Definition

Was ist WLAN?

| Autor / Redakteur: Michael Radtke / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Der Name Wireless Local Area Network (kurz: WLAN) ist der Oberbegriff für alle schnurlosen bzw. drahtlosen lokalen Netzwerke und meint meist Funknetz-Standards der Normierungsreihe IEEE-802.11x, die in anderen Ländern auch unter dem Begriff Wi-Fi zusammengefasst werden.

In der Arbeitswelt kommt es im digitalen und globalen Zeitalter vor allem auf eine entsprechende Mobilität an. Im Fokus stehen dabei insbesondere die Datenverarbeitung sowie die Datenübertragung. Mit Wireless LAN steht hierfür eine Technik respektive ein Funknetzwerk bereit, das den Netzzugang für mobile Endgeräte – wie zum Beispiel Notebooks, Tablets oder Smartphones – entscheidend vereinfacht. Zudem kann WLAN genutzt werden, um die Reichweite eines rein kabelgebundenen Netzwerks explizit an nur schwer zugänglichen Stellen nachhaltig zu erweitern. Des Weiteren wird WLAN oftmals dann genutzt, wenn ein provisorischer Netzwerk-Aufbau auf Basis einer Funktechnik gefragt ist.

Kunstbegriff Wi-Fi

In einigen Ländern, wie etwa in Großbritannien, Kanada, Spanien, den Niederlanden, Italien, Frankreich oder den USA, wird synonym für WLAN respektive weitläufig auch der Kunstbegriff Wi-Fi verwendet. Strenggenommen ist dies aber von der Bedeutung her nicht korrekt. Denn während WLAN bzw. Wireless LAN das Funknetzwerk an sich bezeichnet, bezieht sich Wi-Fi auf die von der Wi-Fi-Alliance generierte Zertifizierung anhand der IEEE-802.11-Familie für WLAN. Da jedoch sämtliche Wi-Fi-zertifizierten Produkte immer WLAN-Standard-konform sind, werden die beiden Begriffe gerne auch synonym genutzt.

Basis: die IEEE-802.11-Familie für WLAN

Unter den Begriff WLAN fallen auch Datennetze, die Bluetooth, HiperLAN oder HomeRF als Übertragungstechnik nutzen; inbegriffen sind selbstverständlich auch alle anderen Standards und Techniken, anhand derer lokale Funknetzwerke gestaltet bzw. aufgebaut werden können.

Hier muss allerdings berücksichtigt werden, dass der Begriff WLAN im allgemeinen Sprachgebrauch explizit für ein Funknetzwerk genutzt wird, das auf der IEEE-Norm für die Kommunikation in entsprechenden Funknetzwerken aufbaut. Herausgegeben wurde diese Norm vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (kurz: IEEE) erstmals im Jahr 1997 mit der Verabschiedung des Standards IEEE 802.11.

Die bisher ergänzend veröffentlichten Standards reichen von 802.11a und 802.11h über 802.11b, 802.11g und 802.11n bis hin zum im Dezember 2013 verabschiedeten Standard 802.11ac – wobei es sich bei 802.11h lediglich um eine Erweiterung zum 802.11a-Standard handelt. Um sehr hohe Bandbreiten zu ermöglichen, die bspw. auch die Übertragung von unkomprimierten Videos erlauben, ist der Standard IEEE 802.11ad (Wireless Gigabit, Wigig) etabliert worden. Dieser hat – im Vergleich zum klassischen WLAN – aber lediglich eine Reichweite von wenigen Metern.

Die neueste Entwicklung bzw. der neueste Trend im Bereich der drahtlosen Netze sind die so genannten Mesh-Netzwerke, also vermachte bzw. sich selber vermaschende Netze. Der zugehörige Standard lautet 802.11s bezeichnet. Dabei besteht ein Mesh-Netzwerk nie nur aus einem einzelnen Access Point (WLAN-Router etc.), sondern setzt sich immer aus mehreren Access Points zusammen.

5-GHz-Band: Höhere Übertragungsraten und mehr überlappungsfreie Kanäle

Als WLAN-Router noch vornehmlich im Standard 802.11b oder 802.11g betrieben wurden, konnte aufgrund der technischen Gegebenheiten lediglich ein 2,4-GHz-Frequenzband verwendet werden. Hier gibt es allerdings lediglich drei Kanäle, die sich störungsfrei parallel für Wireless LAN nutzen lassen.

Die Spezifikation 802.11a bot allerdings schon ab dem Jahr 2001 den Zugriff auf ein 5-GHz-Band an, das in immerhin 19 überlappungsfreien Kanälen organisiert ist. Aber die Geräte mit entsprechender 802.11a-Unterstützung konnten sich zu keiner Zeit gegen die Standards 802.11b oder 802.11g durchsetzen. Erst mit der Einführung des Standards 802.11n wurde WLAN vermehrt auch auf dem 5-GHz-Band betrieben. Dieser neue Standard ermöglicht dabei die parallele Nutzung sowohl von 2,4 GHz als auch von 5 GHz. Außerdem ermöglichte der Standard theoretische Übertragungsraten von 300 MBits. Auch 802.11ac arbeitet in beiden Frequenzbändern und soll in maximaler Ausbaustufe und mit passenden Clients Bruttodatenraten jenseits der 1,7 Gigabit pro Sekunde erlauben.

Wireless LAN setzt auf das Modulationsverfahren OFMD

Grundsätzlich wird bei WLAN für das Übertragen der jeweiligen Nutzinformation mit einer explizit hohen Datenrate heute in der Regel das Modulationsverfahren OFDM (hier: Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) verwendet. Dieses orthogonale Frequenzmultiplexverfahren unterteilt dabei die Datenrate in mehrere kleine Teildatenströme, die anschließend mit einem klassischen Modulationsverfahren – wie zum Beispiel der Quadraturamplitudemodulation – moduliert werden. Im nächsten Schritt werden dann die modulierten HF-Signale aufaddiert.

Diese Technik bzw. dieses Verfahren gewährleistet dabei, dass sich die einzelnen Teildatenströme lediglich wenig gegenseitig beeinflussen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass bei einer etwaigen Störung die Transferrate der gesamten Datenübertragung durch die Unterteilung in Teildatenströme lediglich zu einem kleinen Teil sinkt. Auch destruktive Interferenzen, die vorzugsweise durch Mehrwegempfang hervorgerufen werden, betreffen somit immer nur einzelne Träger bzw. Datenströme und beeinflussen die komplette Datenrate nur unwesentlich.

WLAN betreiben im Infrastruktur-Modus

Wireless LAN kann in verschiedenen Modi betrieben werden; zur Auswahl stehen hier der Infrastruktur-Modus sowie der Ad-hoc-Modus bzw. das Ad-hoc-Netzwerk. Dabei unterscheiden sich die beiden Modi vor allem in der Art und Weise, wie Informationen respektive Daten zwischen den im Netzwerk integrierten Clients übertragen werden.

Wird WLAN im Infrastruktur-Modus betrieben, koordiniert grundsätzlich ein WLAN-Router oder ein so bezeichneter Access Point den Datenverkehr. WLAN-Router bzw. Access Point stellen in diesem Fall die so genannte Basisstation dar. Die entsprechende Kommunikation läuft grundsätzlich über eben diesen WLAN-Router oder Access Point. Um mit einem Client an einem Netzwerk teilnehmen zu können, müssen sowohl der Netzwerkname als auch die Verschlüsselung bekannt sein. Wer ein WLAN-Netzwerk im Infrastruktur-Modus betreibt, kann via WLAN-Repeater jederzeit die Reichweite seines Netzwerkes ohne Probleme erweitern.

Ad-hoc-Netzwerk als Alternativlösung

Entscheidet sich ein Nutzer hingegen für ein Ad-hoc-Netzwerk, können dort alle WLAN-Clients direkt miteinander kommunizieren. Aufgrund dieser Gleichberechtigung aller WLAN-Clients läuft die Kommunikation, ohne dass auf einen WLAN-Router bzw. einen Access Point zurückgegriffen werden muss.

In der Regel zeichnet sich WLAN im Ad-hoc-Modus durch Schnelligkeit und das vergleichsweise leichte Einrichten. Auch in diesem Modus wird grundsätzlich ein Netzwerkname sowie eine Verschlüsselung verwendet, mit denen sich dann die jeweiligen Netzwerkteilnehmer identifizieren können. Da es sich hierbei um eine Direktkommunikation handelt, ist bei einem Ad-hoc-Netzwerk allerdings die Reichweite stark limitiert.

Mit dem Wireless Distribution System (WDS) werden für Ad-hoc-Netzwerke die entsprechenden Grundlagen geschaffen. WDS bzw. das Wireless Distribution System fungiert als Verfahren zur Adressierung der jeweiligen Datenframes in Wireless LANs nach IEEE-802.11 und erlaubt anspruchsvolle Topologien.

Verschlüsselung und Sicherheit

WLAN benötigt grundsätzlich eine Verschlüsselung als Schutz vor unerlaubter Teilnahme und dem Abhören von Datenströmen. Die meisten WLAN-Router bieten Nutzern diesbezüglich die drei Varianten WPA, WPA2 sowie WPA + WPA2 als Verschlüsselung an. Alle drei Sicherheitsstandards haben Auswirkungen auf die Sicherheit, aber auch auf die Geschwindigkeit der Wireless LAN-Verbindung.

WPA nutzt die Verschlüsselungsmethode Temporal Key Integrity Protocol (TKIP), während WPA2 als die modernste Entwicklungsstufe CCMP (Counter Mode with Cipher Block Chaining Message Autheticication Code Protocol) verwendet. Zu beachten ist dabei, dass die Verbindungsgeschwindigkeit von TKIP auf 54 Mbit/s limitiert ist; demgegenüber sind bei WPA2 respektive CCMP Geschwindigkeiten von über 150 Mbit/s möglich. Moderne Geräte arbeiten heute vorzugsweise mit WPA2 (CCMP oder AES). Angeboten wird zudem auch der Mixed Mode WPA + WPA2. Dieser bietet die Option, neben modernen Clients auch ältere Geräte mit dem Netzwerk zu verbindet. Allerdings verlangsamt dies die Funkverbindung

Jedem Netzwerk seinen Namen

Der Name eines WLAN-Netzwerks wird über den so genannten Service Set Identifier (SSID) festgelegt. Jeder Client, der sich mit einem drahtlosen Netzwerk verbinden will, muss dessen Name kennen.Die meisten WLANs strahlen daher ihren Namen genannt bzw. ihre SSID zyklisch ab – SSID Broadcast. Dies erleichtert das Auffinden des richtigen Netzwerks beim ersten Zugang.

Authentifizierung via Radius-Server

Mit dem Client-Server-Protokoll „Radius-Server“ kann die einfache Benutzer-Authentifizierung auf eine entsprechende servergestützte Authentifizierung umgestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Anwender seine Zugangsdaten nur einmal hinterlegen. Auch eine Zugriffsteuerung via Active Directory oder anderer dezentraler Verwaltungsverfahre wird so möglich.

Optimierung: Multi-User-MIMO und WLAN-Repeater als effektive Maßnahmen

Manchmal kann es dazu kommen, dass die Funkwellen des WLAN-Routers reflektiert und interferiert werden. Dabei löschen sich die Wellen gegenseitig aus, wenn ein Wellenberg auf ein Wellental trifft. Abhilfe schaffen hier WLAN-Router mit der so bezeichneten MIMO-Technik (Multiple Input Multiple Output) nach dem aktuellen Standard IEEE-802.11n. Router mit MIMO-Technik verfügen über mehrere Antennen und nutzen Reflexionen aktiv für die Datenübertragung. Als neueste Entwicklung ist jetzt die Multi-User-MIMO Technik erhältlich, mit der nun bis zu vier Clients von den WLAN-Basisstationen parallel angefunkt werden können. Außerdem stehen zur Reichweitenoptimierung auch noch WLAN-Verstärker – die so bezeichneten WLAN-Repeater – zur Verfügung.

Beamforming und Band Steering als neueste Optimierungstechniken

Der Wireless Local Area Network Standard 802.11ac erlaubt in seiner aktuellen Ausbaustufe „Wave 2“ eine Art Funkwellenmanagement. Mithilfe dieses Managements wird es möglich, die Funkstrahlen zu formen (Beamforming) und so einzelne Clients gezielt anzufunken und sie auf ihrem Weg zu verfolgen, ohne dabei Störsignale für andere Clienst zu generieren.

Dabei werden im Rahmen des WLAN-Standard 802.11ac Wave 2 jetzt gleich mehrere Antennen von einem Access Point verwendet, um ein Signal phasenverschoben zu senden. So kann der beste Pfad identifiziert werden, den das jeweilige Signal nehmen sollte; es werden also quasi Störquellen ausgeschaltet.

Eine weitere erstklassige Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit und Stabilität eines WLANs eminent zu verbessern, bietet Band Steering. Diese Technik trägt dafür Sorge, dass sich Dual-Band-Geräte wie Tablets oder Smartphones direkt auf dem weniger belasteten WLAN-Frequenzband einbuchen bzw. werden dorthin im Bedarfsfall umgebucht. So kommt es durch Band Steering zu einer optimalen Nutzung der beiden bereitstehenden WLAN-Spektren. Ein Router oder Access Point mit integriertem Band Steering berücksichtigt dabei auch die unterschiedlichen Reichweiten der beiden Frequenzbänder und weist Dual-Bad-Geräten auch in Abhängigkeit ihrer Signalstärke das jeweils beste Frequenzband zu.

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