Bericht: Der Wireless LAN Grundlagenreport

Überblick

Generell beschreibt der IEEE 802.11 Standard die Technik des drahtlosen, lokalen Netzwerks. Diese Wireless Local Area Networks werden oft auch als Wireless LAN, WLAN oder WiFi umschrieben. Die etablierten Standards sind zur Zeit 802.11a, 802.11b und IEEE 802.11g. Letzterer wurde im Juni 2003 ratifiziert.

Die Frequenzbänder

Doch bevor wir näher auf die verschiedenen Standards eingehen, wollen wir uns die verschiedenen Frequenzbereiche einmal genauer anschauen.

Das 2,4 GHz-Band: Das klassische Frequenzband für drahtlose Netze ist das ISM-Band (industrial, scientific, medical). Die Nutzung sowohl innerhalb als auch außerhalb von Gebäuden ist, solange die Funkstrecken über eigenem Gelände verlaufen, nach deutschem Recht sowohl anmelde- als auch gebührenfrei. Auch Bluetooth findet in diesem Frequenzbereich seine Heimat.

Leider kommen neben Funksendungen anderer WLANs in auf der 2,4-GHz-Frequenz auch Mikrowellen und sogar Leuchtstoffröhren-Starter als potentielle Störquelle in Frage. Ein weiteres Problem im 2,4 GHz-Band ist die Tatsache, dass in dem schmalen Frequenzband nur drei Kanäle zum konkurrierenden Betrieb zur Verfügung stehen. Das erschwert sowohl das Ausweichen bei Störungen als auch die Versorgung großer Benutzerzahlen über entsprechend dicht gepackte Access Points.

Das 5 GHz-Band: Aus der Enge im 2,4 GHz-Band entwickelte die Industrie das 5 GHz-Band, welches jedoch bei näherer Betrachtung einige Nachteile aufweist. Die Einschränkungen im 5 GHz-Bereich resultieren einerseits aus schlichter Physik, andererseits aus den rechtlichen Rahmenbedingungen. Durch die Nutzung der höheren Frequenz ergeben sich zwangsläufig auch eine höhere Dämpfung sowie eine starke Anfälligkeit gegen Rauschen, Abschattungen und andere parasitäre Effekte. Beides verteuert die Nutzung der 5-GHz-Technik: Die geringere Reichweite - sie beträgt etwa die Hälfte derer von 2,4-GHz-WLANs - erzwingt die Dislozierung einer entsprechend höheren Zahl von Access Points, um eine gleiche Abdeckung zu erreichen. Die Störeffekte lassen sich durch technische Maßnahmen in den Griff bekommen, die jedoch wiederum die Kosten der Komponenten für 5-GHz-Funknetze erhöhen.

Ein Vorteil des 5 GHz-Bandes ist, dass anders als beim 2,4 Ghz-Band nicht drei, sondern acht parallele Kanäle zur Verfügung stehen. Diesen Vorteil kann man aber nur in großen Funknetzwerken ausspielen, in denen aufgrund hoher Benutzerzahlen die Access Points ohnehin sehr dicht gepackt werden müssen.

Alle Standards im Überblick

Standards über Standards - von a bis i ist alles geboten. Um hier noch den Überblick zu behalten und um festzustellen, wecher Buchstabe weche Funktion verbirgt, haben wir hier alle in einer Tabelle zusammengestellt.

• AES = Advanced Encryption Standard
• DFS = Dynamic Frequency Selection
• TPC = Transmit Power Control

Die Standards c, d, e, f und i haben ergänzenden Charakter. Der zukünftige Standard 802.11i soll den ganzen bis dato bestehenden Sicherheitsproblemen, die die Wireless Technologie noch hat, den Gar aus machen. Zu den wichtigsten Verbesserungen zählen die Authentifizierung gemäß IEEE 802.1x (Extensive Authentication Protocol EAP, RADIUS, Kerberos) sowie die Verschlüsselung nach dem Rijndael-Algorithmus (AES). Mit einer Ratifizierung von IEEE 802.11i ist jedoch vor 2004 nicht zu rechnen.

Da für uns nur die Standards a, b und g in Frage kommen, haben wir hier die einzelnen Unterscheidungsmerkmale für euch in einer Tabelle zusammengefasst:

Die relevanten Standards im Überblick

Nachdem wir nun einen kleinen Einblick in die Technik hatten, wollen wir uns im Folgenden die verschiedenen 802.11 Standards einmal genauer ansehen.

IEEE 802.11a Standard

Der 802.11a Standard sendet im 5 GHz-Frequenzbereich (5.725 GHz bis 5.850 GHz) und sieht acht überschneidungsfreie Funkkanäle vor. Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei 54 MBit/s, wobei diese Maximalrate deutlich von Anzahl der Benutzer, der Störeinflüsse und der Entfernung zum Access Point abhängig ist.

Der große Vorteil der 802.11a Technik ist, dass sie frei von Interferenzstörungen durch 2.4 GHz-Geräte wie Funktelefonen, Mikrowellengeräten usw. ist. Des Weiteren coexistiert die 802.11a Technik störungsfrei mit der Bluetoothtechnik und anderen 802.11b/g Geräten.

Durch die Erhöhung des Frequenzbereiches ist jedoch die Reichweite von 802.11a-Netzen deutlich geringer als die von 802.11b oder 802.11g.

Leider ist die 802.11a Technik in der Anschaffung erheblich teurer als die 802.11b/g Geräte, und kann ihre Vorteile nur in großen Funknetzwerken ausspielen. Sie ist daher für den privaten Benutzer nicht empfehlenswert.

IEEE 802.11b Standard

IEEE 802.11b ist der internationale Standard für Wireless-Netzwerke, welcher in einem Frequenzbereich von 2.4 GHz (2.4 GHz bis 2.4835 GHz) sendet. Er sieht drei überschneidungsfreie Funkkanäle vor. Die maximale Übertragungsrate beträgt hierbei 11 MBit/s, jedoch haben auch hier wieder externe Störquellen Einfluss auf die tatsächliche Übertragungsrate.

Der 802.11b Standard ist der wohl meist genutzte Standard, da die benötigten Endgeräte kostengünstig in der Anschaffung sind, beziehungsweise die Preise stetig im Fallen sind. Alle Hotspots, die drahtlose Verbindungen in Hotels, auf Flughäfen und anderen öffentlichen Plätzen erlauben, basieren auf diesem Standard. Durch die hohe Verbreitung ist natürlich auch ein sehr hoher Grad an Kompatibilität zu anderen Benutzern gegeben.

IEEE 802.11g Standard

IEEE 802.11g sendet genau wie IEEE 802.11b in einem Frequenzbereich von 2.4 GHz (2.4 GHz bis 2.4835 GHz). Auch hier sieht IEEE 802.11g drei überschneidungsfreie Funkkanäle vor. Die maximale Übertragungsrate beträgt 54 MBit/s, wobei der effektive Durchsatz für den Benutzer jedoch abhängig ist von der Anzahl der Benutzer, der Störeinflüsse und der Entfernung zum Access Point ist. Der 802.11g-Standard verwendet die OFDM-Modulation (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), doch er unterstützt zur Gewährleistung einer Abwärtskompatibilität mit 802.11b auch CCK-Modulation (Complementary Code Keying) und als Option für schnellere Übertragungsraten die PBCC-Modulation (Packet Binary Convolutional Coding).

Der g-Standard arbeitet problemlos mit bestehenden 802.11b-Wireless-Netzen zusammen und verspricht dieselbe Geschwindigkeit wie 802.11a. Zudem werden die Geräte in ein paar Monaten kaum mehr kosten als die aktuelle 802.11b-Hardware. Daher sieht die Zukunft für 802.11g äußerst rosig aus.

Dual-Band Geräte

Dual-Band Geräte vereinigen all die drei vorgenannten Standards in einem Gerät. Das heißt, der eingebaute Prozessor unterstützt 802.11a, 802.11b und 802.11g. Er sendet sowohl auf dem 5GHz Frequenzband (802.11a) sowie auf dem 2.4 GHz Band (802.11b/g), daher auch der Name Dual Band.

Die verschiedenen Topologien

Hat man nun diesen ganzen Technikteil hinter sich gelassen, so sollte man nur noch mit den folgenden zwei Begriffen gewappnet sein: Einerseits der Infrastrukturmodus andererseits der Ad-hoc-Modus.

Infrastrukturmodus

Wenn ein Access Point vorhanden ist, kann man das Wireless-LAN im Infrastrukturmodus betreiben. Dieser Modus bietet mehreren Wireless-Netzwerkgeräten innerhalb einer festen Reichweite eine Wireless-Konnektivität, indem er mit einem Wireless-Knoten über die Antenne kommuniziert.

Im Infrastrukturmodus setzt der Wireless Access Point Funkdaten in Ethernet-Daten um und nimmt so eine Mittlerposition zwischen dem verkabelten LAN und Wireless-Clients ein. Durch Einbindung mehrerer Access Points über ein verkabeltes Ethernet Backbone kann die Reichweite des Wireless-Netzwerks noch weiter ausgedehnt werden. Mobilcomputer, die den durch einen Access Point abgedeckten Bereich verlassen, treten in den Bereich eines anderen ein. So können sich Wireless-Clients frei zwischen den Access Point-Domains bewegen, ohne dass die Verbindung unterbrochen wird.

Ad-hoc-Modus

In einem Ad-hoc-Netzwerk werden die Verbindungen zwischen Computern nach Bedarf hergestellt; das heißt, es gibt keine Strukturen oder Fixpunkte im Netzwerk - jeder Knoten kann mit jedem anderen Knoten kommunizieren. Bei dieser Konfiguration gibt es keinen Access Point. In diesem Modus kann man schnell eine kleine Wireless-Workgroup einrichten, deren Mitglieder mit Hilfe der Microsoft-Netzwerkfunktionen in den verschiedenen Windows-Betriebssystemen Daten austauschen oder Drucker gemeinsam nutzen können. Manche Anbieter bezeichnen Ad-hoc-Netzwerke auch als Peer-to-Peer-Group-Netzwerke.

Bei dieser Konfiguration werden Netzwerkpakete direkt von den vorgesehenen Übertragungs- und Empfangsstationen gesendet und empfangen. Solange sich die Stationen innerhalb der gegenseitigen Reichweite befinden, ist dies die einfachste und kostengünstigste Methode zur Einrichtung eines Wireless-Netzwerks.

Fazit

Auf die Frage, auf welche Technologie man derzeit setzen sollte, gibt es wie immer mehrere Antworten. Zum einen stellt sich die Frage nach dem Einsatzgebiet. Ist eine hohe Portdichte wichtiger als die Reichweite und setzt man kein großes Augenmerk auf die Kompatibilität zu anderen WLANs, so ist die Antwort eindeutig 802.11a. Für Privatanwender kommt 802.11a also kaum in Frage. Für Firmen bietet es jedoch einen entscheidenden Vorteil: Das Frequenzband ist breiter und bietet 8 parallele Kanäle. 802.11b/g-Netze müssen mit 3 parallelen Kanälen auskommen. Für große Funknetze mit hohen Benutzerzahlen ist 802.11a also besser geeignet.

Da beim Heimanwender eher die Reichweite als Portdichte ausschlaggebend sein dürfte, so muss man sich letztendlich nur noch zwischen 802.11b und 802.11g entscheiden. Wer also möglichst wenig Geld ausgeben will, steigt heute am besten mit einem 802.11b-Netz in die Wireless-Welt ein.

Anwender mit dem „Need for Speed“ sind bei 802.11g richtig aufgehoben, müssen aber noch ein wenig tiefer in den Geldbeutel greifen. Die Migration auf 802.11g gestaltet sich zum Glück durch den simplen Austausch der Hardware problemlos, so dass in diesem Fall sogar ein stufenweiser Wechsel von 802.11b auf 802.11g in Frage käme. Geschwindigkeitshungrige Leute mit trotzdem kleinem Geldbeutel werden wohl oder übel noch bis Ende des Jahres warten müssen, bis die Preise gefallen sind.