WLAN-Topologie

Eine WLAN-Topologie besteht im wesentlichen aus den drahtlosen Netzteilnehmern, die als WLAN-Clients bezeichnet werden und mindestens einer WLAN-Basisstation, die als Wireless Access Point (WAP) oder einfache nur Access Point (AP) bezeichnet wird. Ein Access Point ist innerhalb eines WLANs das einzige aktive Schicht-2-Element. Vergleichbar mit einer Bridge verbindet der Access Point zwei Netzwerke mit unterschiedlichen physikalischen Schichten. Bspw. das Wireless LAN mit dem drahtgebundenen Ethernet.

Im Folgenden sind verschiedene Topologien beschrieben, wie sie in Kombination mit Wireless LAN nach IEEE 802.11 vorkommen.

IBSS - Independent Basic Service Set (Ad-hoc)

Topologie: Independent Basic Service Set(IBSS)

Schon mit zwei drahtlosen Hosts lässt sich ein einfaches Wireless LAN aufbauen. Diese Topologie bezeichnet man auch als Ad-hoc-Netzwerk. Der WLAN-Standard sieht die Bezeichnung Independent Basic Service Set (IBSS) vor. Bei der Einrichtung sind keine weiteren aktiven Elemente erforderlich. Die Hosts kommunizieren direkt über ihre WLAN-Adapter. Solange sich die Hosts gegenseitig in Reichweite befinden, ist eine Kommunikation zwischen den Hosts möglich.
Der IBSS-Modus wurde nur sehr grob spezifiziert. Deshalb gibt es auch heute noch Probleme, wenn WLAN-Geräte unterschiedlicher Hersteller ad-hoc miteinander verbunden werden sollen. Außerdem ist eine sichere Verschlüsselung im IBSS-Modus nicht möglich.
Diese Art der Vernetzung ist für ein WLAN mit IEEE 802.11 eher unüblich. Eine Ad-hoc-Vernetzung ist mit Bluetooth einfacher und sicherer realisierbar.

BSS - Basic Service Set

Topologie: Basic Service Set(BSS)

Das Basic Service Set (BSS) ist der typische Betrieb eines WLANs. Hier bildet der Wireless Access Point den Übergang vom drahtgebundenen ins drahtlose Netzwerk. Er stellt innerhalb einer Funkzelle den Zugriff auf das drahtgebundene Netzwerk und umgekehrt her. Der Access Point übernimmt dabei die Aufgabe einer Bridge. Er erlaubt es sogar, Protokolle, die das WLAN unnötig überlasten würden, herauszufiltern.
Der Access Point versorgt eine Funkzelle (räumliche Ausbreitung der Funksignale), in der er eine festgelegte Übertragungsrate garantiert. Alle Funkteilnehmer müssen sich jedoch diese Übertragungsrate teilen.
Die Übertragungsrate in einem WLAN ist stark von der Lage und Ausrichtung aller Geräte und der Umgebung abhängig. Hier spielen schwankende Einflüsse, wie die Feuchtigkeit in der Luft und der Bausubstanz eine große Rolle. Einen Access Point stellt man möglichst so auf, dass keine Wände oder andere Hindernisse zwischen Access Point und den WLAN-Clients liegen. Die Aufstellhöhe spielt dabei keine Rolle.
Einzelne WLAN-Netze werden über ihre ESSID (Extended Service Set Identifier) bzw. SSID (Service Set Identifier) identifiziert.
Funkzellen, die zusätzlich QoS unterstützen werden als QBSS bezeichnet.

ESS - Extended Service Set / IEEE 802.11c / Wireless Bridging / WLAN Bridging

IEEE 802.11c / Wireless Bridging

Wenn mehrere Access Points in Form von zwei oder mehreren Basic Service Sets (BSS-A und BSS-B) zueinander eine Funkverbindung herstellen, dann nennt sich das Extended Service Set (ESS).
Die Bridging-Technik zwischen zwei Access Points kann genutzt werden, um die Reichweite eines lokalen Netzwerk auch ohne Kabel zu vergrößern. Dabei besteht die Möglichkeit, Bereiche zu verbinden, die mit der herkömmlichen Verkabelung nicht erreicht werden können.

Die Reichweite im Freien liegt bei guten Bedingungen zwischen 100 und 300 Metern. Reicht das nicht aus, so lässt sich mit zwei gerichteten Antennen einige Kilometer überbrücken. Und das gebühren- und genehmigungsfrei. Auch über Grundstücksgrenzen hinweg.

IEEE 802.11c ist der Standard zur drahtlosen Kopplung zweier Netzwerk-Topologien über WLAN. Das Bridging erfolgt mit zwei Access Points. Hierbei handelt es sich dann um eine dedizierte Funkverbindung. Die Identifikation der Gegenstelle erfolgt über die MAC-Adresse. Anmeldeversuche gewöhnlicher drahtloser Endgeräte werden verweigert.
Die Norm 802.11c ist für die breite Masse ohne Bedeutung. Es handelt sich lediglich um eine Veränderung der Norm 802.1d (MAC-Layer-Bridging) zwecks Koppelung mit 802.11-Datenframe (auf der Sicherungsschicht).
Zwei APs, die mit 802.11c arbeiten ersetzen mit der Funkverbindung eine Kabel-Verbindung.

WLAN-Repeater

Die Reichweite von WLANs ist insbesondere in Innenräumen begrenzt. Zur Vergrößerung der Reichweite werden WLAN-Repeater eingesetzt. Hierbei reduziert sich die verfügbare Reichweite. Trotzdem ergibt sich durch den Einsatz eines WLAN-Repeaters eine verbesserte Übertragungsqualität, um größere Entfernungen oder störende Betonwände zu überwinden.

  • Wireless Distribution System (WDS)
  • Universal Repeater Mode
WLAN-Repeater Wireless Distribution System Universal Repeater Mode
Funktion Bridging zwischen Basisstationen Repeater agiert als Client und Basisstation
WLAN-Kanal gleich konfigurierbar
Bandbreitenhalbierung Ja Nein
Verschlüsselung herstellerspezifisch WPA2, WPA3
gleiche SSID notwendig Ja Nein
Handover zwischen APs Ja Nein
  • Bei einem Single-Radio-WDS wird die WLAN-Schnittstelle für die Verbindung zur eigentlichen Basisstation und zur Versorgung der WLAN-Clients verwendet. Das heißt, dass das WDS die empfangenen Datenpakete im selben WLAN weiterschickt. Dadurch halbiert sich die mögliche Datenrate, weil die Datenpakete im selben WLAN doppelt übertragen werden.
  • Bei einem Dual-Radio-WDS existieren zwei WLAN-Schnittstellen. Eines dient für die Verbindung zur Basisstation. Das andere für die Verbindungen zu den WLAN-Clients. Diese Möglichkeit ist aber bei den meisten handelsüblichen Repeatern nicht vorhanden.
  • Eine Alternative zu WDS ist der Universal Repeater Mode. In diesem Fall dient der Repeater auf der einen Seite als WLAN-Client und auf der anderen Seite als eigenständige WLAN-Basisstation.

WDS - Wireless Distribution System (WLAN-Repeater)

WDS, neben Wireless Distribution System auch Wireless Distributed System genannt, bezeichnet die drahtlose Verbindung mehrerer Wireless Access Points untereinander. Es handelt sich dabei um die Funktion eines WLAN-Repeaters innerhalb eines WLAN-Netzwerks.

WDS - Wireless Distribution System

Ein als WDS konfigurierter Access Point ist eine WLAN-Basisstation, die schwache Funksignale empfängt, neu aufbereitet und verstärkt wieder abstrahlt. WLAN-Repeater vergrößern im Prinzip die Reichweite einer einzelnen Basisstation, die sie über ihre Hardware-Adresse (MAC) identifizieren. Bei der Repeater-Funktion handelt es sich praktisch um eine Funkverlängerung. Der WLAN-Repeater verteilt dabei die Datenpakete per Broadcast an alle WLAN-Teilnehmer und erzeugen damit eine Datenflut im WLAN.
Da Access Point und Repeater die gleiche SSID haben, können sich die WLAN-Clients wahlweise mit dem Repeater oder dem Access Point verbinden. Je nach dem welches Funksignal stärker ist.

WLAN-Mesh

Ein WLAN-Mesh ist ein flächendeckendes WLAN, bei dem sich mehrere Access Points untereinander per WLAN verbinden. Jeder Access Point fungiert dabei als autonomer Knoten, der senden und empfangen kann. Seamless-Routing sorgt dafür, dass ein Client sich mit dem Access Point verbindet, dessen Signal am stärksten zu empfangen ist.

WLAN-Mesh-Systeme sind meistens Tri-Band-Systeme. Sie vernetzen sich gegenseitig über einen hohen Kanal im 5-GHz-Frequenzband. Die WLAN-Clients versorgen sie über das 2,4-GHz-Band und einen niederen Kanal im 5-GHz-Band. Dabei müssen Mesh-Systeme ständig komplizierte Entscheidungen treffen.

  • Wie lange soll ein WLAN-Client im schnelleren 5-GHz-Modus bleiben?
  • Ab wann soll ein WLAN-Client in das langsamere, aber Reichweiten-stärkere 2,4-GHz-Band zurück?

Mangels eines herstellerübergreifenden Standards sind die meisten WLAN-Mesh-Systeme nicht kompatibel zueinander.

Wi-Fi Direct / IEEE 802.11z

IEEE 802.11z bzw. Wi-Fi Direct beschreibt ein Verfahren, wie WLAN-Clients untereinander Daten austauschen können, ohne den Umweg über den Access Point zu nehmen. Das heißt, es können auch Geräte miteinander kommunizieren, die keine Verbindung zu einem Access Point haben.

Wireless Mesh Networks / IEEE 802.11s

IEEE 802.11s regelt, wie WLAN-Stationen untereinander ein drahtloses Backbone aufbauen und Frames für die Stationen außerhalb der Funkzelle weiterleiten. Es gibt zwar schon im Basisstandard 802.11 das Wireless Distribution System (WDS), doch das lässt viele Fragen offen und funktioniert häufig nur mit den Geräten eines Chipsatz- oder Geräte-Herstellers. Mit IEEE 802.11s wird die drahtlose Vernetzung großer Flächen mit WLAN einfacher. Allerdings ist dieser Standard so gut wie nicht verbreitet.

WLAN-Roaming

Wenn sich die Funkbereiche der Access Points gegenseitig ein klein wenig überlappen, dann kann sich der Client zwischen den Access Points bewegen, ohne dass die Netzwerkverbindung unterbrochen wird. Diese Funktionsweise bezeichnet man als Roaming. Für die Umsetzung gibt es mehrere Verfahren.

WLC - Wireless LAN Controller / WLAN-Management

Die Verwaltung großer WLAN-Installationen, also der Betrieb mehrerer Access Points, erfolgt in der Regel über einen Wireless LAN Controller (WLC). Zum WLAN-Management kann der Management-Controller im lokalen Netzwerk installiert sein. Es gibt aber auch Anbieter professioneller Access Points, die die Verwaltung über die Cloud (Webanwendung) anbieten. Das ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen interessant, weil die den Aufwand für die eigene Infrastruktur möglichst klein halten wollen.

In einem Wireless LAN Controller werden WLAN-Profile mit der WLAN-Konfiguration eingerichtet und zentral an die WAPs verteilt. Der WLC koordiniert zum Beispiel individuelle Kanal-Einstellungen, um das verfügbare Frequenzspektrum optimal aufzuteilen.

Aufgaben und Übungen mit dem Raspberry Pi

Übersicht: WLAN-Technik

WLAN-Topologie

Weitere verwandte Themen:

Teilen:

Produktempfehlungen

Alles was Sie über Netzwerke wissen müssen.

Netzwerktechnik-Fibel

Die Netzwerktechnik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Netzwerktechnik, Übertragungstechnik, TCP/IP, Dienste, Anwendungen und Netzwerk-Sicherheit.

Das will ich haben!

Alles was Sie über Netzwerke wissen müssen.

Netzwerktechnik-Fibel

Die Netzwerktechnik-Fibel ist ein Buch über die Grundlagen der Netzwerktechnik, Übertragungstechnik, TCP/IP, Dienste, Anwendungen und Netzwerk-Sicherheit.

Das will ich haben!