Als W-LAN (Wireless Local Area Network) wird ein lokales Funknetz bezeichnet. Meistens handelt es sich um den Standard der IEEE-802.11 Familie. In einigen Ländern wie zum Beispiel Spanien, Frankreich oder Italien verwendet man den Begriff Wi-Fi. Im Gegensatz zum WPAN (Wireless Personal Area Network) verfügt W-LAN über eine größere Sendeleistung und Reichweite. Außerdem bietet es normalerweise eine höhere Datenübertragungsrate. W-LAN verwendet auf der Sicherungsschicht dieselbe Adressierung wie Ethernet. Daher besteht die Option, über einen Wireless Access Point mit integriertem Ethernet-Anschluss eine schnelle Verbindung zu kabelgebundenen Netzwerken herzustellen. Folglich kann eine Ethernet-Netzwerkkarte kann nicht unterscheiden, ob sie mit anderen Ethernet-Netzwerkkarten oder mit WLAN-Karten kommuniziert. Allerdings ist es erforderlich, zwischen Ethernet und W-LAN zu konvertieren. Je nach Hardware-Ausstattung und Bedürfnis der Betreiber kann W-LAN in unterschiedlichen Modi ausgeführt werden.
Infrastruktur-Modus von W-LAN
Im Aufbau ähnelt der Infrastruktur-Modus dem Mobil-Funknetz. Ein drahtloser Router oder Wireless Access Point dient dazu, die Koordination der verschiedenen Clients zu übernehmen und in einstellbaren Intervall-Abständen kleine Daten-Pakete (Beacons) an die Stationen im Empfangsbereich zu senden. Diese Beacons beinhalten Informationen wie eine Liste unterstützter Übertragungsraten, Netzwerkname, Art der Verschlüsselung. Mithilfe dieser Daten-Pakete wird der Verbindungsaufbau erleichtert. Die Clients müssen nur den Netzwerknamen und diverse Parameter für eine Verschlüsselung kennen. Außerdem wird durch den ständigen Versand der Beacon-Pakete die Überwachung der Empfangsqualität ermöglicht. Für das Senden der Beacons findet immer die niedrigste Übertragungsrate Verwendung. Daher garantiert der Empfang dieser Daten-Pakete noch keine stabile Netzwerk-Verbindung. Normalerweise kann die SSID-Übermittlung (Broadcasting) deaktiviert werden, auch wenn durch diese Maßnahme der eigentliche Standard verletzt wird. In dieser Variante stellen die Clients eine aktive Verbindung her. Falls keine Netzwerk-Verbindung besteht, suchen sie nach gespeicherten Netzwerk-Namen von versteckten Netzen. Dabei ergibt sich das Problem, dass man diese diversen Informationen für einen gezielten Angriff auf Endgeräte ausnutzen kann. Durch den Angreifer wird die Anwesenheit des Access Point stimuliert.
Im Standard ist der Aufbau von großen WLANs mit mehreren Basis-Stationen und einem unterbrechungsfreien Wechsel der diversen Clients zwischen den unterschiedlichen Basis-Stationen vorgesehen. Oftmals entstehen in der Praxis Probleme. Es kommt vor, dass sich die Frequenzbereiche der Basis-Stationen überlappen und daher zu Störungen führen. Die Intelligenz steckt komplett im Client und es gibt kein Handover zwischen den Basis-Stationen. Normalerweise sucht ein Client nach einer anderen Basis-Station, falls der Kontakt zu einer vorherigen Station abgebrochen wurde. Die Lösung für diese Problemsituation liegt darin, die Kontrollfunktionen in Basis-Stationen oder das Netzwerk zu verlagern. Eine Zentral-Instanz besitzt die Fähigkeit, Sendeleistung, Frequenzen besser zu steuern und auch einen Handover zu initiieren. Basisstationen verlieren in diesem Szenario einen Teilbereich der Funktionalität und müssen direkt mit der zentralen Instanz kommunizieren. Daher arbeitet man an entsprechenden Geräte-Klassen (Lightweight-Access-Point) sowie Protokollen. Bereits seit einigen Jahren existieren proprietäre Lösungen. Offene Standard-Ausführungen wie zum Beispiel das Lightweight Access Point Protocol befinden sich noch im Entwicklungsprozess.
Ad-hoc-Modus für W-LAN
Im Ad-hoc Modus besteht keine besondere Auszeichnung für eine Station, da alle Stationen als gleichwertig betrachtet werden. Ad-hoc-Netze besitzen den Vorteil, dass sie sich schnell und unkompliziert aufbauen lassen. Allerdings verwendet man für eine spontane Vernetzung von Endgeräten andere Techniken wie Bluetooth oder Infrarot. Für diesen Modus bestehen dieselben Voraussetzungen wie für einen Infrastruktur-Modus. Für die Verschlüsselung benutzen alle Stationen optional dieselben Einstellungen und denselben Netzwerk-Namen. Im Ad-hoc-Netz gibt es keine zentrale Instanz (Access Point). Daher übernehmen die Endgeräte ihre koordinierende Funktion. Außerdem ist nicht vorgesehen, dass Datenpakete zwischen den einzelnen Stationen weitergeleitet werden. Außerdem werden im Ad-hoc-Modus keine Informationen ausgetauscht, um verschiedenen Stationen eine Überblicksmöglichkeit über ein bestimmtes Netzwerk geben zu können. Daher ist der Ad-hoc Modus für eine begrenzte Stationen-Anzahl geeignet. Aufgrund der geringen Sender-Reichweite müssen sie sich in physischer Nähe befinden. Ansonsten kann es vorkommen, dass nicht zwischen allen Stationen eine Kommunikation zustande kommt. Der Grund besteht darin, dass sie keine Signale mehr empfangen. Damit dieses Problem behoben wird, kann man teilnehmende Stationen mit Routing-Fähigkeiten ausstatten. Auf diese Weise sind sie in der Lage, Daten zwischen einzelnen Geräten weiterzuleiten, die nicht in Sendereichweite zueinander liegen. Durch den Austausch von Routing-Informationen wird ein Ad-hoc Netzwerk zum mobilen Ad-hoc-Netzwerk aufgewertet. Software-Komponenten jeder Station besitzen die Funktion, Daten zu sammeln, untereinander auszutauschen und Entscheidungen für eine Weiterleitung der Nutzdaten zu treffen. In diesem Bereich wird an neuen Forschungsergebnissen gearbeitet.
Strahlungsleistung von W-LAN
Mithilfe der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (EIRP) von 2,4 GHz beziehungsweise 5 GHz der handelsüblichen 802.11-Endgeräte kann man 30 bis 100 Meter Reichweite auf einer freien Fläche erwarten. Diverse WLAN-Geräte erlauben es, eine externe Antenne anzuschließen. Verwendet man externe Rundstrahlantennen, ist es möglich, im Freien bei Sichtkontakt 100 bis 300 Meter zu überbrücken. In Ausnahmefällen erreicht man sogar 90 Meter durch geschlossene Räume. Die Reichweite wird durch Hindernissen sowie Form und Art der Bebauung bestimmt. Bei Leichtbauwänden entsteht eine Verringerung der Reichweite aufgrund der Dämpfung. Je nach benutztem Trägerbau und der Unterfolien-Art können sie ein großes Hindernis bei der Übertragung darstellen. Besonders Beton- und Steinaußenwände, Brandschutzkonstruktionen beziehungsweise metallbedampfte Glastüren besitzen die Fähigkeit einer starken Dämpfung. Auch Oberflächen wirken als Reflektor. Befinden sich leitende Gegenstände in Antennen-Nähe, besteht die Möglichkeit, dass die Richtcharakteristik stark beeinflusst wird. Auch Bäume mit dichtem Laub besitzen die Fähigkeit, Signalstärken bei W-LAN zu dämpfen.
Um bei Sichtkontakt mehrere Kilometer zu überbrücken, eignen sich spezielle Richtfunkantennen. Teilweise werden Rekorde mit Netzwerk-Verbindungen von bis zu hundert Kilometer aufgestellt. Es werden nur Antennen-Modelle mit hohem Gewinn eingesetzt und keine Sendeverstärker. Diese Funktion kann nur bei einer freien, ersten Fresnelzone und quasi-optischer Sicht erreicht werden. Bei dieser Anwendung wird die zulässige äquivalente isotrope Strahlungsleistung deutlich überschritten. Da elektromagnetische Wellen gebündelt werden, bringen Antennen einen Empfangs- und Sendegewinn. Zur Beschränkung muss die äquivalente isotrope Strahlungsleistung anstatt der Sendeleistung betrachtet werden.
Zusammenfassung
W-LAN (Wireless Local Area Network) ist ein lokales Funknetz, das in der Regel den IEEE-802.11 Standard verwendet und eine höhere Sendeleistung und Datenübertragungsrate als WPAN bietet. Es kann über Wireless Access Points nahtlos mit kabelgebundenen Ethernet-Netzwerken verbunden werden.
Der Infrastruktur-Modus von W-LAN ähnelt Mobilfunknetzen und verwendet einen zentralen Wireless Access Point zur Koordination der Netzwerk-Clients. Er sendet regelmäßig Datenpakete, sogenannte Beacons, zur Erleichterung des Verbindungsaufbaus und zur Überwachung der Empfangsqualität.
Im Ad-hoc-Modus werden alle Stationen als gleichwertig betrachtet und es gibt keinen zentralen Access Point. Dieser Modus ist flexibel aber für eine begrenzte Anzahl von Stationen und kurze Distanzen optimiert. Software-Entwicklungen zielen darauf ab, die Netzwerkfunktionalität in diesem Modus weiter zu verbessern.
Die Strahlungsleistung von W-LAN-Geräten variiert je nach Bedingungen und Hindernissen, kann aber mit speziellen Antennen auch über mehrere Kilometer reichen. Strukturen wie Wände und Bäume können die Signalstärke beeinträchtigen.
Häufige Fragen und Antworten
Was ist ein W-LAN?
Ein W-LAN (Wireless Local Area Network) ist ein lokales Funknetz, das in der Regel den Standard der IEEE-802.11 Familie verwendet. Es ermöglicht eine drahtlose Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten, wie beispielsweise Computern, Tablets oder Smartphones, innerhalb eines begrenzten geografischen Bereichs. Im Gegensatz zu einem kabelgebundenen Netzwerk bietet ein W-LAN eine größere Sendeleistung und Reichweite sowie eine höhere Datenübertragungsrate.
Wie funktioniert der Infrastruktur-Modus von W-LAN?
Im Infrastruktur-Modus von W-LAN agiert ein zentraler Wireless Access Point als Koordinator für alle Netzwerk-Clients. Er sendet regelmäßig Datenpakete, sogenannte Beacons, um den Verbindungsaufbau zu erleichtern und die Überwachung der Empfangsqualität zu ermöglichen. Die Clients stellen eine aktive Verbindung her und erhalten Informationen wie Netzwerkname, unterstützte Übertragungsraten und Art der Verschlüsselung über diese Beacons. Der Infrastruktur-Modus ermöglicht eine stabile und zuverlässige Verbindung zwischen den Geräten.
Was ist der Ad-hoc-Modus für W-LAN?
Im Ad-hoc-Modus von W-LAN werden alle Stationen als gleichwertig betrachtet, es gibt keinen zentralen Access Point. Dieser Modus eignet sich für spontane Vernetzungen von Geräten, wie beispielsweise Peer-to-Peer-Verbindungen zwischen Laptops. Die Stationen teilen sich Informationen wie den Netzwerknamen und die Verschlüsselungseinstellungen, um eine Verbindung herzustellen. Der Ad-hoc-Modus ist flexibel und einfach einzurichten, jedoch nur für eine begrenzte Anzahl von Stationen und kurze Distanzen geeignet.
Wie weit reicht die Strahlungsleistung von W-LAN?
Die Reichweite der Strahlungsleistung von W-LAN-Geräten hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel Hindernissen, Bauweise von Gebäuden und der Nutzung von externen Antennen. In der Regel kann man bei 2,4 GHz Frequenz eine Reichweite von etwa 30 bis 100 Metern auf einer freien Fläche erwarten. Mit externen Rundstrahlantennen kann man die Reichweite auf bis zu 300 Meter erhöhen. Die tatsächliche Reichweite kann jedoch durch Hindernisse wie Wände, Bäume oder andere Reflektoren beeinflusst werden.
Kann die Strahlungsleistung von W-LAN auch große Distanzen überbrücken?
Ja, mit speziellen Richtfunkantennen ist es möglich, bei Sichtkontakt mehrere Kilometer mit W-LAN zu überbrücken. Es werden dabei Antennen mit hohem Gewinn verwendet, die eine gezielte Ausrichtung der Signale ermöglichen. Hierbei ist es wichtig, dass eine quasi-optische Sicht und freie erste Fresnelzone vorhanden sind. Es gibt jedoch rechtliche und technische Beschränkungen für die maximale äquivalente isotrope Strahlungsleistung, die bei dieser Anwendung überschritten werden kann.