Seit 1997 gibt es die Ethernet-Variante IEEE 802.11, die eine verbindliche Luftschnittstelle darstellt. Davor war der breite Einsatz drahtloser Datennetze wegen der fehlenden Standardisierung und der geringen Datenübertragungsrate undenkbar.
IEEE 802.11 ist keine Neuerfindung. Der Standard baut auf den anderen Standards von IEEE 802 auf. IEEE 802.11 ist, vereinfacht ausgedrückt, eine Art schnurloses Ethernet. Der Standard definiert die Bitübertragungsschicht des OSI-Schichtenmodells für ein Wireless LAN. Dieses Wireless LAN ist, wie jedes andere IEEE-802-Netzwerk auch, vollkommen Protokoll-transparent. Drahtlose Netzwerkkarten lassen sich deshalb ohne Probleme in jedes Netzwerk einbinden. So ist es ohne Einschränkungen möglich, eine schnurgebundene Ethernet-Verbindung gegen eine Wireless-LAN-Verbindung nach IEEE 802.11 zu ersetzten.
WLAN (Wireless LAN) oder IEEE 802.11
Gelegentlich wird die Bezeichnung "Wireless LAN" und der Standard "IEEE 802.11" durcheinander geworfen. Der Unterschied ist dabei ganz einfach. "Wireless LAN" ist die allgemeine Bezeichnung für ein schnurloses lokales Netzwerk (Wirless Local Area Network). "IEEE 802.11" dagegen ist ein Standard, der den Aufbau eines Wireless LAN ermöglicht. Es ist also durchaus denkbar, dass es noch andere Standards gibt, mit denen ein Wireless LAN aufgebaut werden kann.
Im allgemeinen Sprachgebrauch hat es sich durchgesetzt ein lokales Funknetzwerk, dass auf dem Standard "IEEE 802.11" basiert als Wireless LAN bzw. WLAN zu bezeichnen.
Übersicht: WLAN-Techniken
IEEE 802.11 ist der ursprüngliche Standard, der Übertragungsraten von 1 oder 2 MBit/s ermöglicht. Darauf aufbauend wurde der Standard laufend erweitert. Hauptsächlich um die Übertragungsrate und die Datensicherheit zu erhöhen.
Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Erweiterungen des 802.11-Standards und ihre Bedeutung:
Im Zusammenhang mit IEEE 802.11 und Wireless LAN fällt sehr häufig der Begriff WiFi, der für Wireless Fidelity steht und von der Wireless Ethernet Compability Alliance (WECA) kommuniziert wird. Die WECA ist ein Zusammenschluss von Firmen, die mit dem WiFi-Logo ihre Produkte als IEEE 802.11-kompatibel kennzeichnen. Diese Geräte haben eine Art TÜV durchlaufen. Produkte mit diesem Logo lassen sich uneingeschränkt mit Produkten andere Hersteller kombinieren. Das bedeutet, WLAN-Access-Point und WLAN-Client können von unterschiedlichen Herstellern sein.
Frequenzbereich
Für WLAN stehen zwei Frequenzbereiche zur Verfügung. Der eine Bereich liegt um 2,4 GHz, der andere um 5 GHz. Beide Frequenzbereiche sind weltweit Lizenz-frei nutzbar. Das bedeutet, dass auf privatem Grund und Boden keine Gebühren bezahlt werden müssen. Das bedeutet aber auch, dass sich dort noch weitere Funktechniken tummeln. Insbesondere das ISM-Frequenzband (Industrial, Scientific, Medicine) um 2,4 GHz wird für Anwendungen in Industrie, Wissenschaft und Medizin intensiv genutzt.
In diesem Frequenzspektrum um 2,4 GHz konkurrieren viele Standards und proprietäre Funktechniken der unterschiedlichsten Hersteller und Anwendungen. Unglücklicherweise auch Geräte des täglichen Gebrauchs, z. B. Mikrowellenherde, Funkfernbedienungen und AV-Funksysteme. Die Realisierbarkeit eines Funknetzwerks mit IEEE 802.11 hängt also maßgeblich von der Nutzung anderer Funktechniken in diesem Frequenzspektrum ab.
Übertragungstechnik
4
Transport-Schicht (TCP)
TCP
3
Netzwerk-Schicht (IP)
IP
2
Logical Link Control (LLC)
802.2
Medium Access Control (MAC)
CSMA, VCD
1
Physical Layer Convergence Protocol (PLCP)
DSSS, FHSS, Infrarot
Der Funknetz-Standard IEEE 802.11 definiert einen gemeinsamen MAC-Layer (Medium Access Control) für drei spezifische Physical Layer (PHY). Zwei davon sind den Funk-LANs, einer dem Infrarotnetz zugeordnet. Im Funknetz wird als Frequenzbereich das ISM-Band (2,4 GHz) von 2,400 bis 2,4835 GHz genutzt.
Die Infrarot-Variante ist so gut wie unbekannt. Sie nutzt die Frequenzen von 850 bis 950 Nanometer (Licht). Die verwendete diffuse IR-Übertragung erfordert keine exakte Ausrichtung von Sender und Empfänger. Die maximal 10 Meter weite Sichtlinie sollte trotzdem hindernisfrei sein, um unnötige Beeinträchtigungen bei der Datenübertragung auszuschließen.
Die Funktechnik sieht zwei Modulationsverfahren vor, die mit dem Bandspreizverfahren arbeiten. Dabei wird das Funksignal über ein möglichst breites Frequenzspektrum aufgeteilt. Diese Methode erschwert das Abhören des Funksignals ohne WLAN-Equipment. Außerdem wird der Einfluss von schmalbandigen und breitbandigen Störungen verringert.
Übertragungsgeschwindigkeit
Schaut man sich die Angaben der Hersteller und Händler zur Übertragungsgeschwindigkeit ihrer Produkte an und vergleicht die Werte, die man damit in der Praxis erreicht, riecht das fast schon nach einem Reklamationsgrund. Tatsache ist, die Bruttodatenraten, wie sie auf den Produktverpackungen angegeben sind, werden in der Praxis nie erreicht. Die Bruttodatenrate sind nur unter optimalen Bedingungen und mit einer kurzen Entfernung zu erreichen. Je nach Umgebungsbedingungen, Anzahl der teilnehmenden Stationen und deren Entfernung erreicht man nur einen Bruchteil der angegebenen Datenrate.
IEEE 802.11
IEEE 802.11b
IEEE 802.11g
IEEE 802.11a/h/j
IEEE 802.11n
Datenübertragungsrate (Brutto)
1 - 2 MBit/s
5,5 - 11 MBit/s
6 - 54 MBit/s
6 - 54 MBit/s
150 - 600 MBit/s
Datenübertragungsrate (Netto)
0,5 - 1 MBit/s
1 - 5 MBit/s
2 - 16 MBit/s
bis 32 MBit/s
bis 150 MBit/s
Probleme durch Wireless LAN
Obwohl Wireless LAN protokollunabhängig arbeitet, können sich Probleme in der Praxis mit einigen Protokollen und Anwendungen ergeben. Ausschlaggebende Faktoren sind die höhere Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) und die größere Verzögerung bei der Übertragung von Daten. Es liegt in der Natur eines Wireless LAN, dass die zur Übertragung benötigte Zeit länger ist als im drahtgebundenen LAN. Ein einfacher Ping hat im drahtgebundenen LAN eine Round Trip Time von weniger als einer Millisekunde. Im Wireless LAN liegt die Zeit für ein Ping bei bis zu vier Millisekunden.
Anwendungen, die ein kurze Verzögerungszeit zwischen Senden und Empfangen (Delay) benötigen, haben mit einem Wireless LAN unter Umständen Schwierigkeiten.
IEEE 802.11 vs. Bluetooth
Während der Entwicklung des WLAN-Standards IEEE 802.11 und Bluetooth haben sich schnell Gemeinsamkeiten herausgestellt. Beide Funkstandards arbeiten im Frequenzband 2,4 GHz und sollen unterschiedliche Geräte über Funk miteinander verbinden. Beide Standards zeichnen sich durch unterschiedliche Stärken aus und kommen dadurch in verschiedenen Geräten auf den Markt.
Wireless LAN übertrifft Bluetooth in seiner Reichweite und Übertragungsgeschwindigkeit und kommt deshalb in lokalen Netzwerken zum Einsatz.
Bluetooth ist mit geringen Hardwarekosten, niedrigem Stromverbrauch und Echtzeitfähigkeit in den Bereichen Sprachübertragung, Audio-Video-Lösungen und Adhoc-Verbindungen zwischen Kleinstgeräten besser geeignet. Bluetooth löst hier Irda (Infrarot) erfolgreich ab. Und Bluetooth 3.0 macht sich WLAN-Techniken zunutze, um große Datenmengen zu übertragen.
WLAN-Sicherheit und Verschlüsselung
Funksignale bewegen sich im freien Raum. Das bedeutet, jeder kann die gesendeten Daten abhören oder stören. Um zumindest das Abhören zu verhindern, werden WLANs mit Verschlüsselung betrieben.
Ein weiterer Knackpunkt ist die Nutzung des WLANs und die Nutzung des damit bereitgestellten Internet-Anschluss durch fremde Personen. Der Betreiber eines ungesicherten WLANs kann rechtlich in die Verantwortung und damit Haftung genommen werden, wenn ihm unbekannte Personen seinen Internet-Zugang für Rechtsverletzungen missbrauchen. Dazu haben bereits die Landgerichte Hamburg (2006) und Düsseldorf (2008) geurteilt. Es gibt zwar auch gegenteiligen Urteile. Doch es empfiehlt sich, gerichtliche Auseinandersetzungen im Voraus zu vermeiden. Deshalb sollte die Verschlüsselung immer aktiviert sein. Vorzugsweise WPA2. Die älteren Verschlüsselungsverfahren WPA und WEP sollte man nicht mehr verwenden. WLAN-Geräte, die WPA2 nicht beherrschen, sollte man dringend austauschen.
Übersicht: IEEE 802.11
Diese Übersicht ist nicht vollständig.
Standard
Beschreibung
802.11
Protokoll und Übertragungsverfahren für drahtlose
Netze, 1997 zunächst nur für 2 MBit/s bei 2,4 GHz
definiert.
802.11a
WLAN mit bis zu 54 MBit/s im 5 GHz Bereich, 12 nicht-überlappende
Kanäle, Modulation: Orthogonal Frequency Division
Multiplexing (OFDM).
802.11b
WLAN mit bis zu 11 MBit/s im 2,4GHz Bereich, 3 nicht-überlappende
Kanäle.
802.11c
Wireless Bridging zwischen Access Points. Spezifiziert das MAC-Layer-Bridging gemäß IEEE 802.1d.
802.11d
Beinhaltet länderspezifische Anpassungen an die jeweilige regulatorischen und gesetzlichen Bestimmungen, wie etwa die Wahl der Funkkanäle.
Wurde zuerst für
den US-Markt entwickelt. Es wurden mit dieser Erweiterung
regionale Besonderheiten, z. B. auch der Frequenzbereich berücksichtigt.
802.11e
Erweitert WLAN um Quality of Service (QoS) -
Priorisierung von Datenpaketen, z. B. für Multimedia-Anwendungen
und Streaming.
802.11f
Regelt die Interoperabilität zwischen Basisstationen. Ermöglicht Roaming zwischen Access Points verschiedener
Hersteller.
802.11g
54-Mbit/s-WLAN im 2,4-GHz-Band, Modulation OFDM.
802.11h
Ergänzungen zum 802.11a für Europa: DFS (Dynamic
Frequency Selection) und TPC (Transmit Power Control).
802.11i
Verbesserung der Verschlüsselung: AES, 802.1x (Ergänzend/Aufbauend
auf WEP und WPA).
802.11j
Japanische Variante von 802.11a für den Bereich 4,9
GHz - 5 GHz.
802.11k
Stellt Informationen über Funk- und Netzwerkaktivitäten zu Verfügung. Bessere Messung/Auswertung/Verwaltung der
Funkparameter (z. B. Signalstärke). Soll unter anderem ortsbezogene Dienste ermöglichen (Location Based Services).
802.11m
Zusammenfassung früherer Ergänzungen, Bereinigung
von Fehlern aus vorausgegangenen Spezifikationen (Maintenance).
802.11n
Geplante Erweiterung für ein zukünftiges,
schnelleres WLAN mit 108 MBit/s bis 320 MBit/s.
802.11o
Soll die Priorisierung von Sprache im WLAN gegenüber dem Datenverkehr definieren.
802.11p
Drahtloser Funkzugriff von Fahrzeugen aus.
802.11q
Unterstützt Virtual LANs (VLAN).
802.11r
Spezifiziert das Fast Roaming beim Wechsel zwischen Access Points. Interessant im Zusammenhang mit VoIP, um Gesprächsunterbrechungen zu vermeiden.
802.11s
Regelt den Aufbau von Wireless Mesh Networks.
802.11t
Wireless Performance Prediction (WPP), legt unter anderem Testverfahren fest.
802.11u
Behandelt das Zusammenspiel mit anderen nicht 802-konformen Netzen, wie etwa den zellularen Handy-Netzen.
802.11v
Wireless-Network-Management.
802.11w
Protected Management Frames.
802.11z
Ermöglicht Direkt-Verbindungen zwischen zwei WLAN-Clients, die über einen Access Point verbunden sind.
802.11aa
Erweitert die QoS-Methoden aus IEEE 802.11e um Funktionen für die Videoübertragung.
Findest Du Elektronik-Kompendium.de gut? Hat Dir diese Webseite auch schon weitergeholfen? Willst Du uns dabei unterstützen noch bekannter und besser zu werden? Erfahre mehr über die Möglichkeiten. Jeder kann etwas tun!
Kundenmeinung: Die Kommunikationstechnik-Fibel ist sehr informativ und verständlich. Genau das habe ich schon seit langem gesucht. Endlich mal ein Buch, das kurz und bündig die moderne Informationstechnik beleuchtet.
Kundenmeinung: Die Computertechnik-Fibel ist wirklich verständlich geschrieben, frei von Ballast und ein tolles Nachschlagewerk. Insgesamt ein sehr empfehlenswertes Buch.
Im Zusammenhang mit IEEE 802.11 und Wireless LAN fällt sehr häufig der Begriff WiFi, der für Wireless Fidelity steht und von der Wireless Ethernet Compability Alliance (WECA) kommuniziert wird. Die WECA ist ein Zusammenschluss von Firmen, die mit dem WiFi-Logo ihre Produkte als IEEE 802.11-kompatibel kennzeichnen. Diese Geräte haben eine Art TÜV durchlaufen. Produkte mit diesem Logo lassen sich uneingeschränkt mit Produkten andere Hersteller kombinieren. Das bedeutet, WLAN-Access-Point und WLAN-Client können von unterschiedlichen Herstellern sein.
Findest Du Elektronik-Kompendium.de gut? Hat Dir diese Webseite auch schon weitergeholfen?