Wireless LAN (WLAN)

• Prinzip: Drahtlose, auf Funksignalen basierende Übertragung von Daten.

• Die Kommunikation erfolgt entweder „Punkt-zu-Punkt“ mit Hilfe von Richtantennen über relativ große Entfernungen oder

• „Mehrpunkt-Kommunikation“ zwischen mehreren Clients über „Access-Points“

Wireless LAN (WLAN)

• Vorteile

  • Keine baulichen Veränderungen notwendig

  • Mobilität

  • Flexibilität

  • Erweiterbar durch Errichtung mehrerer Funkzellen (Roaming)

• Nachteile

  • Reichweite

  • Bandbreite

  • Abhören

• LAN

  • Abkürzung für Local Area Network.

  • Ein lokales Netzwerk, das aus einer Gruppe von Computern und anderen Geräten besteht, die über einen relativ begrenzten Bereich verteilt und durch Kommunikationsleitungen verbunden sind, die jedem Gerät die Interaktion mit jedem anderen Gerät im Netzwerk ermöglichen.

• WAN

  • Wide Area Networks sind geographisch weit verteilte Netzwerke.

  • Ihre Übertragungsraten liegen deutlich unter denen von LANs.

  • Verbindungen über Kontinente erfolgt häufig über Satelliten.

• MAN

  • Metropolitan Area Networks sind zwischen LANs und WANs einzuordnen.

  • Sie verbinden im Bereich bis zu 100km einige Knotenrechner über Hochgeschwindigkeitsverbindungen.

• GAN

  • Global Area Networks sind geographisch über die ganze Welt verteilte Netzwerke über Satellitenverbindungen.

• Vorteile

  • Keine Störung bei Ausfall einer Station

• Nachteile

  • Bandbreite muss geteilt werden

  • out of date“

• Vorteile

  • Alle Stationen haben gleiche Priorität beim Zugriff

• Nachteile

  • Bandbreite muss geteilt werden

  • out of date“

• Vorteile

  • leicht erweiterbar

  • Aktuell die wahrscheinlichste Option der Ethernet-Topologie

• Nachteile

  • Bei Ausfall des zentralen „Knotens“ (Node) Ausfall aller angeschlossenen Rechner

• Vorteile

  • Leicht erweiterbar

  • Bei Ausfall eines „Sub-Nodes“ nur Ausfall des Betroffenen Sub-Netz

• Nachteile

  • Bei Ausfall eines „Sub-Nodes“ keine Kommunikation ins andere Sub-Netz

• Vorteile

  • Höchste Zuverlässigkeit

  • Direkter Weg zu jedem Knoten

  • Alternative Routen möglich

• Nachteile

  • Komplexeste Verkabelung

  • Schwer erreichbar

  • In größeren Netzen nicht zu realisieren

• Weiterentwicklung der Verkabelungsmethoden

• Einheitliches Medium für Sprache, Text und Video

• Entwicklung eines Strukturmodells für die Verkabelung

• Diese Anforderungen endeten in den Normen:

  • internationalen Standard ISO/IEC 11801

  • Europanorm EN 50713

• Wichtige Begriffe

  • Strukturiertheit

  • Strukturierte Verkabelung

Strukturiertheit

• Strukturiert bedeutet, dass möglichst wenig unterschiedliche Übertragungsmedien die Übertragung möglichst vieler Anwendungen erlauben.

• Strukturierte Verkabelung

  • Primarbereich:

    Hierbei handelt es sich um eine gebäudeübergreifende Verkabelung mittels redundanter Kabeltrassen auf Lichtwellenleiterbasis, die an Gebäudeverteilern beginnen bzw. enden. Aufgrund der relativ großen Entfernungen kommen hierfür ausschließlich Glasfaserkabel zum Einsatz.

  • Sekundarbereich:

  • Grundlage ist eine gebäudeinterne Verkabelung, die die Gebäudeverteiler mit einzelnen Etagenverteilern auf Grundlage von Kupfer oder Glasfaserkabeln verbinden.

  • Tertiärbereich:

  • Eine sternförmige Verkabelung auf Etagenebene, die die Endgerate mit Etagenverteilern verbindet, bildet die Strukturierungsebene zum Endgerät.

Ethernet

• Marktbeherrschende LAN-Technologie auf CSMA/CD-Basis:

• Billig (Netzwerkkarten für < 10 €)

• Erste weitverbreitete LAN-Technologie

• Einfacher und billiger als Verfahren mit koordiniertem Kanalzugriff

• Datenrate hat sich über die Zeit stark erhöht 10, 100, 1.000, 10.000 MBit/s

• Sendende Netzwerkkarte verpackt die Nutzdaten in einen Ethernet-Rahmen:

• Präambel:

  • 7 Bytes mit 10101010, gefolgt von einem Byte mit 10101011

  • Verwendet zur Synchronisation von Sender und Empfänger

• Paketende:

  • Erkannt durch eine Ruheperiode von 9,6 Mikrosekunden

• Adressen:

  • 6 Bytes

  • Wenn eine Netzwerkkarte einen Rahmen mit der eigenen Adresse oder der sogenannten Broadcast-Adresse (= ff:ff:ff:ff:ff:ff) empfängt, dann werden die Daten an die nächsthöhere Schicht weitergegeben

  • Sonst wird der Rahmen verworfen

• Typ:

  • beschreibt, welcher Art die im Rahmen enthaltenen Daten sind

  • Werte ab 0x0600 sind zulässig

  • Werte unter 0x0600 signalisieren einen IEEE 802.x-Rahmen

  • Beispiel 0x0800 = IP-Paket

• CRC:

  • Überprüfen auf Bitfehler, bei Erkennen eines Fehlers wird das Paket einfach verworfen

• Ethernet stellt einen unzuverlässigen und verbindungslosen Dienst zum Austausch von Daten zwischen Stationen in einem LAN zur Verfügung

• Verbindungslos:

  • kein Verbindungsauf- und -abbau zwischen Sender und Empfänger

• Unzuverlässig:

  • Wenn Übertragungsfehler (z.B. Bitfehler) vorkommen, werden die Pakete einfach verworfen, es erfolgt keine Übertragungswiederholung

• Achtung:

  • Kollisionen werden von Ethernet per Collision Detection erkannt und durch Übertragungswiederholung behoben!

  • Andere Rahmenverluste müssen auf höheren Schichten behoben werden oder der Inhalt des Rahmens geht verloren.

• Netzwerkkarte bekommt die zu sendenden Daten

• Wenn das Medium von der Netzwerkkarte als frei erkannt wird, dann überträgt sie die Daten in einem Ethernet-Rahmen. Wenn das Medium belegt ist, wartet die Netzwerkkarte, bis das Medium frei wird, und überträgt dann

• Wenn der Rahmen ohne Kollision übertragen wurde: Ende

• Wenn eine Netzwerkkarte eine Kollision feststellt, dann wird die Übertragung abgebrochen und ein Jam-Signal gesendet

• Danach wird „Exponential Backoff“ durchgeführt: Nach der m-ten Kollision zieht die Netzwerkkarte eine Zufallszahl K aus dem Bereich {0,1,2,...,2m-1}.

• Die Netzwerkkarte wartet K*512 BitZeiten (= Dauer der Übertragung eines Bits) und geht dann zum zweiten Schritt zurück

• Jam-Signal:

  • Sicherstellen, dass alle Sender die Kollision erkennen

  • 48 Bit lang

  • Illegale physikalische Werte

• Bit-Zeit:

  • 0,1 Mikrosekunden bei 10 MBit/s Ethernet

  • Bei m = 10 beträgt die durchschnittliche Wartezeit ~ 50 ms

• Exponential Backoff:

  • Ziel: Frequenz der Übertragungswiederholung der aktuellen Lastsituation anpassen

  • Bei hoher Last werden mehrere Kollisionen in Folge passieren, bis das richte Intervall für die Zufallszahl gefunden ist

  • Bei der ersten Kollision: wähle K aus {0,1}

  • Bei der zweiten Kollision: wähle K aus {0,1,2,3}…

  • Bei der zehnten Kollision: wähle K aus {0,1,2,3,4,…,1023}

• Sicherungs- und Bitübertragungsschicht

• Viele verschiedene Ethernet-Standards

  • Gemeinsames MAC-Protokoll und Rahmenformat

  • Verschiedene Geschwindigkeiten: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps

  • Verschiedene Medien auf der Bitübertragungsschicht:

    • Glasfaser

    • Kupferkabel

Speichern im Netzwerk

• Direct Attached Storage (DAS)

  • Vorteile:

    • Niedriger Hardware-Aufwand

    • Niedrige Kosten

    • Kein zusätzlicher Protokollstack

    • Konzeptionell sehr performant

  • Nachteile:

    • Exlusiv an einem Host

    • Eingeschränkte Skalierbarkeit in der Kapazität

    • Eingeschränkte Entfernung vom Host zum Storage

• Storage Area Network (SAN)

• Vorteile:

  • Direkte Erreichbarkeit aller Komponenten untereinander

  • Hohe Transferraten

  • Größere Distanzen möglich als bei DAS

  • Kosteneinsparungen durch Speicherkonsolidierung

  • Einfachere Administration durch Zentralisierung

• Nachteile:

  • Weitere dedizierte Infrastrukturebene für Storage– Probleme mit der Interoperabilität

  • Hochpreisige Hardware-Komponenten

  • Komplizierte Konfiguration

• Network Attached Storage (NAS)

• Vorteile:

  • Einfache Anbindung an bestehendes Netz

  • Mit dediziertem 10 Gbit/s LAN im Realbetrieb durch Alternative zu FC-SAN

  • Einfache Anbindung an Clients

  • Einfacher konkurrierender Zugriff mehrerer Clients dank Networking-Filesystem

  • Kompatibilität und Operabilität gewährleistet

• Nachteile:

  • Darunter liegendes TCP/IP-Protokoll nicht für Storage-Traffic optimiert

  • Zusätzlich hohe Belastung des vorhandenen LAN

• Mithören

• Wechselseitiges Misstrauen

• Aufschalten

• Fälschen

• Vorspielen falscher Identität

• Sabotieren

• Vertraulichkeit

  • Daten / Nachrichteninhalt gegen Lesen Unberechtigter schützten

  • Kommunikationsverhalten (wer mit wem etc.) geheim halten

• Authentizität

  • Absender “stimmt” (z.B. Server ist der, für den er sich ausgibt)

  • Daten sind “echt” und aktuell (--> Integrität)

• Autorität

  • Einschränkung der Nutzung auf den Kreis der Berechtigten

• Verfügbarkeit der wichtigsten Dienste

  • keine Zugangsbehinderung (“denial of service”) durch andere

  • kein provozierter Absturz (“Sabotage”)

• Verbindlichkeit

  • Vertrauenswürdigkeit einer Information

• Integrität

  • Wahrung der Unversehrtheit von Nachrichten, Programmen und Daten

Arten der Verschlüsselung:

• Es gibt eine Verschlüsselungsfunktion f, die umkehrbar ist mittels f*, d.h. die Wirkung von f wird durch f* rückgängig gemacht.

• Schreibweisen

  • Verschlüsseln mit Schlüssel K:

    • Schlüsseltext = f (K,Klartext) = fK (Klartext)

  • Entschlüsseln mit Schlüssel S:

    • Klartext = f*S (Schlüsseltext)

• Symmetrische Kryptosysteme: K = S

• Asymmetrische Kryptosysteme: K =/= S

• Geheimhalten des Verschlüsselungsverfahrens i.a. kein Sicherheitsgewinn!

  • organisatorisch kaum lange geheim zu halten

  • kein öffentliches Feedback über erkannte Schwächen des Verfahrens

  • “Verfahren, die Geheimhaltung nötig hätten, sind sowieso verdächtig!”

• Verschlüsselungsfunktion prinzipiell umkehrbar

  • ohne Kenntnis der Schlüssel jedoch höchstens mit unverhältnismäßige hohem Rechenaufwand

• Vorteile symmetrischer Schlüssel:

  • ca. 100 bis 1000 Mal schneller als derzeit bekannte Asymmetrische Verfahren

• Nachteile symmetrischer Schlüssel:

  • Schlüssel muss geheim gehalten werden (da Verfahren i.a. bekannt)

  • mit allen Kommunikationspartnern separaten Schlüssel vereinbaren

  • hohe Komplexität der Schlüsselverwaltung bei vielen Teilnehmern

  • Problem des geheimen Schlüsselaustausches

Asymmetrisches Verschlüsselungsverfahren

• public und private key, signature

• Einstufung: Sehr sicher ab bestimmter Schlüssellänge

• Generell Verschlüsselung

  • Verschlüsseln mit Schlüssel k:

    Schlüsseltext = fk (Klartext)

  • Entschlüsseln mit Schlüssel s:

    Klartext = f*s (Schlüsseltext)

Vorteil gegenüber symmetrischen Verfahren:

• vereinfachter Schlüsselaustausch

• Authentifizierung des Empfängers implizit

• elektronische Unterschrift

  • Authentifizierung des Senders durch geschickte Anwendung

• Konzept zum reglementieren des Datenverkehrs zwischen Netzwerken

• Schutz vor unbefugten Zugriffen

• Zugangskontrolle (wer darf wie und worauf zugreifen)

• Beweissicherheit gewährleisten

• Protokollauswertungen durchführen

• Alamierung bei sicherheitsrelevanten Ereignissen

• Verbergen der internen Netzstruktur

• Entkopplung von Servern und Clients durch Proxies

• Vertraulichkeit/ Abhörsicherheit von Daten gewährleisten

Arten

• Paketfilter

• Application Gateways

• Proxyserver

• Zugangsprofile

  
  

Strategien

• Verbot bestimmter Dienste

• Dienste explizit erlauben („verboten-was-nicht-erlaubt“)

Paket Filter

• IP-Pakete werden auf Basis der Kontrolle bestimmter Variablen gefiltert, d.h. durchgelassen oder verworfen.

• Solche Variablen sind z.B.

  • die Ursprungsadresse

  • die Zieladresse

  • das Protokoll (TCP, UDP, ICMP)

  • die Portnummer

• Regeln, definiert innerhalb von Zugriffslisten (ACL)

Application Gateway (Proxy)

• Sie nehmen die Verbindung zwischen externen und internen Netzwerk stellvertretend an.

• Bekannte Proxies sind z.B.:

  • HTTP-Proxy mit Java, JavaSript & ActiveX-Filter sowie Werbebanner-Filterung

  • SMTP-Proxy, verantwortlich für die Zustellung von E-Mails und für das Überprüfen auf vorhandene Viren

• Erweiterung des Firmennetzwerkes über ein öffentliches Netz (Internet) durch Einrichtung eines sicheren, authentifizierten und verschlüsselten „Tunnels“

  • einfacher und sicherer Zugriff auf ein weltweit verteiltes Firmennetz