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

Kabellose Datenübertragung

1. Einführung2. WLAN

3. Bluetooth4. IrDA

5. Zusammenfassung Vor- und Nachteile

Mathias Gastler

1. Einführung

- ermöglicht kabellose Übertragung von Daten in verschiedenen Variationen- bekanntesten Standards Bluetooth, IrDA und Wireless LAN

2. WLAN• 2.0 Anwendungsgebiete• 2.1 Geschichte• 2.2 Betriebsarten• 2.3 Datensicherheito 2.3.1 Verschlüsselung o 2.3.2 Authentifizierung• 2.4 Reichweite und Antennen • 2.5 WDS Bridging und Repeating • 2.6 Gesellschaftliches

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

2.0 Anwendungsgebiete

• spontane Netzwerke

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

Weise

• 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

• Mobile Netzwerke– Man kann am Arbeitsplatz oder wichtigen

Konferenzen mit seinem Laptop im Netz arbeiten– Man ist immer mit dem Netz (Internet) verbunden

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

2.2 Betriebsarten

• WLAN zwei Betriebsarten (Modi) – Infrastruktur-Modus – Ad-hoc-Modus

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

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

2.3 Datensicherheit

• 2.3.1 Verschlüsselung

• 2.3.2 Authentifizierung

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

2.3.2 Authentifizierung

• regelt die Kommunikation zw. 2 IEEE 802.11 konformen Geräten

• Die 2 wichtigsten : OSA und SKA

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

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

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

• 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

• 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

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

2.6 Gesellschaftliches

• Provider in eine mächtige Position bei der Kontrolle des Datenverkehrs

• Benutzer relativ konsumorientiert • Wegfall der Kosten der

kabelgebundenen Infrastruktur

2.7 Frequenzen

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


Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa / 14 in Japan. Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.

IEEE 802.11g


Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa / 14 in Japan. Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.

Die Kanalbandbreite beträgt bei allen Standards zwischen 10 und 30 MHz.

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 )

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

2.10 ETSI

• European Telecommunications Standards Institute

• Die ETSI ist eine nicht Gewinn orientierte Organisation, die sich die Standardisierung Datenfernübertragung zu Aufgabe gemacht hat

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

• 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

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

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

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

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

Standard Übertragungs-geschwindigkeit

Bluetooth

Wireless LAN 11 MBit/s IEEE-802.11

USB 1.1

Wireless LAN 54 MBit/s IEEE-802.11

Ultra ATA/33 (ATA/ATAPI-4 UDMA mode 2)

IEEE1394 / Firewire / i.Link bei S400

USB 2.0


IEEE1394b / Firewire 800


SATA (Serial ATA)

0,125 MByte/s

1,375 MByte/s

1,5 MByte/s

6,75 MByte/s

33,3 MByte/s

50 MByte/s

60 MByte/s

66,7 MByte/s

100 MByte/s

101 MByte/s

150 MByte/s

Beim Vergleich geht man von Maximalwerten der Bandbreite

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

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

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

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

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

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“

• im Durchschnitt dauert Verbindungsaufnahme 0,6s

• Modi bei Bluetooth Geräten :

Modus Aufgabe

HOLD Wenn keine Datenübertragung vorhanden ist dann setzt der Master die Slaves in diesen Modus damit sie Strom sparen

SNIFF Arbeitet in einem reduzierten Zyklus

PARK Gerät ist synchronisiert aber nimmt nicht am Verkehr teil ( z.B. Datenverkehr )

3.8 Bluetooth-Profile 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 ProfileÜbertragung von Audio-/Videodaten

GOEP Generic Object Exchange Profile Objektaustausch

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

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

4. IrDA

• 4.0 Allgemeines und Geschwindigkeit

• 4.1 Geschichte • 4.2 Spezifikationen • 4.3 Fast IrDA• 4.4 VFIR• 4.5 Anwendung

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.

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

• Reichweite bis zu 1 m dadurch ist Abhörsicherheit gegeben

Spezifikation Übertragungsrate Bemerkung

IrDA 1.0 9,6 bis 105.2 kBit/s Short-Infrared, Serial Infrared

IrDA 1.1 bis zu 16 Mbit/s Mid-Infrared (MIR) (1,152 MBit/s)Fast-Infrared (FIR) (4 MBit/s)Very-Fast-Infrared (VFIR) (16 MBit/s)

4.2 Spezifikationen

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

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

4.5 Anwendung

• in heutigen PC-Systemen integriert

• in viele Geräte integriert z.B. Handys, Notebooks

Gemeinsamkeiten von Bluetooth und WLAN

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5. Bluetooth Wireless Lan

Gemeinsam-keiten

- beide nutzen das 2,4 GHz Frequenzband- versuchen beide Geräte mit einander zu verbinden- haben beide keine lästigen Kabelverbindungen- beide dienen zur Daten- und Sprachübertragung- beide haben eine geringe Störempfindlichkeit

Vorteile - gute Reichweite- hohe Übertragungsrate- keine Kabelverbindungen- WLAN = Kabelnetzwerken

- Kaum Hardware benötigt- Schnelle Verbindungen unter einzelnen

Geräten- Sehr hohe Reichweite- Geringer Energieverbrauch- Kommunikation ohne Kabel - Benutzerfreundlich

Nachteile - Störung durch andere Geräte mit selber Frequenz

- Viel Hardware und Kenntnisse nötig für Inbetriebnahme

- Unsichere Datenübertragung ( wenn kaum Fachkenntnisse vorhanden )

- kleine Übertragungsraten- kleine Reichweite zw. Benutzern ohne

Antenne- begrenzte Anzahl von Netzbenutzern

Meine Quellen• www.richtfunk-wireless.de• www.informationsarchiv.net• http://www.at-mix.de/irda.htm• http://www.at-mix.de/vfir.htm• http://www.at-mix.de/fast_irda.htm • http://de.wikipedia.org/wiki/Irda • http://de.wikipedia.org/wiki/Infrarot#Anwendung_in_der_Computertechnik • www.netgear.de • http://de.wikipedia.org/wiki/Bluetooth • http://de.wikipedia.org/wiki/Wireless_LAN • http://www.informationsarchiv.net/statisch/wlan/ • www.chip.de• http://www.abcdata.de/wlan_Standards_einleitung.htm• http://www.bsi.de/literat/doc/wlan/ • www.bluetooth-infos.de• http://www.netzwerktotal.de/wlansicherheit.htm • www.google.de• Vortrag von Stephan Wolfgram (Jahrgang 2005 )• eigene Erfahrungen^^

ENDE

Danke, für Ihre Aufmerksamkeit!

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