Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Предшественницей WPA была схема приватности на уровне проводной связи (Wired Equivalent Privacy, WEP). Она подразумевает выполнение аутентификации с предустановленным ключом перед сопоставлением. Позже выяснилось, что схема WEP небезопасна, и в настоящее время она практически не используется. Первая практическая демонстрация взлома WEP произошла, когда Адам Стабблфилд стажировался в AT&T (Stubblefield и др., 2002). Он смог написать код и протестировать атаку за одну неделю, при этом большая часть времени ушла на получение разрешения от администрации на покупку карт Wi-Fi, необходимых для эксперимента. Программное обеспечение для взлома паролей WEP теперь есть в свободном доступе.
После того как схему WEP взломали, а схему WPA признали устаревшей, была предпринята следующая попытка в виде схемы WPA2. В ней используется служба конфиденциальности, которая управляет параметрами кодирования и декодирования. Алгоритм кодирования для WPA2 основан на улучшенном стандарте шифрования (Advanced Encryption Standard, AES). Это американский правительственный стандарт, одобренный в 2002 году. Ключи для шифрования определяются во время процедуры аутентификации. К сожалению, в 2017 году схема WPA2 также была взломана (Ванхоф и Писсенс; Vanhoef and Piessens, 2017). Обеспечение хорошего уровня безопасности — непростая задача даже при наличии не поддающихся взлому алгоритмов шифрования, поскольку самым слабым звеном является управление ключами.29
Приоритизация и управление питанием
Для обработки трафика с различными приоритетами используется служба планирования трафика QoS (QoS traffic scheduling). Она применяет протоколы, которые мы описали, чтобы дать голосовому и видеотрафику преимущество перед негарантированным и фоновым трафиком. Сопутствующая служба также обеспечивает синхронизацию более высокого уровня. Это позволяет станциям координировать свои действия, что может быть полезным для обработки мультимедиа.
Наконец, есть две службы, помогающие станциям управлять использованием спектра. Регулирование мощности передатчика (transmit power control) дает станциям необходимую информацию для соблюдения установленных нормативных пределов мощности передачи (они варьируются в зависимости от региона). Служба динамического выбора частоты (dynamic frequency selection) предоставляет данные, благодаря которым станции могут избежать передачи в диапазоне 5 ГГц (используется радарами).
С помощью этих служб стандарт 802.11 обеспечил богатый набор возможностей, чтобы соединить близко расположенных мобильных клиентов с интернетом. Это был огромный успех. Позже в стандарт неоднократно вносились изменения и добавлялись новые возможностей. Ознакомиться с его историей и перспективами развития можно в работе Херца и др. (Hiertz et al., 2010).
29 В 2018 году был опубликован стандарт WPA3, обеспечивающий более высокий уровень безопасности. — Примеч. науч. ред.
4.5. Bluetooth
В 1994 году шведская компания Ericsson заинтересовалась вопросом беспроводной связи между мобильными телефонами и другими устройствами (например, ноутбуками). Совместно с четырьмя другими компаниями (IBM, Intel, Nokia и Toshiba) в 1998 году была сформирована «Специальная рабочая группа» (SIG, Special Interest Group). Она занялась развитием стандарта беспроводного соединения компьютеров и устройств связи, а также созданием аксессуаров с недорогими маломощными радиоустройствами ближнего действия. Проект был назван Bluetooth («Синий зуб») в честь великого короля викингов по имени Харальд Синезубый II, который объединил (читай: завоевал) Данию и Норвегию (провода ему действительно не пригодились).
Bluetooth 1.0 появился в июле 1999 года, и с тех пор SIG ни разу не пожалела об этом. Сегодня Bluetooth используется в самых разнообразных пользовательских электронных устройствах — от мобильных телефонов и ноутбуков до наушников, принтеров, клавиатур, мышей, игровых приставок, часов, аудиоплееров, навигационных устройств и т.д. Протоколы Bluetooth позволяют этим устройствам находить друг друга и соединяться с помощью сопряжения (pairing), а затем надежно передавать данные.
За прошедшее десятилетие протоколы претерпели значительные изменения. В 2004 году, после стабилизации первоначальных протоколов, был выпущен Bluetooth 2.0 с более высокими скоростями передачи данных. Версия Bluetooth 3.0 2009 года может использоваться для сопряжения устройств в комбинации с 802.11 для высокоскоростной передачи. В версии 4.0, выпущенной в 2010 году, был введен режим пониженного энергопотребления. Он будет полезен всем, кто не хочет регулярно менять батарейки в устройствах по всему дому.
Ниже мы рассмотрим основные аспекты Bluetooth 4.0, поскольку эта версия по-прежнему является наиболее распространенной. Далее мы обсудим версию Bluetooth 5 и ее отличия (в основном незначительные) от предыдущей версии.
4.5.1. Архитектура Bluetooth
Начнем изучение системы Bluetooth с краткого обзора ее компонентов и задач. В основе Bluetooth лежит пикосеть (piconet), состоящая из одного главного узла и нескольких (до семи) подчиненных узлов, расположенных в радиусе 10 м. В одной и той же комнате, если она достаточно большая, могут располагаться несколько пикосетей. Более того, они могут даже связываться друг с другом посредством моста (специального узла), как показано на илл. 4.30. Несколько объединенных вместе пикосетей составляют рассеянную сеть (scatternet).
Помимо семи активных подчиненных узлов, пикосеть может включать до 255 так называемых запаркованных узлов. Это устройства, переведенные в режим пониженного энергопотребления главным узлом, — за счет этого продлевается ресурс их источников питания. В таком режиме узел может только отвечать на запросы активации или на сигнальные последовательности от главного узла. Также существует два промежуточных режима энергопотребления — приостановленный и анализирующий.
Такая архитектура оказалась очень простой и дешевой в реализации (микросхема Bluetooth стоила менее $5), а именно этого разработчики и добивались. В результате подчиненные узлы получились довольно примитивными — они лишь выполняют то, что им прикажет главный узел. По сути, пикосеть — это централизованная система TDM, в которой главный узел контролирует временные слоты для передачи данных и распределяет их между подчиненными узлами. Обмен происходит только между подчиненным и главным узлами. Прямой связи между подчиненными узлами нет.
Илл. 4.30. Две пикосети могут объединиться в рассеянную сеть
4.5.2. Применение Bluetooth
Большинство сетевых протоколов просто предоставляют каналы для обмена данными между сущностями и оставляют их прикладное использование на усмотрение разработчиков. Например, в стандарте 802.11 не говорится, что пользователи должны использовать свои ноутбуки для чтения электронной почты, работы в интернете и т.п. Bluetooth SIG, напротив, специфицирует отдельные сценарии применения и для каждого из них предоставляет свой набор протоколов. На момент написания данного раздела было 25 таких сценариев, называемых профилями (profiles). К сожалению, это значительно усложняет систему. Мы опустим детали и кратко рассмотрим профили, чтобы понять, чего пыталась достичь с их помощью группа Bluetooth SIG.
Шесть профилей предназначены для различного использования аудио и видео. К примеру,
