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Festnetzschichten treffen nur Teilaspekte eines Funknetzes Wireless LAN ignoriert OSI

| Autor / Redakteur: Andreas Beuthner / Ulrike Ostler

Die schnurlose Kommunikation unterliegt Standards, die lediglich entfernt an das OSI-Schichtenmodell erinnern. Es gibt zwar viele Annäherungsversuche, doch die Liaison zwischen dem Internet-basierten Transportprotokoll TCP und den Wireless Local Area Networks (WLAN) bleibt brüchig.

( Archiv: Vogel Business Media )

Die Kommunikationsprotokolle des OSI-Schichtenmodells fußen in der Datenübertragung festverkabelter Comuternetze. Doch funkbasierte Transportverbindungen kämpfen mit ganz anderen Problemen als Kabelnetze: Reflexionen an Häuserwänden oder abgeschirmte U-Bahn-Tunnel unterbrechen den Kontakt zum empfangenden Teil, die Bit-Fehlerrate ist ungewöhnlich hoch und die Bandbreiten der Funkkanäle sind alles andere als konstant.

Im OSI-Modell legt der Netzwerker genau fest, was zu tun ist, wenn Datenpakete einen Stau in der Leitung verursachen. In drahtlosen Netzen hingegen stecken hinter Paketverlusten meist Übertragungsfehler, die zu Qualitätseinbußen auf der Funkstrecke führen und in einem angeschlossenen TCP/IP-Netz zu einem drastischen Leistungsabfall führen.

Die unterschiedlichen Anforderungen an LAN, WAN, WLAN und Weitverkehrsfunkstrecken machen die Integration von Funk- und Kabeltechnik nach wie vor schwierig. Dass die Schichten des OSI-Modells keine Entsprechung in Funknetzen finden, ist nur eine Folge beziehungsweise ein Ausdruck dieser verschiedenen Anforderungen.

Kombinierte Netze müssen aber das OSI-Schichtenmodell berücksichtigten und eine effiziente mobile Umgebung unterstützen. Doch ganz klar: das nutzbare (elektromagentische) Frequenzspektrum stellt wegen seiner Bandbreitenlimitierung das größte Handicap für die Daten- und Sprachübertragung via Luftschnittstelle dar.

Quittungen per TCP

Die grundsätzliche Aufgabe der OSI-Transportschichten (1 und 2) ist es, zuverlässige Verbindungen zwischen zwei Anwendungen – von Punkt zu Punkt – anzubieten. TCP überträgt die Daten der Anwendungsschicht in durchnummerierten Segmenten. Der Empfänger quittiert jedes korrekt empfangene Datenpäckchen. Aus Sicherheitsgründen berechnet TCP bei jeder Zustellung eine Prüfsumme, schließlich ist das Transportprotokoll so geeicht, dass eine zuverlässige Auslieferung der Daten zustande kommt.

Zwei wichtige Mechanismen für die TCP/IP-Connectivity sind die Flusskontrolle und der Slow-Start-Modus. Ein Staufenster (Congestion Window) legt genau fest, wie viele Segmente gesendet werden dürfen ohne eine Bestätigung zu erhalten. Den Zeitrahmen für die Übertragungsdauer legt der so genannte Retransmission-Timeout-Wert fest.

Irritationen im Netzknoten

Diese für das OSI-konforme Netz wichtigen Verfahren entstammen dem kabelgebundenen Verkehr – das Wireless LAN kann damit nichts anfangen. Im Funknetz gehen Datenpakete aus vielerlei Gründen verloren, der Stau an einem Netzknoten ist eher die Ausnahme. Folglich steigt die Gefahr falsch quittierter Verbindungen, da TCP davon ausgeht, dass immer ein Stau bei ausbleibendem Respons vorliegt und daraufhin die Sendeleistung reduziert.

Ein Versuch, das unterschiedliche Verhalten der Netze anzunähern ist das Zwischenschalten eines Performance Enhancing Proxys (PEP) auf dem OSI-Link Layer 2. Der Proxy unterteilt die Verbindung in eine drahtlose- und eine drahtgebundene Strecke. Der Trennungspunkt kann beispielsweise der Wireless Access Point (AP) sein. In diesem Fall werden die Datenpakete vom Proxy quittiert und zwischengespeichert.

Das PEP-Szenario fußt auf der Mithilfe von Netzagenten, die den Datenverkehr regeln. Beim Weiterleiten der Datenpakete aus dem TCP/IP-Netz in das drahtlose Teilnetz via Access Point gibt es mehrere Hürden. Die meisten Fehler passieren beim Quittieren empfangener Datenpakete am mobilen Netzknoten.

Wertlose Quittungen

Der AP quittiert den Empfang des abgeschickten Paketes. Das bedeutet aber noch lange nicht, dass das Paket beim vorgesehenen Adressaten angekommen ist. Der Proxy sammelt nach dem Quittieren in einem Zwischenspeicher die Päckchen und sucht für den Handover die richtige Adresse eines zweiten Access Points oder übergibt an eine Netzwerkkarte zum Weitertransport im Festnetz.

Findet er nicht innerhalb einer festgelegten Zeitspanne die richtige Empfängeradresse, geht das Päckchen verloren. Der absendende IP-Switch hält sich an die Quittung und sieht den Vorgang als abgeschlossen an – ein Irrtum, wie sich spätestens beim Verbindungsabbruch herausstellt.

WLAN-Normen

Die entscheidende Normenfamilie für WLAN ist IEEE 802.11. Urheber ist das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Die Spezifikationen orientieren sich weitgehend an den beiden untersten OSI-Schichten. Die Kommunikation zwischen den mobilen Netzteilnehmern findet im lizenzfreien Industrial, Scientific, and Medical Band (ISM) statt. Beim Einsatz von Basisstationen (Access Point) befindet sich das Netz im so genannten Infrastruktur-Modus, im Gegensatz zu Adhoc-Netzen, die ohne zentralen AP auskommen.

Der Access Point entspricht am ehesten dem Switch im OSI-Layer 2. Das allerdings ist der kleinste gemeinsame Nenner. Die Basisstation enthält meist weitere Funktionen, die auf anderen Ebenen des OSI-Modells beschrieben sind. Schon die Doppelfunktion des AP als Vermittlungsinstanz innerhalb des Wireless LAN und als Proxy für den Zutritt ins Festnetz (Bridge) deutet das an.

Um den Funkradius von Access Points auszudehnen, werden Basisstationen darüber hinaus zu so genannten Basic Service Sets (BSS) zusammengefasst. Der Zugriff einzelner mobiler Clients setzt ein Scanning-Verfahren voraus, das in kurzen Zeitabständen den Netzknoten mit der stärksten Sendeleistung sucht.

Regelwerk verhütet Wildwuchs

Obwohl mit OSI-Schichten ein WLAN nur schwer zu beschreiben ist, segelt die Wireless-Welt keineswegs ziellos dahin. Mit dem Standard 802.11x hat das Funknetz ein international verlässliches Rückgrat. Zertifizierungsinstitutionen wie die Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA) mit dem Gütesiegel WiFi (Wireless Fidelity) sorgen bei den Herstellern von Netz-Equipment für Orientierung. Allerdings umfasst der Standard hauptsächlich die OSI-Schicht 1 sowie die Teilschicht MAC.

Während das OSI-Modell mit den Protokollen exakt die horizontale Kommunikation innerhalb einer Schicht festlegt und Dienste den vertikalen Übergang zwischen den Schichten beschreiben, kennt WLAN das hierarchische Zusammenspiel streng abgegrenzter Schichten nicht. Kein Wunder: Das Signalverfahren auf dem Physical Layer muss schließlich den Eigenarten der leitungslosen Übertragung mit ihren Bandbreitenlimits gehorchen.

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