Kategorie:WLAN: Unterschied zwischen den Versionen

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Wireless Local Area Network (kurz Wireless LAN oder W-LAN, meist WLAN drahtloses lokales Netzwerk) bezeichnet ein lokales Funknetz, wobei meist ein Standard der IEEE-802.11-Familie gemeint ist. Für diese engere Bedeutung ist auch synonym der Begriff Wi-Fi gebräuchlich, z. B. in den USA, Großbritannien, Kanada, Niederlande, Spanien, Frankreich, Italien. Dieser Begriff wird häufig auch irreführend als Synonym für WLAN-Hotspots bzw. kabellosen Internetzugriff verwendet. Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen die Zertifizierung durch die Wi-Fi Alliance anhand des IEEE-802.11-Standards.
Wireless Local Area Network (kurz Wireless LAN oder W-LAN, meist WLAN drahtloses lokales Netzwerk) bezeichnet ein lokales Funknetz, wobei meist ein Standard der IEEE-802.11-Familie gemeint ist.  
* Für diese engere Bedeutung ist auch synonym der Begriff Wi-Fi gebräuchlich, z. B. in den USA, Großbritannien, Kanada, Niederlande, Spanien, Frankreich, Italien.  
* Dieser Begriff wird häufig auch irreführend als Synonym für WLAN-Hotspots bzw. kabellosen Internetzugriff verwendet.  
* Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen die Zertifizierung durch die Wi-Fi Alliance anhand des IEEE-802.11-Standards.




Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Network (WPAN) haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im Allgemeinen höhere Datenübertragungsraten. WLANs stellen Anpassungen der Schicht 1 und 2 des OSI-Referenzmodells dar, wohingegen in WPANs z. B. über eine im Netzwerkprotokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP beziehungsweise SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird. Bei WLAN wird heute meist das Modulationsverfahren OFDM verwendet.
Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Network (WPAN) haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im Allgemeinen höhere Datenübertragungsraten.  
* WLANs stellen Anpassungen der Schicht 1 und 2 des OSI-Referenzmodells dar, wohingegen in WPANs z. B. über eine im Netzwerkprotokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP beziehungsweise SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird.  
* Bei WLAN wird heute meist das Modulationsverfahren OFDM verwendet.


== Betriebsarten ==
== Betriebsarten ==
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=== Infrastruktur-Modus ===
=== Infrastruktur-Modus ===
Der Infrastruktur-Modus ähnelt im Aufbau dem Mobilfunknetz: Ein Wireless Access Point, oft in Form eines Routers, übernimmt die Koordination aller Clients und sendet in einstellbaren Intervallen (üblicherweise zehnmal pro Sekunde) kleine Datenpakete, sogenannte „Beacons“ (engl. „Leuchtfeuer“, vgl. dt. „Bake“), an alle Stationen im Empfangsbereich. Die Beacons enthalten u. a. folgende Informationen:
Der Infrastruktur-Modus ähnelt im Aufbau dem Mobilfunknetz: Ein Wireless Access Point, oft in Form eines Routers, übernimmt die Koordination aller Clients und sendet in einstellbaren Intervallen (üblicherweise zehnmal pro Sekunde) kleine Datenpakete, sogenannte „Beacons“ (engl. „Leuchtfeuer“, vgl.  
* dt. „Bake“), an alle Stationen im Empfangsbereich.  
* Die Beacons enthalten u. a. folgende Informationen:


*Netzwerkname („Service Set Identifier“, SSID),
*Netzwerkname („Service Set Identifier“, SSID),
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*Art der Verschlüsselung.
*Art der Verschlüsselung.


Dieses „Leuchtfeuer“ erleichtert den Verbindungsaufbau ganz erheblich, da die Clients lediglich den Netzwerknamen und optional einige Parameter für die Verschlüsselung kennen müssen. Gleichzeitig ermöglicht der ständige Versand der Beacon-Pakete die Überwachung der Empfangsqualität – auch dann, wenn keine Nutzdaten gesendet oder empfangen werden. Beacons werden immer mit der niedrigsten Übertragungsrate (1 MBit/s) gesendet, der erfolgreiche Empfang des „Leuchtfeuers“ garantiert also noch keine stabile Verbindung mit dem Netzwerk.
Dieses „Leuchtfeuer“ erleichtert den Verbindungsaufbau ganz erheblich, da die Clients lediglich den Netzwerknamen und optional einige Parameter für die Verschlüsselung kennen müssen.  
* Gleichzeitig ermöglicht der ständige Versand der Beacon-Pakete die Überwachung der Empfangsqualität – auch dann, wenn keine Nutzdaten gesendet oder empfangen werden.  
* Beacons werden immer mit der niedrigsten Übertragungsrate (1 MBit/s) gesendet, der erfolgreiche Empfang des „Leuchtfeuers“ garantiert also noch keine stabile Verbindung mit dem Netzwerk.


Der Aufbau großer WLANs mit mehreren Basisstationen und unterbrechungsfreiem Wechsel der Clients zwischen den verschiedenen Basisstationen ist im Standard vorgesehen. In der Praxis kommt es dabei allerdings zu Problemen:
Der Aufbau großer WLANs mit mehreren Basisstationen und unterbrechungsfreiem Wechsel der Clients zwischen den verschiedenen Basisstationen ist im Standard vorgesehen.  
* In der Praxis kommt es dabei allerdings zu Problemen:


*Die Frequenzbereiche der Basisstationen überlappen sich und führen zu Störungen.
*Die Frequenzbereiche der Basisstationen überlappen sich und führen zu Störungen.
*Da – anders als bei Mobilfunknetzen – die gesamte „Intelligenz“ im Client steckt, gibt es kein echtes Handover zwischen verschiedenen Basisstationen. Ein Client wird im Normalfall erst nach einer neuen Basisstation suchen, wenn der Kontakt zur vorherigen bereits abgebrochen ist.
*Da – anders als bei Mobilfunknetzen – die gesamte „Intelligenz“ im Client steckt, gibt es kein echtes Handover zwischen verschiedenen Basisstationen.  
* Ein Client wird im Normalfall erst nach einer neuen Basisstation suchen, wenn der Kontakt zur vorherigen bereits abgebrochen ist.




=== Ad-hoc-Modus ===
=== Ad-hoc-Modus ===
Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig. Ad-hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen, für die spontane Vernetzung weniger Endgeräte sind allerdings andere Techniken, wie Bluetooth, eher gebräuchlich.
Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig.  
* Ad-hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen, für die spontane Vernetzung weniger Endgeräte sind allerdings andere Techniken, wie Bluetooth, eher gebräuchlich.


Die Voraussetzungen für den Ad-hoc-Modus sind dieselben wie für den Infrastruktur-Modus: Alle Stationen benutzen denselben Netzwerknamen („Service Set Identifier“, SSID) und optional dieselben Einstellungen für die Verschlüsselung. Da es in einem Ad-hoc-Netz keine zentrale Instanz (Access Point) gibt, muss deren koordinierende Funktion von den Endgeräten übernommen werden. Eine Weiterleitung von Datenpaketen zwischen den Stationen ist nicht vorgesehen und in der Praxis auch nicht ohne Weiteres möglich, denn im Ad-hoc-Modus werden keine Informationen ausgetauscht, die den einzelnen Stationen einen Überblick über das Netzwerk geben könnten. Aus diesen Gründen eignet sich der Ad-hoc-Modus nur für eine sehr geringe Anzahl von Stationen, die sich wegen der begrenzten Reichweite der Sender zudem physisch nahe beieinander befinden müssen. Ist das nicht der Fall, kann es vorkommen, dass eine Station nicht mit allen anderen Stationen kommunizieren kann, da diese schlicht kein Signal mehr empfangen.
Die Voraussetzungen für den Ad-hoc-Modus sind dieselben wie für den Infrastruktur-Modus: Alle Stationen benutzen denselben Netzwerknamen („Service Set Identifier“, SSID) und optional dieselben Einstellungen für die Verschlüsselung.  
* Da es in einem Ad-hoc-Netz keine zentrale Instanz (Access Point) gibt, muss deren koordinierende Funktion von den Endgeräten übernommen werden.  
* Eine Weiterleitung von Datenpaketen zwischen den Stationen ist nicht vorgesehen und in der Praxis auch nicht ohne Weiteres möglich, denn im Ad-hoc-Modus werden keine Informationen ausgetauscht, die den einzelnen Stationen einen Überblick über das Netzwerk geben könnten.  
* Aus diesen Gründen eignet sich der Ad-hoc-Modus nur für eine sehr geringe Anzahl von Stationen, die sich wegen der begrenzten Reichweite der Sender zudem physisch nahe beieinander befinden müssen.  
* Ist das nicht der Fall, kann es vorkommen, dass eine Station nicht mit allen anderen Stationen kommunizieren kann, da diese schlicht kein Signal mehr empfangen.


=== Wireless Distribution System (WDS) und Repeating ===
=== Wireless Distribution System (WDS) und Repeating ===
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[[Datei:ThroughputEnvelope11n.png|mini|hochkant=1.4|Gemessener applikationsspezifischer UDP-Datendurchsatz mit 802.11n (40 MHz Bandbreite)]]
[[Datei:ThroughputEnvelope11n.png|mini|hochkant=1.4|Gemessener applikationsspezifischer UDP-Datendurchsatz mit 802.11n (40 MHz Bandbreite)]]


Oft ist der theoretisch mögliche Durchsatz auf [[OSI-Modell#Schicht 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)|OSI-Schicht 2]] angegeben. Für den Benutzer ist aber der tatsächliche Datendurchsatz auf OSI-Schicht 5 relevant. Die Norm IEEE802.11 unterteilt WLAN in verschiedene Varianten (b, g, n, a), von denen jede andere theoretisch mögliche Datenraten besitzt. Diese Varianten sind wieder in Modulationsarten unterteilt. Für alle Varianten gilt jedoch, dass der Datendurchsatz nicht nur von Signalstärken und der daraus resultierenden Modulation abhängt, sondern auch maßgeblich von u. a. der Paketgröße abhängig ist.
Oft ist der theoretisch mögliche Durchsatz auf [[OSI-Modell#Schicht 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)|OSI-Schicht 2]] angegeben.  
* Für den Benutzer ist aber der tatsächliche Datendurchsatz auf OSI-Schicht 5 relevant.  
* Die Norm IEEE802.11 unterteilt WLAN in verschiedene Varianten (b, g, n, a), von denen jede andere theoretisch mögliche Datenraten besitzt.  
* Diese Varianten sind wieder in Modulationsarten unterteilt.  
* Für alle Varianten gilt jedoch, dass der Datendurchsatz nicht nur von Signalstärken und der daraus resultierenden Modulation abhängt, sondern auch maßgeblich von u. a. der Paketgröße abhängig ist.


In einer typischen Situation sitzt einer der Endpunkte der Verbindung im WLAN, der andere im drahtgebundenen Ethernet. Daher müssen die Datenpakete das WLAN (802.11) passieren und z. B. in Ethernet (802.3) konvertiert werden und andersherum. Durch die verschiedenen Paketlängen der Medien beeinflusst die Paketgröße der Anwendung den Durchsatz. Anwendungen mit kleinen Paketen, z. B. VoIP, weisen einen schlechteren Datendurchsatz auf als solche mit großen Paketen, z. B. HTTP-Transfers. Dies ist auch deutlich in den beiden Graphen und der Tabelle zu erkennen, welche mit 25 m Abstand zwischen den WLAN-Endpunkten aufgenommen wurden.
In einer typischen Situation sitzt einer der Endpunkte der Verbindung im WLAN, der andere im drahtgebundenen Ethernet.  
* Daher müssen die Datenpakete das WLAN (802.11) passieren und z. B. in Ethernet (802.3) konvertiert werden und andersherum.  
* Durch die verschiedenen Paketlängen der Medien beeinflusst die Paketgröße der Anwendung den Durchsatz.  
* Anwendungen mit kleinen Paketen, z. B. VoIP, weisen einen schlechteren Datendurchsatz auf als solche mit großen Paketen, z. B. HTTP-Transfers.  
* Dies ist auch deutlich in den beiden Graphen und der Tabelle zu erkennen, welche mit 25 m Abstand zwischen den WLAN-Endpunkten aufgenommen wurden.
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=== Frequenzen und Kanäle ===
=== Frequenzen und Kanäle ===
In Deutschland ist für die Frequenzvergabe die [[Bundesnetzagentur]] (BNetzA) zuständig, in Österreich die [[Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH#Rundfunk- und Telekom Regulierungs-GmbH (RTR-GmbH)|Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH]] (RTR), in der Schweiz das [[Bundesamt für Kommunikation]] (BAKOM). Die nationalen Behörden richten sich nach übergeordneten Behörden wie dem [[Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen|ETSI]] in Europa und international nach der [[Internationale Fernmeldeunion|ITU]].
In Deutschland ist für die Frequenzvergabe die [[Bundesnetzagentur]] (BNetzA) zuständig, in Österreich die [[Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH#Rundfunk- und Telekom Regulierungs-GmbH (RTR-GmbH)|Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH]] (RTR), in der Schweiz das [[Bundesamt für Kommunikation]] (BAKOM).  
* Die nationalen Behörden richten sich nach übergeordneten Behörden wie dem [[Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen|ETSI]] in Europa und international nach der [[Internationale Fernmeldeunion|ITU]].


Die Frequenzzuteilungen im 2,4-GHz-Band und im 5-GHz-Band sind für Deutschland der Webseite der BNetzA zu entnehmen.
Die Frequenzzuteilungen im 2,4-GHz-Band und im 5-GHz-Band sind für Deutschland der Webseite der BNetzA zu entnehmen.


==== Anmerkungen zu 2,4 GHz ====
==== Anmerkungen zu 2,4 GHz ====
Der Frequenzbereich im 2,4-GHz-Band wurde in 14 Kanäle aufgeteilt; in fast allen Ländern sind nur die ersten 13 verwendbar. Früher waren in Spanien nur die Kanäle 10 und 11 und in Frankreich die Kanäle 10 bis 13 zulässig.
Der Frequenzbereich im 2,4-GHz-Band wurde in 14 Kanäle aufgeteilt; in fast allen Ländern sind nur die ersten 13 verwendbar.  
* Früher waren in Spanien nur die Kanäle 10 und 11 und in Frankreich die Kanäle 10 bis 13 zulässig.


Obwohl der Kanalabstand (außer bei Kanal 14) 5 MHz beträgt, benötigt eine Funkverbindung eine [[Bandbreite]] von 20 MHz (802.11b 22 MHz).
Obwohl der Kanalabstand (außer bei Kanal 14) 5 MHz beträgt, benötigt eine Funkverbindung eine [[Bandbreite]] von 20 MHz (802.11b 22 MHz).
Um Störungen zu vermeiden, müssen bei räumlich überschneidenden Funkzellen überlappungsfreie Frequenzbereiche mit einem Abstand von vier Kanalnummern gewählt werden. Für überlappungsfreie Funkzellen sind daher in Europa die Kanalkombinationen 1, 5, 9, 13 (in den USA 1, 6, 11) zu verwenden.
Um Störungen zu vermeiden, müssen bei räumlich überschneidenden Funkzellen überlappungsfreie Frequenzbereiche mit einem Abstand von vier Kanalnummern gewählt werden.  
* Für überlappungsfreie Funkzellen sind daher in Europa die Kanalkombinationen 1, 5, 9, 13 (in den USA 1, 6, 11) zu verwenden.


Aufgrund der geringen Frequenzbreite der FCC werden US-Karten auch als „World“-Karten bezeichnet. Dies soll unterstreichen, dass sie in den meisten Ländern eingesetzt werden dürfen.
Aufgrund der geringen Frequenzbreite der FCC werden US-Karten auch als „World“-Karten bezeichnet.  
* Dies soll unterstreichen, dass sie in den meisten Ländern eingesetzt werden dürfen.


Zu berücksichtigen ist, dass die WLAN-Kanäle 9 und 10 nahe am Spitzenwert der Leckfrequenz haushaltsüblicher Mikrowellenherde (2,455 GHz) liegen und dadurch eine Störung dieser Kanäle möglich ist.
Zu berücksichtigen ist, dass die WLAN-Kanäle 9 und 10 nahe am Spitzenwert der Leckfrequenz haushaltsüblicher Mikrowellenherde (2,455 GHz) liegen und dadurch eine Störung dieser Kanäle möglich ist.


==== Anmerkungen zu 5 GHz ====
==== Anmerkungen zu 5 GHz ====
Mit Ausnahme der USA, in denen die Kanäle 36 bis 64 auch im Freien verwendet werden dürfen, ist der 802.11a-Standard weltweit nur für den Gebrauch in geschlossenen Räumen zugelassen. In Europa sind jedoch durch den 802.11h-Standard erweiterte Nutzungsmöglichkeiten gegeben.
Mit Ausnahme der USA, in denen die Kanäle 36 bis 64 auch im Freien verwendet werden dürfen, ist der 802.11a-Standard weltweit nur für den Gebrauch in geschlossenen Räumen zugelassen.  
* In Europa sind jedoch durch den 802.11h-Standard erweiterte Nutzungsmöglichkeiten gegeben.


Die Kanäle 155 bis 171 sind in Deutschland von der Bundesnetzagentur für „Broadband Fixed Wireless Access“ (BFWA) für gewerbliche öffentliche Netze freigegeben und meldepflichtig. Sie erlauben bis zu 4 Watt Sendeleistung.
Die Kanäle 155 bis 171 sind in Deutschland von der Bundesnetzagentur für „Broadband Fixed Wireless Access“ (BFWA) für gewerbliche öffentliche Netze freigegeben und meldepflichtig.  
* Sie erlauben bis zu 4 Watt Sendeleistung.
Auf Basis der SRD-Zulassung (Short Range Device) darf der Frequenzbereich 5725–5850 MHz (Kanäle 149 bis 165) mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung von 25 mW in Europa genutzt werden.
Auf Basis der SRD-Zulassung (Short Range Device) darf der Frequenzbereich 5725–5850 MHz (Kanäle 149 bis 165) mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung von 25 mW in Europa genutzt werden.


Laut der EU-Entscheidung 2005/513/EC darf der Bereich 5150–5350 MHz (Kanäle 36 bis inklusive 64) mit einer Sendeleistung von bis zu 200 mW in Europa nur in geschlossenen Räumen genutzt werden, der Bereich 5150–5250 MHz dabei auch ohne DFS und TPC. Der Bereich 5470–5725 MHz kann mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von bis zu 1,0 W genutzt werden, wenn die automatische Leistungsregelung ([[Transmission Power Control|TPC/TPS]]) und das dynamische Frequenzwahlverfahren ([[Dynamic Frequency Selection|DFS]]) verwendet werden. Dadurch soll sichergestellt werden, dass Primärnutzer (z. B. [[Regenradar]]) auf denselben Frequenzen nicht gestört werden.
Laut der EU-Entscheidung 2005/513/EC darf der Bereich 5150–5350 MHz (Kanäle 36 bis inklusive 64) mit einer Sendeleistung von bis zu 200 mW in Europa nur in geschlossenen Räumen genutzt werden, der Bereich 5150–5250 MHz dabei auch ohne DFS und TPC.  
In Amerika galten schon vorher ähnliche Regelungen. Südafrika übernahm die EU-Entscheidung unverändert, auch in den meisten anderen Ländern der Erde gibt es ähnliche Beschränkungen.
* Der Bereich 5470–5725 MHz kann mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von bis zu 1,0 W genutzt werden, wenn die automatische Leistungsregelung ([[Transmission Power Control|TPC/TPS]]) und das dynamische Frequenzwahlverfahren ([[Dynamic Frequency Selection|DFS]]) verwendet werden.  
* Dadurch soll sichergestellt werden, dass Primärnutzer (z.  
* B. [[Regenradar]]) auf denselben Frequenzen nicht gestört werden.
In Amerika galten schon vorher ähnliche Regelungen.  
* Südafrika übernahm die EU-Entscheidung unverändert, auch in den meisten anderen Ländern der Erde gibt es ähnliche Beschränkungen.


==== Kanalbreiten, überlappungsfreie Kanäle und Spektralmasken ====
==== Kanalbreiten, überlappungsfreie Kanäle und Spektralmasken ====
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=== 802.11 ===
=== 802.11 ===
Der ursprüngliche, nicht mehr gebräuchliche WLAN-Standard 802.11 aus dem Jahr 1997 sah drei Übertragungsarten vor:
Der ursprüngliche, nicht mehr gebräuchliche WLAN-Standard 802.11 aus dem Jahr 1997 sah drei Übertragungsarten vor:
* Erstens gab es das Frequenzsprungverfahren ([[Frequency Hopping Spread Spectrum|FHSS]]), bei der das verwendete Spektrum in viele kleine Kanäle zerteilt wird. Sender und Empfänger springen synchron nach vordefinierten Abfolgen von Kanal zu Kanal. Das reduziert die Störungsempfindlichkeit erheblich.
* Erstens gab es das Frequenzsprungverfahren ([[Frequency Hopping Spread Spectrum|FHSS]]), bei der das verwendete Spektrum in viele kleine Kanäle zerteilt wird.  
* Zweitens gab es die Übertragungsart [[DSSS]], ein Einzelträgerverfahren, bei dem die Sendeenergie auf einen breiten Frequenzbereich verteilt wird. Schmalbandige Störungen – wie etwa durch [[Bluetooth]], [[ZigBee]] oder [[Modellflug]] – können dadurch praktisch „geschluckt“ werden. Das Signal in einem DSSS-Kanal erstreckt sich über 22 MHz. Die störenden Ausläufer der Modulation am oberen und unteren Ende des Kanals müssen gedämpft werden. Daraus ergibt sich ein Kanalabstand von ebenfalls 22 MHz, wenn sich die für das Signal genutzten Bereiche nicht überlappen sollen. In den USA und Europa waren somit drei überlappungsfreie Kanäle möglich, in Japan vier. Üblicherweise verwendete man damals die Kanäle 1, 6 und 11 sowie in Japan zusätzlich Kanal 14. Mit Leistungseinbußen war auch ein Betrieb mit geringerem Kanalabstand möglich.
* Sender und Empfänger springen synchron nach vordefinierten Abfolgen von Kanal zu Kanal.  
* Drittens gab es das [[Infrarot]]-Übertragungsverfahren. Dieses verwendete diffuses Licht mit einer Wellenlänge von 850-950 nm. Damit war eine Übertragung von bis zu 16 Mbit/s auf einer maximalen Entfernung von 10 Metern möglich. Die Infrarot-Übertragung war nur im Ad-hoc-Modus möglich.
* Das reduziert die Störungsempfindlichkeit erheblich.
* Zweitens gab es die Übertragungsart [[DSSS]], ein Einzelträgerverfahren, bei dem die Sendeenergie auf einen breiten Frequenzbereich verteilt wird.  
* Schmalbandige Störungen – wie etwa durch [[Bluetooth]], [[ZigBee]] oder [[Modellflug]] – können dadurch praktisch „geschluckt“ werden.  
* Das Signal in einem DSSS-Kanal erstreckt sich über 22 MHz.  
* Die störenden Ausläufer der Modulation am oberen und unteren Ende des Kanals müssen gedämpft werden.  
* Daraus ergibt sich ein Kanalabstand von ebenfalls 22 MHz, wenn sich die für das Signal genutzten Bereiche nicht überlappen sollen.  
* In den USA und Europa waren somit drei überlappungsfreie Kanäle möglich, in Japan vier. Üblicherweise verwendete man damals die Kanäle 1, 6 und 11 sowie in Japan zusätzlich Kanal 14.  
* Mit Leistungseinbußen war auch ein Betrieb mit geringerem Kanalabstand möglich.
* Drittens gab es das [[Infrarot]]-Übertragungsverfahren.  
* Dieses verwendete diffuses Licht mit einer Wellenlänge von 850-950 nm.  
* Damit war eine Übertragung von bis zu 16 Mbit/s auf einer maximalen Entfernung von 10 Metern möglich.  
* Die Infrarot-Übertragung war nur im Ad-hoc-Modus möglich.


=== IEEE 802.11b ===
=== IEEE 802.11b ===
Bei der Entwicklung von 802.11b wurde als Modulation OFDM gewählt. Da OFDM noch nicht für das 2,4-GHz-Band zugelassen war, als 802.11b entworfen und standardisiert wurden, musste man wieder auf DSSS mit 22 MHz Kanalbreite zurückgreifen. Jedoch konnte durch eine neue Kodierungsart die Übertragungsrate auch mit DSSS erhöht werden. Für überlappungsfreien Betrieb wurden die Kanäle 1, 6 und 11 benutzt Da es als es nur 11b gab, wenige WLAN-Netze in Betrieb waren, wurde auch CCK-Modulation und Kanäle mit größerem Abstand zueinander genannt.
Bei der Entwicklung von 802.11b wurde als Modulation OFDM gewählt.  
Da heute kaum noch Geräte in Betrieb sind, die ausschließlich 802.11b beherrschen, sollte man auf diesen Standard verzichten. Dadurch wird der Kompatibilitätsmodus nicht benötigt, der Datendurchsatz erhöht sich und ein vierter Kanal wird überlappungsfrei. (siehe 802.11g)
* Da OFDM noch nicht für das 2,4-GHz-Band zugelassen war, als 802.11b entworfen und standardisiert wurden, musste man wieder auf DSSS mit 22 MHz Kanalbreite zurückgreifen.  
* Jedoch konnte durch eine neue Kodierungsart die Übertragungsrate auch mit DSSS erhöht werden.  
* Für überlappungsfreien Betrieb wurden die Kanäle 1, 6 und 11 benutzt Da es als es nur 11b gab, wenige WLAN-Netze in Betrieb waren, wurde auch CCK-Modulation und Kanäle mit größerem Abstand zueinander genannt.
Da heute kaum noch Geräte in Betrieb sind, die ausschließlich 802.11b beherrschen, sollte man auf diesen Standard verzichten.  
* Dadurch wird der Kompatibilitätsmodus nicht benötigt, der Datendurchsatz erhöht sich und ein vierter Kanal wird überlappungsfrei. (siehe 802.11g)


=== 802.11g ===
=== 802.11g ===
Nachdem [[Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren|OFDM]] auch für 2,4 GHz freigegeben worden war, übertrug man das 20-MHz-Kanalschema von 802.11a (5 GHz) auf 2,4 GHz. Im 2003 veröffentlichten Standard 802.11g wurde auch ein Kompatibilitätsmodus für 802.11b-Geräte eingebaut. Dies hat aber den Nachteil, dass der Datendurchsatz für alle Geräte im Netz zurückgeht.
Nachdem [[Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren|OFDM]] auch für 2,4 GHz freigegeben worden war, übertrug man das 20-MHz-Kanalschema von 802.11a (5 GHz) auf 2,4 GHz.  
* Im 2003 veröffentlichten Standard 802.11g wurde auch ein Kompatibilitätsmodus für 802.11b-Geräte eingebaut.  
* Dies hat aber den Nachteil, dass der Datendurchsatz für alle Geräte im Netz zurückgeht.


In Europa sind nun durch die geringere Kanalbreite 4 statt 3 überlappungsfreie Kanäle im 2,4-GHz-Band möglich (1, 5, 9 und 13). Dieses Kanalschema wird auch von der österreichischen [[Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH]] (RTR) empfohlen.
In Europa sind nun durch die geringere Kanalbreite 4 statt 3 überlappungsfreie Kanäle im 2,4-GHz-Band möglich (1, 5, 9 und 13).  
* Dieses Kanalschema wird auch von der österreichischen [[Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH]] (RTR) empfohlen.


In Japan wurde darauf verzichtet Kanal 14 für OFDM freizugeben, sodass mit der Abnahme der Nutzung der inzwischen veralteten Übertragungsart DSSS der Kanal 14 wieder für andere Nutzungen frei wird.
In Japan wurde darauf verzichtet Kanal 14 für OFDM freizugeben, sodass mit der Abnahme der Nutzung der inzwischen veralteten Übertragungsart DSSS der Kanal 14 wieder für andere Nutzungen frei wird.
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=== 802.11n ===
=== 802.11n ===
{{Hauptartikel|IEEE 802.11n}}
{{Hauptartikel|IEEE 802.11n}}
Mit 802.11n wurden 802.11a und g erweitert, so dass nun wahlweise ein Betrieb mit einem Kanalabstand von 40 MHz und einer Signalbreite von 33,75 MHz möglich ist. Das Signal setzt sich in diesem Modus aus 108 Zwischenträgern zu wiederum 0,3125 MHz zusammen. Sechs von diesen Trägern sind Pilotträger. Dadurch ergibt sich eine Steigerung der maximalen Bruttoübertragungsrate (pro Stream) auf 150 Mbit/s, jedoch halbiert sich die Anzahl der überlappungsfreien Kanäle.
Mit 802.11n wurden 802.11a und g erweitert, so dass nun wahlweise ein Betrieb mit einem Kanalabstand von 40 MHz und einer Signalbreite von 33,75 MHz möglich ist.  
* Das Signal setzt sich in diesem Modus aus 108 Zwischenträgern zu wiederum 0,3125 MHz zusammen.  
* Sechs von diesen Trägern sind Pilotträger.  
* Dadurch ergibt sich eine Steigerung der maximalen Bruttoübertragungsrate (pro Stream) auf 150 Mbit/s, jedoch halbiert sich die Anzahl der überlappungsfreien Kanäle.


=== 802.11a ===
=== 802.11a ===
{{Hauptartikel|IEEE 802.11a}}
{{Hauptartikel|IEEE 802.11a}}
Bei der Entwicklung von 802.11a wurde als Modulation [[Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren|OFDM]], ein Mehrträgerverfahren, gewählt. Man entschied sich Kanäle von 20 MHz Breite zu verwenden. Ein Kanal besteht aus 52 Zwischenträgern (engl. sub-carrier) zu je 0,3125 MHz, also insgesamt 16,25 MHz, die tatsächlich für das Signal verwendet werden. Vier von diesen Zwischenträgern sind Pilotträger, übermitteln also keine Daten. Zur Robustheit des Signals tragen die Verfahren Subcarrier-Interleaving, Scrambling und [[Faltungscode]] bei. Subcarrier-Interleaving ist ein Frequenzsprungverfahren auf Ebene der Unterträger.
Bei der Entwicklung von 802.11a wurde als Modulation [[Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren|OFDM]], ein Mehrträgerverfahren, gewählt.  
* Man entschied sich Kanäle von 20 MHz Breite zu verwenden.  
* Ein Kanal besteht aus 52 Zwischenträgern (engl. sub-carrier) zu je 0,3125 MHz, also insgesamt 16,25 MHz, die tatsächlich für das Signal verwendet werden.  
* Vier von diesen Zwischenträgern sind Pilotträger, übermitteln also keine Daten.  
* Zur Robustheit des Signals tragen die Verfahren Subcarrier-Interleaving, Scrambling und [[Faltungscode]] bei.  
* Subcarrier-Interleaving ist ein Frequenzsprungverfahren auf Ebene der Unterträger.


=== 802.11h ===
=== 802.11h ===
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=== 802.11ac ===
=== 802.11ac ===
{{Hauptartikel|IEEE 802.11ac}}
{{Hauptartikel|IEEE 802.11ac}}
Im Dezember 2013 ist der neue Standard 802.11ac verabschiedet worden, der gegenüber 802.11n eine schnellere Datenübertragung mit einer Bruttodatenrate von 1,3 Gbit/s ermöglicht. Netto schaffen gute Geräte aber immerhin das Dreifache der 3-Stream-[[MIMO (Nachrichtentechnik)|MIMO]]-Geräte. Die Datenübertragung geschieht ausschließlich im 5-GHz-Band und fordert eine größere Kanalbreite von 80 MHz, optional eine Kanalbreite von 160 MHz.
Im Dezember 2013 ist der neue Standard 802.11ac verabschiedet worden, der gegenüber 802.11n eine schnellere Datenübertragung mit einer Bruttodatenrate von 1,3 Gbit/s ermöglicht.  
* Netto schaffen gute Geräte aber immerhin das Dreifache der 3-Stream-[[MIMO (Nachrichtentechnik)|MIMO]]-Geräte.  
* Die Datenübertragung geschieht ausschließlich im 5-GHz-Band und fordert eine größere Kanalbreite von 80 MHz, optional eine Kanalbreite von 160 MHz.


=== 802.11ad ===
=== 802.11ad ===
{{Hauptartikel|IEEE 802.11ad}}
{{Hauptartikel|IEEE 802.11ad}}
Seit 2014 können mit dem Standard IEEE 802.11ad im 60-GHz-Bereich bis zu 7 Gbit/s auf Strecken einiger Meter ohne Hindernisse in der Verbindungslinie erreicht werden. Die hohen Datenraten im 60-GHz-Bereich sind durch die im Vergleich zum 5-GHz-Bereich sehr breiten Kanäle möglich. Geräte, die für den 60-GHz-Bereich geeignet sind, sollen für größere Entfernungen bei reduzierter Datenrate in den 5-GHz- oder 2,4-GHz-Bereich wechseln können.
Seit 2014 können mit dem Standard IEEE 802.11ad im 60-GHz-Bereich bis zu 7 Gbit/s auf Strecken einiger Meter ohne Hindernisse in der Verbindungslinie erreicht werden.  
* Die hohen Datenraten im 60-GHz-Bereich sind durch die im Vergleich zum 5-GHz-Bereich sehr breiten Kanäle möglich.  
* Geräte, die für den 60-GHz-Bereich geeignet sind, sollen für größere Entfernungen bei reduzierter Datenrate in den 5-GHz- oder 2,4-GHz-Bereich wechseln können.




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Im Vergleich zu Infarot Bluetooth
Im Vergleich zu Infarot Bluetooth


Vorteile:
;Vorteile:
* große Reichweite
* Hohe Übertragungsgeschwindigkeit
* Keine Sichtverbindung erforderlich


große Reichweite
;Nachteile
 
* hoher Preis
Hohe Übertragungs geschwindigkeit
* hoher Leistungsverbrauch
 
Keine Sichtverbindung erforderlich
 
 
Nachteile
 
hoher Preis
 
 
hoher Leistungsverbrauch


==Sicherheit==
==Sicherheit==
•ESSID (Extended-Service-Set-Identifier)<br>
ESSID (Extended-Service-Set-Identifier)
 
* Name eines drahtlosen Netzes<br>
-Name eines drahtlosen Netzes<br>
* Broadcast der ESSID deaktivieren
 
* MAC-Adresse (Media Access Control)
-Broadcast der ESSID deaktivieren
* Eindeutige und einmalige Identifikationsnummer
 
* Wird vom jeweiligen Hersteller vergeben
•MAC-Adresse (Media Access Control)
* ACL (Access Control List) einpflegen
 
* DHCP (Dynamic-Host-Configuration-Protocol)
-Eindeutige und einmalige Identifikationsnummer
** Weist Clients entsprechend dem Netzwerk eine gültige IP, Subnetmask,Gateway und DNS-Server zu
 
-Wird vom jeweiligen Hersteller vergeben
 
-ACL (Access Control List) einpflegen
 
•DHCP (Dynamic-Host-Configuration-Protocol)
 
-Weist Clients entsprechend dem Netzwerk eine gültige IP, Subnetmask,
Gateway und DNS-Server zu
 
-DHCP deaktiveren
 
=Authentisierungsverfahren:=
• Open System
 
es wird jeder Client zugelassen
 
• Shared System
 
Authentisierung durch WEP
 
• WEP (Wired Equivalent Privacy)
 
– Verfahren zur Datenverschlüsselung und Authentifizierung


– Beruht auf RC4 Algorithmus, dessen Schwächen seit 1994 bekannt
sind


-nicht besonders sicher
= Authentisierungsverfahren =
* Open System
** es wird jeder Client zugelassen
* Shared System
** Authentisierung durch WEP
* WEP (Wired Equivalent Privacy)
** Verfahren zur Datenverschlüsselung und Authentifizierung
** Beruht auf RC4 Algorithmus, dessen Schwächen seit 1994 bekannt sind
** nicht besonders sicher
** Schlüssellänge sollte mindestens 128Bit betragen
** in regelmäßigen Abständen Schlüssel ändern


– Schlüssellänge sollte mindestens 128Bit betragen
* WPA (Wi-Fi Protected Access)
** Standard für Verschlüsselung und Authentifizierung
** entwickelt um grundlegende Schwächen von WEP zu beheben
** Nachfolger von WEP
** Parallel zu WEP einsetzbar


– in regelmäßigen Abständen Schlüssel ändern
* VPN (Virtual Private Network)
 
** Ermöglicht sichere Datenübertragung durch einen verschlüsselten IPv4- bzw. IPv6-Tunnel
• WPA (Wi-Fi Protected Access)
 
– Standard für Verschlüsselung und Authentifizierung
 
– entwickelt um grundlegende Schwächen von WEP zu beheben
- Nachfolger von WEP
 
– Parallel zu WEP einsetzbar
 
VPN (Virtual Private Network)
 
Ermöglicht sichere Datenübertragung durch einen verschlüsselten
IPv4- bzw. IPv6-Tunnel


==Fragen==
==Fragen==
Geben Sie je einen Vor- und Nachteil für Infrarot Wireless-LAN und Bluetooth an.  
Geben Sie je einen Vor- und Nachteil für Infrarot Wireless-LAN und Bluetooth an.  


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  Die Kommunikationsteuerung im WLAN findet über einen zentralen Punkt (Wlan router bzw Access Point) statt.
  Die Kommunikationsteuerung im WLAN findet über einen zentralen Punkt (Wlan router bzw Access Point) statt.


Wlan Access Point unterstützt den Standard IEEE802.11n mit der Datentransferrate von 300 Mbit/s. Bei deinem Test mit einem Notebook wurde nur eine maximale Transferrate von 48 Mbits/s erzielt  
Wlan Access Point unterstützt den Standard IEEE802.11n mit der Datentransferrate von 300 Mbit/s.  
* Bei deinem Test mit einem Notebook wurde nur eine maximale Transferrate von 48 Mbits/s erzielt  
Erläutern Sie drei mögliche Gründe, warum die Transferrate nicht dem angegebenen Wer von 300 Mbit/s entspricht
Erläutern Sie drei mögliche Gründe, warum die Transferrate nicht dem angegebenen Wer von 300 Mbit/s entspricht


  -Notebook WLAN-Karte unterstützt den Standard 802.11n nicht.
  -Notebook WLAN-Karte unterstützt den Standard 802.11n nicht.
  -Bauliche Gegebenheiten zb. Stahlbetonwände führen zur Signaldämpfung
  -Bauliche Gegebenheiten z.B. Stahlbetonwände führen zur Signaldämpfung
  -Access-Point ist zu weit vom Notebook entfernt.
  -Access-Point ist zu weit vom Notebook entfernt.
  -Andere WLANs in Reichweite senden auf dem gleichen Kanal
  -Andere WLANs in Reichweite senden auf dem gleichen Kanal

Version vom 23. September 2022, 08:49 Uhr

Wireless Local Area Network (kurz Wireless LAN oder W-LAN, meist WLAN drahtloses lokales Netzwerk) bezeichnet ein lokales Funknetz, wobei meist ein Standard der IEEE-802.11-Familie gemeint ist.

  • Für diese engere Bedeutung ist auch synonym der Begriff Wi-Fi gebräuchlich, z. B. in den USA, Großbritannien, Kanada, Niederlande, Spanien, Frankreich, Italien.
  • Dieser Begriff wird häufig auch irreführend als Synonym für WLAN-Hotspots bzw. kabellosen Internetzugriff verwendet.
  • Streng genommen sind WLAN und Wi-Fi jedoch nicht dasselbe: WLAN bezeichnet das Funknetzwerk, Wi-Fi hingegen die Zertifizierung durch die Wi-Fi Alliance anhand des IEEE-802.11-Standards.


Im Gegensatz zum Wireless Personal Area Network (WPAN) haben WLANs größere Sendeleistungen und Reichweiten und bieten im Allgemeinen höhere Datenübertragungsraten.

  • WLANs stellen Anpassungen der Schicht 1 und 2 des OSI-Referenzmodells dar, wohingegen in WPANs z. B. über eine im Netzwerkprotokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP beziehungsweise SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird.
  • Bei WLAN wird heute meist das Modulationsverfahren OFDM verwendet.

Betriebsarten

WLANs können – je nach Hardwareausstattung und Bedürfnissen der Betreiber – in verschiedenen Modi betrieben werden:

Infrastruktur-Modus

Der Infrastruktur-Modus ähnelt im Aufbau dem Mobilfunknetz: Ein Wireless Access Point, oft in Form eines Routers, übernimmt die Koordination aller Clients und sendet in einstellbaren Intervallen (üblicherweise zehnmal pro Sekunde) kleine Datenpakete, sogenannte „Beacons“ (engl. „Leuchtfeuer“, vgl.

  • dt. „Bake“), an alle Stationen im Empfangsbereich.
  • Die Beacons enthalten u. a. folgende Informationen:
  • Netzwerkname („Service Set Identifier“, SSID),
  • Liste unterstützter Übertragungsraten,
  • Art der Verschlüsselung.

Dieses „Leuchtfeuer“ erleichtert den Verbindungsaufbau ganz erheblich, da die Clients lediglich den Netzwerknamen und optional einige Parameter für die Verschlüsselung kennen müssen.

  • Gleichzeitig ermöglicht der ständige Versand der Beacon-Pakete die Überwachung der Empfangsqualität – auch dann, wenn keine Nutzdaten gesendet oder empfangen werden.
  • Beacons werden immer mit der niedrigsten Übertragungsrate (1 MBit/s) gesendet, der erfolgreiche Empfang des „Leuchtfeuers“ garantiert also noch keine stabile Verbindung mit dem Netzwerk.

Der Aufbau großer WLANs mit mehreren Basisstationen und unterbrechungsfreiem Wechsel der Clients zwischen den verschiedenen Basisstationen ist im Standard vorgesehen.

  • In der Praxis kommt es dabei allerdings zu Problemen:
  • Die Frequenzbereiche der Basisstationen überlappen sich und führen zu Störungen.
  • Da – anders als bei Mobilfunknetzen – die gesamte „Intelligenz“ im Client steckt, gibt es kein echtes Handover zwischen verschiedenen Basisstationen.
  • Ein Client wird im Normalfall erst nach einer neuen Basisstation suchen, wenn der Kontakt zur vorherigen bereits abgebrochen ist.


Ad-hoc-Modus

Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig.

  • Ad-hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen, für die spontane Vernetzung weniger Endgeräte sind allerdings andere Techniken, wie Bluetooth, eher gebräuchlich.

Die Voraussetzungen für den Ad-hoc-Modus sind dieselben wie für den Infrastruktur-Modus: Alle Stationen benutzen denselben Netzwerknamen („Service Set Identifier“, SSID) und optional dieselben Einstellungen für die Verschlüsselung.

  • Da es in einem Ad-hoc-Netz keine zentrale Instanz (Access Point) gibt, muss deren koordinierende Funktion von den Endgeräten übernommen werden.
  • Eine Weiterleitung von Datenpaketen zwischen den Stationen ist nicht vorgesehen und in der Praxis auch nicht ohne Weiteres möglich, denn im Ad-hoc-Modus werden keine Informationen ausgetauscht, die den einzelnen Stationen einen Überblick über das Netzwerk geben könnten.
  • Aus diesen Gründen eignet sich der Ad-hoc-Modus nur für eine sehr geringe Anzahl von Stationen, die sich wegen der begrenzten Reichweite der Sender zudem physisch nahe beieinander befinden müssen.
  • Ist das nicht der Fall, kann es vorkommen, dass eine Station nicht mit allen anderen Stationen kommunizieren kann, da diese schlicht kein Signal mehr empfangen.

Wireless Distribution System (WDS) und Repeating

Zur Reichweitenerhöhung bestehender Funknetze beziehungsweise Verbindung kabelgebundener Netze via Funk Wireless Bridging

Frequenzen und Datenübertragungsraten

Übersicht

Für drahtlose Netzwerke sind bisher zwei lizenzfreie Frequenzblöcke aus den ISM-Bändern freigegeben worden:

Standard Frequenzblock Anzahl nutzbare Kanäle Bandbreiten Anzahl überlappungsfrei nutzbare Kanäle (Kanalnummern)
[MHz] Kanäle
IEEE 802.11b 2400–2483,5 1–14 11 in den USA,
13 in Europa,
14 in Japan
022 MHz 03 in Europa und den USA ,
04 in Japan
IEEE 802.11g 11 in den USA,
13 in Europa und Japan
020 MHz 04 in Europa und Japan ,
03 in den USA
IEEE 802.11n 020 MHz 04 in Europa und Japan ,
03 in den USA
040 MHz (wenn keine konkurrierenden Netzwerke vorhanden sind) 02 in Europa und Japan ,
01 in den USA (3)
5150–5350
und
5470–5725
36–64
und
100–140
19 in Europa und Japan,
16 in den USA
020 MHz 19 in Europa und Japan,
16 in den USA
040 MHz 09 in Europa und Japan
IEEE 802.11a
(mit 802.11h)
020 MHz 19 in Europa und Japan (mit TPC und DFS nach 802.11h),
16 in den USA
IEEE 802.11ac
(Wi-Fi 5)
020 MHz 19 in Europa und Japan,
16 in den USA
040 MHz 09 in Europa und Japan
080 MHz
160 MHz
IEEE 802.11ax
(Wi-Fi 6)

Datenübertragungsraten

Gemessener applikationsspezifischer UDP-Datendurchsatz mit 802.11g
Gemessener applikationsspezifischer UDP-Datendurchsatz mit 802.11n (40 MHz Bandbreite)

Oft ist der theoretisch mögliche Durchsatz auf OSI-Schicht 2 angegeben.

  • Für den Benutzer ist aber der tatsächliche Datendurchsatz auf OSI-Schicht 5 relevant.
  • Die Norm IEEE802.11 unterteilt WLAN in verschiedene Varianten (b, g, n, a), von denen jede andere theoretisch mögliche Datenraten besitzt.
  • Diese Varianten sind wieder in Modulationsarten unterteilt.
  • Für alle Varianten gilt jedoch, dass der Datendurchsatz nicht nur von Signalstärken und der daraus resultierenden Modulation abhängt, sondern auch maßgeblich von u. a. der Paketgröße abhängig ist.

In einer typischen Situation sitzt einer der Endpunkte der Verbindung im WLAN, der andere im drahtgebundenen Ethernet.

  • Daher müssen die Datenpakete das WLAN (802.11) passieren und z. B. in Ethernet (802.3) konvertiert werden und andersherum.
  • Durch die verschiedenen Paketlängen der Medien beeinflusst die Paketgröße der Anwendung den Durchsatz.
  • Anwendungen mit kleinen Paketen, z. B. VoIP, weisen einen schlechteren Datendurchsatz auf als solche mit großen Paketen, z. B. HTTP-Transfers.
  • Dies ist auch deutlich in den beiden Graphen und der Tabelle zu erkennen, welche mit 25 m Abstand zwischen den WLAN-Endpunkten aufgenommen wurden.
Standard Band Bandbreite UDP-Durchsatz in MBit/s
kleine Pakete
(64 Byte)
große Pakete
(1460 Byte)
802.11b 2,4 GHz 20 MHz 0,5 5,5
802.11g 2,2 25,1
802.11a 50 GHz 2,5 28,3
802.11n 50 GHz

2,4 GHz

9,3 73,0
40 MHz 9,0 100,0

Frequenzen und Kanäle

In Deutschland ist für die Frequenzvergabe die Bundesnetzagentur (BNetzA) zuständig, in Österreich die Rundfunk und Telekom Regulierungs-GmbH (RTR), in der Schweiz das Bundesamt für Kommunikation (BAKOM).

  • Die nationalen Behörden richten sich nach übergeordneten Behörden wie dem ETSI in Europa und international nach der ITU.

Die Frequenzzuteilungen im 2,4-GHz-Band und im 5-GHz-Band sind für Deutschland der Webseite der BNetzA zu entnehmen.

Anmerkungen zu 2,4 GHz

Der Frequenzbereich im 2,4-GHz-Band wurde in 14 Kanäle aufgeteilt; in fast allen Ländern sind nur die ersten 13 verwendbar.

  • Früher waren in Spanien nur die Kanäle 10 und 11 und in Frankreich die Kanäle 10 bis 13 zulässig.

Obwohl der Kanalabstand (außer bei Kanal 14) 5 MHz beträgt, benötigt eine Funkverbindung eine Bandbreite von 20 MHz (802.11b 22 MHz). Um Störungen zu vermeiden, müssen bei räumlich überschneidenden Funkzellen überlappungsfreie Frequenzbereiche mit einem Abstand von vier Kanalnummern gewählt werden.

  • Für überlappungsfreie Funkzellen sind daher in Europa die Kanalkombinationen 1, 5, 9, 13 (in den USA 1, 6, 11) zu verwenden.

Aufgrund der geringen Frequenzbreite der FCC werden US-Karten auch als „World“-Karten bezeichnet.

  • Dies soll unterstreichen, dass sie in den meisten Ländern eingesetzt werden dürfen.

Zu berücksichtigen ist, dass die WLAN-Kanäle 9 und 10 nahe am Spitzenwert der Leckfrequenz haushaltsüblicher Mikrowellenherde (2,455 GHz) liegen und dadurch eine Störung dieser Kanäle möglich ist.

Anmerkungen zu 5 GHz

Mit Ausnahme der USA, in denen die Kanäle 36 bis 64 auch im Freien verwendet werden dürfen, ist der 802.11a-Standard weltweit nur für den Gebrauch in geschlossenen Räumen zugelassen.

  • In Europa sind jedoch durch den 802.11h-Standard erweiterte Nutzungsmöglichkeiten gegeben.

Die Kanäle 155 bis 171 sind in Deutschland von der Bundesnetzagentur für „Broadband Fixed Wireless Access“ (BFWA) für gewerbliche öffentliche Netze freigegeben und meldepflichtig.

  • Sie erlauben bis zu 4 Watt Sendeleistung.

Auf Basis der SRD-Zulassung (Short Range Device) darf der Frequenzbereich 5725–5850 MHz (Kanäle 149 bis 165) mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung von 25 mW in Europa genutzt werden.

Laut der EU-Entscheidung 2005/513/EC darf der Bereich 5150–5350 MHz (Kanäle 36 bis inklusive 64) mit einer Sendeleistung von bis zu 200 mW in Europa nur in geschlossenen Räumen genutzt werden, der Bereich 5150–5250 MHz dabei auch ohne DFS und TPC.

  • Der Bereich 5470–5725 MHz kann mit einer äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von bis zu 1,0 W genutzt werden, wenn die automatische Leistungsregelung (TPC/TPS) und das dynamische Frequenzwahlverfahren (DFS) verwendet werden.
  • Dadurch soll sichergestellt werden, dass Primärnutzer (z.
  • B. Regenradar) auf denselben Frequenzen nicht gestört werden.

In Amerika galten schon vorher ähnliche Regelungen.

  • Südafrika übernahm die EU-Entscheidung unverändert, auch in den meisten anderen Ländern der Erde gibt es ähnliche Beschränkungen.

Kanalbreiten, überlappungsfreie Kanäle und Spektralmasken

Spektralmasken für 802.11a/b/g/n
Überlappungsfreie Kanäle im 2,4-GHz-Band

Gemäß den Vorgaben des Normungsinstituts ETSI steht der WLAN-Anwendung im 2,4-GHz-Band eine Gesamtbandbreite von 83,5 MHz zur Verfügung (mit geringfügigen Unterschieden in den einzelnen Ländern der EU).

Standards nach IEEE 802.11

Normiert wird WLAN, wie viele andere Standards, von der IEEE, kurz für Institut der Elektrik- und Elektronik Ingenieure (engl. Engineers).


802.11

Der ursprüngliche, nicht mehr gebräuchliche WLAN-Standard 802.11 aus dem Jahr 1997 sah drei Übertragungsarten vor:

  • Erstens gab es das Frequenzsprungverfahren (FHSS), bei der das verwendete Spektrum in viele kleine Kanäle zerteilt wird.
  • Sender und Empfänger springen synchron nach vordefinierten Abfolgen von Kanal zu Kanal.
  • Das reduziert die Störungsempfindlichkeit erheblich.
  • Zweitens gab es die Übertragungsart DSSS, ein Einzelträgerverfahren, bei dem die Sendeenergie auf einen breiten Frequenzbereich verteilt wird.
  • Schmalbandige Störungen – wie etwa durch Bluetooth, ZigBee oder Modellflug – können dadurch praktisch „geschluckt“ werden.
  • Das Signal in einem DSSS-Kanal erstreckt sich über 22 MHz.
  • Die störenden Ausläufer der Modulation am oberen und unteren Ende des Kanals müssen gedämpft werden.
  • Daraus ergibt sich ein Kanalabstand von ebenfalls 22 MHz, wenn sich die für das Signal genutzten Bereiche nicht überlappen sollen.
  • In den USA und Europa waren somit drei überlappungsfreie Kanäle möglich, in Japan vier. Üblicherweise verwendete man damals die Kanäle 1, 6 und 11 sowie in Japan zusätzlich Kanal 14.
  • Mit Leistungseinbußen war auch ein Betrieb mit geringerem Kanalabstand möglich.
  • Drittens gab es das Infrarot-Übertragungsverfahren.
  • Dieses verwendete diffuses Licht mit einer Wellenlänge von 850-950 nm.
  • Damit war eine Übertragung von bis zu 16 Mbit/s auf einer maximalen Entfernung von 10 Metern möglich.
  • Die Infrarot-Übertragung war nur im Ad-hoc-Modus möglich.

IEEE 802.11b

Bei der Entwicklung von 802.11b wurde als Modulation OFDM gewählt.

  • Da OFDM noch nicht für das 2,4-GHz-Band zugelassen war, als 802.11b entworfen und standardisiert wurden, musste man wieder auf DSSS mit 22 MHz Kanalbreite zurückgreifen.
  • Jedoch konnte durch eine neue Kodierungsart die Übertragungsrate auch mit DSSS erhöht werden.
  • Für überlappungsfreien Betrieb wurden die Kanäle 1, 6 und 11 benutzt Da es als es nur 11b gab, wenige WLAN-Netze in Betrieb waren, wurde auch CCK-Modulation und Kanäle mit größerem Abstand zueinander genannt.

Da heute kaum noch Geräte in Betrieb sind, die ausschließlich 802.11b beherrschen, sollte man auf diesen Standard verzichten.

  • Dadurch wird der Kompatibilitätsmodus nicht benötigt, der Datendurchsatz erhöht sich und ein vierter Kanal wird überlappungsfrei. (siehe 802.11g)

802.11g

Nachdem OFDM auch für 2,4 GHz freigegeben worden war, übertrug man das 20-MHz-Kanalschema von 802.11a (5 GHz) auf 2,4 GHz.

  • Im 2003 veröffentlichten Standard 802.11g wurde auch ein Kompatibilitätsmodus für 802.11b-Geräte eingebaut.
  • Dies hat aber den Nachteil, dass der Datendurchsatz für alle Geräte im Netz zurückgeht.

In Europa sind nun durch die geringere Kanalbreite 4 statt 3 überlappungsfreie Kanäle im 2,4-GHz-Band möglich (1, 5, 9 und 13).

In Japan wurde darauf verzichtet Kanal 14 für OFDM freizugeben, sodass mit der Abnahme der Nutzung der inzwischen veralteten Übertragungsart DSSS der Kanal 14 wieder für andere Nutzungen frei wird.

802.11n

Vorlage:Hauptartikel Mit 802.11n wurden 802.11a und g erweitert, so dass nun wahlweise ein Betrieb mit einem Kanalabstand von 40 MHz und einer Signalbreite von 33,75 MHz möglich ist.

  • Das Signal setzt sich in diesem Modus aus 108 Zwischenträgern zu wiederum 0,3125 MHz zusammen.
  • Sechs von diesen Trägern sind Pilotträger.
  • Dadurch ergibt sich eine Steigerung der maximalen Bruttoübertragungsrate (pro Stream) auf 150 Mbit/s, jedoch halbiert sich die Anzahl der überlappungsfreien Kanäle.

802.11a

Vorlage:Hauptartikel Bei der Entwicklung von 802.11a wurde als Modulation OFDM, ein Mehrträgerverfahren, gewählt.

  • Man entschied sich Kanäle von 20 MHz Breite zu verwenden.
  • Ein Kanal besteht aus 52 Zwischenträgern (engl. sub-carrier) zu je 0,3125 MHz, also insgesamt 16,25 MHz, die tatsächlich für das Signal verwendet werden.
  • Vier von diesen Zwischenträgern sind Pilotträger, übermitteln also keine Daten.
  • Zur Robustheit des Signals tragen die Verfahren Subcarrier-Interleaving, Scrambling und Faltungscode bei.
  • Subcarrier-Interleaving ist ein Frequenzsprungverfahren auf Ebene der Unterträger.

802.11h

Hierbei handelt es sich um eine Erweiterung zum Standard 802.11a. Sie fügt Transmission Power Control (TPC) und Dynamic Frequency Selection (DFS) hinzu. Damit wird gesichert, dass Radaranlagen, Satelliten- und Ortungsdienste nicht gestört werden. Sie muss in Europa beim Betrieb mit großen Sendeleistungen sowie außerhalb von Gebäuden zwingend eingesetzt werden.

802.11ac

Vorlage:Hauptartikel Im Dezember 2013 ist der neue Standard 802.11ac verabschiedet worden, der gegenüber 802.11n eine schnellere Datenübertragung mit einer Bruttodatenrate von 1,3 Gbit/s ermöglicht.

  • Netto schaffen gute Geräte aber immerhin das Dreifache der 3-Stream-MIMO-Geräte.
  • Die Datenübertragung geschieht ausschließlich im 5-GHz-Band und fordert eine größere Kanalbreite von 80 MHz, optional eine Kanalbreite von 160 MHz.

802.11ad

Vorlage:Hauptartikel Seit 2014 können mit dem Standard IEEE 802.11ad im 60-GHz-Bereich bis zu 7 Gbit/s auf Strecken einiger Meter ohne Hindernisse in der Verbindungslinie erreicht werden.

  • Die hohen Datenraten im 60-GHz-Bereich sind durch die im Vergleich zum 5-GHz-Bereich sehr breiten Kanäle möglich.
  • Geräte, die für den 60-GHz-Bereich geeignet sind, sollen für größere Entfernungen bei reduzierter Datenrate in den 5-GHz- oder 2,4-GHz-Bereich wechseln können.


Vor-und Nachteile

Im Vergleich zu Infarot Bluetooth

Vorteile
  • große Reichweite
  • Hohe Übertragungsgeschwindigkeit
  • Keine Sichtverbindung erforderlich
Nachteile
  • hoher Preis
  • hoher Leistungsverbrauch

Sicherheit

ESSID (Extended-Service-Set-Identifier)

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  • MAC-Adresse (Media Access Control)
  • Eindeutige und einmalige Identifikationsnummer
  • Wird vom jeweiligen Hersteller vergeben
  • ACL (Access Control List) einpflegen
  • DHCP (Dynamic-Host-Configuration-Protocol)
    • Weist Clients entsprechend dem Netzwerk eine gültige IP, Subnetmask,Gateway und DNS-Server zu


Authentisierungsverfahren

  • Open System
    • es wird jeder Client zugelassen
  • Shared System
    • Authentisierung durch WEP
  • WEP (Wired Equivalent Privacy)
    • Verfahren zur Datenverschlüsselung und Authentifizierung
    • Beruht auf RC4 Algorithmus, dessen Schwächen seit 1994 bekannt sind
    • nicht besonders sicher
    • Schlüssellänge sollte mindestens 128Bit betragen
    • in regelmäßigen Abständen Schlüssel ändern
  • WPA (Wi-Fi Protected Access)
    • Standard für Verschlüsselung und Authentifizierung
    • entwickelt um grundlegende Schwächen von WEP zu beheben
    • Nachfolger von WEP
    • Parallel zu WEP einsetzbar
  • VPN (Virtual Private Network)
    • Ermöglicht sichere Datenübertragung durch einen verschlüsselten IPv4- bzw. IPv6-Tunnel

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Der WLAN-Access-Point wird im Infrastruktur Modus betrieben

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Die Kommunikationsteuerung im WLAN findet über einen zentralen Punkt (Wlan router bzw Access Point) statt.

Wlan Access Point unterstützt den Standard IEEE802.11n mit der Datentransferrate von 300 Mbit/s.

  • Bei deinem Test mit einem Notebook wurde nur eine maximale Transferrate von 48 Mbits/s erzielt

Erläutern Sie drei mögliche Gründe, warum die Transferrate nicht dem angegebenen Wer von 300 Mbit/s entspricht

-Notebook WLAN-Karte unterstützt den Standard 802.11n nicht.
-Bauliche Gegebenheiten z.B. Stahlbetonwände führen zur Signaldämpfung
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