LANGATTOMAT TEKNIIKAT - Tietoliikenneverkoista TCP/IP:n kautta langattomiin tekniikoihin - IEEE 802.11-standardin kuuluvuus- ja estetesti 15.4.2007 Toni Paulamäki & Stefan Nord Porin Ammattiopisto / Tekniikkaopisto Elektroniikan ja tietoliikennetekniikanala TTL03 1
Sisällysluettelo 1. Johdanto... 3 2. Tietoliikenneverkoista TCP/IP:n kautta langattomaan tekniikkaan... 4 2.1. Tietoliikenneverkko... 4 2.2. TCP/IP:n toimintaperiaate... 5 2.3. Langattomat tekniikat... 7 2.4. Tietoturvallisuus IEEE 802.11-standardin verkoissa... 8 3. IEEE 802.11-standardin kuuluvuus- ja estetesti... 10 3.1 Testialue... 11 4. Yhteenveto... 12 5. Lähteet ja lisämateriaalit... 13 6. Liitteet... 14 Tavallisten rakennusmateriaalien vaimennusarvot... 19 2
1. Johdanto Halusimme tehdä helposti ymmärrettävän oppaan alkaen verkosta, TCP/IP-mallista, jatkuen langattomiin tekniikoihin ja erityisesti WLAN tekniikkaan ja sen menetelmiin ja turvallisuuteen, jotta sitä voitaisiin käyttää tulevaisuudessa. Tämä opinnäyte on jaettu kahteen osaan. Ensimmäinen osa antaa pohjatietoa asioista, jotta toisen osion testit olisivat helpommin ymmärrettäviä. Suurin osa tekstistä on Tonin ja Stefanin yhdessä kirjoittamaa. Kuluvuus- ja estetestit on tehty Pripolissa yhteistoimin. Johdanto ja yhteenveto on melkein kokonaan Toni Paulamäen käsialaa. Graafisesta toteutuksesta vastasi Stefan Nord. Lopullisen ulkoasun teki Toni Paulamäki. Alla olevat yhdistykset ovat sen takia täällä alussa, koska niiden tekemistä standardeista puhutaan niin paljon ja että lukija ymmärtäisi, mistä lyhenteet IEEE tai ETSI tulevat. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) IEEE on alkujaan yhdysvaltalainen 1963 perustettu sähkö-, tietokone- ja tietoliikenneinsinöörien yhdistys, joka on kasvanut maailmanlaajuiseksi. Yhdistyksellä on yli 360 000 jäsentä ja se toimii 170 maassa. Yhdistys on kehittänyt eri tekniikoita ja tehnyt standardeja niille. IEEE on yksi johtavia standardin tekijöitä maailmassa. ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ETSI on 1988 vuonna perustettu, eurooppalainen telealan standardisoimisjärjestö. Sen kuuluisimmat standardit ovat GSM ja TETRA. 3
2. Tietoliikenneverkoista TCP/IP:n kautta langattomaan tekniikkaan 2.1. Tietoliikenneverkko Tietoliikenneverkko jaetaan kokonsa mukaan eri nimiin alkaen lyhimmän alueen omaavasta tekniikasta pisimpään. Lyhin alue on PAN-verkolla. (PAN -> LAN -> MAN -> WAN) PAN (Personal Area Network) PAN:n suomenkielinen termi on henkilökohtainen verkko. PAN-tekniikkaa käyttäviä standardeja ovat muunmuassa USB ja FireWire, joita käytetään elektroniikkalaitteissa. USB- ja FireWirestandardeihin törmää useimmiten tietokonelaitteissa. LAN (Local Area Network) LAN:n suomenkielinen termi on lähiverkko. Lähiverkko koostuu tietokoneista, jotka ovat kytketty toisiinsa hubilla tai reitittimillä. MAN (Metropolitan area network) MAN on suomenkieliseltä nimeltään kaupunkiverkko. Kaupunkiverkko on yhden tai useamman kaupungin alueella toimiva verkko. Se koostuu monesta lähiverkosta. WAN (Wide Area Network) Suomenkieliseltä nimeltään laajaverkko tai ulkoverkko. Koostuu usemmasta kaupunki- ja lähiverkosta, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Suurin laajaverkko tunnetaan nimellä Internet. 4
2.2 TCP/IP:n toimintaperiaate Lähiverkossa menevät paketit kulkevat IP-osoitteiden avulla. Reititin välittää paketit oikeaan IP-osoitteeseen. Paketit kulkevat paikasta A paikan B kautta paikkaan C. TCP, UDP TCP ja UDP ovat kuljetuskerroksen standardeja, jotka kulkevat IP:n päällä. Kuljetuskerroksen tehtävänä on huolehtia pakettien perille menosta ja järjestää ne oikeaan järjestykseen. UDP eroaa TCP:stä siten, ettei pakettien perille menoa tarkasteta, minkä ansiosta saadaan suurempi tiedonsiirtonopeus. 5
TCP/IP-mallin pino on jaettu viiteen eri kerrokseen, jotka sisältävät eri standardeja. Standardit käydään läpi kerroksittain. Viides kerros, eli sovelluskerros sisältää standardeja kuten: DHCP, DNS, FTP, HTTP, SIP, POP3, SMTP... Neljäs kerros, eli kuljetuskerros sisältää standardeja kuten: TCP, UDP, DCCP, SCTP... Kolmas kerros, eli verkkokerros sisältää standardeja kuten: IP (Ipv4 ja Ipv6), ICMP, IGMP, Ipsec... Toinen kerros, eli siirtoyhteyskerros sisältää standardeja kuten: ATM, DTM, Ethernet, Frame Relay, GPRS, PPP, ARP, RARP... Ensimmäinen kerros, eli fyysinen kerros sisältää standardeja kuten: ISDN, Modeemi, PLC, Sonet/sdh... 6
2.3. Langattomat tekniikat Langattomissa tekniikoissa käytetään samaa nimijärjestelmää kuin langallisessa verkossa. Verkon koon määrittää langattoman signaalin kantama matka. WPAN (Wireless Personal Area Network, Langaton henkilökohtainen verkko) Yksi langattoman henkilökohtaisen verkon standardi on Bluetooth. Sen kehittivät 1998 Ericsson, Intel, IBM ja Nokia. Bluetooth on IEEE 802.15-standardi, jota käytetään PDA, matkapuhelin ja tietokonelaitteissa. Tämän hetkinen bluetooth-versio on 2.1, joka lupaa pienempää virrankulutusta. WLAN (Wireless Local Area Network, Langaton lähiverkko) Yleensä langattomasta lähiverkosta puhuttaessa tarkoitetaan IEEE 802.11-standardia, koska ETSI:n HiperLAN-standardi ei ole yleistynyt. Langattomaan lähiverkkoon voi törmätä kahviloissa tai kouluissa, ja sen voi tuoda kotiin ostamalla langattoman tukiaseman. WLAN-versiot: 802.11a on paljon Amerikassa käytetty versio. Se toimii 5 Ghz alueella. 802.11b on hitaampi kuin tämän hetken kehittynyt 802.11a versio, 802.11b toimii 2,4 Ghz alueella. 802.11g on paljon nopeampi kuin 802.11b ja toimii samalla 2,4 Ghz alueella. 7
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Langaton kaupunkiverkko) Langattoman kaupunkiverkon kaupallinen nimi on WiMAX. Tämän hetkinen WiMAXversio on 802.16e, ja 802.16d on kehitteillä. WiMAX-verkkoja rakennetaan niin Amerikassa kuin Suomessakin. WWAN (Wireless Wide Area Network) WWAN eroaa muista langattomista verkoista sen takia, koska se käyttää sekaisin eri tekniikoita, kuten WiMAX, UMTS, GPRS, CDMA2000 ja HSDPA:ta. 2.4. Tietoturvallisuus IEEE 802.11-standardin verkoissa Tietoturvallisuus on tärkeätä 802.11-standardin verkoissa, koska kuka tahansa, joka on suojaamattoman langattoman lähiverkon lähellä, voi kirjautua verkkoon todella helposti, ja pääsee näin käyttäjän rautapalomuurin ohitse. SSID-piiloitus Verkon SSID eli verkon nimi, voidaan piiloittaa yleiseltä verkon skannaukselta. On kuitenkin olemassa ohjelmia, millä verkon nimen saa selville. MAC-suodatus Jokaisella verkkokortilla on oma MAC-osoitteensa. MAC-suodatus perustuu siihen, että tukiasemaan kirjoitetaan ne MAC-osoitteet, jotka saavat liikennöidä sen kautta. WEP (Wired Equivalent Privacy) WEP on ensimmäinen langatonta verkkoa suojaamaan kehitetty salausmenetelmä. WEP:n on tarkoitus suojata langatonta verkoa salakuuntelulta ja estää ulkopuolisia käyttäjiä pääsemään verkkoon. Aluksi WEP-salaukseen luotiin vain 40-bittinen salausavain, mutta nykyään siinä voidaan käyttää myös 64- tai 128-bittistä avainta. Salausavain kryptaa lähetettävät paketit ja takaa niiden eheyden. WEP-salauksen purku onnistuu tosin liiankin helposti, jonka vuoksi WEP-salausta pidetään huonona salausmenetelmänä. WEP käyttää RC4-salausalgoritmia, jonka satunnaiset vaihtelut eivät ole riittäviä. 8
Salausavain voidaan saada selville, kun salattuja paketteja on tarpeeksi. Toinen WEPsalauksen huono puoli on, että se lähettää pakettien mukana salaamattomina WEPsalauksen alustusvektoripaketit, jotka ovat vain 24-bittisiä. Salausavaimen muuttaminen pidemmäksi esimerkiksi 40-bittisestä 128-bittiseksi kasvattaa vain tarvittavien pakettien määrää, joilla saadaan WEP-salaus purettua. WEP-salauksen purkuun voidaan käyttää esim. Aircrack nimistä ohjelmaa. http://www.aircrack-ng.org/ WPA (TKIP) WPA kehitettiin WEP-salauksen ongelmien takia. Heikot alustusvektorit on korjattu ja salausavain vaihtuu 10000 paketin välein. TKIP-salaus (Temporal Key Integrity Protocol) on yksi WPA:n ominaisuus, joka tuo WEP-avaimen hajautuksen, joka mahdollistaa salausavaimen suojaamisen hyökkäyksiltä. TKIP:ssä käytetään RC4-algoritmia 128- bittisellä salausavaimella. WPA sulkee verkon minuutiksi, jos se havaitsee hyökkäyksen, jolloin se katkaisee yhteyden kaikkiin koneisiin, johon se oli yhteydessä. WPA2 / 802.11i (AES) WPA2 on viimeisin tietoturvastandardi, jolla pyritään ratkaisemaan vanhat tietoturvaongelmat. Se käyttää AES (Advanced Encryption Standard)-salausta RC4- algoritmin sijaan, ja EAP-protokollaa verkkoon kirjautumiseen. 9
3. IEEE 802.11-standardin kuuluvuus- ja estetesti Testasimme langattoman tukiaseman Buffalo AirStation 54G kuuluvuuksia ulkona ja sisällä, sekä eri kanavilla käyttäen samoja kuuluvuuksia. Laitteet Testeissä käytettiin kannettavaa tietokonetta Buffalo Air Station MIMO langattomalla verkkokortilla ja Zaurus pda laitetta D-link DCF-660W langattomalla verkkokortilla. Zaurukseen asennettiin linux-pohjainen cacko-käyttöjärjestelmä. Käytetyt sovellutukset Compaq nx6310:ssa oli softana NetStumbler. (http://www.netstumbler.com/) Zauruksessa oli sen käyttöjärjestelmän mukana tuleva Wireless LAN Statusohjelma. Zauruksen softalla saimme suoraan quality arvon. 10
3.1 Testialue Testausalueena oli Pripolin B-rakennus (katso liite sivulta 18 ) Testausreitti kulkee pisteiden 1-7 lävitse. Lopuksi palasimme takaisin pisteelle 1. (Katso liitteet sivuilta 15 ja 16) Tukiasema on paikassa 1 olevalla ikkunalaudalla. Tukiasema nostettiin myös pois ikkunan luota (katso liite sivulta 17) Pisteiden väliset matkat näet metreinä vieressä olevasta taulukosta. 11
4. Yhteenveto Tämän opinnäytteen tarkoituksena oli tutustua langattomiin verkkoihin ja oppia niiden käyttöperiaatteet ja ymmärtää langatonta tekniikkaa paremmin, erityisesti WLANtekniikkaa. WLAN-tekniikan kantavuudesta ei löydy paljoakaan dokumentoitua aineistoa ja syynä tähän epäilisin olevan esimerkiksi tekniikan nopea kehitys paremmaksi ja ympäristön vaikutus signaalin kantavuuteen (esim. esteet). Koska oikea tila on erilainen kuin teoreettinen tila, on vaikeata antaa mitään tarkalleen pitävää arviota signaalin kantavuudesta, koska siihen vaikuttavat monet eri tekijät. Tämä tekee sen, että olisi hyvä kokeilla jokaisessa tilassa johon asennetaan langaton verkko, eri paikoissa tukiasemasignaalin kantavuutta, eri kanavilla. Tekniikan kehittyessä paranevat langattoman tekniikan kantavuudet ja kaistan nopeus (esim. 802.11b -> 802.11g). Tulevaisuuteen katsottaessa tulee varmaankin taas jokin uusi tekniikka tai parannettu standardi, jolla on parempi kantavuus, suurempi tiedonsiirtonopeus, parempi suojaus ja suurempi häiriönsietokyky. Wimax:in luvataan tuovan tullessaan ainakin suuremman kantavuusalueen. Saa nähdä, mitä muuta tulee tulevaisuudessa, uusia tietoturvaongelmia todella suuren signaalin kantavuusalueen takia, tai liian suurta signaali määrää samalla taajuudella, samassa paikassa, samaan aikaan. Mutta tuskin nämä ongelmat tulevat aivan vielä eteen. 12
5. Lähteet ja lisämateriaalit O' Reilly 802.11 Wireless Networks (ISBN: 0-596-00183-5) TYS-2005-3 Next-Generation Networks Loppuraportti TIES422 Langattomat järjestelmät Ari Viinikainen (23.lokakuuta 2006) 802.11 wi-fi handbook, Chapter 9 Wireless Lans in the network Wireless Hacking: Projects for Wi-Fi Enthusiasts (2004) (ISBN:1-931836-37-X) http://www.aircrack-ng.org/doku.php - Salattujen tukiasemien purkutyökalu http://www.netstumbler.com/ - Wlan kuuluvuusskannustesti-ohjelma http://fi.wikipedia.org/wiki/ - Suomalainen Internet tietosanakirja. (Haku: WLAN, WEP...) http://users.tkk.fi/~mjsyrjal/wlan.html - Tietoa WLAN-tekniikasta Haku sanoilla: WLAN, WEP, WPA, WPA2, 13
Testasimme eri merkkisiä langattomia verkkokortteja ja voittajaksi selviytyi Buffalon AirStation MIMO-kortti. Teimme loput testit tätä korttia hyväksi käyttäen. Zauruksen D-Link DCF-660W-kortti ei tukenut enää 11 kanavaan saakka. Testaus: Testattu tukiaseman lähellä... Buffalon tukiasema (ESSID: G54), (Ei salausta), ohjelma: NetStumbler 0.4.0 Orinoco Silver 11Mbit/s (Travelmate 230 läppäri) ---> AirStation G54 Yhteys oli katkeilevaa vaikka tukiasema oli todella lähellä... mikä kertoo korttien laadusta.. (vika voi olla myös korttien ja läppärin yhteensopivuudessa...? Orinoco Gold 11Mbit/s (Travelmate 230 läppäri) ---> AirStation G54 Buffalo AirStation WLAN card 54 (Travelmate 230) ---> AirStation G54 Buffalo AirStation MIMO 108/54 (Travelmate 230) ---> AirStation G54 HP integroitu WLAN sovitin (Compaq nx6310) ---> AirStation G54 Sama Tasaista lähellä sekä kaukana Paras kuuluvuus... Hyvä Buffalo G54... dbm Kanava 1 Orinoco Gold -45-50 Vähän katkeilee ja Noisea... Buffalo MIMO -40-50 Vähän poikkoilee mutta ei katkeile Broadcom (HP integroitu) -48 Erittäin tasaista D-Link DCF-660W Hyvä Quality (Laatu 70%) Buffalo G54... dbm Kanava 6 Orinoco Gold -50 Katkeilee aika paljon ja Noisea... Buffalo MIMO -15-25 Vähän poikkoilee mutta ei katkeile Broadcom (HP integroitu) -30-40 Erittäin tasaista ja ei katkeile D-Link DCF-660W Hyvä Quality 80% Buffalo G54... dbm Kanava 11 Orinoco Gold -45-55 Poukkoilee ja katkeilee ja Noisea... Buffalo MIMO -15 Erittäin tasaista Broadcom (HP integroitu) 35-45 Tasaista katkeilua (noin 20 sekunnin välein) D-Link DCF-660W Ei tukenut kanavaa 11 14
KANAVA 1 15
KANAVA 6 16
KANAVA 1 (Ei ikkunan takana, ulos ei suoraa näköyhteyttä) Toni Paulamäki & Stefan Nord 17
http://map3.centroid.fi/palautepori/ Ilmakuva Pripolista 18
Tavallisten rakennusmateriaalien vaimennusarvot (3com:n ilmoittamat) Löytyy osoitteesta: http://www.3com.com/other/pdfs/products/en_us/101900.pdf (Tuuma = n. 2.5cm) 19
http://www.mikropc.fi/ sivustolla ollut uutinen 20