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Wireless Local Area Network

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Wireless LAN (Wireless Local Area Network, WLAN) bezeichnet ein "drahtloses" lokales Funknetz-Netzwerk, 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 Netzwerkverbindung aufgebaut wird.

Betriebsarten

Datei:Zelltopologie neu.gif
WLAN Infrastruktur-Netz (Zelltopologie)

Ein WLAN kann man in zwei Modi betreiben: Dem Infrastruktur-Modus und dem Ad-hoc-Modus.

Im Infrastruktur-Modus wird eine Basisstation, häufig ein Wireless Access Point, speziell ausgezeichnet. Er koordiniert die einzelnen Netzknoten. Häufig ist diese Basis-Station dann auch Mittler in ein weiteres Netz, das sowohl Funknetz als auch ein klassisches Kabelnetz sein kann.

Im Ad-hoc-Modus ist keine Station besonders ausgezeichnet, sondern alle sind gleichwertig. In solchen Netzen ist zwar ein Datenaustausch einfach möglich, jedoch ist kein gezieltes Routing in externe Netze möglich. Dafür lassen sich Ad-Hoc-Netze schnell und ohne großen Aufwand aufbauen. Infrastrukturnetze erfordern, implementiert man sie sinnvoll, mehr Planung.

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

Datensicherheit

Teil des WLAN-Standards IEEE 802.11 ist Wired Equivalent Privacy (WEP), ein Sicherheitsstandard, der FHSS, DSSS und den RC4-Algorithmus enthält. Die enthaltene Verschlüsselung mit nur 40 Bit bzw. 104 Bit reicht jedoch längst nicht aus. Durch das Sammeln von Schlüsselpaaren sind Known-Plaintext-Attacken möglich. Jeder Nutzer des Netzwerkes kann den gesamten Verkehr zudem mitlesen. Die Kombination von RC4 und CRC wird als mathematisch unsicher betrachtet.

Aus diesen Gründen haben sich technische Ergänzungen entwickelt, etwa WEPplus, WPA (Wi-Fi Protected Access) als Vorgriff und Teilmenge zu 802.11i, Fast Packet Keying, Extensible Authentication Protocol, 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 und gilt zur Zeit als nicht zu entschlüsseln, solange man bei der Einrichtung keine trivialen Passwörter verwendet (Brute Force Attacke). WPA2 ist das Äquivalent der WiFi zu 802.11i.

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.

Beim so genannten WarWalking werden mit einem WLAN-fähigen Notebook oder PDA offene WLAN-Netze gesucht. Diese werden dann mit Kreide markiert (WarChalking). Das Ziel ist hierbei entweder, Sicherheitslücken aufzudecken und dem Betreiber zu melden, oder aber einen kostenlosen Internetzugang zu erhalten oder gar Daten auszuspähen oder zu manipulieren. Fährt man bei der Suche eines WLAN-Netzes mit einem Auto, so spricht man von WarDriving.

Gesundheit

Die von WLAN-Geräten genutzten Funkfrequenzen liegen um 2,4 GHz, im Mikrowellenbereich. Die gleiche Wellenlänge wird von Mikrowellenherden, Mobilfunk und Radar genutzt. Es herrscht allgemein Unsicherheit darüber, ob die Strahlungsleistungen, die von Mobilfunk- oder WLAN-Geräten ausgehen, schädliche Auswirkungen auf Organismen haben – sprich gefährlich sind. Bei den Leistungen innerhalb eines Mikrowellenherdes oder in der Nähe militärischer Radaranlagen sind schädliche Auswirkungen unbestritten.

Im Unterschied zu GSM senden WLAN-Geräte jedoch mit einer deutlich niedrigeren Sendeleistung (0,1 Watt statt 1-10 Watt) und mittels Frequenzspreizung mit einer höheren Bandbreite. Die Energie pro Frequenzband ist also deutlich niedriger und teilweise kaum vom Hintergrundrauschen zu unterscheiden.

Reichweite und Antennen

Die Antennen handelsüblicher 802.11 Endgeräte lassen 30 bis 100 Meter Reichweite erwarten. Mit neuester Technik (z. B. Linksys) 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, sind aber einzeln kein Hindernis; dagegen werden Stahl und Beton nicht durchdrungen, können im Outdoor-Bereich aber experimentell als Reflektorwand dienen, um Funklöcher “auszuspiegeln”. Bäume, insbesondere dicht belaubte, sind ebenfalls Hindernisse für WLAN-Verbindungen.

WLAN nach 802.11b (maximal 11 Mbit/s brutto) oder 802.11g (maximal 54 Mbit/s brutto) funkt im 2,4-GHz-Band (Wellenlänge von ca. 13 cm). Damit werden alle Gegenstände, ab einer Dicke von 13 cm, zu echten Wellenbrechern. 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) funkt im 5-GHz-Band, in dem ein größerer Frequenzbereich (455 MHz) zur Verfügung steht. Auch dieser Frequenzbereich ist in Deutschland lizenzfrei nutzbar, jedoch sind strenge Auflagen notwendig, um die in diesem Bereich arbeitenden Satelliten und Radargeräte nicht zu stören (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. Es ist zu erwarten, dass dies erst geschieht, wenn eine Frequenzknappheit im 2,4GHz Band aufkommt.)

Mit speziellen Richtfunkantennen lassen sich bei Sichtkontakt mehrere km überbrücken. (Hier werden teilweise irrsinnige Rekorde mit Verbindungen über mehrere hundert Kilometer ohne aktiven Verstärker – abgesehen von den Antennen – erzielt. Allerdings funktioniert das nur zwischen hohen Bergen; auf dem Meer endet nach etwa 30 km durch die Erdkrümmung der Sichtkontakt.)

Antennen bringen einen Sende- wie Empfangs-Gewinn (Antennengewinn, in dBi), indem sie elektromagnetische Wellen bündeln. Rechtlich darf die Sendeleistung aller Komponenten zusammengenommen in Deutschland 100mW EIRP nicht übersteigen. WLAN verwendet eine größere Bandbreite als der Amateurfunk, daher dürfen selbstgebaute Geräte nur mit Sondergenehmigung betrieben werden. Generell dürfen nur Geräte verwendet werden, die abgenommen und unverändert sind. Es besteht keine Meldepflicht.

Berechnet wird die Gesamtleistung (in dBm) eines WLAN-Gerätes aus: 

+ Leistung Sender/Empfänger (Tx/Rx)
+ Gewinn Verstärker
- Dämpfung Kabel
- Dämpfung Stecker
- Dämpfung Blitzschutz
+ Gewinn Antenne
-----------------
= Sende- beziehungsweise Empfangsgesamtleistung

Aus Rücksicht auf die Gesundheit der Nachbarn und der eigenen Person, empfiehlt sich beim Bau eigener Antennen oder deren Montage Vorsicht walten zu lassen.

Gesellschaftliches

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

Eine neue Perspektive bieten hier Freie Funknetze: Hardware für Funknetze ist mittlerweile halbwegs günstig und das Medium eines Funknetzes, die elektromagnetische Welle, ist kostenlos (zumindest im lizenzfreien 2,4-GHz-Band). Durch Wegfall der Kosten einer teuren kabelgebundenen Infrastruktur können Bürgerschaften mit dieser Technik öffentliche Netze errichten. Bildlich wird gerne das Entstehen einer Datenwolke im Äther als frei verfügbares Allgemeingut über einer Gemeinde, geschildert. Ihr volles Potential entwickelt diese Idee durch Protokolle für Mesh-Netzwerke (MANET, Mobiles Ad-hoc-Netzwerk).

Es gibt seit wenigen Jahren weltweit lokale Initiativen in dieser Richtung. Eine deutsche Anlaufstelle ist zum Beispiel http://www.freifunk.net.

Frequenzen

Überblick über die Frequenzbänder

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

Standard Frequenzen Kanäle
IEEE 802.11a 5.125 GHz bis 5.850 GHz Kanäle: 12
IEEE 802.11b 2.4 GHz bis 2.4835 GHz Kanäle: 11 in den USA / 13 in Europa
IEEE 802.11g 2.4 GHz bis 2.4835 GHz Kanäle: 14
IEEE 802.16d Sub 11 GHz
IEEE 802.16e 2 GHz bis 6 GHz

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

Datenraten

  • 802.11a: 54 Mbps max
  • 802.11b: 11 Mbps max
  • 802.11g: 54 Mbps max
  • 802.16d: 75 Mbps max
  • 802.16e: 30 Mbps max

hallo

Zugriffsart

WLAN arbeitet im Gegensatz zu normalen Ethernet Netzen nicht mit der Technik CSMA/CD, welche Kollisionen im Netzwerk aufspüren kann.

Dies ist bei WLAN nicht möglich, deshalb wird hier die Technik CSMA/CA eingesetzt.

siehe auch

Literatur

Communities

Anleitungen

für Windows

für Linux

für Apple Machintosh

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