Wireless LAN Chancen und Gefahren Theorie und Praxis Prof. Dr. G. Hellberg

1. Wireless LAN Chancen und Gefahren Theorie und Praxis Prof. Dr. G. Hellberg 1 Wireless LAN Chancen und Gefahren

2. Wireless LAN Chancen und Gefahren Ich wünsche Ihnen einen wunderschönen guten Morgen!  2 Wireless LAN Chancen und Gefahren

3. Historische Entwicklungsschritte im Bereich Kommunikation Einführung Wireless LAN Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose • Zusammenschluss und Vernetzung  Entwicklung verschiedenster Netzwerk-Topologien • Uneingeschränkter Datenaustausch  Entwicklung des Internets • Unabhängigkeit und Mobilität  Entwicklung von Funknetzen (GSM, WLAN, ..) 3 Wireless LAN Chancen und Gefahren

4. Einführung Wireless LAN Zusammenschluss und Vernetzung Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose Die Entwicklung verschiedenster Netzwerk-Topologien bietet: • Vernetzung mehrerer Knoten innerhalb eines Unternehmens, • selbst bei Ausfall eines Knoten volle Funktionstüchtigkeit des verbleibendenen Netzes, • verschiedenste Arten von Netzen, die je nach Anforderung Verwendung finden, • uneingeschränkte Kommunikation zwischen verschiedenen Arten von Netzen; 4 Wireless LAN Chancen und Gefahren

5. Uneingeschränkter Datenaustausch Einführung Wireless LAN Die Entwicklung des Internets bietet: • die Möglichkeit, einzelne Städte und Militärbasen miteinander zu verbinden, • allen beteiligten Rechner den gleichen Status (keine zentrale Leitstellen,...), • uneingeschränkten Datenaustausch (ortsunabhängig, beliebige Datentypen,...); Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 5 Wireless LAN Chancen und Gefahren

6. Unabhängigkeit und Mobilität Einführung Wireless LAN Die Entwicklung des WLANs bietet: • Breitbandkommunikation mit reduziertem Vernetzungsaufwand, • Uneingeschränkten und mobilen Datenaustausch innerhalb der Empfangsreichweite, • vermehrt Zugang für mobile Endgeräte (PDA, Handy,...) • Neue Arten von Diensten (LBS, VoWLAN,...) Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 6 Wireless LAN Chancen und Gefahren

7. Die Entwicklung von WLAN Einführung Wireless LAN 90er Jahre: erste Entwicklungen für den Industriebereich Netze bis 100 MBit / sec (60 GHz) erst 1997: 2,4 GHz und 5 GHz Frequenzbereich Entwicklung neuer Standards zur Verbesserung der Technologie: • IEEE 802.11a 54 MBit / 5GHz 1999 • IEEE 802.11b 11 MBit / 2,4GHz 1999 • IEEE 802.11e QoS und Streaming • IEEE 802.11f Roaming 2003 • IEEE 802.11g 54 MBit / 2,4GHz 2003 • IEEE 802.11h 54 MBit / 5GHz (DFS, TPC) 2003 • IEEE 802.11i Authentifizierung / Verschlüsselung Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 7 Wireless LAN Chancen und Gefahren

8. WLAN Marktstrukturen Einführung Wireless LAN • Wessen Geschäft ist eigentlich das WLAN ? • Mobilfunkbetreiber • Festnetzbetreiber • Unternehmen • Internet Service Provider Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 8 Wireless LAN Chancen und Gefahren

9. Global Players (Hotspots weltweit, Stand:11/03) Einführung Wireless LAN Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose ca. 4000 ca. 5000 ca. 2000 223 34 12 9 Wireless LAN Chancen und Gefahren Quelle: www.wi-finder.com

10. 530.000 > 1.000.000 800.000 Global Players (Hotspots weltweit, Prognose für 2007) Einführung Wireless LAN Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 10 Wireless LAN Chancen und Gefahren Quelle: Tempe, Arizona

11. Ad-Hoc, P2P Hotspots, GSM Wired Networks Arten der Mobilität Einführung Wireless LAN • Jetzige Kommunikationsformen sind an nach wie vor an Infrastruktur gebunden & daher auch abhängig („Scheinmobilität“). Es entsteht der Wunsch nach infrastrukturloser Kommunikation (Mobilität mit Peer-to-Peer) Infrastrukturgebunde Netze • Keine Mobilität • Begrenzte Mobilität Infrastrukturlose Netze • Unbegrenzte Mobilität Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 11 Wireless LAN Chancen und Gefahren

12. Infrastrukturlose Mobilität Einführung Wireless LAN • WLAN ermöglicht Mobilität • Infrastrukturgebundene Mobilität • Infrastrukturlose Mobilität (ad-hoc) • Aufgrund der neuesten Entwicklungen im Bereich von Ad-hoc Netzwerken entsteht auch der Wunsch nach infrastrukturloser Kommunikation. • Einerseits gewinnt die Mobilität im Geschäftsleben immer mehr an Stellenwert, andererseits wurden in Vergangenheit hohe Investitionen in Client-Server-Architekturen getätigt. • Die Herausforderung, die sich nun stellt, sind vermehrt Peer-to-Peer-Applikationen im Bereich der infrastrukturlosen Mobilität zu schaffen. Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 12 Wireless LAN Chancen und Gefahren

13. Treiber und Hemmnisse für infrastrukturlose Mobilität Einführung Wireless LAN Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 13 Wireless LAN Chancen und Gefahren Quelle: Wissenschaftliches Institut für Kommunikationsdienste

14. Peer-to-Peer Netze Einführung Wireless LAN Entwicklung Peer-to-Peer Netze • Die ursprüngliche Konzepierung des Internets der späten 60er Jahre war ein P2P-System • Sinn des ARPANETS war die gemeinsame Nutzung von Computern in einem USA weiten Netzwerk • Jeder Host war gleichberechtigt Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 14 Wireless LAN Chancen und Gefahren

15. Einführung Wireless LAN Wandel von P2P zu Client-Server-Systemen • Mit zunehmender Verbreitung wuchs das Internet rasant an. • Es gab immer mehr Nutzer, die jedoch nur Informationen konsumierten. • Die Zahl der Netzteilnehmer, die Ressourcen bereitstellten wurde immer geringer. • Aufgrund geringer Bandbreite war es vielen Netzteilnehmern nicht möglich Daten dem Netz bereitzustellen. Folge: • Das anfängliche „P2P-Internet“ entwickelte sich zu einem Client-Server-System Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 15 Wireless LAN Chancen und Gefahren

16. Einführung Wireless LAN Peer-to-Peer Netzwerke wieder auf dem Vormarsch • Mitte der 90er Jahre rückte der Wunsch der Clients, Daten untereinander auszutauschen wieder in der Vordergrund, auch wenn der Inhalt nun nicht mehr zu wissenschaftlichen Zwecken diente. • Nachdem zunächst nur Instant Messaging (ICQ) betrieben wurde, stieg mit zunehmender Leistungsfähigkeit der Clients der Wunsch Musik, Bilder und Videos untereinander auszutauschen. • P2P-Systeme machen sich diese Ressourcen zu Nutze, um das Bedürfnis der Nutzer nach Kommunikation und Datenaustausch zu befriedigen. Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 16 Wireless LAN Chancen und Gefahren

17. Peer-to-Peer Netzwerk Modelle Einführung Wireless LAN Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose Pure P2P Hybrid P2P Quelle: www.zdnet.de 17 Wireless LAN Chancen und Gefahren

18. Einführung Wireless LAN Nachteile des P2P • Sicherstellung der Datenverfügbarkeit • Hoher Lokalisierungsaufwand von Daten • spezielle Software wird benötigt (Software muss P2P-Paradigma unterstützen) • Schlecht skalierbar (Performance) • Sicherheit (Group-Authentication) • Mangelnde Standardisierung Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 18 Wireless LAN Chancen und Gefahren

19. Einführung Wireless LAN Vorteile des P2P • Kostenersparnis durch Nutzung bereits vorhandener Ressourcen (Kein zusätzlicher Server) • Ausfallsicherheit (kein single point-of-failure) • Selbst Organisation • Leicht skalierbar (Teilnehmer) • Daten können sich sehr schnell verbreiten • Hohe Speicherkapazität Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 19 Wireless LAN Chancen und Gefahren

20. File Sharing Instant Messaging Online-Kommunikation, Direkter Nachrichten- Austausch Austausch von Daten aller Art, Dezentrale Datenspeicherung • ICQ • Yahoo! Messenger • Microsoft MSN • AOL IM • Napster • Gnutella • KaZaA • Freenet P2P Collaboration Grid Computing Teamübergreifende Zusammenarbeit, Spontane Formierung und Administrierung, Kommunikation – Kooperation – Koordination Optimale Nutzung von verteilten Ressourcen, Ortsunabhängig und Uneingeschränkt • OpenScape • Lotus Notes • Novell GroupWise • Microsoft Exchange • SAP • Oracle E-Business Suite • E-Design Lösungen • SETI@home Einführung Wireless LAN Applikationen im Bereich Peer-to-Peer Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 20 Wireless LAN Chancen und Gefahren

21. Technische Herausforderungen von Peer-to-Peer 1 Einführung Wireless LAN Interoperabilität • Fähigkeit einer Entität (Device oder Applikation), mit anderen Entitäten zu kommunizieren und Daten auszutauschen Direkter Austausch zwischen Peers • Austausch von Daten in Echtzeit bzw. Echtzeitkommunikation • Kommunikation ohne zentrale Stelle Autonomie • P2P-Teilnehmer unterliegen keiner zentralen Kontrollstelle, sondern haben vollkommene Autonomie • P2P-Teilnehmer kontrollieren ihre Aktivitäten selbst Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 21 Wireless LAN Chancen und Gefahren

22. Technische Herausforderungen von Peer-to-Peer 2 Einführung Wireless LAN Sicherheit • Authentifizierung • Autorisierung • Integrität und Vertraulichkeit von Daten Reputation • Information über das bisherige Verhalten eines Benutzers • Wichtiges Element für die Bildung von Vertrauen • Sammlung und Auswertung von Informationen über vergangene Transaktionen Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 22 Wireless LAN Chancen und Gefahren

23. Prognose (des Paradigmenwechsels) Einführung Wireless LAN • Einsatz von Peer-to-Peer-Architekturen erfolgt parallel zu herkömmlichen Client-Server-Systemen • Peer-to-Peer-Applikationen werden mittelfristig gesehen bestehende Client-Server-Applikationen nicht ablösen sondern ergänzen • Vermehrte Implementierung von Applikationen im Bereich von Peer-to-Peer Folge: • Entwicklung von Hybrid-Systemen (P2P-C/S) Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 25 Wireless LAN Chancen und Gefahren

24. Auswirkungen des Paradigmenwechsels Einführung Wireless LAN • In den Unternehmen wird die Bedeutung der Mobilität zunehmen. • Aufgrund neuer Sicherheitsstandards können kommerzielle Dienste (E-Commerce) im Bereich Peer-to-Peer und WLAN abgewickelt werden. • Eine erhöhte Verbreitung der Technologie WLAN. • Weiter Fortschritte und Verbesserungen im Bereich von kabellosen Netzen. Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netze Prognose 26 Wireless LAN Chancen und Gefahren

25. Einführung Wireless LAN • Autonomous robots and intelligent objects • All objects of daily life and all living spaces will become communication enabled to improve user convenience and to comply with fashion needs and emotions. • E-business: Total networking • Business customers will require real-time availability of information and security end-to-end over business processes and all media. • Communication en route • Applications will be accessible from anywhere at any time through portable devices with natural user interfaces. • Leisure and entertainment • Entertainment and communication will converge. Picture of the Future Summary 2003 Historische Entwicklung Evolution der Mobilität Peer-to-Peer Netzwerke Prognose Globalization, individualization, mobility and self-organization will be driving forces in information and communications. Quelle: Siemens Corporate Technologie 27 Wireless LAN Chancen und Gefahren

26. Abschwächung einer Funkwelle durch einen Körper (z.B. Wand). Reflektion einer Funkwelle an einer metallenen / beschichteten Fläche. Grundlagen: Ausbreitung im Medium 28 Wireless LAN Chancen und Gefahren

27. Wellenlänge Frequenz 10 5 -10 4 m 3 – 30 kHz VLF 10 4 – 10 3 m 30 – 300 kHz LF/Langwelle 10 3 – 10 2 m 0,3 – 3 MHz MF/Mittelwelle 10 2 – 10 m 3 – 30 MHz HF/Kurzwelle 10 – 1 m 30 – 300 MHz UKW/Ultrakurzwelle 1 – 0,1 m 0,3 – 3 GHz Mikrowellen GSM-Netze 890 – 960 MHz 10 – 1 cm 3 – 30 GHz GSM-Netze 1710 - 1880 MHz DECT 1,8 - 1,9 GHz 1 – 0,1 cm 30 – 300 GHz UMTS 1,97 - 2,2 GHz Bluetooth 2,402 - 2480 GHz 1 – 0,1 mm 0,3 – 3 THz Wireless LAN (ISM Band) 860MHz; 2,4GHz; 5,GHz 300 – 0,72 mm 1 – 417 THz Infrarot 0,72 – 0,38 mm 417 – 789 THzSichtbares Licht > 789 THz Ultraviolet/ Röntgenstrahlung Grundlagen: Frequenzbereiche 29 Wireless LAN Chancen und Gefahren

28. Grundlagen: ISM-Band • ISM(Industrial Scientific and Medical Band) für lizenzfreie Nutzung: • 433 MHz, 860 MHz, 2,4 GHz, 5GHz • 2,4 GHz- ist nahezu weltweit verfügbar • Features des 2,4 GHz-Band: • Bandbreite 83,5 MHz • Max. Sendeleistung 100mW 30 Wireless LAN Chancen und Gefahren

29. Standards im Überblick Netz Frequenzband Reichweite* Geschwindigkeit Einsatzgebiet Blue-tooth 2,4 GHz 10 m (bis 100 m) max. 1 MBit/s Personal Area Networks DECT 1880 - 1900 MHz 50 m in Gebäuden, 300 m im Freien max. 20 MBit/s lokale Sprache und Datendienste HomeRF 2,4 GHz 50 m 1,6 MBit/s, Kanal-bündelung möglich SOHO-Netzwerke Hiper LAN/2 5 GHz 50 - 100 m max. 54 Mbit/s Zugang zu Festnetzen GSM 900 und 1800 MHz 1 - 5 km** 9,6 MBit/s, Kanal-bündelung möglich Mobilfunk GPRS 900 und 1800 MHz 1 - 5 km** 53 Kbit/s Datenmobilfunk UMTS 1900 - 2000 MHz und 2100 - 2200 MHz ähnlich GSM/GPRS max. 2 MBit/s Daten, Sprache, Multimedia 802.11b 2,4 GHz 30 - 50 m in Gebäuden 100 m im Freien max. 11 MBit/s WLAN Netzwerkdienste Grundlagen:Überblick über Funknetze 31 Wireless LAN Chancen und Gefahren * Grundreichweite o. Zusatzverstärker und Richtantennen, ** Reichweite Basisstation maximal 30 km (900 MHz) und 15 km (1,8 GHz)

30. Wireless LAN, IEEE 802.11, DECT Home RF HiperLAN2 *) GSM/GPRS UMTS Bluetooth *) Abhängig von den Umgebungsbedingungen bis 10 m 30-70m Grundlagen:Reichweiten Personal Area Local Area Network, Wide Area Network Network, (LAN) (WAN) (PAN) 32 Wireless LAN Chancen und Gefahren

31. Funkkommunikation Techniken 1 Die Bluetooth-Technik ist aus Entwicklungen der Telecom- Anbieter Nokia und Ericsson entstanden. Auch wenn es sich bei Bluetooth um eine sehr junge Technologie handelt, werden ihr im Consumerbereich große Wachstumsraten prognostiziert. Sobald sich zwei Bluetooth Geräte bis auf die überbrückbare Reichweite annähern, kann die Kommunikation ohne weitere Eingriffe beginnen. Über Buetooth wird nicht nur Datenkommunikation sondern auch Sprachkommunikation möglich sein. Durch die Einschränkung bzgl. Datenrate und Entfernung ist Bluetooth in der vorliegenden Spezifikation für industrielle Wireless LANs nicht unbedingt geeignet. • arbeitet im 2,4 GHz Band FHSS Übertragungsverfahren • nutzt 79 Kanäle, welche 1600 mal pro Sekunde gewechselt werden • ursprünglich für den PAN-Bereich konzipiert (Sendeleistung 1mW, Reichweite ca. 10m, Datenrate 1MBit/s, kein Roaming) • mittlerweile 2.Geräteklasse mit 100mW Sendeleistung spezifiziert • Identifizierung durch 48Bit Seriennummer • Unterstützung von 1Daten-(723,3kBit/s) & 3Sprachkanälen(je 64kBit/s) • Auslegung auf Point to Point Kommunikation • bis 8 Teilnehmer in einem Piconetz mit einem Master. Bei mehr Teilnehmern entsteht aus diesen Netzen dann das Scatternet • Verschlüsselung mittel 128Bit-Schlüssel 33 Wireless LAN Chancen und Gefahren

32. Funkkommunikation Techniken 2 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) ist zwar keine Technik, die heute bei Wireless LAN Lösungen eingesetzt wird. Die Popularität, die UMTS durch die Versteigerung der Funkfrequenzen gewonnen hat, lässt es sinnvoll erscheinen, die wesentlichen Aspekte von UMTS kurz zu erklären. UMTS ist ein Mobilfunkstandard der 3. Generation. Mit diesem neuen Standard, der Datenraten bis 2 MBit/s ermöglichen soll,sollen Sprach- Audio- Daten- Text- Bild- und Video-Übertragung zu mobilen Teilnehmern möglich sein. Für die Kommunikation mit UMTS Systemen wurden Frequenzbänder im Bereich von 1,9 GHz bis 2,2 GHzvon der Regulierungsbehörde an die Netzbetreiber versteigert. UMTS wird als Chance für einen weltweiten Mobilfunkstandard gesehen. 34 Wireless LAN Chancen und Gefahren

33. Funkkommunikation Techniken 3 ZigBee (IEEE 802.15.4) Low-power, Low data rate Funkapplikationen 2,4 GHz Band Übertragungsgeschwindigkeit bis 250kbit/s Reichweiten ca.30m Haustechnik 35 Wireless LAN Chancen und Gefahren

34. GSM 9,6 kbit/s bis zu 43 kbit/s * - integrierter PCMCIA Slot (IP65) - Hersteller unabhängig Wireless LAN 11 MBit/s * mit HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Technologie Wireless CommunicationWireless LAN, GSM, HSCSD, GPRS 36 Wireless LAN Chancen und Gefahren

35. Grundlagen: Standard (1) • Die Hauptgruppen: • IEEE 802.11 2,4 GHz Band Datenraten bis 2 MBit/s • IEEE 802.11 b 2,4 GHz Band Datenraten bis 11 MBit/s • IEEE 802.11 a 5 GHz Band Datenraten bis 54 MBit/s • Die Kennzeichnung Wi-FI (Wireless Fidelity), vergeben durch die Nutzerorganisation Wireless Ethernet Compatibility Aliance (WECA), garantiert die Kompatibilität der IEEE 802.11 Produkte verschiedener Hersteller . 37 Wireless LAN Chancen und Gefahren

36. Karten mit Wi-Fi Siegel sind kompatibel CP 1515 PC Card I Gate CISCO- System Lucent Access POINT LAN Siemens RLM Grundlagen: Standard (1a) 38 Wireless LAN Chancen und Gefahren

37. Grundlagen: Datenübertragungsverfahren • FHSS Frequency Hopping Spread SpectrumTrägerfrequenz wird verändert • DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Nutzsignal wird verrauscht • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing orthogonale Unterträger werden zu einem Kanal zusammengefasst 39 Wireless LAN Chancen und Gefahren

38. Narrow-Band Noise Signal Frequency / GHz 2,4 2,48 Grundlagen: Frequency Hopping Spread Spectrum 40 Wireless LAN Chancen und Gefahren

39. Spread signal Narrow-Band Noise Frequency / GHz 2,4 2,48 Grundlagen: Direct Sequence Spread Spectrum 41 Wireless LAN Chancen und Gefahren For detailed information check Chapter 1.1.2 in the manual “Mobile Communication with the MOBIC“

40. Grundlagen: Orthogonal Frequency Division Multiplexing 42 Wireless LAN Chancen und Gefahren

41. Grundlagen: weitere Standard (Arbeitsgruppen) • IEEE 802.11eNeue Sicherheitsmechanismen z.B.: WEP2 (Wired Equivalent Privacy) • IEEE 802.11f Kommunikation zwischen Access Points • IEEE 802.11gDatenübertragung im 2,4 GHz Band mit 22 MBit/s • IEEE 802.15Datenübertragung im 2,4 GHz Band mit Bluetooth™ • IEEE 802.15.2Kompatibilität Bluetooth™ und Wireless LAN • IEEE 802.15.3UWB Ultra Wide Band • IEEE 802.15.4ZigBee 43 Wireless LAN Chancen und Gefahren

42. Grundlagen: Topologien • Ad Hoc Netz • Peer to Peer Kommunikation zwischen Teilnehmern • Kostengünstig, kein Access Point notwendig • Geringe Entfernungen (ca. 5-10m) • Keine Kontrollmechanismen • Point to Multipoint Network • Kommunikation zwischen Teilnehmern über AccessPoint • Lastausgleich über mehrere Access Points • Roaming: Weitergabe der Teilnehmer zwischen den Access Points • Zentralisierte Kontrolle möglich 44 Wireless LAN Chancen und Gefahren

43. Grundlagen: Sicherheit • Verschlüsselung mit 40 & 128bit statischem Schlüssel • Begrenzt Reichweite der Funkzellen • Netzwerkname • MAC Filter • Neue Systeme mit RADIUS-Unterstützung 45 Wireless LAN Chancen und Gefahren

44. Grundlagen: Biologische Bedingungen • Grenzwerte bei 2,4GHz IEEE & VDE 0848: • Elektrische Feldstärke 137 V/m • Magnetische Feldstärke 0,36 A/m • Leistungsdichte 1W/m² • Typische Werte: • Leistung 0,1W • Zum Vergleich: • Mobiltelefone ~2W • Mikrowelle 0,005W /cm² bzw. 500W/m² • Bilden Sie sich Ihre Meinung! 46 Wireless LAN Chancen und Gefahren

45. Diskussion / Fragen Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Fragen? 47 Wireless LAN Chancen und Gefahren