Definition Was ist 802.11b?

Der Standard IEEE 802.11b ist ein WLAN-Standard aus der 802.11-Familie im 2,4-GHz-Frequenzband. Er ermöglicht eine Datenrate von bis zu 11 Megabit pro Sekunde und ist der Nachfolger des ersten 802.11-Standards. Heute wird er kaum noch genutzt.

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Der 802.11b-Standard wird vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) herausgegeben. Es handelt sich um einen Nachfolger des ersten 802.11-Standards mit höheren Übertragungsraten und Möglichkeiten zur Verschlüsselung des Datenverkehrs.

Wie sein Vorgänger 802.11 nutzt er das lizenzfreie 2,4-GHz-Band im Frequenzbereich von 2,400 bis 2,4835 GHz und hat circa 80 Megahertz Bandbreite für die Kommunikation zur Verfügung. Mit diesen 80 Megahertz lassen sich Bruttodatenraten von bis zu elf Megabit pro Sekunde erreichen. Die tatsächlich für Endgeräte nutzbare Datenrate liegt allerdings deutlich darunter und erreicht maximal 50 Prozent dieses Werts. Durch Funkstörungen und Komponenten, die die Funkausbreitung behindern, kann sich die tatsächliche Datenrate weiter reduzieren.

Veröffentlicht wurde 802.11b im Jahr 1999, zwei Jahre nach dem ersten 802.11-Standard. Dank des weltweit kostenlos nutzbaren Frequenzbands, der hohen erzielbaren Datenraten und der günstigen Implementierung des Standards haben sich die 802.11b-fähigen WLAN-Geräte schnell durchgesetzt und 802.11 abgelöst.

Der Wi-Fi-Standard definiert die physische Bitübertragungsschicht und den MAC-Layer des Funkmediums und sorgt für die Protokolle höherer Ebenen des OSI-Schichtenmodells für Protokoll- und Anwendungstransparenz. Aufgrund der fortschreitenden Entwicklung von WLAN-Netzwerken und den heute verfügbaren WLAN-Standards wie 802.11a, 802.11g, 802.11n oder 802.11ac gilt 802.11b als veraltet und ist kaum noch im Einsatz. Weitere Gründe für seine fast vollständige Ablösung sind die Schwächen in der Sicherheit und der Verschlüsselung. Teilweise lassen sich zwar alte 802.11b-Geräte noch an moderneren Access Points betreiben, doch ist dies nicht zu empfehlen, da die Sicherheit und die Performance des gesamten Drahtlosnetzwerks darunter leiden.

Im Folgenden kurz zusammengefasst die wichtigsten Merkmale des 802.11b-Standards:

• Nachfolgestandard von 802.11

• Datenraten von 5,5 oder 11 Megabit pro Sekunde brutto (Nettodatenrate circa 50 Prozent)

• Nutzung des lizenzfreien ISM-Bands von 2,400 bis 2,4835 Gigahertz

• Verwendung des Modulationsverfahrens DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) mit CCK (Complementary Code Keying)

• Möglichkeit der Datenverschlüsselung mit WEP (Wired Equivalent Privacy)

• Standard ist heute veraltet und wird kaum noch verwendet

Sendeleistung im 2,4-Ghz-Band – typische Reichweiten und Übertragungsgeschwindigkeiten

Bei der Nutzung des 2,4-GHz-Bandes ist die maximale Sendeleistung begrenzt. Sie darf in Deutschland 100 Milliwatt betragen. In anderen Ländern sind zum Teil höhere Sendeleistungen zulässig. Beispielsweise ist die maximale Leistung in den USA auf 300 Milliwatt begrenzt. Durch die Beschränkung der Sendeleistung sind auch die im 2,4-GHz-Band erzielbaren maximalen Reichweiten eingeschränkt. In einem Gebäude kann ein drahtloses Netzwerk nach 802.11b Reichweiten von typischerweise 20 bis 30 Meter erreichen. Im Freien sind bis zu 100 Meter möglich. Im Optimalfall und mit speziell gerichteten Antennen sind teilweise höhere Reichweiten von 300 Meter und mehr möglich.

802.11b sieht abhängig von dem verwendeten Modulationsverfahren, der Code-Länge und der Symbolrate verschiedene Geschwindigkeitsstufen vor. Diese sind auf 1, 2, 5,5 und 11 Megabit pro Sekunde festgelegt. Für die Datenrate von 11 Megabit pro Sekunde werden folgende Parameter verwendet:

• Verfahren und Modulation: DSSS, DQPSK

• Bit/Symbol: 8

• Codelänge: 8 Bit

• Symbolrate: 1,375 MSymbol/s

Die Besonderheit von 802.11b+ (PBCC)

Für den 802.11b-Standard entwickelte der Chip-Hersteller Texas Instruments einen speziellen WLAN-Chip, der prinzipiell nach IEEE 802.11b arbeitet, aber höhere Datenrate ermöglicht. Mit dem Chip sind Datenraten von 22, 33 oder 44 Megabit pro Sekunde erreichbar. Das Verfahren bezeichnete man auch als Packet Binary Convolutional Code (PBCC) oder 802.11b+. Es handelt sich bei PBCC allerdings um keinen offiziellen Standard des IEEE. Die Vervielfachung der Datenraten erreicht PBCC durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Kanäle des Frequenzbands. Längerfristig konnte sich PBCC nicht durchsetzen, da Nachfolgestandards wie IEEE 802.11g mit Datenraten von 54 Megabit pro Sekunde das proprietäre Verfahren überflüssig machten.

Kompatibilität zwischen dem WLAN-Standard 802.11b und 802.11g

Der WLAN-Standard 802.11b ist mit seinem Nachfolgestandard 802.11g kompatibel. Ein drahtloses Netzwerk kann mit einem Kompatibilitätsmodus gleichzeitig Clients nach 802.11b und 802.11g aufnehmen. Der Kompatibilitätsmodus bringt jedoch einige Nachteile mit sich. Ist er aktiviert und meldet sich ein Gerät mit 802.11b an einem 802.11g-Access Point an, geht der Datendurchsatz für alle Geräte zurück. Die Kompatibilität geht auf Kosten der Geschwindigkeit im Netz. Grund hierfür ist, dass 802.11g-Geräte in einem Modus arbeiten, der es 802.11b-Geräten ermöglicht, die belegten Frequenzen und Kanäle zu erkennen.

CSMA/CA zur Zugriffssteuerung auf das Funkmedium

Wie schon 802.11 nutzt 802.11b CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) für die Zugriffssteuerung auf das gemeinsame Funkmedium. Im Gegensatz zum kabelgebundenen Ethernet lassen sich im Funknetz Kollisionen und Störungen nicht eindeutig unterscheiden. Zudem kann der Sender nicht davon ausgehen, dass seine Datenpakete den Empfänger fehlerfrei erreichen. Der Sender muss zunächst den Funkkanal abhören, ob er frei ist. Anschließend darf er ein Paket senden. Um weitere Pakete senden zu dürfen, hat er die Bestätigung des Empfängers abzuwarten. Trifft diese nicht ein, wiederholt der Sender das ursprüngliche Datenpaket.

Vor- und Nachteile des 2,4-GHz-Frquenzbereichs und Vergleich zum 5-GHz-Band

Ein wesentliches Merkmal von 802.11b ist die ausschließliche Nutzung des 2,4-GHz-Frequenzbereichs. Der ebenfalls für drahtlose Netzwerke vorgesehene 5-GHz-Bereich steht für 802.11b-WLANs nicht zur Verfügung. Im Folgenden die wesentlichen Merkmale des 2,4-GHz-Bandes:

• lizenzfrei nutzbares ISM-Frequenzband

• keine aufwendigen Verfahren für das Spektrum Management wie DFS (Dynamic Frequency Selection) oder TPC (Transmit Power Control)

• verlustarme Überwindung von abschirmenden Materialien und hohe Reichweite

• Beeinflussung durch andere drahtlose Geräte wie Bluetoothgeräte oder Babyphones

• mögliche Störungen durch Mikrowellen

• nur vier überlappungsfreie Kanäle für den Betrieb von Drahtlosnetzwerken in unmittelbarer Nähe

Das 5-GHz-Band bietet einige Vorteile, kann aber mit 802.11b-Geräten nicht verwendet werden. Die Vorteile sind beispielsweise deutlich höhere Übertragungsraten, ein weniger häufig genutztes Frequenzband und bis zu 19 überlappungsfreie Kanäle in Deutschland.

Sicherheit und Verschlüsselung von 802.11b

Während Funknetze des ersten 802.11-Standards offen sind, also unverschlüsselt arbeiten und ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen, sind in 802.11b-Netzen Verfahren für die Authentisierung von Clients und die Verschlüsselung von übertragenen Daten möglich.

Eines der zentralen Verfahren ist WEP (Wired Equivalent Privacy). Mittlerweile gilt WEP aufgrund verschiedener Schwachstellen als unsicher und sollte nicht mehr in drahtlosen Netzwerken verwendet werden. Die Schlüssel von WEP lassen sich binnen weniger Sekunden aus dem mitgeschnittenen Datenverkehr berechnen. Standards wie WPA (Wi-Fi Protected Access) und WPA2 haben WEP abgelöst.

Da Access Points nach 802.11b in der Regel nur WEP unterstützen, stellt der Betrieb solcher Netzwerke heute ein Sicherheitsrisiko dar. Als De-facto-Standard für die Verschlüsselung gilt bei den aktuellsten WLAN-Standards wie 802.11n oder 802.11ac das WPA2-Verfahren.

Authentisierung im WLAN

Der Zugang zu einem 802.11b-Netz kann offen oder geschützt sein. Handelt es sich um ein offenes Netzwerk, kann sich prinzipiell jeder Client mit dem WLAN verbinden. Einschränkungen lassen sich beispielsweise durch MAC-Accesslisten im Access Point realisieren. Ist im Access Point WEP zur Authentisierung aktiviert, erhalten nur Clients mit korrektem WEP-Schlüssel Zugang zum Netz. In diesem Fall erfolgt eine Authentisierung mit dem geheimen Schlüssel, der dem Client und dem Access Point bekannt sein muss. Einzelne Netze können über den Netzwerknamen, den so genannten Service Set Identifier (SSID), unterschieden werden.

Verschlüsselung im WLAN mit WEP

WEP ist ein Verschlüsselungsstandard, der ein 64-bit-RC4-Verschlüsselungsverfahren nutzt. Einige Hersteller unterstützen auch 128-bit-RC4-Verschlüsselungsverfahren. Es handelt sich um ein symmetrisches Verfahren, das für die Verschlüsselung und die Entschlüsselung den gleichen Schlüssel verwendet. Die Generierung des Schlüssels erfolgt mit Hilfe des vom User festgelegten 40-bit-WEP-Schlüssel und einem 24-bit-Vektor. Die Verschlüsselung findet auf dem Layer-2 oberhalb des MAC-Sublayers statt. Es werden nur die Nutzlast und die Header-Informationen höherer Protokollen verschlüsselt.

Topologien im drahtlosen WLAN

In 802.11-Netzwerken kann zwischen zwei grundsätzlichen Topologien unterschieden werden. Dies sind das Ad-hoc-Netzwerk und Basic Service Sets-Netze. Bei einem Ad-hoc-Netzwerk verbinden sich zwei Clients über ihre drahtlosen Netzwerkschnittstellen direkt miteinander und tauschen ihre Daten ohne Beteiligung Dritter aus. In Basic Service Sets (BSS) verbinden sich mehrere Clients über einen Access Point zu einem drahtlosen Netzwerk. Die Endgeräte können sich untereinander austauschen oder über den Access Point Verbindungen in andere Netzwerke aufbauen.

Der Access Point fungiert als Bridge auf dem Layer-2 und stellt den Übergang vom drahtlosen Netzwerk zu einem drahtgebundenen Netzwerk her. Eine Erweiterung der BSS-Topologie stellt die EBSS-Konfiguration dar (Extended Basic Service Sets). Das EBSS besteht aus mehreren Access Points, die die Realisierung einer umfangreichen WLAN-Infrastruktur ermöglichen. Die Bandbreite in der jeweiligen Funkzelle stellt der Access Point zur Verfügung. Die mit ihm verbundenen Clients teilen sich die jeweilige Gesamtbandbreite.

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