Studie: Openwireless Winterthur

Openwireless-Netz in Winterthur

Aufbau eines Ad-Hoc Netzwerks Autor: Simon Gubler, Kantonsschule Rychenberg, Winterthur Betreuer: Dr. Erasmus Bieri 06.12.11

Maturit¨ atsarbeit von Simon Gubler Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung

1

2 Fragestellung und Zielsetzung 2.1 Was ist ein Openwireless? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Ziele der Maturit¨atsarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 2

3 Grundlagen zur Drahtlosen Datenu ¨ bertragung 3.1 Womit werden Signale drahtlos u ¨bertragen? . .

3.2 Elektromagnetische Wellen . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Herleitung der Wellenl¨ange . . . . . . . .

3.3 Kan¨ale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Rechtliche Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 3 3 3 4 5

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6 6 6 7 8

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10 10 10 11 12 13 15 16 17 18 18

6 Fazit 6.1 Fazit MANET im Quartier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2 Ungel¨oste Probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3 Machbarkeit in der Winterthurer Altstadt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 20 21 21

7 Danksagung

23

8 Glossar

24

4 Grundlagen zum Netzwerkaufbau 4.1 WLAN-Modi . . . . . . . . . . .

4.1.1 Infrastruktur . . . . . . .

4.1.2 Ad-Hoc . . . . . . . . . .

4.2 Adressvergabe: IPv4 . . . . . . .

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5 Aufbau des MANET 5.1 Routerwahl . . . . . . . . . . . . . .

5.2 WRT54GL . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Konfiguration vom WRT54GL 5.3 Alixboard . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.1 Konfiguration der Alixboards 5.4 Nanostation . . . . . . . . . . . . . .

5.4.1 Konfiguration der Nanostation 5.5 Verteilung der Router . . . . . . . . .

5.6 Linkqualit¨aten . . . . . . . . . . . . .

5.6.1 ETX-Werte . . . . . . . . . .

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Einleitung

1

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Einleitung

Im Rahmen meiner Maturit¨atsarbeit besch¨aftigte ich mich mit der Frage, ob ein grosses freies WLAN-Netzwerk in der Winterthurer Altstadt realisierbar w¨are. Dazu erstellte ich ein Ad-HocNetzwerk im Quartier Winterthur-Seen. Damit sollten Erfahrungen und Messungen gemacht werden, die auf eine Machbarkeit in der Winterthurer Altstadt schliessen. Bei diesem WLAN handelt es sich nicht um ein simples, normales drahtlos-Netzwerk, sondern um ein Ad-HocNetzwerk. Ziel dieser speziellen Technik ist es, dass nicht jeder Router einen Kabelanschluss f¨ ur Internet haben muss, sondern dass sie sich gegenseitig alle einen oder mehrere Internetanschl¨ usse teilen k¨onnen.

Die Arbeit enth¨alt am Anfang Erl¨auterungen der benutzten Techniken, Konfigurationen und Ger¨ate. Gegen Ende folgen die Messungen vom fertig aufgestellten Netzwerk, die Ergebnisse und das Fazit. Des weiteren wurden technische Begriffe im Glossar zusammengefasst.

1

Fragestellung und Zielsetzung

2

2

Fragestellung und Zielsetzung

2.1

Was ist ein Openwireless?

Drahtlose Kommunikation ist in der heutigen Welt nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken.

Sei es u ¨ber ein Handy, ein Notebook, einen iPod, ein Headset oder u ¨ber die Fernbedienung zum Garagentor. Bei all diesen Ger¨aten werden Signale mittels elektromagnetischen Wellen u ¨bermittelt. Genauso ist es der Fall bei drahtlosen Netzwerken.

Openwireless ist der Name des Schweizer Projekts, welches in gr¨osseren St¨adten ein autonomes MANET1 aufzustellen versucht, welche auf Ad-Hoc Basis fungiert.

Die normalen bekannten WLANs (Wireless Local Area Network) (siehe Kapitel 4.1.1) funktionieren mit einem Router, dem Access-Point, und einem Client, zum Beispiel einem Smartphone.

Bei dieser Technik ist der Access-Point der “Chef”, weist IP’s zu und ist die Hauptverkehrsachse f¨ ur den ganzen Netzwerkverkehr. Ein Ad-hoc-Netzwerk (siehe 4.1.2) hingegen kennt keinen zentralen Router, alle Ger¨ate kommunizieren miteinander und bilden ein hierarchieloses Netzwerk.

Auf technischen Details gehe ich sp¨ater genauer ein, an diesem Punkt gen¨ ugt es zu wissen, dass ein MANET ein sich selbst organisierendes Netzwerk mit mehreren Empf¨angern und Knoten ist.

2.2

Ziele der Maturit¨ atsarbeit

Eine Radiosendung[6] des Chaos Computer Clubs erweckte mein Interesse f¨ ur Freifunk[7], dem Deutschen Projekt f¨ ur MANETs in vielen Grossst¨adten. Nach einigen Recherchen fand ich die Schweizer Community Openwireless.ch[14], die solche Netzwerke in gr¨osseren St¨adten wie Bern oder St. Gallen betreibt. Ich stand via einer Mailinglist im Kontakt mit der Community und so kam mir die Idee, als Maturit¨atsarbeit das Fundament f¨ ur ein Openwireless in Winterthur zu legen.

Gleich ein ganzes, voll funktionsf¨ahiges und fl¨achendeckendes Netz aufzustellen w¨are aber jenseits meiner F¨ahigkeiten und w¨ urde den Rahmen einer Maturit¨atsarbeit sprengen. Darum beschr¨anke ich mich erst mal auf ein kleineres Funknetz im Quartier, und erstelle mittels Messungen der Linkqualit¨aten zwischen den Knoten eine Machbarkeitsstudie f¨ ur die Stadt Winterthur. Ein Projekt direkt in der Stadt w¨are mit Medienauftritten, Werbung, kompliziertere Routerpositionierung verbunden, wof¨ ur die Zeit zu knapp w¨are. Rechtlich gesehen w¨ urden aber keine Probleme entstehen (siehe auch Kapitel 3.4) Ich beschr¨anke mich ausserdem auf Router von Linksys[10] (siehe 5.2 und selber gebauten Alixboards ( PCEngine[15], siehe auch 5.3)), die beide auf der Frequenz 2.4 GHz senden. Dies ist auch die Frequenz, auf welche ich mich beschr¨anken werde, um nicht wegen unerlaubten Frequenzen oder zu hohen Sendeleistungen rechtlich belangt werden zu k¨onnen. Das Material leihe ich mir vorwiegend von anderen Freifunkern in der Schweiz aus.

1

MANET steht f¨ ur Mobile Ad-Hoc (siehe 4.1.2) Network und wird auch Mesh-Network genannt (mesh: eng. f¨ ur vermascht), wobei jeder Netzwerkknoten mit mehreren anderen netzartig Verbunden ist und mittels OLSR-Protokoll kommuniziert

2

Grundlagen zur Drahtlosen Daten¨ ubertragung

3 3.1

3

Grundlagen zur Drahtlosen Datenu ¨ bertragung Womit werden Signale drahtlos u ¨ bertragen?

¨ Die drahtlose Ubermittlung von Signalen oder Daten basiert auf elektromagnetischen Wellen.

Entgegen der direkten Signal¨ ubertragung mittels Kabeln entstehen bei der drahtlosen Signal¨ ubermittlung andere Schwierigkeiten und Fragen: Was passiert, wenn eine Welle an ein Objekt prallt oder an diesem reflektiert wird? Was passiert, wenn neue Signale vom Nachbarrouter hinzukommen, die auf der gleichen Frequenz sind? Was passiert, wenn der Bruder sich etwas in der Mikrowelle aufw¨armt, und somit auch Energie u ¨ber 2.4 GHz Wellen u ¨bertr¨agt?

Besch¨aftigen wir uns tiefer mit elektromagnetischen Wellen.

3.2

Elektromagnetische Wellen

¨ Die Signale werden bei der drahtlosen Ubermittlung wie gesagt u ¨ber elektromagnetische Wellen versendet. Eine elektromagnetische Welle ist eine gekoppelte elektrische- und magnetische Welle. Zu diesen Wellen geh¨oren zum Beispiel Radiowellen, Mikrowellen, R¨ontgenstrahlung und Licht, welche sich alle ohne jegliches Medium mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.

3.2.1

Herleitung der Wellenl¨ ange

Abbildung 1: Eine Welle mit Wellenl¨ange und Amplitude [11] Jede Welle hat bestimmte Eigenschaften wie Geschwindigkeit, Frequenz und Wellenl¨ ange (siehe Abbildung 1). Diese stehen in folgender Beziehung: Geschwindigkeit = Frequenz · Wellenl¨ange

(1)

Die Geschwindigkeit ist im Fall von elektromagnetischen Wellen c, also die Lichtgeschwindigkeit.

Die Frequenz von unserem WLAN ist 2.4 GHz:([1, S. 12]):

3

3.3

Kan¨ale

4

m =f ·λ s f = 2.4 GHz = 24 ∗ 109 Wellenberge / Sekunde c = 3 · 108

(2) (3)

8

λ=

3 · 10 m/s c = = 12.5 cm f 2.4 · 109 s−1

(4)

Wenn in einem Geb¨aude der Empfang eines Signales relativ schlecht ist, kann das mit der Dicke und besonders der Materialbeschaffenheit der W¨ande im Zusammenhang stehen. Dicke W¨ande (besonders aus Stahlbeton), lassen die Wellen schlecht passieren. Durch die Wechselwirkung der elektromagnetischen Welle mit magnetischen Dipolen oder elektrischen Ladungen, entsteht ein Verlust der Energie der Welle.

3.3

Kan¨ ale

Abbildung 2: Kanalvergabe im 2.4 GHz-Bereich [5] Um Probleme beim Empf¨anger der elektromagnetischen Wellen zu vermeiden, m¨ ussen die Wellen, die alle auf 2.4 GHz (vgl. Glg. 4) funken, sauber aneinander vorbeikommen. Das ist besonders in gr¨osseren St¨adten ein Problem, da hier sehr viele WLAN’s zusammenkommen, die zum Teil kommerziell und extrem fl¨achendeckend aufgestellt sind.

Die Technik greift hier als Massnahme zu den Kan¨alen zur¨ uck, welche sich in minimalen Frequenzverschiebungen unterscheiden und so die Signale beim Empf¨anger differenzieren. Auch wenn die Kan¨ale unterschiedliche Zahlen tragen, k¨onnen sich ihre Frequenzb¨ander2 u ¨berschneiden, solange die Kan¨ale nicht genug weit auseinander liegen. Idealerweise besetzen wir die Kan¨ale 1, 6 und 11 -wie aus der Abb. 2 auszulesen ist- um St¨orungen zu umgehen.

F¨ ur mein Openwireless Netz habe ich den Kanal 10 gew¨ahlt, da er in meiner Nachbarschaft selten besetzt ist, und es in der Openwireless-Tradition liegt, dass wir Kanal 10 besetzten, denn wenn ein anderer “Freifunker” in Winterthur aktiv ist und sich u ¨ber die Openwireless-Standarts informiert, benutzt er sicherlich auch diesen Kanal. ¨ Meiner Meinung nach macht diese Kanalwahl keinen Sinn, da wir so zus¨atzliche Uberschneidungen 2

Bandbreite ist die Frequenzbreite, im 2.4 GHz-Bereich: 2.4-2.48 GHz, also 0.08 GHz. Umso h¨oher die Bandbreite umso mehr Informationen k¨ onnen pro Zeit u ¨bermittelt werden, da mehr Wellen in der gleichen Zeit ankommen.

4

3.4

Rechtliche Fragen

5

riskieren. Wenn wir schon auf h¨ohere Kan¨ale setzen, sollte es Kanal 11 sein. Ein weiteres Gegenargument ist aus der Quelle [13] herauszulesen: Die Kan¨al 9 und 10 sind besonders anf¨allig f¨ ur die St¨orung durch Mikrowellenherde, da ihre Tr¨agerfrequenz (2,452 und 2,457 GHz) sehr nah an der Mikrowellen-Frequenz 2,455 GHz liegen.

3.4

Rechtliche Fragen

In einer ersten Phase meiner Maturit¨atsarbeit erstellte ich ein kleineres MANET in meinem Quartier mit dem Internet-Uplink3 bei mir zuhause. Im vorhinein informierte ich mich u ¨ber die rechtlichen Probleme, die auf mich zukommen k¨onnten. Das BAKOM (Bundesamt f¨ ur Kommunikation)[3] schreibt f¨ ur die Frequenz 2.4 GHz eine Maximalsendeleistung von 100mW vor. Die Sendeleistung muss innerhalb der Freifunk-Firmware in der Einheit dBm (Dezibel Milliwatt) konfiguriert werden. dBm (Dezibel Milliwatt) ist die Einheit des Leistungspegels (LP), der das Verh¨altnis einer Leistung P im Vergleich zur Bezugsleistung von 1mW (Milliwatt) beschreibt.[21]

LP = 10 log10

P1 P0

(5)

Unsere 100 mW ergeben also einen Wert von 20 dBm. Ich konfigurierte die Router so, dass dieser legale Sendeleistungswert nicht u ¨berschritten wird. Normalerweise senden WLAN-Router mit ca. 30-50 mW. Im Vergleich zu Handys, welche mit bis zu 2 W senden und Basisstationen, die Sendeleistungen um 50 W haben, ist das nicht besonders viel. Schnurlose Telefone im Haushalt senden mit 250 mW. Eine weitere wichtige Frage, die immer auftaucht, ist: “Was passiert mir, wenn eine andere Person u ¨ber meinen Anschluss illegale Daten herunterl¨adt oder verteilt?”

Gem¨ass Olaf Koglin und Juergen Neumann (IT-Rechtspezialisten, siehe folgende Quellen) ist die Antwort einfach: Derjenige, der die illegalen Daten verteilt, macht sich strafbar. Solange der Betreiber eines Hotspots nicht weiss, dass illegale Daten u ¨ber sein Netz versendet werden, macht er sich nicht strafbar.(Quellen: [4], [2]). Bei den Openwireless-Router springt beim ersten Verbinden ausserdem ein Fenster auf, welches auf die rechtlichen Bestimmungen hinweist.

Mein MANET blockiert zus¨atzlich Filesharing (P2P)4 Programme. Sobald solche P2P-Verbindungen aufgebaut werden, wird der Benutzer vom Netz getrennt.

3

Ein Internet-Uplink ist ein Router im Meshnetzwerk, welcher auch Internet ins Netz einspeist. Ein Meshnetzwerk braucht mindestens einen Uplink, mehrere w¨ urden zu zus¨atzlicher Stabilit¨at f¨ uhren.

4 P2P steht f¨ ur Peer-to-Peer, das meist genutzte Filesharing-Protokoll

5

Grundlagen zum Netzwerkaufbau

4

6

Grundlagen zum Netzwerkaufbau

4.1

WLAN-Modi

Damit ein Netzwerk sauber und zuverl¨assig funktioniert, braucht es eine Kommunikation mit klaren Regeln. Der Administrator hat drei verschiedene Betriebsarten zur Verf¨ ugung, um ein WLAN aufzustellen. Ich gehe aber nur auf zwei davon genauer ein. Der dritte Modus w¨are Wireless Distributed System, kurz WDS, gewesen.

4.1.1

Infrastruktur

Abbildung 3: Ein Accesspoint und 3 Clients [17]

Im Infrastruktur-Modus gibt es einen zentralen Router oder einen Access-Point (AP), der den Verkehr und die Adresszuweisung regelt. Der gesamte Netzwerkverkehr geht ausserdem ¨ u Im Infrastrukturnetz gibt es also eine Hierar¨ber ihn und er ist eine Art Ubermittlungsstelle. chie zwischen dem AP und den Clients, wahrscheinlich heisst das Netz deswegen Infrastruktur5 .

Der AP sendet in einem bestimmen Abstand immer kleine Pakete, sogenannte Beacons (eng. f¨ ur Leuchtfeuer), in die Luft. Wenn wir mit unserem Smartphone nach einem WLAN suchen, und eine SSID (Netzwerkname) finden, empfangen wir die Beacons vom AP. Aus den Beacons ¨ liest das Smartphone alle m¨oglichen Ubertragungsraten und die Art der Verschl¨ usslung heraus, um in einem 2. Schritt eine sichere Verbindung aufzubauen. Gleichzeitig erm¨oglicht das st¨andige ¨ “Leuchtfeuer” eine Uberwachung der Empfangsqualit¨at f¨ ur den Client.

Ein Signal von einem Computer zum anderen geht also nicht direkt, weil der Client nur den AP kennt, somit muss das Paket also zuerst u ¨ber den AP, um von ihm an den Empf¨anger gesendet 5

Die Namensherkunft ist (mir) nicht bekannt.

6

4.1

WLAN-Modi

7

Abbildung 4: Ad-Hoc Netz ohne Access-Point [16]

zu werden.

Der Infrastruktur-Modus ist insofern praktisch, dass ein bestehendes LAN-Netz (wie zum Beispiel an der Kantonsschule Rychenberg) mit mehreren Access-Points ausgestattet werden kann, um mobilen Ger¨aten einen Drahtlos-Zugriff auf das Netzwerk zu erm¨oglichen.

4.1.2

Ad-Hoc

Ein Ad-Hoc-Netz (lat. ad hoc: f¨ ur diesen Augenblick gemacht) ist ein Funknetz, dass mehrere Endger¨ate miteinander verbindet.

Im Ad-Hoc Modus kommunizieren alle Clients selbstst¨andig untereinander. F¨ ur die Kommu¨ nikation braucht es keine Ubermittlungsstelle mehr, warum dieser Betriebsmodus auch als Peerto-Peer-Modus6 bezeichnet wird.

Ein Ad-Hoc Netzwerk nur unter Laptops ist zum Beispiel unter Ubuntu schnell und einfach erstellt, da kein AP ben¨otigt wird. Oft wird solch ein Netzwerk nur tempor¨ar f¨ ur eine Konferenz oder f¨ ur eine bequeme Daten¨ ubertragung zwischen zwei oder mehreren Laptops erstellt.

Openwireless verwendet auch Ad-Hoc, um ein unabh¨angiges Netzwerk zu erzeugen, das auch weiter funktioniert, wenn Clients sich Abmelden oder eine Verbindung zu einem Router abbricht. Ausserdem kann in ein Internetanschluss in einer Art Kettenreaktion u ¨ber die ganze Mesh-Wolke von Router zu Router weitergesendet werden. Also ideal f¨ ur ein fl¨achendeckendes Netzwerk.

F¨ ur die Kommunikation in meinem Ad-Hoc-Netzwerk verwenden alle Router das OLSR-Protokoll.

Einige Angaben und Methoden dieses Protokolls sind im Kapitel 5.6.1 nachzulesen.

6 Peer-to-Peer (auch p2p bezeichnet), ist eine Verbindung zwischen 2 Rechnern, worin Daten ohne Server ¨ Ubermittelt werden k¨ onnen. Eine h¨ aufige Anwendung findet p2p in Filesharing, zum beispiel u ¨ber BitTorrent.

7

4.2

4.2

Adressvergabe: IPv4

8

Adressvergabe: IPv4 IP-Adresse Subnetzmaske Netzanteil 192.168.0. 255.255.255.

Hostanteil 20 0

Abbildung 5: Eine IP-Adresse (192.168.0.20) strukturiert aufgebaut und unterschieden zwischen Netz- und Hostanteil Innerhalb vom Internet ist eine ¨ausserst pr¨azise Adressvergabe essentiel f¨ ur ein funktionierendes System. Sobald zwei Server die gleiche Adresse h¨atten, w¨ urde ein Chaos entstehen.

S¨amtliche Datenkommunikation erfolgt im Internet u ¨ber IP-Adressen. IPv4 (Internet Protokoll Version 4, fr¨ uher nur IP) ist das heute meist gebrauche Internetprotokoll.

Eine IPv4 Adresse besteht aus 32-Bit, aufgeteilt in 4 · 8 Bit, die mit Punkten getrennt werden: z.B 10.247.21.97. Das globale Maximum von IPv4-Adressen ist bei 232 (4.294.967.296) Adressen7 .

Als Administrator muss man entscheiden und vorausplanen, wie viele Ger¨ate in seinem Netz verbunden sein werden. Danach entscheidet er, welchen Teil seiner Adressvergabe fix, und welche variabel ist. Das heisst, er entscheidet, ab welchem Bit sich die Zahlen ver¨andern. Dies wird mit der Netzwerkmaske geregelt: Die Netzwerkmaske teilt die IP-Adresse in 2 Teile auf, dem Netzanteil und dem Hostanteil.

Der Netzanteil ist der Fixe, der Hostanteil der variable Wert. In der Tabelle 5 ist die Netzwerkmaske: 255.255.255.0, der letzte Bit-block ist also variabel, der Rest ist fix. Zum Netzanteil geh¨ort also 192.168.0. und zum Hostanteil die 20, die zum Beispiel einem Laptop zugewiesen wird, wenn er sich mit dem Netzwerk verbindet.

Das ist soweit die Theorie hinter der IP-Adresse. Meine Router laufen mit einer Netzwerkmaske von 255.255.0.0 (siehe Abb. 6, interface: wlan0).

Der Hostteil ist bei allen 10.247, danach weist der Router jedem Client die letzten beiden Werte zu.

Auf der linken Seite von Abb. 6 stehen die Namen der verschiedenen Interfaces im Router.

Weiter ist ihre IP(addr) ablesbar und die Netzwerkmaske(Mask). “Bcast” gibt die h¨ochst m¨oglich zuweisbare IP mit dieser Mask an, wobei man sehr gut sieht, welche Werte sich vom Ausgangswert ver¨andern und wo ihr Maximum liegt.

Meine Router haben schlussendlich immer die gleichen IP’s, die ich ihnen einmal zugewiesen habe. Nur die IP’s der Clients ¨andern sich jeweils beim Login ins Netz. Die IP’s der Router sind sp¨ater in meiner Maturit¨atsarbeit in Abb. 14 abzulesen.

Damit ein nationales, oder immerhin st¨adte¨ ubergreifendes MANET entstehen “k¨onnte”, wird die IP-Zuweisung f¨ ur die Router untereinander von der Openwireless-Community u ¨bernommen.

7

Dieses Maximum wird bald zu einem Problem der Welt, da wir bald keine freien Adressen mehr haben. Ein Wechsel zu IPv6 wird definitiv n¨ otig sein

8

4.2

Adressvergabe: IPv4

9

Abbildung 6: Ifconfig-Ausgabe auf dem Alixboard Simon9

Wenn man sich einen neuen Router gekauft hat, und diesen in ein Netz integrieren will, kann man dieses Ger¨at auf www.openwireless.ch registrieren, und man bekommt eine IP zugewiesen, die bestimmt kein zweites Mal vorkommt. Man kann dann selber die IP, die man bekommen hat, auf dem Router konfigurieren.

9

Aufbau des MANET

5

10

Aufbau des MANET

5.1

Routerwahl

Bei der Routerwahl f¨ ur ein MANET ist das Hauptkriterium, dass man die Originalfirmware durch eine Linuxfirmware8 ersetzen und somit f¨ ur eigene Zwecke modifizieren kann. Ausserdem muss der ger¨atespezifische Chipsatz von den Treibern und der Firmware u utzt ¨berhaupt unterst¨ werden. Alle bisherigen Freifunk-Projekte basierten auf der Linux-Distribution Openwrt[22], welche eine voll beschreibbares Dateisystem und den Paketmanager opkg beinhaltet. Die PaketQuellen beinhalten zurzeit (2011) ungef¨ahr 2000 Software-Pakete, die es dem Anwender erlauben, den Router sehr weitl¨aufig zu konfigurieren und die urspr¨ unglichen Funktionen der originalen Firmware um ein Vielfaches zu erweitern. So entstanden mehr und mehr speziefische Pakete f¨ ur den Einsatz von OLSR-Protokollen9 in MANET’s.

5.2

WRT54GL

Abbildung 7: Ein WRT54GL von der Firma Linksys [10]

Wie im Kapitel 2.2 erw¨ahnt, beschr¨ankte ich mich in meiner Arbeit auf den WRT54GL von Linksys[10], welcher zu dem Freifunk-Router wurde. Gr¨ unde dazu:

• Der Router ist f¨ ur 60.- erh¨altlich und hat einen relativ kleinen Stromverbrauch; kann sehr lange laufen ohne dass ein Neustart wegen Fehlern n¨otig wird • Er beherrscht den Standard 802.11g (54 Mbit/s) und 802.11b (11 Mbit/s). 802.11n (600 Mbit/s) w¨are von der Daten¨ ubertragungsrate interessant, aber nicht alle Endger¨ate unterst¨ utzen dies zurzeit.

8 9

Linux: Offenes, freies, Opensource-Betriebssystem.

OlSR steht f¨ ur Optimized Link State Routing, genaue Informationen gibt es im Glossar.

10

5.2

WRT54GL

11

• Der Quellcode der Originalsoftware ist Opensource. Jeder Entwickler kann so seine Firmware anpassen.

• Die Sendeleistung l¨asst sich anpassen. Somit ist die Reichweite beeinflussbar.

• Er hat einen 4-Port Switch 5.2.1

Konfiguration vom WRT54GL

Damit man ein WRT54GL konfigurieren kann, schliesst man sich mit einem LAN-Kabel am ¨ Ger¨at an und der Router muss dem Laptop eine IP zuweisen. Uber einen Browser kann man nun u ¨ber die Standart-IP 192.168.1.1 des Routers auf das Ger¨at zugreifen. Wenn noch die Original-Firmware von den WRT’s auf dem Router ist, kann man im Browsermen¨ u die FreifunkFirmware, welche auf www.openwireless.ch erh¨altlich ist, auf den Router spielen. Die FreifunkFirmware bringt wenige schon eingestellte Werte mit, an denen ich nur leichte bis gar keine ¨ Anderungen vornahm.

Als erstes konfigurieren wir die IP’s, die von der Openwireless-Community f¨ ur das registrierte Ger¨at zugewiesen wurde und eine Netzwerkmaske dazu. F¨ ur meinen Router Simon1 sind dies folgende Einstellungen: WLAN-IP-Adresse: 10.247.22.241, WLAN-Netzmaske: 255.255.0.0.

Die Sendeleistung kann gleich innerhalb der Firmware mit einem integrierten Rechner ausgerechnet werden. Zu beachten sind die gesetzlichen Richtlinien, in der Schweiz zum Beispiel liegt die maximale Sendeleistung auf der Frequenz 2.4 GHz bei 100mW (Siehe auch 3.4).:

Abbildung 8: Meine Einstellungen im Drahtlos-Men¨ u des WRT54GL’s

Wichtig ist auch, dass die Empfangs- und Sendeantenne die gleiche ist, da sie sich son¨ st gegenseitig st¨oren k¨onnten. Die Ubertragungsrate l¨asst man am besten auf “automatisch”. ¨ Ich habe Download-Tests bei verschiedenen Ubertragungsraten gemacht und bin auf folgendes Ergebnis gekommen: ¨ Je h¨oher die Ubertragungsrate, desto schneller werden Signale u urzer ¨bermittelt, aber desto k¨ wird die Reichweite der Signale. Ich stelle mir dazu meist zwei Personen vor, die miteinander kommunizieren. Wenn der eine schnell redet, ist er nur auf kurze Distanz klar h¨orbar, auf weite Distanz muss er eher langsam und deutlich sprechen, damit die andere Person alles versteht.

11

5.3

Alixboard

12

Ich habe mein ganzen MANET als “Unternetzwerk” in mein Heim-Infrastrukturnetzwerk untergliedert. Dass erfordert aber, dass mein Heimrouter dem Router Simon1 den Internetanschluss gew¨ahrt und ihm eine IP-Adresse via DHCP zuweist. Dazu ist in der Verwaltung beim Men¨ upunkt WAN, als WAN-Protokoll “DHCP-Server abfragen”, auszuw¨ahlen. Somit weist ¨ der Heimrouter dem Simon1 eine statische, immer fixe IP zu: 192.168.0.18. Uber diese kann ich ¨ sp¨ater auf den Router zugreifen und Anderungen vornehmen, ohne mit dem Laptop direkt am Router h¨angen zu m¨ ussen. Die jeweils zugewiesene IP muss man sich merken, wenn es immer die gleiche ist. Ansonsten muss man sie innerhalb von seinem Heimnetzwerk herausfinden. Zu finden ist sie sicherlich auf der Browseransicht des Heimrouters, f¨ ur Linux-User gibt folgender Befehl Auskunft u ¨ber alle angeschlossenen Ger¨ate im Netzwerk und dessen IP’s/Ports: nmap 192.168.0.0/24 Simon1 verf¨ ugt nun u ¨ber einen Internetanschluss (er wird somit zum Uplink), und kann auf seiner Ebene ein Ad-Hoc-Netzwerk erstellen. Ausserdem kann ich ab diesem Zeitpunkt aus neue Pakete und neue Software direkt aus dem Internet auf den Router herunterladen und installieren.

Des weiteren m¨ ussen wir uns um unsere rechtliche Absicherung k¨ ummern. Dies tun wir unter dem Men¨ upunkt DHCP-Splash (Unter DHCP-Splash versteht man das auffliegende Fenster, welches die G¨aste begr¨ usst und u ur den ¨ber die Nutzungsbestimmungen informiert.) Den Text f¨ DHCP-Splash habe ich von der Openwireless-Community u ¨bernommen. Ausserdem habe ich es so eingestellt, dass nur diejenigen, die sich drahtlos verbinden, die Nutzungsbestimmungen akzeptieren m¨ ussen. Ein kabelgebundener Client w¨are sowieso nur ich als Administrator gewesen.

Zu guter Letzt definiert man noch einen Namen f¨ ur den Router, in diesem Fall Simon1, und ein ¨ Passwort dazu. Nach einem Neustart werden alle Anderungen u ¨bernommen, und der Router beginnt, mit diesen vorgenommenen Einstellungen zu funken.

5.3

Alixboard

Neben dem WRT54GL konnte ich von Mitgliedern des Openwireless.ch noch 4 Alixboards ausleihen, um auch diese in meinem Netz einzubinden. Alixboards sind zusammengesetzte Intel-Chips¨atze von der Firma PC-Engine[15], welche Openwrt gut unterst¨ utzen. Eine Stromver10 sorgung u ¨ber PoE ist m¨oglich. Ich u ¨berspielte die Ger¨ate mit dem Openwrt-Backfire (Backfire ist eine Unterdistribution von der Openwrt-Firmware), was aber eine sehr m¨ uhsame Arbeit war.

Unz¨ahlige Stunden investierte ich darin, alle Treiber zum Laufen zu bringen, und regeln in der Firewall zu erstellen. Bisher ist es mir schon m¨oglich, die Alixboards ins Netz zu integrieren, jedoch laufen sie nur als Meshnode: Sie u ¨bermitteln zwar Signale und Datenverkehr den n¨achsten Routern, aber der direkte Zugriff als Client konnte ich bisher noch nicht erm¨oglichen. Jedes Mal werden den Clients nicht existierende oder ins “Nirvana” f¨ uhrende IP’s zugewiesen.

10

PoE (Power over Ethernet) ist ein Verfahren, mit dem netzwerkf¨ahige Ger¨ate u ¨ber das 8-adrige EthernetKabel mit Strom versorgt werden k¨ onnen.

12

5.3

Alixboard

13

Abbildung 9: Ein Foto eines Alix-Boards in wetterfestem Geh¨ause

5.3.1

Konfiguration der Alixboards

Als Firmware f¨ ur die Alixboards empfohlen mir Mitglieder der Openwireless-Community, OpenwrtBackfire zu benutzen, da diese Distribution die meist entwickelte ist. Die Alixboards enthalten alle eine 1 GB grosse Compact-Flash Speicherkarte, auf welche man mit Linux mit wenigen Befehlen in der Kommandozeile ein Betriebssystem installieren kann.

Abbildung 10: Eine Compact-Flash Speicherkarte. [19]

Die Firmware kann von diesem Link11 herunter geladen werden. Nachher schliesst man die CF an den Computer an und installiert die Firmware mit folgenden Befehlen (Firmware ist bei mir auf dem Desktop gespeichert): Die Firmware ist nun u ¨bertragen, und wir k¨onnen via LAN-Kabel auf die Standard-IP des Alixboards zugreifen, welche auch wie beim WRT 192.168.1.1 ist. Wenn man die Verbindung u ¨ber das Terminal aufbaut, erscheint nach dem Login ein mit Zeichen dargestelles Bild von Openwrt und die Anleitung f¨ ur einen “Backfire”, ein alkoholischer Shot (Alle Openwrt-Firmwares sind 11

http : //downloads.openwrt.org/backf ire/10.03.1 − rc5/x86g eneric/openwrt − x86 − generic − combined − squashf s.img

13

5.3

Alixboard

14

cd /home/simon/Desktop sudo dd if=openwrt-x86-generic-combined-squashfs.img of=/dev/sdb die Ausgabe lautet: 12719+1 Datens¨ atze ein 12719+1 Datens¨ atze aus 6512132 Bytes (6.5 MB) kopiert, 3.61238 s, 1.8 MB/s

nach Shots benannt).

Die Konfiguration von den Alixboards ist bedeutend schwieriger, weil die Firmware nicht mehr speziell f¨ ur Freifunk-Zwecke programmiert ist. Wie bei den WRT’s muss man zuerst schauen, dass das Alixboad eine Verbindung ins Internet aufbauen kann. Dazu stellt man auch hier die WAN-Einstellungen auf DHCP-Server abfragen. F¨ ur eine sp¨atere effiziente Konfiguration arbeitet man ab diesen Zeitpunkt am besten mit dem Browser und dem Terminal parallel. Daher baut man wie folgt eine Verbindung zum Router auf (seine IP lautet zur Zeit 192.168.0.7: ssh roo@192.168.0.7 Nach einer Passwortabfrage ist die Verbindung aufgebaut. Zuerst m¨ ussen wir u ¨berhaupt die Openwrt-Distribution mit den essentiellen Freifunk-Paketen erweitern. Dazu installiert man per Komandozeile: opkg update opkg install luci-mod-freifunk-community Opkg wird schon in Kapitel 5.1 erw¨ahnt. Mit diesem Paketmanager wurde im ersten Befehl dessen Liste der erh¨altlichen Pakete runter geladen. Im zweiten Schritt wurde das Paket luci-mod-freifunk-community installiert, welches alle wichtigen Treiber und Software f¨ ur das Alixboard zu Freifunk-Zwecken beinhaltet.

Innerhalb der Browseransicht muss nun eine neue Schnittstelle, n¨amlich das Mesh-Netzwerk erstellt werden. Innerhalb dieser Schnittstelle, die ich einfach “Mesh” genannt habe, werden wie beim WRT das Protokoll und die IP definiert. Im Men¨ u Wifi kommen alle Grundeinstellungen des Netzwerkes: ESSID: www.openwireless.ch Mode: Ad-Hoc BSSID: 02:CA:FF:EE:BA:BE (Alle Router im MANET haben die gleiche BSSID. Wenn allle BSSID’s gleich sind, weiss die Firmware, dass sie zum gleichen Netz geh¨oren.

Das ganze Netzwerk h¨angen wir noch an die Schnittstelle “Mesh”, welche wir gerade vorher erstellt haben.

Die Wichtigsten Einstellungen sind somit gemacht. Nun muss das ganze WLAN f¨ ur das Alixboard aktiviert werden. Dazu muss man die Konfigurationsdatei im Router bearbeiten. Folgende Schritte sind ziemlich kompliziert, ich erw¨ahne an dieser Stelle also nur die “Solleinstellungen“ f¨ ur die Datei. Mit folgendem Befehlt kann man diese Datei bearbeiten: vi /etc/config/wireless 14

5.4

Nanostation

15

Die Sollwerte lauten:

Abbildung 11: Der Sollwert der Datei: /etc/config/wireless.conf

Nun ist das Alixboard soweit, dass es als Mesh-Node dient. Verbindungen direkt mit einem Smartphone ins MANET sind aber nicht m¨oglich, der Router erweitert dieses Netz nur (Siehe im Kapitel 6.2). Die Konfiguration der Alixboards ist ausserdem so kompliziert, weil die Firmware noch nicht einwandfrei funktioniert. Die Einstellungen w¨aren rein theoretisch auch in der Browseransicht machbar, nur u ¨bernimmt diese nur selten die eingegebenen Werte und wendet ¨ sie auch nicht an. Daher macht man diese Anderungen besser direkt in den Konfigurationsdateien.2

5.4

Nanostation

Die Nanostation ist ein Router kombiniert mit einem modernen Antennensystem. Sie arbeitet h¨ochst zuverl¨assig und hat einen Atheros-Chipsatz, welche mit der Firmware Openwrt-Backfire f¨ ur ein MANET sehr n¨ utzlich ist. Gleich wie die Alixboards kann sie mit PoE mit Strom versorgt werden, ist wasser- und wetterfest und kann somit an H¨auserfassaden montiert werden.

Sie fungiert zur Zeit als “Br¨ ucke” von meiner Winde zu meinen Nachbarn, wo weitere Router stehen. Mehr dazu im Kapitel 5.5.

15

5.5

Verteilung der Router

16

Abbildung 12: Eine Nanostation von Ubiquiti[12]

5.4.1

Konfiguration der Nanostation

Ein Problem bei der Konfiguration der Nanostation war, dass der Vorg¨anger, von dem ich das Ger¨at ausgeliehen haben, einen pers¨onlichen SSH-Privatekey erzeugt hat, um auf den Router zuzugreifen. Ohne seinen Computer konnte ich also keine Ver¨anderungen durchf¨ uhren. Die Problematik bestand also darin, dass ich u ¨berhaupt keine Administratiorenrechte hatte. Ich versuchte, einen Hintereingang mittels TFTP (Trivial File Transfer Protocol) zu finden. Wie der Name sagt, ist dieses Protokoll im Jahr 1980 ¨ausserst einfach programmiert worden: Es gibt nur die Funktion Lesen und Schreiben, jegliche Funktionen f¨ ur beschr¨ankte Zugriffsrechte ¨ fehlen, also ideal um ohne Passwort ein Ger¨at zu ver¨andern. Das Uberspielen der Firmware war daraufhin erstaunlich einfach (siehe Abb . 13).

Abbildung 13: Beschreiben der Nanostation (192.168.1.20) via tftp

Nach einem Reboot musste mich lediglich via LAN-Kabel an die Nanostation koppeln und konnte u ¨ber den Browser die IP-Abfrage via DHCP12 auf meinen Heimrouter leiten, und somit war die Nanostation bereit zur Konfiguration mit Backfire, welche sehr ¨ahnlich ist, wie beim Alixboard. Der grosse Unterschied ist, dass die Firmware einwandfrei funktioniert, und alle Einstellungen wie oben direkt in der Browseransicht vorgenommen werden k¨onnen.

16

5.5

Verteilung der Router

17

Abbildung 14: Eine schematische Darstellung der Router und der Linkqualit¨at. Die Aufteilung ist nicht die gleiche auf der Vogelansicht.

5.5

Verteilung der Router

Nun waren alle Router richtig konfiguriert und einsatzbereit. Ich stellte meinen ersten Router(Simon1) in der Winde auf, und beim Fenster die Nanostation(Simon10), die als starke “Antenne” nach aussen die Br¨ ucke in die Nachbarschaft bilden sollte. Drei weitere Router (WRT54GL) sind bei Nachbarn untergebracht, und ein Ger¨at (NAMEK NODE 02.olsr) ist am Bahnhof Seen bei jemandem, der von sich aus ein WRT54GL besass und sich f¨ ur Freifunk interessierte. Ausserdem steht noch ein laufendes Alixboard in meinem Zimmer.

All diese Ger¨ate bilden im Moment also ein Netzwerk, und senden sich laufend Informationen zu, um die Stabilit¨at des Netzes zu gew¨ahrleisten. Daraus zeichnet die Freifunk-Firmware auf den WRT54GL ein schematisches Bild des MANET (Abb 14). Die Anordnung der Router hat nichts mit ihren tats¨achlichen Lagen und Abst¨anden zu tun.

Die gr¨ unen Linien in Abb. 14 beschreiben die Verbindung zwischen den Ger¨aten. Der Rote Router ist mein Uplink, von dem aus wird ein Internetanschluss ins MANET verteilt. Alle anderen sind so vernetzt, dass sie zum Teil eine direkte oder auch indirekte Verbindung zu Simon1 aufbauen k¨onnen und somit zu dem eben genannten Internetanschluss kommen.

12

DHCP ist ein Protokoll f¨ ur IP-Zuweisung, siehe Kapitel 4.2. Somit entsteht die Verbindung Heimrouter (von Cablecom)-Nanostation ⇒ Die Nanostation h¨angt im Internet

17

5.6

Linkqualit¨aten

18

Abbildung 15: Eine Ansicht des Netzes aus der Luft (Punkte sind leicht nach links verschoben)

5.6 5.6.1

Linkqualit¨ aten ETX-Werte

Die Linkqualit¨aten sind in Abb.14 zwischen den gr¨ unen Linien angegeben. Dieser Wert nennt sich ETX-Wert (Expected Transmission Count) und gibt an, wie gut eine Verbindung zwischen zwei Knoten ist und wie oft ein Paket in etwa gesendet werden muss, damit es beim anderen Node ankommt. ETX-Werte gegen 1 repr¨asentieren gute Verbindungen, je weiter der Wert von 1 abweicht, desto schlechter ist die Verbindung.[9] Der ETX-Wert wird aus zwei weiteren Werten berechnet: • Hinverbindung: NLQ (Neigbourlinkquality), Wie viel Prozent meiner gesendeten Pakete kommen beim Nachbar an?

• R¨ uckverbindung: LQ (Linkquality), Wie viele vom Nachbar gesendete Pakete empfange ich?

Zur Messung dieser Verbindungen greift das OLSR-Protokoll auf die Beacons (siehe Kapitel 4.1.1), also ”Hallo-hier-bin-ich-Pakete”, zur¨ uck. Der Empf¨anger kennt das Intervall (BeaconIntervall), in dem die Beacons ankommen m¨ ussten, z¨ahlt die Anzahl, die er tats¨achlich empf¨angt und setzt sie darauf in ein Verh¨altnis zum “Sollwert”. Daher sind Beacon-Pakete und ihr Intervall, in dem sie verschickt werden, die Grundlage zur Berechnung der ETX-Werte, die wiederum Grundlage f¨ ur OLSR zur Routenwahl sind13 .

(N)LQ-Wert =

empfangene Pakete abgesendete Pakete

13

(6)

Wenn sich ein Laptop mit einem gr¨ osseren MANET verbindet, hat es unter Umst¨anden mehrere Routen zur Auswahl, um einen Internetanschluss zu bekommen. Das OLSR-Protokoll w¨ahlt die Verbindung zum Uplink(Router mit “Internet”) nach den ETX-Werten: Es w¨ahlt die stabilste und k¨ urzeste Verbindung zum Uplink

18

5.6

Linkqualit¨aten

19

Der ETX-Wert wird folgendermassen berechnet: ETX-Wert =

1 LG-Wert · NLQ-Wert

(7)

An ETX-Werten in Abb.14 ist zu erkennen, dass alle Werte zwischen eins und zwei sind, und somit die Stabilit¨at des Netzes sehr gut ist. Beinahe alle abgeschickten Signale kommen an ihrem Ziel an.

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die Werte stark mit der Position des Routers zusammenh¨angen. Ein perfekter Sichtkontakt verspricht beinahe schon einen ETX-Wert von 1 (Siehe in Abb. 14 Route Simon4 - NAMEK NODE 02, der Abstand dazwischen ist 250 m), w¨ahrend bei schlecht platzierten Router, die in einem geschlossenen Zimmer sind oder nicht auf einem Fensterbrett liegen, die Anzahl der verlorenen Paketen steigt und somit auch der ETX-Wert schlechter wird. Der Schl¨ ussel zu besseren Verbindungen ist also, einen Sichtkontakt zu dem benachbarten Router aufzustellen. Ganz nach dem Motto “Internet vom Fensterbrett”.

19

Fazit

6

20

Fazit

6.1

Fazit MANET im Quartier

Den Messungen in Abb. 14 kann man ablesen, dass das jetzt bestehende MANET gut funktioniert. Alle Verbindungen liegen zwischen den Werten eins und zwei, wobei die schlechteren Verbindungen u uckt sind mit anderen Routen. Jeder Benutzer kann ganz einfach mit ¨berbr¨ seinem Laptop oder Smartphone, welches hardwarem¨assig Ad-Hoc unterst¨ utzt -und das machen heutzutage praktisch alle-, sich mit dem “www.openwireless.ch”-Netz verbinden. Wenn man am Bahnhof Seen nach einem WLAN sucht, findet man mein MANET, wessen Internetanschluss von meinem 200 m weit entfernten Uplink kommt.1

Abbildung 16: iPod verbunden mit Netz

Nachdem man die automatisch auffliegenden Nutzungsbestimmungen f¨ ur mein Netz akzeptiert, ist man im Internet und kann surfen, Mails abrufen, je nach aktueller Bandbreite sogar auf Youtube Videos schauen.

Die Bandbreite h¨angt immer noch mit der Distanz zum Uplink14 ab, da zwischen jedem Router, der als ”Br¨ ucke”dient, Datentransfer-Geschwindigkeit15 verloren geht (siehe Tabelle 17). Dies spielt aber nur eine Rolle beim Betrachten von Videos oder beim Download von grossen Bildern.

Eigenartigerweise ¨andert sich die Upload-Rate praktisch nicht. Daf¨ ur habe ich leider auch keine Erkl¨arung.

14 15

auf Abb. 14 als Simon1 und mit roter Farbe dargestellt In meinem MANET sind alle Router nach maximal einem Zwischenrouter beim Uplink

20

6.2

Ungel¨oste Probleme

# Verbindungen bis Uplink 0 1

21

Download 9588 Kbits/s 973 Kbits/s

Upload 343 Kbits/s 229 Kbits/s

Abbildung 17: Geschwindigkeitstest durchgef¨ uhrt mit speedtest.net

6.2

Ungel¨ oste Probleme

Bisher gibt es einige Probleme, die ich nicht l¨osen konnte und ohne Programmierarbeit nicht mehr l¨osen kann. Wenn man zum Beispiel als Passant im MANET surfen will, und gleichzeitig weiterl¨auft, springt die Verbindung vom Smartphone zum Router bei abschw¨achender Reichweite nicht ohne Unterbruch zum n¨achsten Router.

Meiner Meinung nach ist das soweit ein Problem, da Passanten im ferneren Sinn f¨ ur ein MANET in der Altstadt stehen bleiben m¨ ussten, um einen Fahrplan abzurufen oder sonst zu surfen. In diesem Fall greift man lieber aufs Handynetz zur¨ uck, sonst verpasst man den Zug sowieso, auch ohne genauen Fahrplan.

Ein weiteres ungel¨ostes Problem ist, dass alle Alix-Boards bisher nur als Mesh-Notes funktionieren. Sie halten das Netz zwar stabil und sind leiten Signale weiter, aber als Client ist ein ¨ Login bisher unm¨oglich. Meine Ubergangsl¨ osung dazu war ziemlich simpel, aber unpraktisch: Die Alixboards sind mit zwei WLAN-Modulen ausger¨ ustet. Das heisst soviel wie, dass ich u ¨ber die beiden Antennen verschiedene Netze laufen lassen kann. Die erste Antenne sendet und empf¨angt f¨ ur das MANET Signale, w¨ahrend die zweite Antenne ein Infrastruktur-WLAN erstellt, und seinen Internetanschluss u ¨ber das MANET holt. Somit sieht man als Client mit seinem Netbook in der n¨ahe eines Alixboards zwei verschiedene WLAN’s, aber nur eines Unterst¨ utzt Verbindungen direkt ins Internet. Auch dieses Problem kann ich ohne Programmierarbeit nicht sauber l¨osen.

6.3

Machbarkeit in der Winterthurer Altstadt

F¨ ur ein gr¨osseres Projekt in der Altstadt m¨ usste man sich vorher genau u ¨berlegen, welche Personen man mit einem “Openwireless-Winterthur” ansprechen will und f¨ ur welchen Zweck genau ein Netz entstehen soll.

Wir sind heute soweit, dass praktisch jeder Haushalt in einer Stadt und in der Umgebung einen eigenen Internetzugang u ¨ber Kabel von einem kommerziellen Provider wie Cablecom oder Swisscom bezieht. F¨ ur solche, die noch keinen LAN-Internetzugang besitzen, w¨are es auch kein weiteres Problem, einen Vertrag mit einem solchen Anbieter abzuschliessen, der, im Gegensatz zu einem Openwireless-Projekt, Stabilit¨at und professionellen Support etc. verspricht. Somit sind meiner Meinung nach schon weniger Interessen da als fr¨ uher, als viele noch keinen eigenen Internetanschluss besassen. Das merken nat¨ urlich auch die Betreiber der bereits bestehenden Openwireless-Netze in anderen Schweizer St¨adten wie St. Gallen mit zur¨ uckgehender Interesse und Nutzung ihres Netzes.

21

6.3

Machbarkeit in der Winterthurer Altstadt

22

Mit einem neuen Projekt in Winterthur m¨ usste man also versuchen, nicht nur den Besitzern der Router ein Netz zu verschaffen, sondern das Internet auf die Strasse zu bringen, um dort den Passanten einen alternativen Anschluss zu bieten als einen Internetzugriff u ¨bers Handynetz.

Dies w¨ urde aber eine deutlich engere und idealere Platzierung (in der N¨ahe der entsprechenden Gassen) der Router ben¨otigen16 . Das stechende Argument f¨ ur die Passanten: Das Netz w¨are gratis.

Ich denke, der erste Schritt f¨ ur ein MANET in der Winterthurer Altstadt w¨are ein MarketingKonzept, damit ein Openwireless-Projekt in Winterthur erst einmal publik wird, Medienpr¨asenz zeigt und so Personen mit m¨oglichen Standorten f¨ ur Router aufmerksam werden.

Auch anzusprechen w¨are die Stadtverwaltung von Winterthur, die B¨ uros als m¨ogliche Standorte in der Stadt h¨atte, auch Restaurants- und Barbetreiber in der Altstadt. F¨ ur letztere Gesch¨afte w¨are ein MANET sehr attraktiv, da sie nur einen Router beschaffen m¨ ussten und somit ihren G¨asten Internet anbieten k¨onnten, und gleichzeitig ein neuer Anschluss und Knotenpunkt im Netz bilden w¨ urden. Man k¨onnte ihnen ausserdem Werbefl¨ache auf dem am Anfang auffliegenden Fenster bieten.

Ein weiterer Punkt w¨are die Frage, wo man einen Uplink platzieren k¨onnte: Privatpersonen sind meistens skeptisch um die Sicherheit ihres privaten Anschlusses und m¨ochten diesen lieber nicht teilen. Wenn nicht mehrere Privatpersonen “Internet” einspeisen, l¨auft der ganze Traffic u urde. Als Spon¨ber einen einzigen Router, was dessen Geschwindigkeit sehr beeintr¨achtigen w¨ sor f¨ ur einen Haupt-Uplink k¨onnte man mit der ZHAW (Z¨ urcher Hochschule f¨ ur Angewandte Wissenschaften) sprechen oder auf einen grossz¨ ugigen Gastronomiebetrieb hoffen. Anderenfalls k¨onnte man selber einen Vertrag f¨ ur einen Internetanschluss in der Altstadt abschliessen, und diesen ins Netz einspeisen. Mit ihnen k¨onnte man mehrere Uplinks in der Stadt platzieren.

Im Grossen und Ganzen sind die Voraussetzungen f¨ ur ein Netz gut und ein Projekt w¨are realisierbar: Entsprechende Ger¨ate f¨ ur ein MANET sind einfach und g¨ unstig zu erhalten und haben grosse Reichweiten. Des weiteren w¨are zur Konfiguration eines Routers ein Benutzerhandbuch zu verfassen, damit auch ein Laie Teil dieses Netzes werden k¨onnte. Eine Community m¨ usste entstehen, die das Projekt mehr oder weniger leitet, administriert und Ansprechperson f¨ ur Fragen und Medien ist.

Ausserhalb des Rahmens meiner Maturit¨atsarbeit habe ich mich mit der Piratenpartei getroffen, um mit ihnen u utzung zu diskutieren. Die Piraten meinten, man ¨ber eine m¨ogliche Unterst¨ k¨onnte die junge Altstadt miteinbeziehen, um Standorte f¨ ur die Router zu finden. Mal sehen, ob wir bald ein“www.openwireless.ch” am Hauptbahnhof-Winterthur sehen k¨onnen.

16

Die Verbinung Router-Smartphone mag ja gut funktionieren dank der guten Sendeantenne und -leistung der Router, aber die R¨ uckverbindung Smartphone-Router ist meist schw¨acher (schlechte Sendeantenne im Mobilger¨ at). Somit wird die Reichweite f¨ ur ein Zugriff mit Smartphone reduziert.

22

Danksagung

7

23

Danksagung

Ich m¨ochte mich ganz herzlich bei allen bedanken, die mir durch ihre Unterst¨ utzung zum Gelingen dieser Maturit¨atsarbeit geholfen haben.

Mein Dank richtet sich in erster Linie an meinen Betreuer, Dr. Erasmus Bieri, f¨ ur seine Kompetenz und Hilfsbereitschaft bei jeglichen Fragen.

Des Weiteren m¨ochte ich mich bei der Openwireless-Community bedanken, von welcher ich Router f¨ ur mein Netz ausleihen konnte. Danken m¨ochte ich speziell Sebastian Liechti und Lorenz Schori.

Und, um diese englische Floskel auch noch benutzen zu k¨onnen, last but not least bleibt noch ein Dank an meine Nachbarn, bei welchen ich Router f¨ ur mein Netz einrichten durfte.

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Glossar

8

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Glossar • Access-Point: Der Access-Point, kurz AP, ist das Ger¨at oder der Router, der als Schnittstelle f¨ ur kabellose Kommunikationsger¨ate fungiert.

• Ad-Hoc: Siehe Kapitel 4.1.2, lat. “f¨ ur diesen Augenblick gemacht”, ist ein WLAN-Modus, der zwei oder mehrere Router zu einem vermaschten Netzwerk verbindet.

• Beacon: Beacons, eng. f¨ ur “Leuchtfeuer”, sind kleine “Hallo-Pakete”, die in einer bestimmten Frequenz von einem Router verschickt werden. In ihn sind alle Informationen enthalten, um sich mit dem Netzwerk zu verbinden, zum Beispiel Name des Netzwerks, Verschl¨ usselungsart etc.

• Chipsatz: Mit Chipsatz bezeichnet man im Allgemeinen mehrere zusammengeh¨orende integrierte Schaltkreise, die zusammen eine bestimmte Aufgabe erf¨ ullen.[18] • Client: Ein Client ist im eigentlichen Sinn ein Computerprogramm, welches Kontakt zum Server aufnimmt. In der WLAN-Technik ist der Client, der Benutzer, der sich mit einem Router/AP verbindet.

• Ethernet: Ethernet ist der zurzeit am weitesten verbreitete Standard f¨ ur LANs und setzt sich zusammen aus einer Sammlung von Kabel- und Protokollspezifikationen. Angeschlossene Computer senden zerteilte Pakete einer gr¨oßeren ?Datenlieferung? als Frames u ¨ber das Netzwerk.[8] • Firmware: Unter Firmware, eng. firm = fest, versteht man eine Software, die in ein elektronisches Ger¨at eingebettet ist. Es bildet das Betriebssystem des Ger¨ats.

• Freifunk: Freifunk ist der Name des Deutschen Projekts, in Grossst¨adten ein B¨ urgernetz zu erstellen, damit jeder Haushalt, der m¨oglicherweise auch abgelegen von m¨oglichen Anschl¨ ussen liegt, drahtlos ins Internet kommt.

• 4-Port-Switch: Vier weitere LAN-Anschl¨ usse beim Router, um weitere Ger¨ate oder Router anzuschliessen.

• Infrastruktur: Infrastruktur ist der Name eines weiteren WLAN-Modus, wobei sich alle Clients (Endger¨ate) mit einem Zentralen Knotenpunkt (Access-Point) verbinden. Der Access-Point teilt diesen eine IP zu.

• IP-Adresse: Eine IP-Adresse wird vom Access-Point oder Router einem Client zugewiesen.

Wenn innerhalb vom Netzwerk eine Verbindung oder ein Signal u ¨bermittelt wird, wird es an die entsprechende IP-Adresse geschickt. (Das Protokoll, dass der Router zur IPZuweisung benutzt, nennt sich DHCP.) • Kanal:In einem WLAN kann man in verschiedenen Kan¨alen funken (siehe Kapitel 3.3).

Kan¨ale unterscheiden sich in minimalen Frequenzband-Verschiebungen und werden benutzt, um mehrere WLAN-Netze im 2.4 GHz-Bereich sauber nebeneinander zu betreiben.

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Glossar

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• Knoten: Ein Knoten im MANET ist ein Router, der in diesem “vermaschten” Netz ein Knoten bildet, und Informationen wiederholt, weitergibt, und das ganze Netz gleichzeitig stabilisiert (siehe Abb. 14) • MANET: MANET steht f¨ ur Mobiles Ad-Hoc Netzwerk. Mein Openwireless-Projekt handelt um den Aufbau eines MANETs. Im Englischen wird es auch Mesh-Network genannt.

• Netztopologie: Die Topologie bezeichnet bei einem Computernetz die Struktur der Verbindungen mehrerer Ger¨ate untereinander, um einen gemeinsamen Datenaustausch zu gew¨ahrleisten.

Die Topologie eines Netzes ist entscheidend f¨ ur seine Ausfallsicherheit: Nur wenn alternative Wege zwischen den Knoten existieren, bleibt bei Ausf¨allen einzelner Verbindungen die Funktionsf¨ahigkeit erhalten. Es gibt dann neben dem Arbeitsweg einen oder mehrere Ersatzwege (oder auch Umleitungen).[23] • OLSR: OLSR, eng. f¨ ur Optimized Link State Routing, ist ein Routing-Protokoll f¨ ur MANET’s. Bei diesem flexiblen Routingverfahren ist jedem Router die ganze Netztopologie bekannt, sodass Informationen von Fall zu Fall den k¨ urzesten Weg zum Ziel finden.

• Openwireless: Openwireless ist der Name des Schweizer Projekts f¨ ur B¨ urgernetze in St¨adten.

• Protokoll: In der Informatik und in der Telekommunikation ist ein Protokoll eine Vereinbarung, nach der die Verbindung, Kommunikation und Daten¨ ubertragung zwischen zwei Parteien ablaufen.[20] • Router: Router sind Netzwerkger¨ate, die Netze und Verbindungen koppeln oder trennen und Pakete innerhalb vom Netzwerk blockieren oder weiterleiten.

• SSID: SSID (Service Set Identifier) bezeichnet in Funknetzen den frei w¨ahlbaren Namen eines solchen Funknetzes. Bei meinem MANET: www.openwireless.ch • Uplink: Ein Uplink ist das Ger¨at, welches die Verbindung Richtung Telekommunikationsnetz, in unserem Fall Internet macht.

• WLAN: WLAN, (Wireless Local Area Network), bezeichnet ein Funknetzwerk. Im Allgemeinen wird auch der Name Wi-Fi gebraucht.

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LITERATUR

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Literatur [1] Aichele, Corinna ; Flickenger, Rob ; Fonda, Carlo ; Forster, Jim ; Howard, Ian ; Krag, Thomas ; Zennaro, Marco ; Et: Wireless Networking in the Developing World.

Limehouse Book Sprint Team, 2006 [2] Bakom: Rechtliche Fragen.

15.07.2008. internet/00486/index.html?lang=de

http://www.bakom.admin.ch/themen/

[3] Bakom: Link zu rechtlichen Vorschriften von Sendeleistung. http://www.bakom.admin. ch/themen/geraete/00568/01232/index.html?lang=de. Version: Oktober 2011. – [Online; Stand 05. Oktober 2011] [4] Bern, Openwireless: Rechtliche Fragen. 23. Juni 2006. http://bern.openwireless.ch/ node/167 [5] Booki: Bild von Kanaelen 2.4 GHz. http://www.booki.cc/tech-cahier/ introduction-to-radio-physics-wndw/. Version: September 2011 [6] Chaos-Radio: CR162. http://chaosradio.ccc.de/cr162.html. Version: 10 2010 [7] Freifunk: URL von Freifunk. http://www.freifunk.net. Version: 2011. – [Online; Stand 17. Oktober 2011] [8] Itsystemkaufleute: Definition Ethernet. http://itsystemkaufleute. de/berufsschule/informations-und-telekommunikationssysteme/ was-bedeutet-ethernet-definition. Version: 2011. – [Online; Stand 28. November 2011] [9] Leipzig, Freifunk: Quelle von ETX-Werten. 16. Apr 2007. http://wiki.leipzig. freifunk.net/index.php?title=ETX-Wert&oldid=11479 [10] Linksys: URL von Linksys. http://home.cisco.com/de-eu/home?referrer=www. linksysbycisco.com. Version: 2011. – [Online; Stand 26. September 2011] [11] Netchemie: Bild von Elektromagnetischer Welle. http://netchemie.de/lexikon/ Elektromagnetische+Wellen.html. Version: September 2011 [12] Networks, Ubiquiti: URL von Ubiquiti. http://www.ubnt.com/nanostation.

Version: September 2011. – [Online; Stand 14. September 2011] [13] Netzwelt: WLAN-Kanal-Wahl. http://www.netzwelt.de/news/75532_ 2-ratgeber-empfang-reichweite-wlan-routern-verbessern.html. Version: 2007. – [Online; Stand 28. November 2011] [14] Openwireless.ch: URL von Openwireless. www.openwireless.ch. – [Online; Stand 17.

Oktober 2011] [15] PCEngines: URL von PCEngines. http://pcengines.ch/alix.htm.

Version: September 2011. – [Online; Stand 26. September 2011] [16] Raffo, Daniele: Bild von Ad-Hoc. http://perso.crans.org/raffo/papers/ phdthesis/ibss.png. Version: September 2011 [17] Raffo, Daniele: Bild von Infrastruktur. http://perso.crans.org/raffo/papers/ phdthesis/bss.png. Version: September 2011 26

LITERATUR

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[18] Wikipedia: Chipsatz — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. http://de.wikipedia. org/w/index.php?title=Chipsatz&oldid=96078048. Version: 2011. – [Online; Stand 28. November 2011] [19] Wikipedia: CompactFlash — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. http://de. wikipedia.org/w/index.php?title=CompactFlash&oldid=94598741. Version: 2011. – [Online; Stand 1. Dezember 2011] [20] Wikipedia: Kommunikationsprotokoll — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. http:// de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kommunikationsprotokoll&oldid=92902547.

Version: 2011. – [Online; Stand 28. November 2011] [21] Wikipedia: Leistungspegel — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. //de.wikipedia.org/ w/index.php?title=Leistungspegel&oldid=93423514. Version: 2011. – [Online; Stand 5. Oktober 2011] [22] Wikipedia: OpenWrt — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. http://de.wikipedia. org/w/index.php?title=OpenWrt&oldid=93361378. Version: 2011. – [Online; Stand 26.

September 2011] [23] Wikipedia: Topologie (Rechnernetz) — Wikipedia, Die freie Enzyklopaedie. http:// de.wikipedia.org/w/index.php?title=Topologie_(Rechnernetz)&oldid=96031142.

Version: 2011. – [Online; Stand 28. November 2011]

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