Bluetooth-адаптер у форматі PC-карти

Проблема

Коли виникає потреба зв’язку між будь-якими двома пристроями, вони мусять узгодити низку питань, перш ніж розпочнеться сеанс зв’язку. Перший пункт угоди є фізичним: чи будуть вони спілкуватися через дроти або за допомогою бездротових сигналів певної форми? Якщо вони використовують дроти, скільки ліній потрібно – одна, дві, вісім, 25? Після того, як фізичні атрибути узгоджені, виникають інші питання:

• Яка кількість даних надсилатиметься за один раз? Наприклад, послідовні порти відправляють дані побітово (1 біт за раз), тоді як паралельні порти відправляють кілька бітів відразу.
• Як вони спілкуватимуться один з одним? Всі сторони електронного діалогу повинні знати, що означають біти і чи збігається отримане ними повідомлення з надісланим. Це вимагає розробки набору команд і відповідей відомих як протокол.

Bluetooth пропонує вирішення цієї проблеми.

Як Bluetooth створює з’єднання

Bluetooth підносить персональні мережі на новий рівень за рахунок того, що під час передачі даних не потребує втручання користувача і споживає мінімум енергії для економії заряду акумулятора. Уявіть собі таку картину: ви знаходитесь на порозі свого будинку і розмовляєте по своєму стільниковому телефону, на якому увімкнений Bluetooth. Ви кажете людині на іншому кінці лінії передзвонити через п’ять хвилин, щоб ви могли зайти до будинку і покласти речі. Щойно ви зайшли до будинку, інформація про ваше місцезнаходення, отримана вашим стільниковим телефоном від системи GPS Вашого автомобіля через Bluetooth, автоматично надсилається на ваш комп’ютер з активованим Bluetooth, оскільки ваш стільниковий телефон прийняв сигнал Bluetooth з вашого комп’ютера і автоматично відправив йому дані, призначені вами для передачі. Через п’ять хвилин, коли Ваш друг телефонує знову, дзвонить ваш домашній телефон з підтримкою Bluetooth замість вашого стільникового телефону. Людина набрала той самий номер, але ваш домашній телефон прийняв сигнал Bluetooth з вашого стільникового телефону і автоматично перенаправив виклик на себе, тому що (на підставі даних з домашнього ПК) зрозумів, що ви вдома. І кожен вхідний чи вихідний сигнал, передаваний вашим стільниковим телефоном, споживає всього 1 мВт потужності, тож на заряд акумулятора уся ця діяльність практично не впливає.

Bluetooth є по суті мережевим стандартом, який працює на двох рівнях:

• Він забезпечує узгодження на фізичному рівні – Bluetooth є радіочастотним стандартом.
• Він забезпечує узгодження на протокольному рівні, де пристрої повинні погодити, коли (у часі) передаються біти, скільки їх буде відправлено за один раз, і як учасники розмови можуть упевнитися, що отримане повідомлення таке саме, як і відправлене повідомлення.

Суттєвими плюсами Bluetooth є бездротовість, невисока вартість і автоматичність. Є й інші способи обійтися без дротів, зокрема, інфрачервоний зв’язок. Терміном інфрачервоні (ІЧ) позначають світлові хвилі з частотами нижчими за ті, які людське око може сприймати. Інфрачервоне випромінювання використовується в більшості систем дистанційного керування електронікою, найчастіше – телевізорами. Інфрачервоні засоби зв’язку досить надійні і відносно дешеві для вбудовування у пристрої, проте мають кілька недоліків. По-перше, інфрачервона технологія працює у зоні "прямої видимості”. Наприклад, ви повинні спрямувати пульт дистанційного керування на телевізор або DVD-програвач аби щось перемкнути. Другий недолік в тому, що ІЧ майже завжди є "парною” технологією. Під час передавання даних між настільним комп’ютером і ноутбуком Ви не можете одночасно передавати дані ще кудись, приміром, на Ваш КПК.

Але ці дві якості інфрачервоного зв’язку інколи можуть стати у пригоді. Оскільки інфрачервоні передавачі та приймачі повинні розташовуватися один навпроти одного, завад між пристроями практично не виникає. Парний характер інфрачервоного зв’язку корисний і тим, що Ви впевнені в тому, що повідомлення надійде тільки конкретному одержувачу, навіть у кімнаті з купою інших інфрачервоних приймачів.

Bluetooth розроблений для подолання проблем, присутніх у системах ІЧ-зв’язку. Найперший стандарт Bluetooth 1.0 (1998) мав максимальну швидкість передачі даних в 1 Мегабіт за секунду (Мбіт/с), наступний Bluetooth 2.0 (2004) вже працював зі швидкістю до 3 Мбіт/с. Сучасні версії Bluetooth 3.0 (2009) та Bluetooth 4.0 (2010) підтримують максимальну швидкість передачі даних до 24 Мбіт/с та є сумісними з попередніми стандартами.

ЗВІДКИ ПОХОДИТЬ НАЗВА BLUETOOTH?

Гаральд Синьозуб (Harald Bluetooth) був королем Данії наприкінці 900-х років. Він зумів об’єднати Данію і частину Норвегії в єдине королівство, потім ввів християнство в Данії. Він залишив великий пам’ятник, рунічний камінь в Еллінзі, на згадку про своїх батьків. Загинув у 986 р. під час бою зі своїм сином, Свеном Вилобородим (Svend Forkbeard). Вибір цього імені для стандарту свідчить про важливу роль, яку відіграють компанії зі Скандинавського регіону (з таких країн як Данія, Швеція, Норвегія і Фінляндія) в галузі зв’язку, попри те, що сама назва не відображає суті технології.

Як діє Bluetooth

У мережах Bluetooth дані передаються за допомогою радіохвиль низької потужності на частоті 2.45 ГігаГерца (точніше – між 2.402 ГГц і 2.480 ГГц). Ця смуга частот, згідно з міжнародною угодою, була відведена під використання промисловими, науковими і медичними приладами (ISM).

Багато інших пристроїв, якими ви послуговуєтеся, використовують той самий радіодіапазон. Дитячі монітори (радіоняні), підіймачі (замки) гаражних дверей та останнє покоління радіотелефонів, – усі використовують частоти з діапазону ISM. Тому в процесі розробки найперше слід було переконатися, що між пристроями Bluetooth та іншим вищезгадані приладами не виникатимуть взаємні завади.

Один зі шляхів усунути вплив пристроїв Bluetooth на інші системи полягає у надсиланні вельми слабких сигналів потужністю близько 1 мВт. Для прикладу, найпотужніші стільникові телефони здатні передавати сигнали в 3 Вт. Низька потужність обмежує діапазон дії пристрою Bluetooth до 10 метрів (32 футів), проте запобігає випадковим перешкодам між вашою комп’ютерною системою та вашим портативним телефоном чи телевізором. Не зважаючи на низьке енергоспоживання, Bluetooth не вимагає прямої видимості для зв’язку між пристроями. Стіни у вашому будинку не зупинять сигнал Bluetooth, тож цей стандарт зручно використовувати для керування кількома пристроями в різних кімнатах.

Bluetooth спроможний з’єднувати до восьми пристроїв одночасно. Може виникнути думка, а чи не заважатимуть всі ці пристрої один одному, адже всі вони мусять перебувати в околі 10 метрів (32 футів). Навряд чи. Bluetooth використовує технологію розширення спектру частот під назвою псевдовипадкова перебудова робочої частоти (FHSS), яка практично до нуля зводить імовірність того, що більше ніж один пристрій одночасно передаватиме дані на тій самій частоті. Технологія передбачає, що пристрій використовуватиме 79 окремих, випадково вибраних частот в межах зазначеного діапазону, які постійно змінюватимуть одна одну. У випадку з Bluetooth, передавачі змінюють частоти 1600 разів за секунду, щоб більше пристроїв могли повноцінно користуватися обмеженим діапазоном радіочастот. Оскільки кожен Bluetooth-передавач під час роботи автоматично задіює таке розширення спектру, то малоймовірно, що два передавачі одночасно опиняться на тій самій частоті. Ця ж технологія зменшує ризик виникнення завад у пристроях Bluetooth, спричинених роботою радіотелефонів чи дитячих моніторів, оскільки будь-яка завада на певній частоті триватиме лише крихітну частку секунди.

Коли Bluetooth-сумісні пристрої потрапляють у поле дії один одного, між ними виникає електронний діалог, мета якого – визначити, чи обмінюватимуться вони даними, а чи один з них керуватиме іншим. Користувач не мусить натискати кнопки чи вводити команди – електронний діалог відбувається автоматично. Щойно виникає діалог, пристрої, незалежно від того, чи є вони частиною комп’ютерної системи чи звукової гарнітури, формують мережу. Системи з Bluetooth утворюють персональну мережу (PAN) чи пікомережу (piconet), що може заповнити всю кімнату або охопити лишень невелику відстань між мобільним телефоном на поясі та гарнітурою на вашій голові. Після створення пікомережі її члени синхронно змінюють частоти у довільному порядку таким чином, що впродовж кожного крихітного проміжку часу між «частотними стрибками» всі лишаються на одній частоті. Це дозволяє пристроям постійно підтримувати зв’язок між собою і уникати інших пікомереж, які можуть існувати у тій же кімнаті.

ГНУЧКА ПЕРЕДАЧА

Зазвичай мережі чи системи зв’язку працюють або в одному напрямку між абонентами, що називається напівдуплексним зв’язком, або в обох напрямках одночасно, що має назву дуплексного зв’язку. Переговорні пристрої чи рації, які дозволяють вам або тільки слухати, або говорити, але не перше й друге одночасно, є прикладом напівдуплексного зв’язку, тоді як звичайна телефонна слухавка є пристроєм дуплексного зв’язку. Оскільки Bluetooth розроблявся для роботи за різних обставин, він може працювати як у напівдуплексному, так і у дуплексному режимах.
Радіотелефон, наприклад, під час дзвінка використовує дуплексний (двобічний) канал зв’язку, а Bluetooth спроможний надсилати дані зі швидкістю більше ніж 64 Кілобіта за секунду (Кбіт/с) у дуплексному режимі, що є достатньою для підтримки кількох голосових розмов. Якщо виникає потреба напівдуплексного режиму зв’язку, приміром, для підключення до комп’ютерного принтера, то Bluetooth може передавати зі швидкістю до 721 Кбіт/с, приймати – на 57.6 Кбіт/с. Якщо при цьому потрібна однакова швидкість в обох напрямках, Bluetooth здатен встановити зв’язок на швидкості 432.6 Кбіт/с у кожному з напрямків.

Пікомережі Bluetooth

Уявімо, що ваша вітальня заповнена сучасним технічним приладдям. У ній є потужна аудіо система, програвач DVD, приймач супутникового телебачення і телевізор; також у кімнаті знаходиться радіотелефон і персональний комп’ютер. Кожна з перелічених систем використовує Bluetooth та формує власну пікомережу для зв’язку між головним та периферійним пристроями. Радіотелефон має один передавач Bluetooth у базі, а інший – у слухавці. Кожен передавач має унікальну, запрограмовану виробником адресу, яка належить до діапазону адрес, призначених виробниками для конкретних типів пристроїв. Щойно базу вмикають, вона надсилає радіосигнали для пошуку відповіді від будь-яких пристроїв з адресами, які належать до певного діапазону. Оскільки адреса слухавки належить до згаданого діапазону, вона відповідає, і між нею і базою створюється крихітна мережа. Тепер, якщо один з цих пристроїв одержить сигнал з іншої системи, він його проігнорує як такий, що не належить до мережі.

Комп’ютер та аудіосистема виконують схожі процедури зі створення мереж у межах діапазонів адрес, встановлених виробниками. Після формування мереж системи розпочинають спілкування між собою. Кожна пікомережа довільно "стрибає” між доступними частотами, тож всі пікомережі цілком відокремлені одна від іншої.

Отже, зараз в уявній вітальні працюють три окремих мережі, кожна складається з приладів, які знають адреси передавачів, яких слід слухати, та адреси приймачів, до яких слід говорити. Оскільки кожна мережа змінює робочу частоту тисячі разів за секунду, то ймовірність того, що будь-які дві мережі одночасно перетнуться на одній частоті, вкрай низька. Якщо ж таке і трапиться, то виникла плутанина триватиме всього частку секунди, а програмне забезпечення, розроблене для виправлення таких помилок, одразу відсіє невірну інформацію, і мережі знову працюватимуть незалежно.

Безпека Bluetooth

Безпека відіграє важливу роль при створенні будь-якої бездротової мережі. Більшість пристроїв легко приймають сигнали з радіоефіру, тож люди, що відправляють конфіденційну інформацію лініями радіозв’язку, повинні вживати заходів для запобігання перехопленню цих сигналів. Bluetooth не є винятком – ця технологія бездротова, тому придатна для шпигунства та віддаленого доступу, так само як і незахищений WiFi. До того ж автоматизований процес з’єднування пристроїв з Bluetooth, що є великою перевагою з огляду на економію часу і зусиль користувача, є дуже вигідним і особам, що прагнуть відіслати комусь ваші дані без вашої на те згоди.

Технологія Bluetooth пропонує кілька режимів безпеки, а виробники електроніки самі визначають який режим впроваджувати у Bluetooth-сумісний пристрій. У більшості випадків користувачі Bluetooth можуть вибрати "довірені пристрої”, що надалі обмінюватимуться даними не питаючи дозволу на з’єднання. Коли якийсь інший пристрій намагатиметься з’єднатися з ґаджетом користувача, користувач муситиме вирішити, дозволити цю дію чи ні. Протоколи безпеки на сервісному та апаратному рівнях захищають Bluetooth-сумісні пристрої від несанкціонованої передачі даних. Найпершими способами захисту є процедури авторизації та ідентифікації, які обмежують використання послуг Bluetooth для зареєстрованого користувача і вимагають від користувачів прийняття свідомих рішень щодо відкриття файлів чи передавання даних. Допоки ці засоби увімкнені у телефоні чи іншому пристрої користувача, несанкціонований доступ малоймовірний. Також користувач може просто перемкнути Bluetooth у «невидимий» режим і повністю уникати з’єднування з іншими пристроями Bluetooth. Якщо користувач послуговується мережею Bluetooth головним чином для синхронізації домашніх пристроїв, це може допомогти йому уникнути несанкціонованого доступу до його пристроїв у громадських місцях.

Тим не менш, перші творці вірусів для стільникових телефонів користувалися автоматизованим процесом з’єднання Bluetooth для розсилання заражених файлів. Однак, завдяки тому, що більшість стільникових телефонів вимагають авторизації та розпізнавання перш ніж приймати дані з невідомого пристрою, заражений вірусом файл не поширюється далеко. Коли вірус надходить в стільниковий телефон, користувач повинен спершу дозволити відкрити його, а потім дозволити встановити його. Досі це зупиняло більшість вірусів для стільникових телефонів, перш ніж вони встигали завдати великої шкоди.

Серед різних питань безпеки Bluetooth часто згадують такі речі як "блюджекінг” (bluejacking), "блюбагінг” (bluebugging) та "Авто-нашіптувач” (Car Whisperer).
Блюджекінг полягає у надсиланні одними користувачами Bluetooth електронних візитівок (простих текстових повідомлень) іншим користувачам Bluetooth у радіусі 10 метрів (32 футів). Якщо користувач, який прийняв таку "візитівку”, не розібрався, що воно таке, він може дозволити додавання інформації про контакт (з цього повідомлення) до власної адресної книги, що дозволить особі, яка стоїть за цим "контактом”, надсилати повідомлення, які надалі автоматично відкриватимуться на екрані телефону користувача, оскільки походять від занесеного до адресної книги контакту. Простішим видом такої "розваги” є розсилання через Bluetooth модифікованих візитівок (типу vCard), де замість імені контакту зазвичай пишеться повідомлення "жартівника”, а поле "Від кого” стирається, тож здивована "жертва” одержує на екрані мобільника таке собі анонімне повідомлення переважно жартівливого чи знущального характеру.
Блюбагінг становить більшу проблему, оскільки цей метод втручання дозволяє хакерам одержати віддалений доступ до телефону користувача і використовувати більшість його функцій, на кшталт здійснення дзвінків і відправлення повідомлень, причому сам користувач і не підозрює про це.
Авто-нашіптувач – це розроблена з експериментальною метою програма, що дозволяє хакерам надсилати та одержувати звукові сигнали із сумісної з Bluetooth автомобільної аудіосистеми, тобто це відкриває шлях до підслуховування розмов всередині автомобіля та надсилання анонімних голосових повідомлень, що відтворюватимуться через стереосистему автомобіля.
Ці вразливі сторони Bluetooth, як і "дірки” у системах комп’ютерного захисту, є неминучим результатом технологічних інновацій, тож виробники електроніки намагаються оперативно вирішувати нові проблеми шляхом випуску оновлених і виправлених прошивок для своїх пристроїв.

Джерело статті: http://electronics.howstuffworks.com/bluetooth.htm