IEEE 802.11

IEEE 802.11 of Wi-Fi omvat een verzameling van standaarden voor draadloze netwerken (Wireless LAN), ontwikkeld door groep 11 van het IEEE LAN/MAN standaarden-comité (IEEE 802). De term IEEE 802.11 wordt ook gebruikt om naar de originele standaard 802.11 te verwijzen die we tegenwoordig "802.11 legacy" noemen.

De huidige 802.11-familie omvat 6 draadloze modulatie-technieken die allemaal hetzelfde protocol gebruiken. De op dit moment populairste (en meest productieve) technieken zijn omschreven in de a, b en g-uitbreidingen op de originele standaard. Een veiligheidsprotocol werd toegevoegd en later verbeterd door de 802.11i toevoeging. Andere standaarden (c–f, h–j, n) uit dezelfde familie zijn verbeteringen en uitbreidingen of correcties van vorige specificaties. 802.11b was de eerste standaard die door een breed publiek gebruikt werd, gevolgd door 802.11a en 802.11g.

802.11b en 802.11g gebruiken de vrije (geen licentie nodig) 2.4 gigahertz band. De 802.11a standaard gebruikt de 5 Ghz-band. Omdat er voor de 2.4Ghz band bijna geen regelgeving bestaat kan 802.11b en 802.11g-apparatuur soms storingen (interferentie) ondervinden van apparaten die dezelfde band gebruiken, zoals o.a. magnetrons en draadloze telefoons.

Protocollen

802.11 legacy

De originele versie van de standaard, vastgelegd in 1997, specificeert 2 snelheden: 1 en 2 megabits per seconde te verzenden met signalen in de "Industrial Scientific Medical frequency band" op de frequentie 2.4 GHz. Infrarood is nog steeds een deel van de standaard maar heeft geen bestaande implementaties.

De originele 802.11 definieert daarnaast Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) als het netwerkprotocol. Een belangrijk deel van de beschikbare capaciteit per kanaal wordt daarbij gebruikt om de betrouwbaarheid van verzonden data te garanderen onder diverse omgevingscondities.

Ten minste vijf verschillende (min of meer compatibele) commerciële producten gebruikten de originele standaard. Producten van bedrijven zoals Alvarion (PRO.11 en BreezeAccess-II), Netwave Technologies (AirSurfer Plus en AirSurfer Pro) en Proxim (OpenAir). Een tekortkoming van de originele standaard is dat deze zo vrij was dat onderlinge compatibiliteit soms erg moeilijk te realiseren was. Het is meer een "meta-specificatie" dan een nauwkeurige en duidelijke specificatie. Hierdoor konden individuele commerciële bedrijven hun producten flexibel differentiëren. Legacy 802.11 werd snel aangevuld door 802.11b.

802.11b

In 1999 werd de 802.11b toevoeging goedgekeurd. 802.11b heeft een maximum doorvoersnelheid van 11 megabit per seconde (Mbit/s). Door CSMA/CA protocol overhead wordt in de praktijk 5.9 Mbit/s gehaald met TCP en 7.1 met UDP.

802.11b producten verschenen zeer snel op de markt omdat 802.11b een directe uitbreiding was van de DSSS (Direct-sequence spread spectrum) modulatietechniek die gedefinieerd was in de originele standaard. Technisch gezien gebruikt de 802.11b standard Complementary code keying (CCK) als modulatietechniek, een variant op CDMA. Hierdoor konden chipsets en producten gemakkelijk opgewaardeerd worden met de verbeteringen omschreven in de 802.11b standaard. De sterk verbeterde doorvoersnelheid (11 Mbit/s i.p.v. 1 of 2) zorgde er voor dat 802.11b snel geaccepteerd werd als de blijvende standaard voor draadloze netwerk technologie.

802.11b wordt meestal gebruikt in een point-to-multipoint configuratie (1 punt naar meerdere punten), waarbij één access point (draadloos toegangspunt) via een omni-directionele antenne communiceert met andere clients die in het bereik zijn van het centrale access point. Een typisch bereik is 30 m met 11 Mbit/s, maar je komt zelfs tot 90 m met 1 Mbit/s. Door high-gain antennes te gebruiken (bundeling van straling, ook wel bekend als de beroemde Pringles-bus-antennes) kunnen zelfs point-to-point-verbindingen opgezet worden tot een afstand van ongeveer 8km. De records liggen zelfs op 120km, maar hierbij is gebruikgemaakt van speciale antennes, zeer gevoelige ontvangers, goede weersomstandigheden en line of sight. Deze worden dan gebruikt om dure huurlijnen of omslachtige microgolf-apparatuur te vervangen. De antennes gaan in dit soort extreme gevallen overigens soms wel over de wettelijk toegestane grenzen heen voor antennestraling.

802.11b kaarten halen een doorvoersnelheid van 11Mbit/sec, maar kunnen terugschakelen naar 5.5 of 2 of 1Mbit (dit staat bekend als Adaptive Rate Selection) als de signaal/ruis kwaliteit te slecht wordt. Omdat de lagere doorvoersnelheden minder complexe en meer controle technieken gebruiken, zijn ze minder gevoelig voor foutieve data overdracht. Sommige bedrijven hebben toevoegingen gedaan aan de 802.11b standaard zoals "channel bonding" (bundelen van kanalen) en "transmission burst" technieken om snelheden van 22, 33 en 44Mbit/sec te halen. Veel bedrijven noemen deze toevoegingen 802.11b+. Deze toevoegingen zijn echter propriëtair en nooit goedgekeurd door de IEEE. Daarnaast zijn ze overbodig geworden door de ontwikkeling van de nieuwere standaard 802.11g, die compatibel is met 802.11b en waarmee snelheden tot 54Mbit/s gehaald kunnen worden.

Kanalen en onderlinge compatibiliteit

802.11b en 802.11g verdelen het wifi-spectrum in 14 overlappende kanalen waarvan het centrum van elk kanaal 5 megahertz van elkaar ligt. Het is een bekende misvatting dat de kanalen 1, 6 en 11 elkaar niet zouden overlappen en dat ze dus gebruikt zouden kunnen worden om drie aparte verbindingen tegelijk te vormen, die elkaar niet storen. Dat is te eenvoudig gesteld. De 802.11b en 802.11g standaarden specificeren niet de breedte (in megahertz) maar wel de centrum-frequentie en een spectrum masker (spectral mask) voor elk kanaal. Het spectrum masker van 802.11b schrijft voor dat het signaal ten minste 30 dB verzwakt moet zijn tegenover de piek energie op ± 11 MHz van de centrum-frequentie en ten minste 50 dB bij ± 22 MHz van de centrumfrequentie.

Omdat het spectrum masker enkel het vermogen specificeert tot 22 MHz vanaf de centrumfrequentie, gaan sommigen er onterecht van uit dat er het vermogen van het kanaal niet verder uitgezonden wordt dan binnen deze 22 MHz. In werkelijkheid is dat wel zo. Indien men een sterke zender gebruikt kan het signaal voorbij de ±22 MHz zelfs nog behoorlijk sterk zijn. Daarom is het niet correct te stellen dat kanalen 1, 6 en 11 niet overlappen. Het is beter te stellen dat kanalen 1,6 en 11 voldoende van elkaar gescheiden zouden moeten zijn om zo weinig mogelijk interferentie te veroorzaken met een ander kanaal. Maar dit is dus niet altijd waar: een krachtige zender op kanaal 1 kan een zwakke zender op kanaal 6 overstemmen. Bij laboratoriumtests is zelfs aangetoond dat kanaal 1 en kanaal 11 elkaar lichtjes kunnen storen.

Toch verdient de 1-6-11 regel sterke aanbeveling. Indien zenders dichter bij elkaar gezet worden dan 1-6-11 (bijvoorbeeld 1,4,7 en 10) dan zal de frequentie-overlap waarschijnlijk onaanvaardbare degradatie in de signaalkwaliteit en doorvoersnelheid veroorzaken.

De toegelaten kanalen verschillen van land tot land. In Amerika bijvoorbeeld schrijft de FCC voor dat enkel kanalen 1 tot 11 gebruikt mogen worden. In Europa zijn de kanalen 1-13 beschikbaar voor 802.11b, maar is het uitgezonden vermogen wat beperkt (slechts 100 mW) om de interferentie met andere kanalen te verminderen. Kanalen 10 en 11 zijn de enige kanalen die overal ter wereld werken omdat in Spanje de kanalen 1 tot 9 niet gebruikt mogen worden voor 802.11b.

De volledige frequentielijst van EEE STD 802.11b-1999/Cor 1-2001 ziet er als volgt uit:

Kanaal	MHz	VS	Canada	Europa	Spanje	Frankrijk	Japan	Japan
		X10	X20	ETSI X30	X31	X32	X40	X41
1	2412	x	x	x		x		x
2	2417	x	x	x		x		x
3	2422	x	x	x		x		x
4	2427	x	x	x		x		x
5	2432	x	x	x		x		x
6	2437	x	x	x		x		x
7	2442	x	x	x		x		x
8	2447	x	x	x		x		x
9	2452	x	x	x		x		x
10	2457	x	x	x	x	x	x	x
11	2462	x	x	x	x	x	x	x
12	2467			x		x		x
13	2472			x		x		x
14	2484						x

Kanaal 14 wordt (waar het beschikbaar is) enkel gebruikt voor 802.11b.

802.11a

De 802.11a toevoeging werd goedgekeurd in 1999. De 802.11a standaard gebruikt hetzelfde kernprotocol als de originele standaard, gebruikt de 5 GHz band, en gebruikt 52-subcarrier orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM). Theoretisch is de maximum doorvoersnelheid 54 Mbit/s, maar meestal worden snelheden tussen 20 en 30Mbit gehaald. Indien 54 Mbit/s niet haalbaar is, dan kan de data rate teruggeschakeld worden naar 48, 36, 34, 18, 12, 9 en 6 Mbit/s. 802.11a heeft 12 niet-overlappende kanalen, 8 voor binnenhuisgebruik en 4 voor point-to-point verbindingen. 802.11a en 802.11b apparatuur kan niet samenwerken, tenzij apparatuur beide implementaties ondersteunt.

Omdat de 2.4 GHz band het meest gebruikt wordt, heeft de 5 GHz band het voordeel van minder interferentie. Maar deze hoge frequentie heeft ook zijn nadelen. 802.11a kan bijna uitsluitend gebruikt worden als de antennes elkaar rechtstreeks kunnen zien (line of sight), er zijn soms dus meerdere access points nodig. 802.11a reikt niet zo ver als 802.11b bij het gebruik van een zelfde vermogen, omdat de hogere frequentie bij hetzelfde vermogen sneller geabsorbeerd wordt door obstakels.

802.11g

Een derde modulatie standaard werd goedgekeurd in juni 2003: 802.11g. Deze standaard werkt in de 2.4 GHz band (net als 802.11b), maar heeft een theoretische maximum doorvoersnelheid van 54 Mbit/s. Maar net zoals bij 802.11a worden meestal snelheden rond de 25 Mbit/s gehaald. 802.11g is volledig compatibel met de 802.11b standaard. De standaarden b en g goed samen laten werken was een aanslepend technisch proces. In oudere 802.11g-netwerken veroorzaakt de aanwezigheid van een 802.11b deelnemer duidelijke vertragingen.

De modulatietechniek van 802.11g is OFDM voor data rates van 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 en 54 MBit/s, en gebruikt (net als 802.11b) CCK voor 5.5 en 11 Mbit/s, en DBPSK/DQPSK+DSS voor 1 en 2 Mbit/s. Zelfs terwijl 802.11g in dezelfde frequentieband opereert als 802.11b, kan het hogere data rates halen, vanwege zijn gelijkenis met 802.11a. De maximum range van 802.11g devices is iets groter dan die van 802.11b devices, maar de range waarin een cliënt de volledige (54 Mbit/s) data rate snelheid kan halen is veel kleiner dan die bij 802.11b.

De 802.11g-standaard werd voor het eerst in consumentenapparatuur toegepast in januari 2003, nog voordat de standaard werd goedgekeurd. Maar bedrijven hapten nog niet toe, en ook Cisco en andere belangrijke producenten wachtten op goedkeuring. In de zomer van 2003 regende het aankondigingen. Veel 802.11a/b-producten werden vervangen door 802.11a/b/g-producten.

Ondanks zijn acceptatie heeft 802.11g last van dezelfde interferentie als 802.11b; beide opereren in dezelfde 2.4 GHz-band en hebben soms last van apparaten als magnetrons, Bluetooth-devices en draadloze telefoons.

Non-Standard Channel Bonding

Chipbouwer Atheros verkoopt bij sommige van zijn draadloze netwerkkaarten en access points een proprietary feature die verschillende kanalen met elkaar verbindt, getiteld Super G. De bedoeling is dat hiermee de snelheid wordt opgestuwd tot 108 Mbit/s. Ook de range is 4x die van 802.11g en 20x die van 802.11b. Deze techniek kan leiden tot interferentie met andere netwerken, en werkt bovendien lang niet met alle 802.11b en -g cliënt netwerkkaarten. Atheros is hier overigens allang niet meer de enige mee: er bestaan nog andere, concurrerende packet bursting techniques in chipsets, die op dezelfde manier de snelheid verhogen. De compatibiliteit van dit soort technieken is helaas soms ver te zoeken. Broadcom, een andere chipbouwer, heeft bijvoorbeeld 125 High Speed Mode en Linksys SpeedBooster.

802.11n

De IEEE kondigde in januari 2004 aan dat het een nieuwe 802.11 werkgroep gevormd had, om een nieuwe toevoeging aan de 802.11 standaard voor te bereiden. Het officiële doel was dat de datadoorvoer(technisch gedefinieerd als de doorvoer boven de Medium Access Controller (MAC)) een theoretische 100 Mbit/s moest halen (wat een snelheid van minstens 130 Mbit/s op de fysieke layer vereist).

Voor marketing doeleinden wordt echter gemikt op minimaal 5 maal de snelheid van de huidige 802.11a en 802.11g, die op hun beurt weer 5 maal sneller zijn dan 802.11b wat op zijn beurt weer ongeveer 5 maal sneller is dan de originele 802.11 specificatie. Voornamelijk om de makers van mobiele telefoons tegemoet te komen is de minimum vereiste doorvoer op de fysieke laag echter niet hoger dan 65 Mbit/s voor terminals(voor access points is dit 130 Mbit/s).

De primaire onderliggende techniek is een combinatie van MIMO, Multiple Input Multiple Output en de nu in de specificatie vastgelegde channelbonding, gecombineerd met efficiëntere aggregatie methoden in de MAC laag. Het gebruik van MIMO vergt meerdere antennes waarover meerdere (maximaal 4) datastromen parallel worden verstuurd. De bonding van maximaal twee kanalen verhoogt de datadoorvoer met een factor 2. De totale doorvoer in de fysieke laag is dus 8 maal hoger dan in 802.11a.

Sinds ongeveer halverwege 2004 concurreerden twee voorstellen voor de 802.11n standaard: WWise (ondersteund door bedrijven zoals Airgo Networks, Broadcom, Conexant, STMicroelectronics, Nokia, Motorola en Texas Instruments) en TGn Sync (ondersteund door onder andere Intel, Agere Systems, Atheros, Cisco, Nortel, Sony, Philips, Samsung en Toshiba). De strijd tussen deze twee kampen werd in januari 2006 beslecht met een compromis, dat als eerste draftstandard als IEEE 802.11n werd aangenomen.

Die eerste draft leverde meer dan 10.000 opmerkingen en vragen op. Daarom werd een tweede draft gepubliceerd in januari 2007 die aangenomen werd op 12 maart 2007. Volgens de IEEE 802.11 Working Group Project Timelines, wordt de final approval van de 802.11n-standaard niet eerder verwacht dan in maart 2009. Wel staat vast dat de finale standaard compatibel zal zijn met toestellen die de 2.0 draft respecteren, maar mogelijk niet met toestellen die op basis van draft 1.0 gemaakt zijn.

Op 14 april 2006 presenteerden Linksys, Netgear, Buffalo Technology, Belkin en D-Link de eerste pre-802.11n-routers, vaak gebaseerd op de Airgo-chipset. Later kwamen de meeste fabrikanten ook met draft-801.11n toestellen uit, maar hierover was de ontgoocheling vrij algemeen: de prestaties van de pre-802.11n toestellen moeten zeker niet onderdoen voor hun recentere draft broertjes. Vooral bij langere afstand halen de pre-n routers het vlot van de draft-n routers.

In januari 2007 kondigt Apple aan dat haar meest recente Core 2 Duo apparatuur pre-802.11n compatible is. Daarnaast brengen ze een Airport Extreme router uit, die werkt volgens de pre-802.11n standaard.

Tegenwoordig worden alle Apple computers standaard geleverd met ingebouwde (pre-802.11n compatible) AirPort Extreme.

Snelheden

Er is veel verwarring over de snelheid van 802.11 apparatuur. In advertenties en folders doet men alsof de vermelde snelheden vergelijkbaar zijn met bijvoorbeeld ethernet-snelheden. Ook in het bovenstaande wordt steeds gesproken over "doorvoersnelheid". Echter, de snelheden 11Mbps of 54Mbps zijn geen doorvoersnelheden maar de ruwe snelheden van het radiokanaal. De radioverbinding is half-duplex (de stations kunnen alleen om-en-om zenden, niet tegelijkertijd) en er gaat tijd verloren bij het omschakelen van richting. Bovendien komt er nog extra overhead bij door foutcorrectie en hertransmissie. Al met al is de daadwerkelijke doorvoersnelheid maar hooguit de helft van deze radiokanaal snelheid, en meestal minder.

Certificatie

Omdat de IEEE enkel standaarden voorschrijft en geen toestellen test om te kijken of ze voldoen aan de standaard werd de Wi-Fi Alliance opgericht. Tegen betaling kunnen bedrijven lid worden en hun apparatuur laten testen. Zo goed als alle bedrijven die draadloze producten uitbrengen zijn lid van deze groep. Het Wi-Fi handelsmerk dat eigendom is van de groep mag gebruikt worden op apparatuur die getest en goedgekeurd is. Het is de bedoeling om onderlinge compatibiliteit te garanderen. Momenteel kan men met Wi-Fi refereren naar 802.11a of 802.11b of 802.11g. Vanaf de herfst 2003 omvat Wi-Fi ook de beveiligingsstandaard Wifi Protected Access (WPA). Tenslotte kan Wi-Fi ook slaan op apparaten die de IEEE 802.11i beveiligingsstandaard ondersteunen (beter bekend als WPA2). Producten die vermelden dat ze Wi-Fi compatibel zijn moeten aangeven op welke frequentieband ze werken (2.4 of 5 GHz).

Veiligheidsproblemen

RC4 encryptie is zwak

Aangezien IEEE 802.11 gebruik maakt van RC4 encryptie die kwetsbaar is voor aanvallen berustend op statistische evaluatie van ontvangen pakketten, is 802.11 als geheel ook kwetsbaar, omdat deze encryptie vorm gebruikt wordt voor het Wired Equivalence Privacy protocol. Door genoeg informatie te verzamelen, kan het WEP password worden bepaald.

RC4 in combinatie met het Wi-Fi Protected Access (WPA) systeem, dat Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) gebruikt om zijn sleutels regelmatig te verversen, een stuk veiliger. Dankzij de mogelijkheid tot het gebruik van alle tekens en symbolen, in tegenstelling tot WEP dat enkel hexadecimalen kan gebruiken (0-9 en A-F), kan de code niet eenvoudig worden gekraakt. Een complexe tekenreeks in combinatie met WPA(2) is daarom momenteel (nog) niet te kraken.

Wardriving en Open verbindingen

Met redelijk simpele software is het heel simpel vast te stellen of in de buurt z.g. Open Wifi’s aanwezig zijn, waardoor men niet alleen gratis toegang tot het internet heeft, maar onder omstandigheden vrije toegang tot het netwerk. Rondrijden met een laptop met wifikaart om dit soort open nodes te vinden, wordt wardriving genoemd, en valt ook onder internetcriminaliteit.

Middels Wifi en een onder meer een tunnelnetwerk, PC en internetverbindingen, kunnen ook signalen van breedbeeldtelevisies, geluidsinstallaties, dvd-recorders, digitale camera’s, printers, mobiele telefoons, mediaboxen, surround versterkers, gameconsoles, satellietontvangers, televisiesignaalontvangers, IPhones, IPads, iPods, bluetoothapparatuur en meer opgevangen worden, waarbij dezen vervolgens de eigenaar (qua machtigingen en computerbeheer) worden van de betreffende apparaten. Dit registreert zich op de PC als zijnde een onderdeel van het systeem, waardoor virusprogramma’s en andere beveiligingsprogramma’s het niet als een bedreiging herkennen. In het register kan het volgende zijn geregistreerd:

DVB-T (of: DVBT), DVB-S (of: DVBS), DVR-MS, X-Fi, BDA Tuner (Philips), hybride USB, ULi TV Box, ViXS XC2 (TV Audio, Tuner, CrossBar), Ngene, DiBcom MOD3000 TV receiver, Python2 USB WDM encoder, NVIDIA Dual TV YUV Capture, SkyVideo Power 2000 TV Capture Card (SAA713X+Silicontune), AverMedia BDA Analog Capture

Vanwege dat alles binnen een tunnelverbinding verloopt én het door beveiligingssysthemen niet wordt herkend, zijn dus de genoemde apparaten een eenvoudig te verschaffen toegang tot menig computernetwerk en vice versa.

Zie ook

• Wireless Distribution System
• IEEE 802.2
• IEEE 802.3

Referenties