Als W-LAN (Wireless Local Area Network), meist WLAN geschrieben, wird ein lokales Funknetz bezeichnet. In der Regel basiert es auf einem Standard der IEEE-802.11-Familie. Der Begriff Wi-Fi wird weltweit häufig gleichbedeutend verwendet, bezeichnet jedoch genauer eine Marke und die Zertifizierung kompatibler Geräte. Im Gegensatz zum WPAN (Wireless Personal Area Network) ist W-LAN für die lokale Vernetzung über größere Entfernungen ausgelegt. Reichweite und Datenübertragungsrate hängen allerdings vom verwendeten Standard, den Geräten und der Umgebung ab. W-LAN verwendet auf der Sicherungsschicht dieselbe Adressierungsart wie Ethernet. Daher besteht die Option, über einen Wireless Access Point mit integriertem Ethernet-Anschluss eine Verbindung zu kabelgebundenen Netzwerken herzustellen. Für angeschlossene Geräte bleibt dabei weitgehend transparent, ob andere Teilnehmer per Ethernet oder W-LAN kommunizieren. Der Access Point beziehungsweise Router überträgt die Daten zwischen den beiden Netzwerkarten. 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 einem Mobilfunknetz. Ein drahtloser Router oder Wireless Access Point dient dazu, die Koordination der verschiedenen Clients zu übernehmen und in einstellbaren Intervallen kleine Datenpakete, sogenannte Beacons, an die Stationen im Empfangsbereich zu senden. Diese Beacons beinhalten Informationen wie unterstützte Übertragungsraten, Netzwerkname und Art der Verschlüsselung. Mithilfe dieser Datenpakete wird der Verbindungsaufbau erleichtert. Die Clients müssen den Netzwerknamen und die erforderlichen Zugangsdaten beziehungsweise Verschlüsselungsparameter kennen. Außerdem ermöglicht der regelmäßige Versand der Beacon-Pakete den Clients, das Funknetz zu erkennen und die Empfangsqualität einzuschätzen. Für das Senden der Beacons findet üblicherweise eine niedrige, vom Netz unterstützte Übertragungsrate Verwendung. Daher garantiert der Empfang dieser Datenpakete noch keine stabile oder schnelle Netzwerkverbindung.
Normalerweise kann die SSID-Übermittlung deaktiviert werden. Das Verbergen des Netzwerknamens ist jedoch kein wirksamer Schutz vor gezielten Angriffen, da sich ein Funknetz weiterhin anhand anderer Übertragungen erkennen lässt. Falls keine Netzwerkverbindung besteht, können Clients aktiv nach gespeicherten Netzwerknamen suchen. Diese Anfragen lassen sich unter Umständen ausnutzen, um bekannte Netze vorzutäuschen und Endgeräte zu einer Verbindung zu bewegen.
Im Standard ist der Aufbau großer WLANs mit mehreren Basisstationen und einem möglichst unterbrechungsarmen Wechsel der Clients zwischen den unterschiedlichen Basisstationen vorgesehen. In der Praxis können Probleme entstehen, wenn sich Frequenzbereiche ungünstig überlappen und dadurch Störungen verursachen. Die Entscheidung über den Wechsel zu einem anderen Access Point liegt grundsätzlich beim Client. Unterstützende Roaming-Verfahren und zentral verwaltete WLAN-Systeme können den Wechsel beschleunigen sowie Kanäle und Sendeleistung koordinieren. Eine zentrale Instanz besitzt die Fähigkeit, Sendeleistung und Frequenzen besser zu steuern und Clients Informationen über geeignete Basisstationen bereitzustellen. Die Access Points kommunizieren in diesem Szenario mit einem Controller oder einer vergleichbaren Verwaltungsinstanz. Neben herstellerspezifischen Lösungen existieren dafür standardisierte Protokolle und Geräteklassen wie Lightweight Access Points.
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. Für die spontane Vernetzung von Endgeräten werden in der Praxis jedoch häufig andere Techniken wie Bluetooth oder Wi-Fi Direct verwendet. Für die Verbindung müssen die beteiligten Geräte einen kompatiblen Ad-hoc-Modus unterstützen. Für die Verschlüsselung benutzen alle Stationen dieselben Einstellungen und denselben Netzwerknamen.
Im Ad-hoc-Netz gibt es keine zentrale Instanz in Form eines Access Points. Daher übernehmen die Endgeräte die Koordination selbst. Außerdem ist im einfachen Ad-hoc-Modus nicht vorgesehen, dass Datenpakete automatisch zwischen den einzelnen Stationen weitergeleitet werden. Es werden auch nicht dieselben zentralen Verwaltungsinformationen wie in einem Infrastruktur-Netzwerk bereitgestellt. Daher ist der Ad-hoc-Modus vor allem für eine begrenzte Anzahl von Stationen geeignet. Aufgrund der begrenzten Senderreichweite müssen sie sich in physischer Nähe befinden. Ansonsten kann es vorkommen, dass nicht zwischen allen Stationen eine Kommunikation zustande kommt, weil sie keine Signale voneinander 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 entsteht ein mobiles Ad-hoc-Netzwerk beziehungsweise ein Mesh-Netz. Software-Komponenten jeder Station besitzen dann die Funktion, Daten zu sammeln, untereinander auszutauschen und Entscheidungen für eine Weiterleitung der Nutzdaten zu treffen. Ein solches vermaschtes Netzwerk ist technisch vom einfachen Ad-hoc-Modus zu unterscheiden.
Strahlungsleistung von W-LAN
Mit handelsüblichen 802.11-Endgeräten in den Frequenzbereichen 2,4 GHz beziehungsweise 5 GHz kann man unter günstigen Bedingungen etwa 30 bis 100 Meter Reichweite auf einer freien Fläche erwarten. Dabei ist nicht allein die Sendeleistung entscheidend: Die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) berücksichtigt zusätzlich den Antennengewinn. Diverse WLAN-Geräte erlauben es, eine externe Antenne anzuschließen. Verwendet man geeignete Rundstrahlantennen, ist es im Freien bei Sichtkontakt möglich, größere Entfernungen zu überbrücken. Die tatsächlich erreichbare Distanz und Datenrate hängen jedoch stark von Frequenzband, Antennen, zulässiger EIRP, Störungen und Empfängerempfindlichkeit ab.
In Ausnahmefällen kann eine Verbindung auch über größere Entfernungen durch geschlossene Räume zustande kommen, verlässliche Pauschalwerte gibt es dafür aber nicht. Die Reichweite wird durch Hindernisse sowie Form und Art der Bebauung bestimmt. Bei Leichtbauwänden entsteht eine Verringerung der Reichweite aufgrund der Dämpfung. Je nach benutztem Trägerbau und der Art von Dämm- oder Unterfolien können sie ein großes Hindernis bei der Übertragung darstellen. Besonders Beton- und Steinaußenwände, Brandschutzkonstruktionen beziehungsweise metallbedampfte Glastüren können eine starke Dämpfung verursachen. Auch Oberflächen wirken als Reflektoren. Befinden sich leitende Gegenstände in Antennennähe, besteht die Möglichkeit, dass die Richtcharakteristik stark beeinflusst wird. Auch Bäume mit dichtem Laub können WLAN-Signale deutlich dämpfen.
Um bei Sichtkontakt mehrere Kilometer zu überbrücken, eignen sich spezielle Richtfunkantennen. Unter besonderen Versuchsbedingungen wurden auch Netzwerkverbindungen über wesentlich größere Entfernungen aufgebaut. Antennen mit hohem Gewinn bündeln elektromagnetische Wellen und bringen dadurch einen Empfangs- und Sendegewinn. Für eine zuverlässige Richtfunkverbindung sind eine geeignete Ausrichtung, quasi-optische Sicht und eine möglichst freie erste Fresnelzone erforderlich. Entscheidend ist außerdem, dass die am Einsatzort geltenden Grenzwerte eingehalten werden. Zur Beurteilung muss die äquivalente isotrope Strahlungsleistung und nicht nur die Ausgangsleistung des Senders betrachtet werden. Eine leistungsfähigere Antenne darf daher nicht ohne Prüfung der gesamten EIRP eingesetzt werden.
Zusammenfassung
W-LAN (Wireless Local Area Network) ist ein lokales Funknetz, das in der Regel einen Standard der IEEE-802.11-Familie verwendet. Es kann über Wireless Access Points mit kabelgebundenen Ethernet-Netzwerken verbunden werden. Die mögliche Datenübertragungsrate und Reichweite hängen vom Standard, der Hardware und den Umgebungsbedingungen ab.
Der Infrastruktur-Modus von W-LAN verwendet einen zentralen Wireless Access Point zur Koordination der Netzwerk-Clients. Er sendet regelmäßig Datenpakete, sogenannte Beacons, zur Erleichterung des Verbindungsaufbaus und zur Erkennung des Funknetzes. Der Empfang eines Beacons allein belegt jedoch noch keine stabile oder schnelle Verbindung.
Im Ad-hoc-Modus werden alle Stationen als gleichwertig betrachtet und es gibt keinen zentralen Access Point. Dieser Modus ist flexibel, aber vor allem für eine begrenzte Anzahl von Stationen und kurze Distanzen geeignet. Mit zusätzlichen Routing-Funktionen lassen sich vermaschte Netzwerke aufbauen.
Die Reichweite von W-LAN-Geräten variiert je nach Frequenz, Antenne, zulässiger Strahlungsleistung, Störungen und Hindernissen. Strukturen wie Wände, metallbedampftes Glas und dicht belaubte Bäume können die Signalstärke beeinträchtigen. Mit Richtfunkantennen lassen sich unter geeigneten Bedingungen auch mehrere Kilometer überbrücken.
Häufige Fragen und Antworten
Ein W-LAN (Wireless Local Area Network), meist WLAN geschrieben, ist ein lokales Funknetz, das in der Regel einen Standard der IEEE-802.11-Familie verwendet. Es ermöglicht die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten wie Computern, Tablets oder Smartphones innerhalb eines begrenzten Bereichs. Reichweite und Datenübertragungsrate richten sich nach dem eingesetzten Standard, der Hardware, dem Frequenzband und den Umgebungsbedingungen.
Im Infrastruktur-Modus von W-LAN agiert ein zentraler Wireless Access Point als Koordinator für die Netzwerk-Clients. Er sendet regelmäßig Datenpakete, sogenannte Beacons, um das Funknetz erkennbar zu machen und den Verbindungsaufbau zu erleichtern. Die Clients erhalten darüber Informationen wie Netzwerkname, unterstützte Übertragungsraten und Verschlüsselungsverfahren. Die Stabilität der Verbindung hängt dennoch von Signalqualität, Störungen, Auslastung und Geräteeigenschaften ab.
Im Ad-hoc-Modus von W-LAN werden alle Stationen als gleichwertig betrachtet, es gibt keinen zentralen Access Point. Dieser Modus eignet sich für direkte Verbindungen zwischen kompatiblen Geräten. Die Stationen verwenden denselben Netzwerknamen und passende Verbindungseinstellungen, um miteinander zu kommunizieren. Der einfache Ad-hoc-Modus ist flexibel, jedoch vor allem für eine begrenzte Anzahl von Stationen und kurze Distanzen geeignet.
Die Reichweite von W-LAN-Geräten hängt von Faktoren wie Frequenzband, Sendeleistung, Antenne, Hindernissen, Gebäudebauweise und Störungen durch andere Funknetze ab. Unter günstigen Bedingungen sind auf einer freien Fläche ungefähr 30 bis 100 Meter möglich. Geeignete externe Antennen können die nutzbare Entfernung verändern. Wände, metallische Bauteile, Bäume und andere dämpfende oder reflektierende Hindernisse können die tatsächliche Reichweite deutlich verringern.
Ja, mit speziellen Richtfunkantennen ist es unter geeigneten Bedingungen möglich, mehrere Kilometer mit W-LAN zu überbrücken. Antennen mit hohem Gewinn bündeln das Signal und müssen präzise ausgerichtet werden. Wichtig sind eine quasi-optische Sicht, eine möglichst freie erste Fresnelzone und die Einhaltung der geltenden Grenzwerte. Dabei muss die gesamte äquivalente isotrope Strahlungsleistung einschließlich des Antennengewinns betrachtet werden.
