Zum Inhalt springen

Wireless Local Area Network

Dies ist ein als lesenswert ausgezeichneter Artikel.
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Dies ist eine alte Version dieser Seite, zuletzt bearbeitet am 8. Dezember 2006 um 19:00 Uhr durch 84.161.12.23 (Diskussion). Sie kann sich erheblich von der aktuellen Version unterscheiden.

Wireless LAN (Wireless Local Area Network, WLAN, Kabelloses Lokales Netzwerk) bezeichnet ein „drahtloses“ lokales Funknetz, wobei meistens ein Standard der IEEE 802.11-Familie gemeint ist. Das Kürzel „Wi-Fi“ wird oft fälschlich mit WLAN gleichgesetzt.

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 Protokoll vorgesehene Emulation der seriellen Schnittstelle und PPP bzw. SLIP eine Netzverbindung aufgebaut wird.

Betriebsart

Ein WLAN kann auf zwei Arten (Modi) betrieben werden – im Infrastruktur-Modus oder im Ad-hoc-Modus.

Im Infrastruktur-Modus wird eine Basisstation, häufig ein Wireless Access Point, speziell ausgezeichnet. Er koordiniert die einzelnen Netzknoten (Clients). Da WLAN auf der Sicherungsschicht (Schicht 2 im OSI-Modell) dasselbe Protokoll wie Ethernet verwendet, kann über einen Wireless Access Point mit Ethernet-Anschluss leicht eine Verbindung zu kabelgebundenen Netzen hergestellt werden. Eine Ethernet-Netzwerkkarte kann also gar nicht unterscheiden, ob sie mit einer anderen Ethernet-Netzwerkkarte oder (über einen Access Point) mit einer WLAN-Karte kommuniziert. Infrastrukturnetze erfordern, implementiert man sie sinnvoll, mehr Planung. Um die Reichweite eines Access Points zu erhöhen gibt es in einigen Access Points die Möglichkeit, den Universal Repeater Mode zu aktivieren.

Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig. Ad-Hoc-Netze lassen sich schnell und ohne großen Aufwand aufbauen. Es ist nicht vorgesehen, dass Pakete weitergereicht werden. Es kann also vorkommen, dass ein physisch zentral stehender Computer das gesamte Netz erreichen kann, ein Computer am Randbereich jedoch nur einen Teil. Es sind maximal 6 Verbindungen im Ad-hoc-Modus möglich. OLSR ist ein spezielles Ad-hoc-Protokoll, mit dem es ermöglicht wird, die auf OSI-Schicht 2 fehlende Möglichkeit des Routing auf OSI-Schicht 3 nachzurüsten. Somit wird es ermöglicht, dass zwei sich gegenseitig nicht direkt erreichende Stationen über eine dritte Station in der Mitte indirekt eine Verbindung aufbauen können. Auf diese Weise kann ein Freies Funknetz eingerichtet werden.

WLANs nach IEEE 802.11 und HIPERLAN unterstützen beide Betriebsmodi. Gerade in WPANs werden gerne Ad-Hoc-Verfahren eingesetzt.

Datensicherheit

Verschlüsselung

Teil des WLAN-Standards IEEE 802.11 ist Wired Equivalent Privacy (WEP), ein Sicherheitsstandard, der den RC4-Algorithmus enthält. Die enthaltene Verschlüsselung mit einem nur 40 Bit (64 Bit genannt) bzw. 104 Bit (128 Bit genannt), bei einigen Herstellern auch 232 Bit (256 Bit genannt) langen statischen Schlüssel, reicht jedoch nicht aus, das WLAN ausreichend zu sichern. Durch das Sammeln von Schlüsselpaaren sind Known-Plaintext-Angriffe möglich. Es gibt frei erhältliche Programme, die sogar ohne vollständigen Paketdurchlauf in der Lage sind, einen schnellen Rechner vorausgesetzt, das Passwort zu entschlüsseln, wobei das bei einem 232-Bit-Schlüssel etwas dauern kann, aber eben nicht unmöglich ist. Jeder Nutzer des Netzes kann den gesamten Verkehr zudem mitlesen. Die Kombination von RC4 und CRC wird als mathematisch unsicher betrachtet.

Aus diesen Gründen sind technische Ergänzungen entwickelt worden, etwa WEPplus, Wi-Fi Protected Access (WPA) als Vorgriff und Teilmenge zu 802.11i, Fast Packet Keying, Extensible Authentication Protocol (EAP), Kerberos oder High Security Solution, die alle mehr oder weniger gut das Sicherheitsproblem von WLAN verkleinern.

Der Nachfolger des WEP ist der neue Sicherheitsstandard 802.11i. Er bietet eine erhöhte Sicherheit durch die Verwendung von TKIP bei WPA bzw. Advanced Encryption Standard (AES) bei WPA2 und gilt zur Zeit als nicht zu entschlüsseln, solange man bei der Einrichtung keine trivialen Passwörter verwendet, die über eine Wörterbuch-Attacke geknackt werden können. Als Empfehlung kann gelten, mit einem Passwortgenerator Passwörter zu erzeugen, die Buchstaben in Groß- und Kleinschreibung, Zahlen und Sonderzeichen enthalten und nicht kürzer als 32 Zeichen sind!

WPA2 ist das Äquivalent der WiFi zu 802.11i, das mit dem Verschlüsselungsalgorithmus AES (Advanced Encryption Standard mit Schlüssellängen von 256 Bit) arbeitet und in neueren Geräten meist unterstützt wird. Ein genaues Betrachten der technischen Daten, um herauszufinden, ob WPA2 auch tatsächlich unterstützt wird, empfiehlt sich allerdings vor dem Kauf. Einige Geräte lassen sich durch Austausch der Firmware mit WPA2-Unterstützung nachrüsten. Jedoch erfolgt hier meist die Verschlüsselung ohne Hardwarebeschleunigung, so dass diese Zugewinne an Sicherheit durch starke Einbußen bei der Geschwindigkeit erkauft werden.

Eine alternative Herangehensweise besteht darin, die Verschlüsselung komplett auf IP-Ebene zu verlagern. Hierbei wird der Datenverkehr beispielsweise durch die Verwendung von IPsec oder auch durch einen VPN-Tunnel geschützt. Besonders in freien Funknetzen werden so die Inkompatibilitäten verschiedener Hardware umgangen, eine zentrale Benutzerverwaltung vermieden und der offene Charakter des Netzes gewahrt.

Entsprechend der Rechtsprechung des Landgerichtes Hamburg Ende Juli 2006 ist die Verschlüsselung verbindlich, weil sie eine Vorsorge vor ungesetzlichem Missbrauch des Funknetzes durch Dritte sicherstellt. Sollte der Betreiber eines Funknetzes fachlich nicht in der Lage sein die Vorsorgemaßnahmen auszuführen, besteht für ihn die zumutbare Pflicht, jemanden mit entsprechenden Kenntnissen zu beauftragen, die Vorsorgemaßnahmen auszuführen. Führt der Betreiber diese Vorsorgemaßnahme (und alle weiteren, gemäß der technischen Sachlage) nicht aus, ist er in einem bestimmten Umfang für die Schäden haftbar, die Dritten durch den ungesetzlichem Missbrauch seines Funknetzes entstanden sind.

Beim so genannten WarWalking werden mit einem WLAN-fähigen Notebook oder PDA offene WLAN-Netze gesucht. Diese können dann mit Kreide markiert werden (WarChalking). Das Ziel ist hierbei, Sicherheitslücken aufzudecken und dem Betreiber zu melden und die Verbreitung von WLAN zu untersuchen. Natürlich gibt es auch Personen, die dies zum eigenen Vorteil (kostenlos und unter fremdem Namen surfen) ausnutzen. Fährt man bei der Suche eines WLAN-Netzes mit einem Auto, so spricht man von WarDriving.

Authentifizierung

Extensible Authentication Protocol ist ein Protokoll zur Authentifizierung von Clients. Es kann zur Nutzerverwaltung auf RADIUS-Server zurückgreifen. EAP wird hauptsächlich innerhalb von WPA für größere WLAN-Installationen eingesetzt.

Reichweite und Antennen

54 MBit WLAN-PCI-Karte (802.11b/g)

Die Antennen handelsüblicher 802.11 Endgeräte lassen 30 bis 100 Meter Reichweite auf freier Fläche erwarten. Mit neuester Technik lassen sich sogar 80 Meter in geschlossenen Räumen erreichen.

Bessere WLAN-Hardware sollte den Anschluss einer externen Antenne erlauben. Mit externen Rundstrahlantennen lassen sich bei Sichtkontakt 100 bis 300 Meter im Freien überbrücken.

Leichtbauwände mindern die Reichweite durch Dämpfung der Signale, sind aber einzeln kein großes Hindernis; dagegen werden Metalle und (Stahl-) Beton nicht durchdrungen. Oberflächen können aber experimentell als Reflektorwand dienen, um Funklöcher “auszuspiegeln” - je besser die Leitfähigkeit und je größer die Fläche umso besser.

Bäume, insbesondere dicht belaubte, sind ebenfalls Hindernisse für WLAN-Verbindungen. Je stärker die elektrische Leitfähigkeit des Materials, desto stärker der Effekt. Außerdem können leitende Gegenstände in der Nähe von Antennen deren Richtcharakteristik stark beeinflussen.

WLAN nach 802.11a (maximal 54 Mbit/s brutto) arbeitet im 5-GHz-Band, in dem ein größerer Frequenzbereich (455 MHz Bandbreite) zur Verfügung steht und damit 19 nicht überlappende Frequenzen (in Deutschland) lizenzfrei nutzbar sind. Im Normalbetrieb nach 802.11a sind 100 mW Sendeleistung erlaubt. Unter strengeren Auflagen (TPC, Transmit Power Control und DFS, Dynamic Frequency Selection) sind höhere Sendeleistungen bis 1000 mW gestattet. TPC und DFS sollen sicherstellen, dass Satellitenverbindungen und Radargeräte nicht gestört werden (World Radio Conference 2003). Dies und die höheren Kosten der Hardware auf Grund der höheren Frequenz bewirken, dass sich 802.11a noch nicht gegen 802.11b oder g durchgesetzt hat.

Mit speziellen Richtfunkantennen lassen sich bei Sichtkontakt mehrere Kilometer überbrücken. Hierbei werden teilweise Rekorde mit Verbindungen über mehrere hundert Kilometer aufgestellt, bei denen abgesehen von den Antennen keine anderen aktiven Verstärker eingesetzt werden. Allerdings funktioniert das nur bei optischer Sicht und möglichst auch freier 1. Fresnelzone.

Antennen bringen einen Sende- wie Empfangs-Gewinn (Antennengewinn, in dBi), indem sie elektromagnetische Wellen bündeln. In Deutschland ist die Strahlungsleistung von WLAN-Antennen auf 100 mW (= 20 dBm) EIRP (bei 2,4 GHz) bzw. 1000 mW (= 30 dBm) EIRP (bei 5,7 GHz mit TPC und DFS) begrenzt.

Es besteht inzwischen keine behördliche Meldepflicht grundstücksüberschreitender Funkanlagen mehr. Der Betreiber trägt die Verantwortung, dass seine Anlage die vorgeschriebenen Grenzwerte nicht überschreitet. Es dürfen in Deutschland uneingeschränkt auch selbstgebaute Antennen verwendet werden. Hierfür ist keine Lizenz notwendig. Die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP, früher Bundespost, BAPT) und heute Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen, hat die entsprechenden Frequenzbereiche in einer Allgemeinzuteilung lizenzfrei gestellt.

Berechnet wird die effektive isotrope Strahlungsleistung (EIRP) (in dBm) eines WLAN-Gerätes aus:

+ Sendeleistung (dBm)
+ Verstärkung des Sendeverstärkers (dB) (falls vorhanden)
- Dämpfung der Kabel (dB)
- Dämpfung der Stecker (dB) (meist vernachlässigbar)
- Dämpfung eines Blitzschutzadapters (dB) (falls vorhanden)
+ Gewinn der Antenne (dBi)
─────────────────────────────────────
= Strahlungsleistung (dBm)

Die effektive isotrope Strahlungsleistung ist diejenige Sendeleistung, die ein Sender mit einem idealen Kugelstrahler als Antenne benötigen würde, um die gleiche Leistungsflussdichte zu erreichen. Wenn man die Strahlung (ähnlich wie bei einem Scheinwerfer) in eine bestimmte Richtung konzentriert, braucht man für die Strahlungsleistung in der Hauptrichtung eine bedeutend geringere Sendeleistung. Das Verhältnis dieser Leistungen ist der Antennengewinn.

Reglementiert ist lediglich der Sendeweg. Auf der Empfangsseite hat der Gesetzgeber keine Beschränkungen erlassen. Deshalb kann es sinnvoll sein, die Sendeleistung zu reduzieren, um auf der Empfangsseite einen höheren Antennengewinn nutzen zu können. Es gibt auch Lösungen mit getrennten Sende- und Empfangsantennen mit unterschiedlichem Gewinn.

D-Link DWL-900AP+ AccessPoint. Einsetzbar als Bridge und Repeater

Einige WLAN-Geräte beherrschen auch Antenna-Diversity-Modes. Hierbei werden die durch Interferenzen verursachten Fehler verringert, indem zwei Antennen gleichzeitig zum Empfang bzw. abwechselnd zum Senden verwendet werden. Die zwei Antennenanschlüsse können auch streng getrennt zum Senden und Empfangen genutzt werden. Das hat den Vorteil, zum Empfangen eine Antenne höheren Gewinns verwenden zu können, die bei Verwendung auf der Sendeseite die zulässige Strahlungsleistung überschreiten würde.

Zur Verbindung eines WLAN-Gerätes mit einer zugehörigen Antenne werden spezielle koaxiale Steckverbinder für Hochfrequenzanwendungen verwendet. Bei WLAN sind dies hauptsächlich die sonst selten verwendeten Steckverbinder RP-TNC und RP-SMA. Die FCC ordnete für WLAN die Verwendung von nicht-standardkonformen Antennensteckern an, um den (versehentlichen) Anschluss von nicht für WLAN zugelassenen Antennenanlagen durch den Endanwender zu verhindern (Vgl. FCC Part 15.203).

Entgegen der landläufigen Meinung eignen sich Pringles-Dosen keineswegs als WLAN-Antennen. Dies haben Untersuchungen der Zeitschrift c't 2003 (Heft 9) erwiesen.

Eine ganze Stadt als ein Internet-Hotspot

Als erste deutsche Stadt hat Heidelberg im Dezember 2006 ein eigenes WLAN-Funknetz eingeführt. Touristen können damit per Handy oder Minicomputer Sehenswürdigkeiten und Restaurants im Stadtgebiet finden. Aber auch alle anderen WLAN-Nutzer haben eine durchgängig gleiche Einwahl. Damit sind einige technische Probleme verbunden, die nun im Probebetrieb angegangen werden sollen. Zurzeit sind etwas über 40 Stück von geplanten 100 Antennen aktiv, d. h. der Empfang ist nicht überall gewährleistet. Auch die vielen privaten Hotspots und die schnurlosen Telefone können eine erhebliche Störwirkung für das neue Netz entfalten.[1] [2]

WDS Bridging und Repeating

Manche Access Points (APs) bieten die Möglichkeit, in einen „Bridging-/Repeating-Modus“ zu wechseln. Hierbei können zwei oder mehrere APs zu einem Verbund zusammengeschaltet werden. Diese Verschaltung findet auf der Ebene der MAC-Adresse (Schicht 2 im OSI-Modell) statt. Im Betrieb als Bridge (Brücke), bei dem zwei APs zusammengeschlossen werden, ohne dass weitere Clients Zugang erhalten, dienen die APs sozusagen als Ersatz eines Ethernetkabels (Point-to-Point-Verbindung). Im Repeating-Modus (Point-to-Multi-Point) werden mehrere Access Points miteinander verbunden, und zusätzlich können sich Clients wie Laptops verbinden. Damit kann man die Reichweite eines einzelnen WLAN-Netzes erhöhen. Diese Funktionalität wird Wireless Distribution System (WDS) genannt. Es handelt sich jedoch nicht um eine Hersteller-übergreifende Norm, so dass nicht gewährleistet ist, dass zwei Geräte unterschiedlicher Hersteller sich verständigen können. Wobei beachtet werden muss, dass im Bridging-Betrieb an beiden Access-Points im Regelfall ein Client oder ein Switch angeschlossen ist. Beim Repeating-Modus ist der Anschluss eines Clients an der RJ45-Buchse nicht mehr möglich. Einige Hersteller z. B. Cisco bieten dafür zusätzlich die Modi: Root Bridge with Wireless Clients und Non-Root Bridge with Wireless Clients.

Nachteile:

  1. Für jeden zusätzlichen AP im Bridging-Mode halbiert sich die Übertragungsleistung, da die Daten über den gleichen Kanal geschickt werden und für jeden AP erneut geschickt werden müssen. Bei Geräten, die mehrere Standards unterstützen (zum Beispiel IEEE 802.11b und g), kann die WDS-Bridge auf 802.11g laufen und die Clients auf IEEE 802.11b. Somit reduziert sich die Datenrate für die Clients an einem AP nicht und zwischen Clients von verschiedenen APs nur minimal.
  2. Als Verschlüsselung ist nur WEP möglich, da keine dynamisch verteilten Schlüssel vergeben werden können. Seit kurzem ist auch WPA2 möglich, dies allerdings nur bei wenigen Herstellern und auch dort nur mit exakt derselben Hardware und bestimmten Firmwareversionen.

Ähnliche Betriebsarten:

Der Universal Repeater Mode ermöglicht unabhängig von WDS durch Kombination von Client- und AP-Betriebsart eine Art Bridging-Mode.

Gesellschaftliches

In bestehenden kabelgebundenen Netzen sind die Endverbraucher um große Provider versammelt, über die der Datenverkehr relativ zentral abgewickelt wird, was diese Provider in eine mächtige Position bei der Kontrolle des Datenverkehrs hebt. Der Benutzer tritt hier relativ konsumorientiert am Rande der Netzwerke auf.

Durch Wegfall der Kosten einer teuren kabelgebundenen Infrastruktur können Bürgerschaften mit der WLAN-Technik öffentliche Netze errichten. Bildlich wird gerne das Entstehen einer Datenwolke im Äther als frei verfügbares Allgemeingut über einer Gemeinde geschildert. Ihr volles Potenzial entwickelt diese Idee durch Protokolle für Mesh-Netze (MANET, Mobiles Ad-hoc-Netz). Solche Ansätze funktionieren in kleinen „Wolken“ auch ohne große Koordination befriedigend, größere Netze erfordern eine strukturierte Architektur.

Rechtliche Lage

Ein Zugangsinhaber, dessen ungesichertes Wireless LAN von anderen Benutzern rechtswidrig benutzt wird, haftet nach aktueller, aber noch nicht obergerichtlicher Rechtsprechung als Mitstörer (LG Hamburg, Urt. v. 27.06.2006 - Az.: 308 O 407/06).

Frequenzen

Überblick über die Frequenzbänder

Es gibt mittlerweile mehrere WLAN-Frequenzbänder, die teilweise auf völlig unterschiedlichen Frequenzen arbeiten:

Standard Frequenzen Kanäle
IEEE 802.11a 5,15 GHz bis 5,725 GHz Kanäle: 19, alle überlappungsfrei, in Europa mit TPC und DFS nach 802.11h
IEEE 802.11b 2,4 GHz bis 2,4835 GHz Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa und der Schweiz / 14 in Japan. Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.
IEEE 802.11g 2,4 GHz bis 2,4835 GHz Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa und der Schweiz / 14 in Japan. Maximal 3 Kanäle überlappungsfrei nutzbar.

Die Kanalbandbreite beträgt bei allen Standards zwischen 10 und 30 MHz.

Datenraten

IEEE 802.11 2 Mbps maximal
IEEE 802.11a 54 Mbps maximal (108 Mbps bei 40 MHz Bandbreite proprietär)
IEEE 802.11b 11 Mbps maximal (22 Mbps bei 40 MHz Bandbreite proprietär, 44 Mbps bei 60 MHz Bandbreite proprietär)
IEEE 802.11g 54 Mbps maximal (g+ =108 Mbps proprietär, bis 125 Mbps möglich)
IEEE 802.11h 54 Mbps maximal (108 Mbps bei 40 MHz Bandbreite)
IEEE 802.11n 600 Mbps maximal (Verwendung von MIMO-Technik; Entwurf am 20. Januar 2006 verabschiedet)

Bei der Betrachtung der Datenraten ist allerdings zu berücksichtigen, dass sich alle Geräte im Netz die Bandbreite für Up- und Download teilen. Weiterhin sind die angegebenen Datenraten Bruttowerte, und selbst unter optimalen Bedingungen liegt die erreichbare Netto-Datenrate nur wenig über der Hälfte dieser Angaben.

Kanal Frequenz Bemerkung
1 2,412 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
2 2,417 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
3 2,422 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
4 2,427 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
5 2,432 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
6 2,437 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
7 2,442 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
Kanal Frequenz Bemerkung
8 2,447 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
9 2,452 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
10 2,457 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
11 2,462 GHz Europa, USA, Schweiz, Japan
12 2,467 GHz Europa, Schweiz, Japan
13 2,472 GHz Europa, Schweiz, Japan
14 2,484 GHz Japan

Gemäß dem Standard IEEE 802.11b bzw. 802.11g steht der WLAN-Anwendung eine Gesamtbandbreite von 60 MHz (mit geringfügigen Unterschieden in den einzelnen Ländern der EU) zur Verfügung. Ein einzelner WLAN-Kanal benötigt ein Frequenzband von 20 MHz Breite. Das bedeutet, daß lediglich drei der 11 (USA), 13 (EU, Schweiz) bzw. 14 (Japan) Kanäle gleichzeitig innerhalb der selben Ausleuchtzone verwendet werden können. Diese drei Kanäle werden in den meisten Literaturquellen als „überlappungsfreie“ Kanäle bezeichnet. In den USA sind dies die Kanäle 1, 6 und 11, in der EU, der Schweiz und Japan die Kanäle 1, 7 und 13.

Diskussion um gesundheitliche Risiken

Die von WLAN-Geräten benutzten Funkfrequenzen liegen um 2,4 GHz, bzw. 5,4 GHz, also im Mikrowellenbereich. WLANs werden in die öffentliche Diskussion um Elektrosmog einbezogen. Nach mehreren Studien, u. a. des Bundesamts für Strahlenschutz, „gibt es [innerhalb der gesetzlichen Grenzwerte] nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft keine Nachweise, dass hochfrequente elektromagnetische Felder gesundheitliche Risiken verursachen.“

Siehe auch

Literatur

Quellen, Zeitungsartikel

  1. ↑ Kurt F. de Swaaf: Heidelberg - ein einziger Hotspot. In: Der Spiegel vom SPIEGEL ONLINE-06. Dezember 2006, 18:15
  2. ↑ Online geht es auch hier.

Weiterführende technische Informationen

Englischsprachige Seiten

Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Wireless_Local_Area_Network&oldid=24853950“