsabhngig und insgesamt geringer als bei drahtgebundener Kommunikation z.B. 802.11g: B=54Mbps T= ca. 25 Mbps)

Vergleich von WLAN mit LAN

Der bertragungskanal ist physisch nicht begrenzt bzw. abgeschirmt und dadurch wesentlich stranflliger als bei drahtgebundener Kommunikation ( Strungen) Wegen der fehlenden Abschirmung des bertragungskanals knnen Hacker Daten abhren, manipulieren oder fremde Daten einspeisen ( Sicherheitsrisiko)

Aufbau eines WLANs

Ein WLAN hat eine zellulare Struktur. Eine Wireless-Station (=STA) begrndet eine Zelle meistens 1 AP je Zelle AP = Mischgert aus Hub und Bridge Jede Zelle ist ein Bereich, der mit einer Funkfreqenz ausgeleuchtet ist. Es wird in einer Funkzelle ber den gleichen Frequenzkanal gesendet und empfangen Halb-duplex-Betrieb

Zellulare Struktur eines WLANs

AP 5 AP1 Channel 1 AP 3 Channel 11 Channel 6

AP 4 AP 2 Channel 6 Channel 1 AP 6 Channel 11

Zellulare Struktur eines WLANsBeispiel: USA 11 Kanle 3 nichtberlappende Kanle (1,6,11) Benachbarte Funkzellen drfen nicht mit dem gleichen Kanal arbeiten.

Topologien

Grundlegende Netzformen Independent

Basic Service Set (IBSS) oder Adhoc-Netzwerk Basic Service Set (BSS) Extended Service Set (ESS)

Basic Service Set (BSS)

SSID= galaxie

Ein BSS ist eine Funkzelle und damit die kleinste Einheit eines 802.11WLANs. Ein BSS arbeitet im Infrastruktur-Modus und bentigt einen AccessPoint. AP = Hub + Bridge Dem WLAN wird ein WLAN-Netzname = SSID (Service Set Identifier) zugewiesen. Jedes BSS wird durch eine BSSID identifiziert.

Adhoc-Netzwerk = Independent Basic Service Set (IBSS)

IBSS besteht nur aus Rechnern mit WLANAdapter (Wireless Stationen) Kein Access-Point. Zelle wird mit einer Funkfrequenz ausgeleuchtet ( Funkzelle). WLAN-Adapter muss im Adhoc-Modus betrieben werden.

Adhoc-Netzwerk = Independent Basic Service Set (IBSS)

Dem WLAN wird eine SSID zugeordnet. Die Funkzelle wird ber die BSSID (hier: Zufallszahl) identifiziert. Zellengre im Gebude = ca. 30-50m

Extended Service Set (ESS)

ber ein Verteilungssystem (Distribution System=DS) werden mehrere BSSs verbunden. Alternativen:

Drahtgebundenes Verteilungssystem (z.B. Ethernet) Wireless Distribution System (WDS)

Extended Service Set (ESS)

Access Point bietet Zugang zum DS. AP arbeitet als Wireless-Station und als Bridge. SSID als WLAN-Netzname verwenden. Jede Funkzelle wird durch die BSSID identifiziert.

Drahtloser Internetzugang

Wireless-Router

Wireless Router = AP + Router + (Switch) + DSL-Modem Weitere Dienste: DHCP, NAT

Koppelung von NetzsegmentenWireless-WorkgroupBridge

Kabellose Standortverbindung

Bridge

Bridge

AP

AP

Roaming

Roaming = Bewegung einer Wireless-Station (STA) im Infrastruktur-Netzwerk.

Roaming

Funkzelle kann ohne Verbindungsabbruch gewechselt werden.

AP senden BeaconFrames. STA scannen stndig alle Kanle nach Beacon-Frames ab. Anhand der Signalstrke entscheidet sich die STA fr eine neue Funkzelle/AP_B AP_B informiert AP_A bzgl. der Reassoziierung (IAPP).

L3-Roaming

Mobile IP Verfahren sorgt dafr, dass sich eine STA mit einer fremden IP in dem neuen BSS/Subnetz aufhalten darf.

Mobile-IP bei L3-RoamingHome-Agent = Router mit Schnittstelle im Heimatnetz des Laptops Forwarding Agent = Router mit Schnittstelle im fremden Netz des Laptops

HA/FA-Dienst auf Router (spez. Firmware) richtet einen Tunnel (IPIP-Encapsulation) zwischen den beiden AP ein. Laptop 1.1.1.39 wird im fremden Subnetz von AP 2.2.2.157 bedient.

Einordnung der Funknetze

WPAN (Wireless Personal Area Network)

Distanz < 10m Bluetooth, IR

WLAN (Wireless LAN) WWAN (Wireless Wide Area Network)

GPRS (General Packet Radio Service) max. 170 kbps

UMTS (Univeral Mobile Telecomm. System) max. 2 Mbps

Normen

Standards und Organisationen fr WLANs

IEEE (Institute of Electrical and Electronical Engineers) Vereinigung von Ingenieuren mit Sitz in den USA (380000 Personen aus 150 Lndern) Ziel: Ausarbeitung, Verabschiedung und Verffentlichung von Standards im Netzbereich Wireless-LAN 802.11

Standards und Organisationen fr WLANs

WiFi (Wireless Fidelity) Von fhrenden WLAN-Herstellern 1999 gegrndet. Ziel: Prfung und Bescheinigung der Kompatibilitt von 802.11-WLAN-Produkten unterschiedlicher Hersteller. ISO (International Organization for Standardization) Ziel: Ausarbeitung, Verabschiedung und Verffentlichung von Standards im Netzbereich (z.B. OSI-Modell)

WLAN-Komponenten im OSI-Modell

WLAN-Gerte (APs, Netzadapter, Brigdes) werden der Schicht 1 und 2 zugeordnet. Antennen sind Layer1-Komponenten

IEEE 802 - NetzwerkstandardsOSI-Layers

IEEE-Netzwerkprojekt wurde im Februar 1980 gegrndet 802Standards sind auf den unteren beiden OSI-Schichten angesiedelt. Data-Link-Layer hat 2 Teilschichten: a) MAC b) LLC 802.x - Protokolle

LLC ist fr alle IEEE-Technologien gleich definiert Datenaustausch zwischen LLC-Gerten MAC-Service Data Units (MSDU) MAC-Teilschicht Medienzugriff Physical Layer

WLAN-Standard

802.11

802.11-StandardsJahr1997 1999 1999 US 2003

StandardGrundstandard 802.11b 802.11a

BeschreibungPHY-Layer (FHSS, DSSS, IR) 1 und 2 Mbps im 2,4 GHz-Band DSSS als PHY ( HR/DSSS) 1,2, 5.5 und 11 Mbps im 2,4 GHz-Band OFDM als PHY. 6, 9, 12, 18, 24, 36 und 54 Mbps im 5 GHz-Band (seit 2002 in D zugelassen) Standarderweiterung fr Nutzung von 802.11aTechnologien in Deutschland-automatische

802.11a/h

Leistungsregelung (TCP=Transmit Control Power) -dynamisches Frequenzauswahlverfahren (DFS=Dyn.Freq.Selec.)

2003

802.11g

OFDM als PHY. 6, 9, 12, 18, 24, 36 und 54 Mbps im 2,4 GHz-Band bei 20 dbm

802.11-StandardsJahr? ? ? ?

Arbeitsgruppe802.11e 802.11f 802.11i 802.11n

BeschreibungErweiterung auf MAC-Ebene: Quality of Services (QoS) Sprachbertragung Definition des Inter Access Point Protocol (IAPP) Verbesserte Datensicherheit, Shared-KeyAuthentifizierung Neuer MAC- und PHY-Layer knftig hhere Datenraten zwischen 108 und 320 Mbps Verbesserte Authentifizierungsverfahren (personenbezogene A. mit RADIUS, usw.) und sichere Datenverschlsselung (AES)

?

802.1x

bersicht 802.11-Technologien

CSMA/CA

FHSS=Frequency Hopping Spread Spectrum DSSS=Direct Sequence Spread Spectrum CCK=Complementary Code Keying OFDM=Orthogonal Freqency Division Multiplexing IR=Infrarot (850-950 nm)

IEEE 802.2 LLC (Logical Link Control)

Protokoll definiert den Datenaustausch zwischen Hosts ber ein LAN, das 802basierte MAC-Protokolle benutzt. Verbindung verschiedener Netzwerktechnologien, d.h. unterschiedliche(r) Topologien, Medien, Zugriffsverfahren Bietet 3 verschiedene Dienste fr das ULP

unacknowledged connectionless ptp,mc,bc

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