Die als Wavelan, WLAN, Wi-Fi oder Airport bezeichnete Technologie beruht auf der der Gruppe der 802.11-Standards des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Grundsätzlich gesprochen, kommen hier zwei Technologien zusammen, Radio und Computernetze. Hinsichtlich der Computernetztechnologie ist 802.11 eine Untergruppe der LAN/MAN-Standards, die mit der Zahlenfolge 802 (http://www.ieee802.org/) beginnen. Die Zahlen selbst haben keine Bedeutung, sondern resultieren daher, dass das IEEE die von ihm erarbeiteten Standards fortlaufend nummeriert. Mit der Entwicklung der 802.11-Standards wurde in den späten achtziger Jahren begonnen. Der erste WLAN-Standard 802.11 wurde schließlich im Juni 1997 verabschiedet und im November desselben Jahres veröffentlicht. Auf der Basis dieses Standards konnten Geräte für drahtlose Netze mit Datendurchsatzraten von 1 Mbps und 2 Mbps hergestellt werden. Funktechnisch waren zwei verschiedene Frequenzspreitzverfahren vorgesehen, Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) und Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Einzelne Hersteller hatten schon vor der Verabschiedung des Standards Geräte für Funknetze entwickelt und verkauft, doch Mangels eines Standards und da der Markt noch sehr klein war, waren die Geräte teuer und Geräte verschiedener Hersteller nicht kompatibel zueinander.
Im Jahr 1999 legte das IEEE zwei weitere Standards nach, 802.11a und 802.11b. Der heute am weitesten verbreitete Standard ist 802.11b, der Übertragungsraten von maximal 11 Mbps verspricht, die jedoch je nach Verbindungsqualität auf 5,5, 2 und 1 Mbit zurückgehen kann. Die versprochene maximale Datendurchsatzrate von 11 Mbps ist jedoch eine Bruttoangabe, da ca. 40 Prozent der Kanal-Kapazität durch den Protokoll-Overhead belegt werden. Physische Einflüsse auf die Qualität der Funkverbindung führen zu einer zusätzlichen Verminderung des Datendurchsatzes. 802.11b arbeitet im 2,4 Ghz-Frequenzbereich und verwendet das DSSS-Verfahren.
Der Standard 802.11a verspricht Datenraten von bis zu 54 Mbps und sendet im Band zwischen 5,725 und 5,850 GHz?. Auf der Basis der oben genannten Gründe sind diese 54 Mbps jedoch eine mit Vorsicht zu genießende Angabe. Im Juni 2003 wurde ein weiterer Standard verabschiedet, 802.11g, der ebenfalls bis zu 54 Mbps verspricht. Weitere Arbeitsgruppen der 802.11-Gruppe(e, f, *1) beschäftigen sich mit "Quality of Service" (garantierte Verbindungsqualität, die unter anderem Audio- und Videoanwendungen Auftrieb geben sollte), Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller und Sicherheit.
Der Ort, an dem 802.11 innerhalb eines Computerssystems aktiv ist, ist die sogenannte Funknetzkarte (engl. Radio Network Interface Card). Der Besitz und die erfolgreiche Installation einer solchen Karte sind also Voraussetzung, um an einem 802.11-Netz teilnehmen zu können. Da die Technologie schnell Akzeptanz und damit Verbreitung in großen Stückzahlen gefunden hat, gibt es inzwischen (Stand Juni 2003) bereits Funknetzkarten für um die 50 Euro. Die meisten Funknetzkarten ähneln gängigen Ethernet-Karten in Scheckkartengröße und können wie diese über einen PCMCIA-Slot in den Computer eingeführt werden. Viele moderne Rechner, insbesondere Laptops, verfügen standardmäßig über PCMCIA-Slots (engl. Einschübe). Es gibt jedoch auch Funknetzkarten für andere Anschlüsse wie USB oder PCI und bei Apple-Laptops sind sie häufig fest eingebaut und vorinstalliert. Um Funknetzkarten zum Laufen zu bringen, müssen die entsprechenden Treiber installiert werden. Diese werden meist mit der Karte mitgeliefert oder können von der Website der Hersteller geladen werden. Zum Glück gibt es auch immer mehr herstellerunabhängige Open-Source-Treiber, so dass auch Linux-Freundinnen nicht zu kurz kommen. Die in den Funknetzkarten enthaltenen Radioteile sind softwaregesteuerte Sender/Empfänger (engl. "transceiver"), d.h. im Prinzip hackbar, um z.B. die Sendestärke zu erhöhen, womit jedoch keine Empfehlung ausgesprochen werden soll.
Durch 802.11 werden Funktionen auf der Ebene der physikalischen Schicht und der MAC-Schichte nach dem OSI-Modell bereitgestellt. Jede Funknetzkarte hat eine eigene MAC-Adresse, die aus einer 48-Bit-Zahl besteht, die in Form von 6 Hexadezimalzahlen angegeben wird. MAC-Adressen ermöglichen es 802.11-Geräten, sich gegenseitig zu erkennen und damit die Adressierbarkeit sicher zu stellen. Mit Hilfe der MAC-Adressen kann die Verbindung zu Protokollen auf höheren Schichten des OSI-Modells hergestellt werden. MAC ermöglicht es z.B., dass einem Rechner von einem Host eine IP-Adresse zugewiesen wird. Die Vergabe von IP-Adressen ist Voraussetzung für die Benutzung von Internet-Anwendungen wie E-Mail und WWW. Da die Internetprotokolle mehr oder weniger blind gegenüber den Vorgängen auf der physikalischen und der MAC-Schichte sind, können Nutzer in 802.11-Netzen aktiv sein und merken (meist) keinen Unterschied zur Benutzung eines kabelgebundenen Netzes.
In einem drahtlosen Netz nach der Familie der 802.11-Standards gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Betriebsmodi, das Basic Service Set (BSS) und das Independent Service Set. Das BSS ermöglicht die Kommunikation zwischen einem Access Point (AP) und Client-Rechnern. Dieser Modus wird häufig auch als Infrastruktur-Modus bezeichnet. Der AP ist dabei der Boss im lokalen drahtlosen Netz, der den Daten-Verkehr mit den Client-Rechnern regelt. Letztere können nicht direkt, sondern nur über den AP miteinander kommunizieren. Der AP selbst kann wiederum mit anderen Netzen wie dem Internet verbunden sein und, je nach Konfiguration, für die Clients als Bridge (engl. "Brücke") zum Internet dienen. Eine solche Konfiguration eines AP mit Internetzugang und einer Anzahl von Clients wird häufig auch als Hotspot bezeichnet. Kommerzielle APs? gibt es in verschiedenen Preisklassen und Funktionsumfängen. Die billigsten sind inzwischen schon für unter 100 Euro zu haben und beinhalten meist nur die Funktion eines einfachen AP.
Eine erweiterte Form des Basic Service Set, das Extended Service Set, erm�glicht es mehreren APs? innerhalb einer festen Installation miteinander zu kommunizieren, so dass sie gemeinsam ein größeres Gelände abdecken, innerhalb dessen sich Clients frei bewegen k�nnen, indem sie von einem AP zum n�chsten �bergeben werden. Selbst wenn sich nicht alle Rechner in einem solchen drahtlosen Rechnerverbund in Reichweite voneinander befinden, k�nnen Datenpakete zwischen diesen Rechnern ausgetauscht werden, indem zwischen Sender und Empf�nger positionierte APs? zur �berbrückung verwendet werden. Eine brauchbare Analogie ist die von Wasserrosen. Die Pakete "springen" wie Fr�sche von Blatt zu Blatt. Man spricht daher auch von "Multi-Hop Netzwerken".
Der IBSS-Modus erm�glicht die Bildung von Ad-hoc-Netzen (Netze aus dem Stehgreif)- synonym auch Peer-to-Peer-Netze oder Computer-zu-Computernetze genannt. In diesem Fall gibt es keinen zentralen Rechner, der eine den anderen �bergeordnete Rolle einnimmt. Jeder Rechner �bernimmt für seine Nachbarn die Funktion der Vermittlung von Datenpaketen. Auf der Basis dieser Form der Vernetzung ist es m�glich, spontan Netzwerke zu bilden. Eine Gruppe von Personen mit Laptops und Funknetzkarten kann z.B. in einem Konferenzsaal oder bei einer öffentlichen Veranstaltung ein solches Netz "ad-hoc" aufbauen und Daten austauschen. Die Netzwerktopologie solcher Netze kommt der eines "Maschennetzes" (Mesh Network) am n�chsten und viele Community-Netze experimentieren mit dieser faszinierenden M�glichkeit zur spontanen Bottom-up-Vernetzung.
Jedes 802.11-Netz benötigt die Angabe eines vom Systemadministrator festgelegten Netzwerknamens, fachidiotisch ESSID (Extended Service Set ID) oder SSID (Service Set ID) genannt. Die ESSID kann eine beliebige Folge von Buchstaben sein. Auch die Teilnehmer müssen die exakte ESSID (oder SSID) anzugeben und in geschlossenen Netzen dazu meist noch ein Passwort. WLANs? im Infrastrukturmodus benutzen häufig auch die Möglichkeit der Filterung von MAC-Adressen. Damit kann man den Zugang auf jene Rechner beschränken, deren Besitzer sich zuvor mit dem Netzwerkbetreiber bekannt gemacht und diesem die MAC-Adresse ihrer Netzwerkkarte mitgeteilt haben. Wirklich sicher ist diese Methode allerdings nicht, da MAC-Adressen gespooft werden können.
Sicherheit in 802.11-Netzen ist überhaupt ein Problem. Eine weitere Sicherungsmethode neben der MAC-Adressfilterung, die in den 802.11b-Spezifikationen vorgesehen ist, ist eine Verschlüsselungsmethode namens WEP (Wired Equivalency Privacy). WEP ist jedoch bekanntermaßen auf verschiedenen Wegen knackbar. Ohne hier im Detail auf die leidige Sicherheitsdiskussion einzugehen, sei denen, die sichere Kommunikation bevorzugen, angeraten, sich mit IPSec? und SSH vertraut zu machen. Die Sicherheitsfrage ist zudem, wie alles, was mit Netzen zu tun hat, stark davon abhängig, was man mit einem Netzwerk vorhat. Bei Community-Netzen, die öffentlich nutzbare Funknetz-Hotspots anbieten, wird auf Späße wie WEP und MAC-Adressenfilterung von vorneherein verzichtet. Als Konfigurations-Profil wird häufig "any" verwendet und die SSID weithin publiziert, um es Clients so leicht wie möglich zu machen, Zugang zu bekommen. Es muss allerdings hinzugefügt werden, dass Community-Netze absichtlich frei und offen gehalten werden, und nicht, wie bei privaten Hotspots so häufig der Fall, aus reiner Unwissenheit oder Faulheit. Und während der Zugang für Clients mit der Konvention des voreingestellten Konfigurationsprofils "any" so einfach wie möglich gehalten wird, werden die eigenen Rechner, Kommunikationen und Server mit starken Schutzmechanismen gesichert.
Der Standard 802.11b verwendet Frequenzen zwischen 2.4 und 2.485 Gigahertz. Dieser Frequenzbereich ist Teil des sogenannten ISM-Bandes, was für "Industrial, Scientific and Medical" steht. Die Benutzung dieser Frequenzen wurde 1985 in den Vereinigten Staaten erstmals zur Nutzung durch die öffentlichkeit freigegeben, d.h. für die Benutzung ist keine Lizenz oder spezielle Erlaubnis nötig. Seither haben die meisten Länder nachgezogen (Deutschland im Jahr 1995) und ISM ebenfalls für die öffentliche Nutzung freigegeben. Der deutsche Gesetzgeber legt allerdings Wert auf den feinen Unterschied, dass die Benutzung nicht "lizenzfrei" erfolgt, sondern dass die Erlaubnis zur Nutzung im Rahmen einer "Allgemeinzuteilung" erteilt wird. Um in diesem unregulierten und inzwischen stark überbevölkerten Teil des Spektrums Störungen durch Interferenzen zu vermeiden, wurden restriktive Vorschriften über die erlaubte maximale Sendestärke erlassen. Diese beträgt in Europa 100 Milliwatt und 1 Watt in den USA. Durch die Verwendung von Antennen und eventuell auch Verstärkern kann die Abstrahlleistung erhöht werden. Doch Vorsicht, die Maximalwerte beziehen sich auf das Gesamtsystem, also das, was am Ende - Funknetzkarte plus Verstärker plus Antenne - herauskommt.
Ein offensichtlicher Nachteil des ISM-Bandes ist, dass es von den verschiedensten Geräten benutzt wird. Neben medizinisch technischen Geräten können das schnurlose Telefone, Fernsteuerungen für Garagentore und sogar Mikrowellenherde sein. WLANs? haben keinerlei Priorität gegenüber diesen Geräten und je nachdem, was sich in der Nachbarschaft abspielt, kann es zu Störungen kommen. Diese Gefahr wird allerdings dadurch etwas gemindert, dass 802.11b das Frequenzspreizverfahren DSSS benutzt. Anstatt auf einer schmalbandigen Frequenz zu senden, wird ein breiteres Frequenzband benutzt, innerhalb dessen zeitversetzt in verschiedenen Abschnitten des Bandes gesendet wird.
Das hat nun wiederum nichts damit zu tun, dass 802.11b in Europa 11 verschiedene, sich überlappende Kanäle verwendet. Da ein Kanal eine Bandbreite von 22 MHz? benötigt, empfiehlt es sich, innerhalb eines bestimmten geografischen Gebiets die benutzten Kanäle aufeinander abzustimmen. Nur die Kanäle 1, 6 und 11 sind garantiert überlappungsfrei.
Antennen dienen zur Verbesserung von Empfangs- und Sendeleistung. Mit handelsüblichen Funknetzkarten lassen sich Entfernungen von 100 Metern, bei günstigen Bedingungen auch mehr, überbrücken. Mit den entsprechenden Antennen künnen jedoch Verbindungen über 20 km und mehr hergestellt werden. Der terrestrische Highscore liegt bei circa 70 km und dient der Verbindung von Lanzarote und Teneriffa (??? Fact-Check)
Bei aller Verschiedenheit der existierenden Antennentypen gibt es einige grundlegende Charakteristika. Diese sind die Form der Ausbreitung (engl. "propagation pattern") und die Verstärkung (engl. "gain"). Man unterscheidet grundsätzlich zwei Ausbreitungsmuster, die omnidirektionalen und die direktionalen Antennen. Omnidirektionale Antennen senden kreisfürmig in horizontaler Richtung. D.h. der Empfang ist dann am besten, wenn man sich auf der selben Höhe befindet, und am schlechtesten direkt unter der Antenne. Direktionale Antennen ermöglichen, wie der Name schon sagt, die Ausrichtung der Wellen in einer bestimmten Richtung. Eine häufig verwendete Anordnung ist z.B. ein Access Point mit einer Omni, auf die ein Client-Rechner seine direktionale Antenne richtet. Wegen der verwendeten hohen Frequenz wird zwischen den Antennen Sichtverbindung (engl. "line of sight") benötigt, d.h. zwischen Punkt A und B sollten sich keine physischen Hindernisse wie Gebäude, hohe Hecken, Mauern oder dergleichen befinden. Auch Bäume können ein Hindernis darstellen. Da die Wellen die Luft durchdringen müssen, leidet die Verbindungsqualität auch unter hoher Luftfeuchtigkeit, Regen und Schneefall. Die Qualität eines Signals wird als "Signal-to-noise ratio" (SNR) angegeben.
In der Presse wurde viel Wind um bestimmte, sehr einfach selbst zu bauende Antennentypen gemacht. So lässt sich z.B. die zylinderfürmige Kartonverpackung einer bestimmten Sorte von Kartoffelchips in eine direktionale Antenne verwandeln. für Bastler gibt es im Bereich Antennenbau eine ganze Palette an kreativen Möglichkeiten, Typen und Formen. Die wichtigsten sind ???? Antennenbau im Do-it-Yourself-Verfahren erfreut sich bei Gemeinschaftsnetzwerken großer Beliebtheit, und es gibt dazu eine ganze Anzahl von Leitfäden im Internet. Das Geheimnis des Antennenbaus ist die exakte Einhaltung der Maße und eine möglichst optimale mechanische Ausführung. Selbst kleine mechanische Fehler, die zunächst nicht auffallen, können sich später rächen, indem sie z.B. das Eindringen von Kondenswasser erlauben, wodurch Bauteile korrodieren. Zu beachten ist, dass bei der Berechnung der maximal erlaubten Abstrahlleistung (EIRP) die Summe aus verwendeter Leistung der Funknetzkarte und Antennenverstärkung herangezogen wird. Insbesondere für Anfänger und für besonders ambitionierte Projekte wie Langstreckenverbindungen empfiehlt es sich, erfahrene Amateurfunker als Helfer zu gewinnen. Beim Kauf der Funknetzkarte ist darauf zu achten, ob diese eine Anschlussmöglichkeit für eine Antenne hat.
Nachteile/Schwächen
Einige der Probleme mit 802.11 sind
- "multipath propagation" ein Signal wird von Wänden oder anderen physischen Hindernissen reflektiert und kommt zeitversetzt mehrfach beim Empfänger an (kann aber auch zur Verbesserung der Verbindungsqualität benutzt werden)
- Luftfeuchtigkeit oder Regen, welche die SNR soweit abschwächen, dass es zu Paketverlusten kommt,
- Abbruch von Übertragungen - z.B. E-Mail-Download, größere Audiodatei
- Störungen, die von anderen WLANs? verursacht werden
- Störungen, die von Signalen anderer Geräte im ISM-Spektrum verursacht werden
- Verfügbarkeit von elektrischem Strom. Nicht überall, wo man ein drahtloses Netz aufbauen möchte, steht Strom zur Verfügung. Aber auch die drahtlosen Clients, wie z.B. Laptops brauchen Strom. Die Funknetzkarten sind echte Stromfresser und eine Laptop-Batterie, die normalerweise drei Stunden halten könnte, kann u.U. nach einer halben Stunde leer sein.
- Sicherheit; abhängig von Anforderungen: "public hotspot? Couldnt care less ... corporate net?"
Zusammenfassung
Die 802.11-Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen. Sie beruht auf international akzeptierten, weit verbreiteten und Hersteller-unabhängigen Standards. Deshalb ist Interoperabilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller gegeben. Die verwendeten Frequenzen sind Teil des ISM-Bandes und können von jedermann benutzt werden, ohne um eine Lizenz ansuchen zu müssen. Die Technologie ermöglicht es, eigene Kommunikations-Infrastrukturen aufzubauen. Damit kann die "letzte Meile" (Verbindung vom Haushalt zu Provider oder Telefonschaltzentrale) Übersprungen und Community-Netze aufgebaut werden, die zumindest teilweise unabhängig von Telefonfirmen und kommerziellen Providern sind. Solche Netze können dazu dienen, Konnektivität im öffentlichen Raum herzustellen oder semi-private Netze aufzubauen. Innerhalb dieser selbst-organisierten Netze fallen außer den Investitionskosten und der Arbeit zum Erhalt der Systeme keine zusätzlichen Kosten (z.B. Leitungsgebühren) an. Breitbandige Kommunikation zwischen lokalen Gemeinschaften in selbstverwalteten Netzen wird möglich. Die Zugangskosten und andere Zugangsbarrieren können damit abgebaut werden. Mit der Technologie können auch temporäre, öffentlich nutzbare Infrastrukturen bei verschiedensten Ereignissen oder Veranstaltungen aufgebaut werden. Breitband-Internet kann in ländliche Gebiete gebracht werden, wo es ansonsten schwierig oder unmöglich wäre, Zugänge mit hoher Datenrate zu erhalten. Dasselbe gilt für Entwicklungsländer mit veralteten oder nicht vorhandenen Kommunikationsinfrastrukturen. Anwendungen wie Voice-over-IP (Internettelefonie) können traditionellen leitungsgebundenen Verkehr ersetzen. Freie Netze sichern den Erhalt freier Kommunikationsmöglichkeiten und freier Medien.
