Documentatie

Documentatie
Project: 802.11a
Project: Wireless Leiden
Tim Baas
Douwe Hilverda
Sander van der Zon
1
Index
Geschiedenis en toekomst van WIFI .................................................................................. 3
Driver aanpassen ................................................................................................................. 5
Bekende problemen op de 5 Ghz band ............................................................................... 5
Microgolven ........................................................................................................................ 6
Andere grote WIFI netwerken ............................................................................................ 7
De bolling van de aarde ...................................................................................................... 8
Eigenschappen van de 802.11a versus 802.11b standaard .............................................. 10
2
Geschiedenis en toekomst van WIFI
De geschiedenis van draadloze netwerken dateert al uit de tijd van de 2e wereld oorlog.
Het leger van de Verenigde Staten gebruikte als eerste radio signalen om data te
versturen. Zij ontwikkelde een zwaar versleutelende techniek om data door de lucht te
sturen. Er werd van deze techniek veel gebruik gemaakt gedurende de verschillende
operaties, in samenwerking met de geallieerde.
Dit is de inspiratie bron geweest voor een aantal onderzoekers aan de universiteit van
Hawaï om het eerste radio netwerk te bouwen gebaseerd op het versturen van data
pakketjes. Dit netwerk werd ALOHNET genoemd. Dit netwerk word gezien als het eerste
draadloze computer netwerk. Het bestond uit zeven computers die bi-directioneel konden
communiceren in een ster topologie. Met dit netwerk werden vier van de hawaiaanse
eilanden met elkaar verbonden.
Ondanks de gemakken werden de bedraadde netwerken een stuk populairder. De laatste
jaren word de populariteit van draadloze netwerken echter een stuk groter. Oorzaak
hiervan is voor al de snelheid die hoger en hoger word, en inmiddels lijken de beveiliging
systemen hiervan ook volwassenner te worden.
Een andere reden dat draadloze netwerken niet populair werden was omdat er niet een
industriële standaard voor was. Pas in 1997 kwam de IEEE met de eerste standaard
hiervoor, terwijl er voor bedraadde netwerken al veel langer en veel meer standaarden
bestonden. Deze standaard is de 802.11 standaard, welke op de 902 – 928 MHz band
functioneerd met een datarate van 1 of 2 Mbps. Deze snelheden waren in die tijd ten
opzichte van bedraadde netwerken erg laag welke namelijk al rond de 100 Mbps zaten.
In 1999 kwam de IEEE met de 802.11a, 5.725-5.850 GHz en de 802.11b, 2.4-2.4835
GHz standaard welke respectievelijk 54 Mbps en 11 Mbps kunnen halen. Waarbij de
snelste versie een minder groot berijk heeft dan de langzamere.
De beveiliging van deze netwerken was erg slecht. In eerste instantie werd er MAC adres
filtering toegepast. Later kwam hier ook WEP bij. Probleem bij WEP echter was dat er
geen grotere keys dan 40 bit mochten worden gemaakt in de Verenigde Staten ivbm
staatsveiligheid. Omdat 40 bit keys zo makkelijk te kraken waren hebben veel
fabrikanten in het begin maar niet WEP toegepast. Op een gegeven moment kwamen er
echter tools beschikbaar om draadloze netwerken te zoeken en de MAC adressen die
toegelaten werden te filteren, waardoor een ieder die zijn MAC adres handmatig
ingesteld toegang kon hebben tot het betreffende netwerk. Hierna is WEP ingevoerd met
sleutels langer dan 128 bit. Deze WEP beveiliging bleek ook niet voldoende omdat je de
pakketjes kunt afvangen, hier een tool op los kunt laten die vervolgens met bruteforce of
door middel van weak keys de sleutel achterhaalt.
3
Om het bereik van draadloze netwerken uit te breiden is de 802.11c standaard
ontwikkeld. Deze standaard zit in de meeste accespoints ingebouwd en dient als bridge.
Als gebruiker of installateur heb je verder weinig met deze standaard te maken.
802.11d in 2001 geïntroduceerd als een uitbreiding op de 802.11a/b standaard voor
landen waar geen gebruik mag worden gemaakt van de a of b standaard. Hierbij kan
gedacht worden aan zend sterkte, frequentie, en de breedte van de frequentie.
802.11e is een standaard waar nog aan gewerkt word, de bedoeling van deze standaard is
om bepaald verkeer voorrang te geven boven andere netwerk verkeer. Hierbij kan
gedacht worden aan video streaming of VOIP verkeer om gesprekken zonder storing te
laten verlopen.
802.11f is in 2003 geïntroduceerd om het roamen van gebruikers tussen verschillende
Accespoints goed te laten verlopen. Hierbij ook in gedachte hebbend Accespoints van
verschillende leveranciers. Roamen houd in het wisselen tussen Accespoints terwijl de
verbinding instant blijft.
802.11g geïntroduceerd in 2003. Deze standaard voorziet in snelheden tot en met 54
Mbps. Dit terwijl de interface compatible moest blijven met de 802.11b standaard. Op
deze manier kunnen gebruikers met een g kaart gebruik blijven maken van de netwerken
die al bestaan op de b standaard. Een punt van aandacht bij het gemengd gebruik van de b
en g standaard is dat de b standaard een andere manier van radio modulatie gebruikt dan
de g. Hierdoor is er een extra frame RTS en CTS nodig. (Ready to Send en Clear to
Send). Het Accespoints moet zich namelijk zo instellen dat hij de b of g modulatie kan
ontvangen. Dit levert een flinke daling in de performance van het netwerk.
802.11h tevens in 2003 geïntroduceerd. Speciaal voor de 5 GHz band, dus de 802,11a
standaard. Deze standaard reguleert het radio spectrum dat word gebruikt om storing van
satelliet communicatie te voorkomen. Door deze standaard is de verkoop van 802.11a
producten in onder andere Europa nu toegestaan.
802.11i geïntroduceerd in het jaar 2004, voorziet de draadloze netwerken in betere
beveiliging. Deze standaard is da WPA2 standaard. De WPA standaard die de meeste
mensen kennen bestaat uit een subset van de 802.11i standaard, dus niet volledig
geïmplementeerde. De draadloze netwerken zijn met deze standaard een flink stuk
veiliger waardoor bedrijven eerder geneigd zullen zijn een dergelijk netwerk aan te
leggen.
802.11j in 2004 beschikbaar gemaakt, vooral gericht op de Japanse markt. De
regelgeving op het gebied van de 4.9 en 5 GHz. Band is daar door de regering opnieuw
opgesteld en deze standaard is met deze regelgeving als achterliggende gedachte
ontworpen. Door deze standaard is het nu ook in Japan mogenlijk om gebruik te maken
van de 802.11 standaard.
4
Behalve deze standaarden zijn er natuurlijk nog veel meer soorten draaloze netwerken.
Hierbij kun je denken aan GSM, GPRS, UMTS, e.d. Ook zijn ere en aantal netwerken op
de FM frequentie, deze hebben echter een zeer lage snelheid. UMTS is nu steeds meer
aan het inkomen als standaard om mobile meet e internetten, voorheen was dat nog
GPRS. Op het GPRS netwerk word terug gevallen als de UMTS decking niet beschikbaar
is.
In de toekomst zullen er steeds snellere draadloze netwerken komen. Zo word er al enige
tijd gewerkt aan de 802.11n standaard. In Januarie 2004 kondigde de IEEE aan dat er een
werkgroep was opgesteld om deze standaard te ontwikkelen. Bij het ontwikkelen van de
standaard wordrden een aantal richtlijnen aangehouden. Dit zijn onderandere een
minimale snelheid van 100Mbps en minstens 4-5 keer sneller zijn dan 802.11a of
802.11g en misschien zelfs 20 keer sneller dan 802.11b Op dit moment zijn er twee
gegadigde kandidaten welke kans maken tot standaard te worden verheven. Dit zijn de
WWise en de TGnSync, iedere kandidaat word door een aantal grote bedrijven
aangedragen. Het is dus nog even afwachten welke van deze twee het gaat worden.
Behalve deze standaard van de IEEE word er ook hard aan de weg getimmerd voor de
802.16 of WiMAX standaard. Deze standaard is bedoeld voor MAN’s (Metropolian Area
Network). Het frequentie gebied van deze technologie ligt van 10 tot 66 Ghz. en sub 11
GHz. De snelheid van deze standaard ligt op 268 Mbps fullduplex.
Driver aanpassen
Na het zoeken op internet over timing problemen over grotere afstanden hebben we
gevonden dat hier een tool voor is die in Linux in de madwifi drivers voor Atheros
inmiddels is ingebouwd. Athctrl zoals deze luid kan de timing instellingen van de driver
aanpassen naar de wensen van de gebruiker. -i staat voor de interface en -d voor de
distance.
athctrl -i ath0 -d 1000
Onder FreeBSD is deze tool nog niet beschikbaar voorzover we hebben kunnen
natrekken.
Bekende problemen op de 5 Ghz band
Doordat de frequentie relatief hoog is zullen er eerder storingen in het signaal optreden.
Het signaal kan moeilijker door objecten heen dringen en zal eerder “weerspiegeld”
worden dan een lager frequent signaal. Hierdoor is een dergelijk netwerk lastiger te
implementeren en moet er met meer factoren rekening worden gehouden dan bij een 2.4
Ghz netwerk. Netwerken op 5 Ghz zijn dan ook minder geschikt om in gebouwen te
gebruiken doordat ze een kleiner bereik hebben.
5
Microgolven
Een microgolf is elektromagnetische straling met een golflengte langer dan die van
infrarood licht en korter dan die van radiogolven.
Elektromagnetische straling is de voortplanting door de ruimte van elektrische en
magnetische oscillaties (trillingen). Licht is een vorm van elektromagnetische straling.
Alle soorten elektromagnetische straling hebben in het luchtledige een snelheid gelijk aan
de lichtsnelheid (299.792.458 meter per seconde).
Microgolven hebben golflengte van 30 cm (bij een frequentie van 1 GHz) tot 1 mm (bij
een frequentie van 300 GHz). De grenzen tussen diep infrarood licht, microgolven, en
radiogolven zijn echter niet duidelijk gedefinieerd.
Het bestaan van elektromagnetische golven, waarvan microgolven een deel uitmaken,
werd door James Maxwell in 1864 voorspeld door toepassing van de Wetten van
Maxwell. In 1888 was Heinrich Hertz de eerste die het bestaan van elektromagnetische
golven demonstreerde door het bouwen van een apparaat dat radiogolven produceerde.
Microgolven kunnen toegepast worden op veel verschillende fronten, enkele
voorbeelden:







De magnetron is de bekendste toepassing van microgolven. De microgolf bij 2.45
GHz zorgt ervoor dat watermoleculen gaan bewegen, waarbij warmte ontstaat.
Deze warmte zorgt voor het garen van het voedsel.
Microgolven worden door kunstmanen gebruikt voor communicatie, doordat het
gemakkelijk door de atmosfeer van de aarde beweegt.
Radar maakt gebruikt van microgolven, naast radiogolven.
Wireless LAN zoals Bluetooth maakt gebruik van microgolven.
Maser, wat bijna hetzelfde is als een laser, maar in plaats van zichtbaar licht,
worden microgolven gebruikt.
In het onderzoek naar kernfusie worden microgolven gebruikt voor het verhitten
van het plasma en het drijven van stroom in het plasma.
Microgolven kunnen ook gebruikt worden voor het transporteren van energie.
6
Andere grote WIFI netwerken
Naast Wireless Leiden zijn er in Nederland ook nog andere steden met WIFI netwerken.
Enkele voorbeelden hiervan zijn:











Wireless Alphen
Wireless Jacobswoude
Wireless Zoetermeer
Amsterdam Wireless
Wireless Utrecht
Wireless Nijmegen
Wireless Zierikzee
Den Horn draadloos Online
HotZone Eindhoven
Wireless Haarlemmermeer
Wireless Betuwe
Deze maken allemaal gebruik van het 802.11b protocol net als Wireless Leiden dit doen.
De stap om dit te veranderen is ook redelijk groot omdat de meeste van deze netwerken
opgezet worden door vrijwilligers en 802.11a apparatuur kan niet samenwerken met
802.11b tenzij het apparaat beide implementaties ondersteunt.
Ook wereldwijd zijn er een hoop grote WIFI netwerken. De website http://wifi.jiwire.com/ laat hier een overzicht van zien. Helaas is er niet te selecteren op 802.11a
wel op 802.11b en 802.11g.
7
De bolling van de aarde
Het is moeilijk om hele verre afstanden te halen met WIFI door de bolling van de aarde.
De grijze lijnen in de tekening hieronder zijn de “geodetische lijnen” zichtbare lijnen.
Deze lijnen zijn ongeveer 9 kilometer. Het is dus normaliter in mogelijk om vanaf de
rechter antenne het huis te zien. In praktijk is dit anders. De bolling van de aarde zorgt
ervoor dat je 12 kilometer in de verte kijken. De rede hiervoor is dat wanneer het signaal
hoger in de lucht komt het meer vervormt wordt omdat de waterdamp minder is.
8
Als je lange WIFI verbindingen wilt aanleggen ben je eigenlijk dus niet geïnteresseerd in
de “Geodaetic Line” omdat deze toch niet te realiseren is. De bolling kan op elke plek
tussen de antennes gemeten worden met behulp van een formule (zie het plaatje
hieronder).
9
Eigenschappen van de 802.11a versus 802.11b standaard
10
11