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Einleitung
Drahtlose Netzwerke (engl. Wireless Local Area Network, kurz WLAN) bezeichnen ein lokales Funknetz. Mithilfe eines WLANs können mobile Geräte wie Notebooks oder Smartphones, aber auch stationäre Geräte mit einem Netzwerk verbunden werden und mit diesem drahtlos Daten austauschen. Grundsätzlich ist WLAN der Oberbegriff für alle drahtlosen und lokalen Datennetze, meist sind damit Funknetze gemeint, welche auf dem Standard IEEE 802.11 basieren.
Geschichte des WLAN
WLAN-Netzwerke wurden im Laufe der Jahre stetig weiterentwickelt und im Hinblick auf Leistungsfähigkeit, Geschwindigkeit und Reichweite optimiert. Hinter diesem Prozess steckt seit 1990 eine Arbeitsgruppe des Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE).
Der erste Standard für die kabellose Internetverbindung, IEEE 802.11, wurde im Jahr 1997 festgelegt. Mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 2 MBit/s war dieser für heutige Verhältnisse sehr langsam, im Vergleich zum Kabelnetz dennoch überaus innovativ. Da damals vorwiegend mit analogen Modems oder ISDN auf das Internet zugegriffen wurde, war die dies aber für viele Anwendungsfälle durchaus ausreichend. Die Funktechnik fand Zuspruch und verbreitete sich schnell. Bald kamen jedoch Forderungen nach höheren Übertragungsraten auf. So wurde der Standard IEEE 802.11 ständig erweitert und hinsichtlich der Übertragungsraten kontinuierlich verbessert. Inzwischen gibt es eine Vielzahl von Funktechniken, die auf diesem Standard beruhen und für WLAN zum Einsatz kommen.
Für WLAN-Netzwerke nach IEEE 802.11 ist das 2,4-GHz- und das 5-GHz-Frequenzband vorgesehen. Vor allem im 2,4-GHz-Frequenzband tummeln sich heute unzählige Endgeräte, was eine hohe Übertragungsrate und eine zuverlässige Kommunikation nicht immer möglich macht. Letztmalig brachte IEEE 802.11n alias Wi-Fi 4 im Jahre 2009 Verbesserungen im 2,4-GHz-Bereich. Der am meisten genutzte WLAN-Standard wird also schon über 10 Jahre genutzt.
| Standard | Nutzung ab | Umgangssprachlich | Frequenzband | Typische Datenrate (brutto) | Bemerkung |
| IEEE 802.11 | 1997 | – | 2,4 GHz | 2 MBit/s | |
| IEEE 802.11b | 1999 | Wi-Fi 1 | 2,4 GHz | 11 MBit/s | |
| IEEE 802.11a | 2002 | Wi-Fi 2 | 5 GHz | 54 MBit/s | |
| IEEE 802.11g | 2003 | Wi-Fi 3 | 2,4 GHz | 54 MBit/s | |
| IEEE 802.11n | 2009 | Wi-Fi 4 | 2,4/5 GHz | 300 MBit/s | Bei 2 Streams auf 40 MHz Kanalbandbreite |
| IEEE 802.11ac | 2013 | Wi-Fi 5 | 5 GHz | 887 MBit/s | Bei 2 Streams auf 80 MHz Kanalbandbreite |
| IEEE 802.11ax | 2020 | Wi-Fi 6 | 2,4/5 GHz | 1200 MBit/s | Bei 2 Streams auf 80 MHz Kanalbandbreite |
Erweiterungen zu den Standards
Neben den aufgezählten Standards können diese auch mit Erweiterungen um weitere Funktionen ergänzt werden. Diese sind von WLAN-Zugangspunkten (engl. Access Point) und WLAN-Teilnehmern (WLAN-Clients) korrekt und vollständig zu unterstützen, um die neuen Funktionen und Vorteile nutzen zu können.
Im Folgenden ein Überblick über die wichtigsten WLAN-Erweiterungen:
| IEEE 802.11k | 802.11k ist eine Erweiterung des WLAN-Standards IEEE 802.11. Die Erweiterung erlaubt das ‚Radio Resource Measurement‘ (RSM). Damit werden lastabhängige Roaming-Entscheidungen möglich und WLAN-Teilnehmer können intelligent gesteuert werden. Mit 802.11k lässt sich die aktuelle Auslastung eines WLAN-Zugangspunkt in die Roaming-Entscheidung einbeziehen. Eine gleichmäßige Verteilung der Last und ein besseres Nutzererlebnis sind die Folge. Mithilfe von vor dem Roaming ausgetauschten Listen verfügbarer WLAN-Zugangspunkten, ihrer Eigenschaften und ihrer Statistiken verkürzt sich die Zeit zum Scannen der Netzwerkumgebung. Ein optimaler WLAN-Zugangspunkt lässt sich schneller auswählen. Ohne 802.11k bleibt ein WLAN-Teilnehmer oft lange an einem WLAN-Zugangspunkt „kleben“ und die Qualität der Datenverbindung leidet. Auch kann dies dazu führen, dass funkstarke WLAN-Zugangspunkte aufgrund der hohen Anzahl verbundener WLAN-Teilnehmer überlastet werden. |
| IEEE 802.11v | 802.11v ist eine Erweiterung des WLAN-Standards IEEE 802.11. Die Erweiterung erlaubt den Austausch von Informationen über die Netzwerktopologie und Funkeigenschaften eines WLAN-Netzwerks. Die WLAN-Teilnehmer erhalten wichtige Informationen für schnelles und intelligentes Roaming. Des weiteren beinhaltet 802.11v Funktionen wie beispielsweise ‚BSS Max Idle‘ Service für längere Batterielaufzeiten der WLAN-Teilnehmer oder BBS Transition-Verwaltung und Disassociation Imminent für die Einflussnahme der Netzwerksteuerungsebene auf das Roaming-Verhalten der WLAN-Clients. |
| IEEE 802.11r | Im Zusammenhang mit 802.11k und 802.11v wird häufig der Standard 802.11r genannt. Die im Standard definierte Fast Basic Service Set Transition verkürzt die Authentifizierungszeit der WLAN-Clients beim Wechsel zu einem anderen Accesspoint. Die für die Verschlüsselung benötigten Schlüssel werden bereits im Vorfeld auf allen Accesspoints der WLAN-Umgebung gespeichert. 802.11r unterstützt Verschlüsselungsmethoden wie WPA2-PSK, WPA2-Enterprise und ggf. auch WPA3. WLAN-Teilnehmer können damit zum nächsten WLAN-Zugangspunkt wechseln, ohne dass eine Datenverbindung beeinträchtigt wird. |
Moderne drahtlose Netzwerke sollten diese Standards implementieren um einen zuverlässigen Datentransfer bei zeitkritischen Daten (bspw. Telefongespräche, Online-Konferenzen) in typischen Alltagssituationen sicherstellen zu können. Die Hersteller fassen die im Folgenden gelisteten Anforderungen gerne unter Namen wie ‚Mash-WLAN‘ oder ‚WLAN Mash Steering‘ zusammen:
- Der Name der WLAN-Zugangspunkte (SSID) muss identisch sein und es muss eine ausreichende Funk-Ausleuchtung gegeben sein, um den WLAN-Teilnehmern ein Roaming zu ermöglichen.
- Die verwendeten Netzwerkkomponenten müssen zueinander kompatibel sind und in das Netzwerk korrekt eingebunden sein.
- Die Dualband-fähigkeit muss von WLAN-Zugangspunkte als auch die WLAN-Teilnehmer durch Unterstützung des 2,4- und 5-GHz-Bandes (WLAN AC oder Wi-Fi 6) und den Standards 802.11k und 802.11v gegeben sein.
Zu beachten ist insbesondere, dass vor allem ältere Geräte alle Standards nicht durchgängig unterstützen. Im Folgenden ein Beispiel aus einer typischen WLAN-Umgebung:
