Légből kapott adatok, avagy, rádióLAN RLAN/WLAN Zsadányi Pál szakoktató és szakújságíró Budapest, 2001.

Az előadások a következő témára: "Légből kapott adatok, avagy, rádióLAN RLAN/WLAN Zsadányi Pál szakoktató és szakújságíró Budapest, 2001."— Előadás másolata:

1 Légből kapott adatok, avagy, rádióLAN RLAN/WLAN Zsadányi Pál szakoktató és szakújságíró Budapest, 2001

2 RLAN Alapok-1 A miniatürizálás eredményeként eszközeink hordozhatóak. A zsinóron lógó készülékekért egyre kevésbé lelkesedünk. Az első rádiós távirat még Popov és Marconi érdeme volt. A mobil rádiózás azonban kicsit később kezdődött. {Közben épp az egerem után nyúlok, ami rádiós egér.} Mára 100-nál több fényévnyire beszennyeztük az űrt! A rádió- és TV-adások mellett az éterben a hadiipar az úr. Alig maradt frekvencia békésebb célokra, pláne ingyenes!

3 RLAN Alapok-2 FIX kapcsolat Kezdetben a számítástechnikát a fix telepítés jellemezte. Mégis, elég korán elkezdtek használni rádiós jeltovábbítást. A profi megoldások drágák, fizetős frekvenciákon. Egyedüli olcsó megoldás az amatőr AX25 pocket radio volt. Mobil kapcsolat Amint a számítástechnikai eszközök is mobillá váltak, fölmerült a drótnélküli kapcsolat megoldása. Két lehetőség: infravörös és rádióhullámú.

4 RLAN Alapok-3 Integrálódó kommunikációs ipar A telefon összenőtt a számítástechnikával, digitalizálódott. 3 (és fél) generáció: analóg, digitális, átmeneti és 3G digitális. Rengeteg részterület, de csak a rádiós hálózatok érdekelnek. Ugyancsak hanyagoljuk a drága, fizetős megoldásokat. „Rádiós” számítógép-hálózatok – RLAN/WLAN-ok Infravörös, 850-950 nanométeres sáv, szabályozatlan(!) Publikus mikrohullámú sávok: 2,4 GHz és 5 GHz, úgynevezett ISM sávok (ipari, tudományos és egészségügyi)

5 RLAN Alapok-4 RLAN/WLAN IEEE 802.11x MAC/PHY szabvány szerinti lokális hálózat Publikus mikrohullámú vagy infravörös sávban működik Már a legkisebb sebessége is szélessávúnak minősül: 1 Mbps 802.11 sebességosztályok: 1, 2, 5,5 és 11 Mbps, 2,4 GHz 802.11a sebességosztályok: 6, 9, 12, …54 Mbps, 5 GHz Konkurensek vannak: HomeRF (MS!), HiperLAN (EU) 3G integrált konkurens: Bluetooth WPAN Nagy név a (hálózati) szakmában: William Stallings

6 RLAN Alapok-5 Előnyök Nincs kábel, nem kell fúrni, nem kell átpeccselni stb., ezért gyors és alkalmazásfüggően méretezhető telepítés. Közvetlenül a „tűzvonalban” használható eszközök, ráadásul olcsón üzemeltethetők a nem fizetős frekvenciákon. Hátrányok Több, nem kiforrott technológia és generáció, továbbá, az adatvédelem nem tökéletes (az étert mindenki hallja!). A frekvenciákat mások is használják, ami zavarokat okoz, de a keresztkommunikáció inkompatibilitásai is gondot okoznak.

7 RLAN Alapok-6 Alkalmazási területek Nehezen bedrótozható területek, műemlékek, nehéz terepek, alkalmi rendezvények. Otthoni rendszerek (ez volna az átütően sikeres alkalmazás). A munka jellege miatt folyton mozgó alkalmazók, például az oktatásban, a kórházi rendszerekben, terepi munkán. A katonai környezetekben a híradósok már régóta nagy mobil alkalmazók, ami a korszerű hadviselésben csak bővül-bővül, de ma remélhetően a katasztrófavédelemben lesz fontosabb. Egyre bővülő kör (LAN, MAN, WAN, GAN, PAN)

8 RLAN Alapok-7 Adatvédelmi problémák Amíg csak néhány szál ilyen eszköz működött, addig a hackerek és crackerek sem működhettek, legföljebb a „nemzetbiztonságiak”, de amióta tömegcikké vált, azóta a védelem kritikusan fontos paraméterré lépett elő! Az IEEE szabványok 1997-ben és 1999-en nem adtak rá a mai, igen gyors, gépekhez illeszkedő választ: 40 és 56 bites titkosítást, ráadásul a hitelesítési algoritmusok közismertek. A vevők tipikusan meghagyják a gyári beállításokat, így a mellettük lévő padról „lehallgathatják” az adataikat stb. Egy jó név a szakterületen: Robert Vamosi – ZDNet.

9 RLAN IEEE 802.11x-1 IEEE 802-es „rádiós” munkacsoportok 802.11RLAN változatok, 1-54 Mbps LAN 802.15WPAN – hordozható, személyi hálózatok 802.16BWA – szélessávú (pénzes!) elérési technikák Mint ismeretes, az IEEE 802-es szabványkör a 7-rétegű OSI szabvány szerinti legalsó, fizikai réteget (PHY), és a kettévágott második, adatkapcsolati réteg (DLL) alsó, médium elérési (MAC) alrétegét szabályozza, föltételezve a közös, IEEE 802.2 LLC logikai szintű kapcsoló alréteget. Így választhatók el a különféle megoldások és gyártmánytípusok.

10 RLAN IEEE 802.11x-2 IEEE 802.11x-es RLAN/WLAN, WiFi (MS WXP!) A WLAN – Wireless LAN név terjed a leginkább WiFi – Wireless Fidelity, közérthetőbbnek szánt elnevezés 802.11RLAN rádió és infra, 1 és 2 Mbps, 2,4 GHz 802.11bRLAN bővítés, 5,5 és 11 Mbps, 2,4 GHz 802.11aRLAN nagy sebességekhez, 54 Mbps, 5 GHz 802.11gJavított védelem, 2,4 GHz-en is max. 50Mbps. A változatokba beleszédül az ember feje. Ráadásul Amerikában és más országokban a frekvenciagazdálkodás igen eltérő lehet. A 2,4 GHz-es és az 5 GHz-es sáv talán kivétel lesz, mert azokat megtisztítják az „idegenektől”.

11 RLAN IEEE 802.11x-3 IEEE 802.11x-es fizikai szint A szabvány fizikai réteg minden alrétegét szabályozza. Több logikai és bitkódoló modulációs eljárás terjedt el. Logikai szintű eljárások: * FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum, frekvenciaugrásos szórt spektrumú * DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum, Fix sorrendű szórt spektrumú * OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing, független kódrendszert használó frekvenciaosztásos

12 RLAN IEEE 802.11x-4 IEEE 802.11x-es fizikai szint Bitkódoló alapelvek: * FDMA – Frequency Division Multiplex Acces, frekvenciaosztásos, bitfrekvenciák (0, 1, bitkombinációk) * TDMA – Time Division Multiplexing Access, időosztásos, 8 időkeret, minden időkeretben egy-egy infoadag utazhat * CDMA – Code Division Multiplex Access, kódváltásos, szórt spektrumú elérés A CDMA a legjövőképesebb (3G – Bluetooth), de jelenleg a TDMA a legelterjedtebb.

13 RLAN IEEE 802.11x-5 IEEE 802.11x-es fizikai szint Bitkódoló technológiák a rádióLAN-oknál: * BPSK – Binary Phase Shift Keying, sima fázismodulációs, a biteket fázisállapotokkal kódolják. * QPSK – Quadrture PSK, kvadratúra fázismodulációs, bitkombinációkat kódolnak fázisállapotokkal. A QPSK, ugyanazon a hordozó frekvencián, minimum kétszer annyi bitet tud szállítani, vagy még redundanciát is vihet a FEC (Forward Error Correction – hibakorrekció továbbító) eljárások megvalósításához, ami biztonságosabb átvitelt, kevesebb (irtó lassú!) ismétlést eredményez.

14 RLAN IEEE 802.11x-6 IEEE 802.11x-es változatok fizikai szintű jellemzői * 802.11IRDA (infra) BPSK: 1, QPSK 2 Mbps * 802.112,4 Ghz, FHSS, BPSK 1, QPSK 2 Mbps * 802.11b2,4 GHz, DSSS, BPSK 5,5 és QPSK 11 Mbps, később max 22 Mbps-ig is fölmehet, speciális bitkódolás (CCK) * 802.11a5 GHz, ODFM, 6 – 54 Mbps nagy sebességű, a videó korszak igényeihez kell. Egyik eddigi kategóriában sincs elég alapos adatvédelem! * 802.11g2,4 GHz, védettebb lesz, max. 50 Mbps-ig.

15 RLAN IEEE 802.11x-7 IEEE 802.11x-es protokollstruktúra

16 RLAN IEEE 802.11x-8 IEEE 802.11x-es változatok kompatibilitása * Probléma a frekvenciasávokkal, mind országon belül, mind világviszonylatban. Az ITU telekommunikációs Unió és a WRC Világ Rádiószervezet határidőket szabott a sávok megtisztítására, ami 2010-ig is eltarthat. A két 2,4 GHz-es sáv ugyancsak zsúfolt, míg az 5 GHz két (elvileg három) sávja nem, de a kompatibilitáshoz kétsávos eszközök kellenek. * Kik laknak a zsúfolt 2,4 GHz-es sávban? - a 802.11x legnagyobb populációja (11b-DSSS) - a különféle műszerek, műholdas távmérők stb. - a 802.15 WPAN Bluetooth 3G (fizetős!) termékek - a mikrohullámú sütők stb., szép kis csapat, mi???

17 RLAN IEEE 802.11x-9 IEEE 802.11x-es MAC sajátosságok Ütközések speciálisan kezelendők, a drótosok ötletei nem jók. Ezért nem a 802.3 CSMA/CD ütközésdetektálást használják, így nincs kompatibilitás az Ethernettel. CSMA/CA – Collition Aviodance, ütközésfigyelés helyett ütközés megelőzési stratégia (az ütközést az adók nagy energiája miatt nehéz észlelni). Ütközés megelőzés: a versenyzés után a szabad csatornába nem csak egy fix, hanem egy további random késleltetéssel kezd adni az állomás. Az árnyékhatás leküzdésére egy RTS- CTS protokollkeretet is cserél a vevőállomással.

18 RLAN IEEE 802.11x-10 IEEE 802.11x-es CSMA/CA protokoll modell [szabad sáv] RTS.CTS ACK RTS – Request To Send – az adóállomás küldési kérelme, nem a V.24 szerinti RTS jel, hanem protokoll keret, benne a becsült átviteli idővel. CTS – Clear To Send – a vevőállomás engedi a küldést, a protokoll keretben az adóállomás címe is benne van, hogy kiderüljön, kivel áll szóba és mennyi ideig. ACK – a vevőállomás az átvitel sikerességét vagy hibáját jelzi ezzel a protokollkerettel, a hibastatisztikához jelezheti, hogy a FEC révén ki tudta javítani a hibát, vagy javíthatatlanul rosszul érkezett az üzenet.

19 RLAN IEEE 802.11x-11 IEEE 802.11x-es, kinek, melyik kellhet? 802.11b Az alkalmazások igen nagy hányadának elég 1 Mbps, pláne 2 Mbps. Ezért elterjedtek az FHSS eszközök. Az Ethernet LAN-okhoz kapcsolódó alkalmazóknak pedig ott van a DSSS a maximálisan 11 Mbps sebességével. Ez a mai WLAN! 802.11a,g Ma már sok helyen 100 Mbps Ethernet működik, a gerinceken pedig 1 Gbps. Ezekkel a rádiós technológiák talán sohasem tudnak versenyre kelni, de nincs is rá szükség. Ugyanakkor a 802.11a 54 Mbps-e akár városi gerinceket is kiválthat, lerázva a fizetős telefonszolgáltatók igáját.

20 RLAN IEEE 802.11x-12 IEEE 802.11x-es hálózati architektúra Alkotóelemek * AP – Access Point, elérési pont, hub, kapcsoló, uplink * AC – Access Controller, elérés vezérlő, szerver, átjáró * STA – Station, állomás, önálló szervezőképességekkel Ad hoc hálózat (fix és/vagy mobil) Néhány állomás együttműködése, AP és AC nélkül. Infrastrukturális üzemmód (fix és/vagy mobil) Kiterjedt rádiós környezetekhez, AP és/vagy AC is van. Barangolás (mobil alkalmazóknál merül föl) Átlépés az egyik AP hatóköréből egy másik AP hatókörébe.

21 RLAN IEEE 802.11x-13 IEEE 802.11x-es hálózati architektúra

22 RLAN IEEE 802.11x-14 IEEE 802.11x-es hálózati architektúra AP környezetek * BSS – Basic Solution Set, alapkörzet, egy AP hatászónája * ESS – Extended Solution Set, bővített körzet, több BSS-ből AC elérés vezérlő funkciók * BF – Beacon Frequency, „jelzőfény” (világító torony anal.) * BA – Beacon Answer, kérelemre küldött AC válaszjel Állomások dinamikus környezetválasztása * Passzív mód: a legerősebb BF-ú AC-re hangolódás; * Aktív mód: AC kereső keret küldése és fogadása, majd a legerősebb jelű AC-re hangolódás.

23 RLAN IEEE 802.11x-15 IEEE 802.11x-es hálózati architektúra

24 RLAN Konkurencia-1 HomeRF – a háztartási és távmunka modell A HomeRF egyesülés tagjai ijesztően rossznak tartják az IEEE 802.11x WLAN-ok biztonságát, ami a háztartási és távmunka viszonylatban tűrhetetlen. Erre dolgozták aki az ugyancsak a 2,4 GHz-es ISM sávban működő HomeRF, tipikusan PC-WLAN, integrált hang és adat technológiát, ami ma közvetlen a 802.11b elterjedtségét követi. Ráadásul olyan híve akadt, mint a Microsoft, amely a Bluetooth helyett inkább ennek a támogatását vette föl a legújabb operációs rendszerébe, a Windows XP-be. Adatvédelme: 128 bites kulcs, 3 szintű hitelesítés, és véd a DoS szolgáltatás lefojtásos támadások ellen is.

25 RLAN Konkurencia-2 HiperLAN(2) Az Európai Unió szabványszervezetei kezdeményezték. Integrált hang és nagy sebességű adat technológia, de a hordozó nem IP, hanem ATM típusú. A maximálisan 100 Mbps sebességet célozza, de egyre kevesebb a támogatottsága, különösen a 802.11a és g fölbukkanása miatt. Az Intel a legutóbbi rádióLAN-os konferencián például keményen támadta, mert minél kevesebb szabványváltozatot szeretne látni (ami a gyártandó chipek bonyolultságát, és fogyasztását csökkentheti), ezért az 5 GHz-es 802.11a mellett tört lándzsát, ami szerinte a videokonferenciákhoz és a kábelTV alternatívákhoz is elegendő sávszélességet nyújt.

26 RLAN Konkurencia-3 IEEE 802.15 – WPAN, avagy Bluetooth WPAN – Wireless Personal Area Network Személyi méretű, azaz, hordozható, pár méteres hatótávolságú rádiós hálózati technológia. A 3G harmadik generációs mobil eszközök rádióLAN funkcióját valósítja meg (ami lehet éppen ingyenes, mert a 2,4 Ghz-es sávban működik, de a többi funkció, a hangátvitel, távoli adatátvitel, tipikusan keményen fizetős szolgáltatás). A Bluetooth néven híresült el. A készülékeknek az Ethernethez hasonló 48 bites azonosítója van. Jövőképes. Még főleg csak jövőképes (nehezen indul).

27 RLAN Konkurencia-4 (Még?) nem szabványos megoldások Rengeteg kísérleti megoldás van. Egy sikeresebb a Ricochat. 128 kbps sebességet nyújt villanykarós cellavezérlőkkel. Sajnos, az első Ricochat-et üzemeltető Metricom tönkrement.

28 Fine Uno tempo! RLAN Távlatok