Ασφάλεια Ασύρματων Δικτύων

Ασύρματο δίκτυο

Aσύρματο δίκτυο ονομάζεται το τηλεπικοινωνιακό δίκτυο, τηλεφωνικό ή δίκτυο υπολογιστών, το οποίο χρησιμοποιεί τα ραδιοκύματα σαν φορείς πληροφορίας. Τα δεδομένα μεταφέρονται μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, με συχνότητα φέροντος η οποία εξαρτάται κάθε φορά από τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων που απαιτείται να υποστηρίζει το δίκτυο. Η ασύρματη επικοινωνία, σε αντίθεση με την ενσύρματη, δεν χρησιμοποιεί ως μέσο μετάδοσης κάποιον τύπο καλωδίου. Παλαιότερα τα τηλεφωνικά δίκτυα ήταν αναλογικά αλλά σήμερα όλα τα ασύρματα δίκτυα βασίζονται σε ψηφιακή τεχνολογία και ουσιαστικά είναι δίκτυα υπολογιστών. Στα ασύρματα δίκτυα ανήκουν τα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας, οι δορυφορικές επικοινωνίες, τα ασύρματα δίκτυα ευρείας περιοχής (WWAN), τα ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα (WMAN), τα ασύρματα τοπικά δίκτυα (WLAN) και τα ασύρματα προσωπικά δίκτυα (WPAN). Η τηλεόραση και το ραδιόφωνο αν και είναι ασύρματα ως τηλεπικοινωνιακά μέσα, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν συμπεριλαμβάνονται στα ασύρματα δίκτυα, καθώς η μετάδοση γίνεται προς οποιαδήποτε κατεύθυνση χωρίς να υπάρχει κάποιο δομημένο «δίκτυο» τηλεπικοινωνιακών συσκευών. Τα μεταφερόμενα δε δεδομένα συνήθως είναι αναλογικά και γι’ αυτό δεν μπορούν να θεωρηθούν δίκτυα υπολογιστών.

Εύρος ζώνης, ψηφιακή μετάδοση και ψηφιακό σήμα

Ένα ψηφιακό σήμα είναι μία ροή δυαδικών ψηφίων (bits) και μπορεί να κωδικοποιηθεί μέσω των μεταβολών μιας συνεχούς φυσικής ποσότητας με τη μέθοδο κωδικοποίησης, να ορίζει συγκεκριμένες μόνο επιτρεπτές μεταβολές ή επίπεδα τιμής, το καθένα εκ των οποίων αντιστοιχεί σε μία ακολουθία ενός ή περισσότερων bit. Αυτή η ακολουθία ονομάζεται σύμβολο. Το σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως κυματομορφή σε ένα γράφημα, ο κάθετος άξονας του οποίου αντιστοιχεί στην ποσότητα που μεταβάλλεται και ο οριζόντιος στον χρόνο. Αυτό το σήμα που μεταφέρει κωδικοποιημένη πληροφορία δεν έχει μία συγκεκριμένη συχνότητα f , αλλά μαθηματικά ισοδυναμεί με ένα άθροισμα πολλών περιοδικών ημιτονοειδών σημάτων, ελαφρώς διαφορετικών συχνοτήτων, τα οποία προστίθενται, δίνοντας το ολικό σήμα. Ο μαθηματικός μετασχηματισμός Φουριέ δείχνει πόσο συμμετέχει το ημίτονο κάθε πιθανής συχνότητας στο ολικό σήμα, ενώ το σύνολο των συχνοτήτων που συμμετέχουν λέγεται εύρος ζώνης του σήματος και μετράται σε Χερτζ (ΗΖ). Το ψηφιακό σήμα μπορεί να μεταδώσει μόνο ψηφιακά δεδομένα, ενώ το αναλογικό σήμα μπορεί να μεταδώσει ψηφιακά και αναλογικά δεδομένα. Τα κανάλια επικοινωνίας είναι φυσικές δίοδοι, που επιτρέπουν σε σήματα κωδικοποιημένα μέσω μίας συγκεκριμένης φυσικής ποσότητας, να μεταδοθούν κατά μήκος τους και έτσι επιτυγχάνονται οι τηλεπικοινωνίες. Τα κανάλια που συναντώνται στην πράξη είναι τα ενσύρματα ηλεκτρικά (χάλκινα καλώδια σύστροφου ζεύγους ή ομοαξονικά), τα ενσύρματα οπτικά (οπτικές ίνες) και τα ασύρματα (ο ελεύθερος χώρος). Οι αντίστοιχες μεταβαλλόμενες φυσικές ποσότητες είναι η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει το καλώδιο και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Το φυσικό μέσο χάρη στις ιδιότητες του οποίου μεταδίδεται η πληροφορία, είναι αντίστοιχα ο ηλεκτρισμός (ηλεκτρόνια), το φως (φωτόνια) και το ηλεκτρομαγνητικό κύμα (φωτόνια). Κάθε κανάλι μπορεί να μεταδώσει, χωρίς μεγάλες απώλειες ισχύος, σήματα που περιέχουν συχνότητες μόνο εντός ενός συγκεκριμένου εύρους και αυτό είναι το εύρος ζώνης του καναλιού. Αν ο μετασχηματισμός Φουριέ ενός σήματος δείξει ότι αυτό περιέχει συχνότητες εκτός του διαθέσιμου από το κανάλι εύρους ζώνης, τότε πριν τη μετάδοση και μετά την κωδικοποίηση πρέπει το σήμα να υποστεί διαμόρφωση, μία διεργασία που το προσαρμόζει κατάλληλα ώστε να εμπίπτει στο εύρος ζώνης του καναλιού. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό γίνεται με το αρχικό σήμα (σήμα βασικής ζώνης) να πολλαπλασιάζεται με ένα δεύτερο, συνεχώς ταλαντούμενο, υψίσυχνο ημιτονοειδές σήμα, χωρίς ενσωματωμένη πληροφορία, το φέρον, και με το προκύπτον σήμα (σήμα-RF ή διαμορφωμένο σήμα) να μεταδίδει έτσι τα δεδομένα. Η ίδια μέθοδος προσδιορίζει ταυτόχρονα και την κωδικοποίηση και τη διαμόρφωση (αν αυτή απαιτείται), οπότε τα όρια μεταξύ τους είναι δυσδιάκριτα. Οι μέθοδοι αυτές εκτελούνται μέσω ηλεκτρονικών διατάξεων στον πομπό και αντιστρέφονται στον παραλήπτη, επίσης από ηλεκτρονικές διατάξεις. Το διαμορφωμένο σήμα είναι αναλογικό ενώ το σήμα που προκύπτει από απλή κωδικοποίηση είναι ψηφιακό. Το εύρος ζώνης ενός σήματος συνήθως εξαρτάται άμεσα από τη μέγιστη συχνότητα που περιέχεται σε αυτό και η οποία καθορίζει πόσο «πυκνά» είναι τοποθετημένα τα σύμβολα στην κυματομορφή: όσο μεγαλύτερη είναι η μέγιστη συχνότητα ενός σήματος, τόσο ταχύτερα αυτό δύναται να μεταβάλλεται και άρα τόσο λιγότερο χρόνο «καταλαμβάνει» η μετάδοση ενός συμβόλου σε αυτό, άρα τόσο μεγαλύτερα είναι και το εύρος ζώνης και ο ρυθμός μετάδοσης του σήματος. Τα αδιαμόρφωτα ψηφιακά σήματα έχουν όλα περίπου το ίδιο εύρος ζώνης, αν και σε κάθε σήμα η ισχύς κατανέμεται διαφορετικά στις διάφορες συχνότητες, και οι διάφορες μέθοδοι κωδικοποίησης το προσαρμόζουν κατάλληλα στο εκάστοτε κανάλι, ώστε η μετάδοση να εκμεταλλεύεται όσο το δυνατόν καλύτερα το διαθέσιμο εύρος ζώνης.

Ανίχνευση σφαλμάτων

Για τη μετάδοση δεδομένων εφαρμόζονται αλγόριθμοι ανίχνευσης σφαλμάτων στα ληφθέντα πλαίσια. Ανάλογα με το πρωτόκολλο επικοινωνίας, μόλις ο παραλήπτης αναγνωρίσει πως το πλαίσιο που έλαβε είναι εσφαλμένο, τότε ζητά να του αποσταλεί ξανά (το βλέπουμε σε αξιόπιστες ενσύρματες γραμμές) ή επιχειρεί να το επιδιορθώσει (το βλέπουμε σε ασύρματα δίκτυα). Στην τελευταία περίπτωση η διόρθωση είναι εφικτή με αλγορίθμους ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων (FEC).
Οι δύο μηχανισμοί γίνονται με αθροίσματα ελέγχου που τοποθετεί ο αποστολέας στο τέλος του πλαισίου δεδομένων, ακολουθίες bit οι οποίες υπολογίζονται με ειδικό τρόπο και εξαρτώνται από τα εκπεμπόμενα δεδομένα. Αυτό που μεταδίδεται είναι η κωδικολέξη, το σύνολο των δεδομένων και του αθροίσματος ελέγχου, και όχι μόνο τα αρχικά δεδομένα. Οι αλγόριθμοι ανίχνευσης στον παραλήπτη εξάγουν το άθροισμα ελέγχου από τη ληφθείσα κωδικολέξη και ελέγχουν αν ισούται με αυτό που θα έπρεπε να είναι -μία τιμή υπολογιζόμενη επί τόπου από τα ληφθέντα δεδομένα με τον ίδιο τρόπο που το υπολόγισε ο αποστολέας. Αν εντοπιστεί διαφορά σημαίνει πως υπήρξε κάποιο σφάλμα κατά τη μετάδοση.