WLAN – Wireless LAN

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Abkürzung: WLAN

WLAN bezeichnet lokale Netze, die Daten per Funk übertragen. Grundlage ist die Normenreihe IEEE 802.11.

Definition Wireless LAN

Ein Wireless LAN ersetzt die Verkabelung eines lokalen Netzes durch Funkübertragung. Die Endgeräte verbinden sich mit einem Wireless Access Point, der die Brücke zum kabelgebundenen Netz herstellt.

Die technische Grundlage ist IEEE 802.11, eine Normenreihe der IEEE aus dem Jahr 1997, die seither in mehreren Generationen erweitert wurde. Sie beschreibt die Bitübertragung über Funk und den Zugriff mehrerer Stationen auf das gemeinsame Medium (die Luft).

Oberhalb dieser beiden Schichten verhält sich ein WLAN wie ein Ethernet-Netz. Dieselben Adressen, dieselben Protokolle, dieselben Anwendungen. Die Unterschiede liegen unterhalb davon, und aus ihnen erklären sich die meisten Eigenheiten im Betrieb von drahtlosen Netzwerken.

Was Funk anders macht als Kabel

Drei Eigenschaften unterscheiden ein Funknetz grundsätzlich von einem verkabelten LAN.

Das Medium wird geteilt. Alle Stationen auf einem Kanal senden in denselben Raum. Sendet eine, müssen die anderen warten.

Es wird im Halbduplex gearbeitet. Eine Station kann nicht gleichzeitig senden und empfangen. Schon daraus folgt, dass ein erheblicher Teil der theoretischen Kapazität nicht für Nutzdaten zur Verfügung steht.

Kollisionen sind nicht erkennbar. Ein Sender hört das eigene Signal so laut, dass er ein gleichzeitig sendendes anderes Gerät nicht bemerkt. Ethernet erkennt Kollisionen (CSMA/CD) und reagiert darauf. WLAN muss sie vermeiden.

Dafür dient das Zugriffsverfahren CSMA/CA. Vor jedem Senden wird der Kanal abgehört und eine zufällige Wartezeit eingelegt. Empfangene Frames werden quittiert, weil ein ausbleibendes Quittieren der einzige Hinweis auf einen Fehler ist.

Diese Verfahren kosten Sendezeit. Als Faustformel bleiben von der ausgehandelten Bruttorate 40 bis 60 Prozent als nutzbarer Durchsatz übrig. Ausführlich behandelt der Artikel WLAN-Durchsatz die Zusammenhänge.

Aufbau Wireless LAN

BSS, Basic Service Set. Ein Access Point und die mit ihm verbundenen Geräte. Die kleinste Einheit eines WLAN im Infrastrukturbetrieb.

ESS, Extended Service Set. Mehrere Access Points mit derselben Netzkennung, die zusammen ein Netz bilden. Geräte können zwischen ihnen wechseln.

IBSS, Independent Basic Service Set. Betrieb ohne Access Point, Geräte funken direkt untereinander. Auch Ad-hoc-Betrieb genannt, heute kaum noch gebräuchlich.

Jede Funkzelle hat eine eigene Kennung, die BSSID, technisch die MAC-Adresse der Funkschnittstelle. Der Netzname ist die SSID. Ein Endgerät sieht die SSID und wählt anhand der BSSIDs, welche Zelle es benutzt.

Frequenzbänder

WLAN arbeitet in Bereichen, die ohne Einzelzuteilung genutzt werden dürfen. Daraus folgt, dass Störungen durch andere Nutzer hinzunehmen sind.

• 2,4 GHz. Größte Reichweite, stärkste Belegung. Nur drei überlappungsfreie Kanäle.
• 5 GHz. Mehr Kanäle, geringere Reichweite. Große Teile mit Radarerkennungspflicht.
• 6 GHz. Seit Wi-Fi 6E nutzbar, kaum belegt, nur von neueren Geräten unterstützt.

Welcher Kanal mit welcher Bandbreite sinnvoll ist, behandelt unser Artikel zur Kanalwahl.

WLAN-Generationen

Die Normenreihe ist seit 1997 in mehreren Stufen erweitert worden, von 2 Mbit/s auf inzwischen über 20 Gbit/s brutto. Die Wi-Fi Alliance hat 2018 dafür die Bezeichnungen Wi-Fi 4 bis Wi-Fi 7 eingeführt.

Eine vollständige Übersicht mit IEEE-Kürzel, Jahr, Bändern, Kanalbreite und Bruttorate steht in der Referenzliste der WLAN-Standards.

Zwei Punkte werden dabei regelmäßig missverstanden. Wi-Fi 5 arbeitet ausschließlich im 5-GHz-Band, im 2,4-GHz-Band funken diese Geräte nach der Vorgängergeneration. Und Wi-Fi 6E ist keine eigene Technikgeneration, sondern Wi-Fi 6 mit Zugang zum 6-GHz-Band.

Sicherheit im WLAN

Die Funkstrecke ist von jedem in Reichweite empfangbar. Verschlüsselung ist deshalb keine Zusatzoption, sondern Voraussetzung.

Das ursprüngliche Verfahren WEP gilt seit Anfang der 2000er-Jahre als gebrochen. Heute einzusetzen sind WPA2 und WPA3, die im Artikel zu WPA gemeinsam behandelt werden.

Die Verschlüsselung endet am Access Point. Was dahinter geschieht, ist nicht geschützt. In fremden Netzen ersetzt sie keine Transportverschlüsselung auf Anwendungsebene.

Mehrere Access Points

Sobald ein Access Point nicht ausreicht, stellen sich drei Fragen, die jeweils eigene Artikel haben.

Wie werden die Geräte angebunden? Per Kabel als eigenständige Access Points, per Funk als Repeater oder als Mesh-Knoten. Die Funkanbindung halbiert den Durchsatz, sofern kein eigenes Band dafür freigehalten wird.

Wie wechseln Endgeräte zwischen ihnen? Voraussetzung ist dieselbe Netzkennung mit denselben Sicherheitseinstellungen. Die Entscheidung zum Wechsel trifft das Endgerät, siehe WLAN-Roaming.

Wie werden sie verwaltet? Einzeln oder über einen WLAN-Controller. Für das Roaming ist ein Controller nicht nötig, ab einer gewissen Zahl von Geräten aber praktisch unverzichtbar.

Häufige Fehlerbilder im Wireless Netzwerk

Abgrenzung

Wi-Fi ist keine Technik, sondern eine Marke und ein Zertifizierungsprogramm der Wi-Fi Alliance. Im Alltag werden beide Begriffe gleichbedeutend verwendet.

WPAN bezeichnet Funknetze mit deutlich geringerer Reichweite, etwa Bluetooth oder ZigBee. WMAN und WWAN beschreiben Funknetze größerer Ausdehnung.

Mobilfunk arbeitet in zugeteilten Frequenzbereichen mit geplanter Netzstruktur. WLAN nutzt allgemein zugeteilte Bereiche ohne Koordination zwischen den Betreibern.

Quellen

• IEEE 802.11-2020 und IEEE 802.11-2024: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
• Bundesnetzagentur: Allgemeinzuteilungen für Funkanwendungen zur breitbandigen Datenübertragung
• ETSI EN 300 328 und ETSI EN 301 893: Harmonised Standards für den Betrieb im 2,4- und 5-GHz-Band