6. 無線行動網路

Wireless network refers to any type of computer network that is wireless, and is commonly associated with a telecommunications network whose interconnections between nodes is implemented without the use of wires. Wireless telecommunications networks are generally implemented with some type of remote information transmission system that uses electromagnetic waves, such as radio waves, for the carrier and this implementation usually takes place at the physical level or "layer" of the network.

Types of Wireless Network:
- Wireless PAN
- Wireless LAN
- Wireless MAN
- Mobile devices networks

The use of Wireless Network in the world:
- Sending information through wide area (cellphone, satellites, etc)
- As an inexpensive and rapid way to be connected to the Internet in countries and regions where the telecom infrastructure is poor or there is a lack of resources, as in most developing countries.

Disadvantages of wireless networks:
- Compatibility issues
- Slower than ethernet cables
- Vulnerable to attack

Health issue on wireless networking:
Poor concentration, memory loss, nausea, premature senility and even cancer.[6] Questions of safety have been raised, citing that long term exposure to electromagnetic radiation of the sort emitted by wireless networks. Although it's not proven YET.

 

無線網路由以下元素組成: 

  1. Wireless host (無線主機終端設備)
  2. Wireless Link
  3. Base station (基地台): Cell tower/Access point,  Mode (infrastructure vs. ad hoc)
  4. Network Infrastructre (網路基礎建設)

無線網路技術可由不同標準和參數來分類. 若由 a. 封包在無線環境的跳躍次數(Single-hop vs. Multi-hop), 及 b. 是否提供基礎建設(Infrastucture-based vs. Infrstructure-less) 可將無線網路分類如下:

  1. Single-hop, infrstructure-based: WiFi(IEEE802.11), WiMax(IEEE802.16)
  2. Single-hop, infrstructure-less: Bluetooth, 802.11 ad hoc mode
  3. Multi-hop, infrstructure-based: wireless mesh network
  4. Multi-hop, infrstructure-less: MANET (Mobile Ad hoc Network), VANET  (Vehicular Ad hoc Network)

Two architecture of wireless LAN (IEEE 802.11)

  1. Infrastructure mode-需要使用AP(Access Point)來連結各個終端
  2. Ad Hoc mode-peer-to-peer的模式(不用使用AP)
IEEE 802.11用來找尋可用網路的方法有兩種
  1. Active scanning-由station傳送Probe Request Frame,再由AP回應Probe Response Frame
    (包含SSID,AP的MAC等資訊)
  2. Passive scanning-由AP固定週期傳送Beacon Frame(包含AP的MAC,SSID,Network Name等資訊)

根據 IEEE 所制定的標準,一個無線網路必須提供的三項基本網路安全服務為:


1. 使用者認證 (Authentication)
在無線網路環境中必須對使用者身份進行基本的辨識。在 802.11 無線網路中身份辨識的方式主要有三種:開放系統認證 (Open System Authentication) 、封閉系統認證 (Closed System Authentication) 以及分享密鑰認證 (Shared-key Authentication)。其中的分享密鑰認證有時也被稱為挑戰與回應認證 (Chellenge-Response Authentication)。


2. 資料保密 (Confidentiality)
在無線網路環境中對於資料的傳輸能夠提供基本的安全防護,以防止第三者竊取通訊內容。在這部分主要是以 WEP (Wired Equivalent Privacy) 來達成;關於 WEP 的詳細運作方式將於下文中進行說明。由於 WEP 的問題太多,因此 IEEE 正在研擬新的標準來取代 WEP (802.11i, or WPA)。


3. 資料完整性確認 (Integrity)
在 802.11b 網路中使用的完整性確認與其他 802 家族相同,使用 CRC checksum 來進行封包內容的完整性確認。在啟動 WEP 的時候則可透過 WEP 的加密對傳送內容及 CRC 進行更嚴格的保護。
關於 802.11 無線網路的認證方式如下圖所示。

認證(Authentication)的方法也有兩種
  1. Open System-不用任何key就能使用AP(Default802.11)
  2. Sharekey System-由station發出request後,由AP送回一組share key,station再將data以這一組share key加密後回送給AP,再由AP完成解密的動作

1. 無線網路使用者 (Wireless Station, 或稱為 STA) 對存取點 (AP) 提出認證的請求。
2. AP 收到請求後產生一個 128 位元長度的挑戰字串 (Challenge Text)。
3. AP 將步驟二中產生的字串傳送給 STA,等待 STA 傳送加密後的結果。
4. STA 收到這個挑戰字串後,使用 WEP 密鑰進行 RC4 的加密演算。
5. STA 將字串加密後的密文回傳給 AP。
6. AP 收到加密後的密文,使用 WEP 及 RC4 演算法進行解密,將其與原本傳送的明文進行比對。如果解密後的結果與明文挑戰字串符合則表示通過驗證;如不符合則表示對方無法提供正確的 WEP 密鑰,無法通過驗證。
7. 依照步驟六中獲得的結果決定接受或拒絕該 STA 的連線請求。

 

解決碰撞(collision)的方法
CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)-用於有線網路,監聽channel若是閒置的情況就可以進行傳送,若     busy則等待亂數時間,再次進行監聽,若發生collision則立即停止傳送,一樣要等一個亂數時間再進行channel的監聽
但是用於無線網路會發生兩種問題
  1. Hidden problem-要傳輸的A和B之間因為屏障使得同時發送信號給C,而造成collision
  2. Expose problem-因為A之間B正在傳送資料,而C位於A和B的訊號涵蓋範圍,所以C無法傳送資料給D因而造成多餘的等待時間

所以無線網路使用的是CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)