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Wireless LAN - Mobilität mit Netzwerkanschluss!
 
Haben Sie das Problem entfernte PCs in ein Netzwerk integrieren zu müssen aber die Installationskosten sind zu hoch? Oder wollen Sie mit Ihrem Notebook wirklich mobil sein?

Wireless LANs (WLANs, oder in deutsch: Funknetzwerke) werden immer mehr zur Alternative zu kabelgebundenen LANs. Bisher haben unterschiedliche Standards, hohe Kosten und niedrige Durchsatzraten dieser Entwicklung im Wege gestanden. Mit den neuesten Generationen und zunehmender Anzahl von Installationen dürften WLANs bald zu einer echten Alternative werden. Was steckt dahinter, was sind die Probleme und Schwierigkeiten und was braucht es für eine WLAN?

 
Was steckt dahinter? Standards und Kompatibilität.
Wie so oft bei der Einführung neuer Technologien versuchen mehrere Hersteller ihre eigene, propriätere, Lösung auf dem Markt einzuführen um diese in einer zweiten Phase als Standard etablieren zu können. Die IEEE haben bereits 1997 mit dem Standard IEEE 802.11 die Grundlage gelegt. Gegenüber den 100 MBit von kabelgebundenen LANs wirken die damaligen Transferraten von 1 bis 2 MBit/s noch sehr bescheiden.
Für den Erfolg eines Funkstandards ist auch die Wahl des Frequenzbandes von Bedeutung. Die freie Benutzung von Frequenzbändern sind in jedem Land unterschiedlich geregelt und Regional (z.B. Europa, USA und Japan) koordiniert. Grundsätzlich stehen zwei, sogenannte ISM (Industrial, Science and Medical), bei 2.4 und 5 GHz (nur Indoor, d.h. im Gebäude. Radaranlagen haben Priorität und dürfen nicht gestört werden können), zur Verfügung. Leider sind diese (noch) je nach Region und der damit zuständigen Standardisierungsbehörde(n) unterschiedlich in Teilbänder und damit verbundenen maximalen Sendeleistungen aufgeteilt. Ausserdem teilen sich unterschiedliche Funkdienste (z.B. Mikrowellenofen, Bluetooth im 2.4 GHz Band) diese Frequenzen. Grundsätzlich ist in diesem Zusammenhang für die Schweiz auf die Bakom-Zulassung zu achten.
 
Ein Hauptproblem bei der Funkübertragung sind Reflexionen die im Extremfall das Originalsignal sogar auslöschen können. Unterschiedliche Kodierungsverfahren wurden deshalb entwickelt. Das sog. FHSS ist viel unempfindlicher gegen Störungen als DSSS, benötigt dafür mehr Bandbreite und ist wegen der Zeit die für das Frequenz-Springen benötigt wird, langsamer. Noch besser, aber sehr komplex, teuer und stromfressend ist das OFDM. Weiter verfeinerte Kodierungsverfahren sind DFS und TPC. Sollen unterschiedliche Systeme miteinander verbunden werden müssen alle ein gleiches Kodierungsverfahren unterstützen.
 
Die neuen Standards IEEE 802.11a und 802.11b versprechen mit Brutto-Transferraten von bis zu 54 MBit/s Geschwindigkeiten die nahe an traditionelle LANs herankommen. Die folgende Tabelle zeigt einige Unterschiede der 802.11x Standards:
 
  IEEE 802.11 IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11h
Brutto-Übertragungsrate (in MBit/s) 1, 2 54 1, 2, 5.5 und 11 54 54
Frequenzband (GHz) 2.4 5 2.4 2.4 5
Kodierung des Funksignals FHSS, DSSS OFDM DSSS OFDM OFDM, DFS und TPC
 
Neben den Standards des IEEE gelten in Europa die HIPERLAN-Standards der ETSI. Diese haben kaum eine Verbreitung in Produkten gefunden. Im Standard IEEE 802.11h fliessen einige Technologien und Frequenzband-Einschränkungen des HIPERLAN-Standards ein. Weitere Standardisierungsbemühungen resp. Anwendungsziele verfolg(t)en HomeRF und Wi-Fi.
 
Was ist zu berücksichtigen, Grenzen, Möglichkeiten, Sicherheit
Die effektive Bandbreite kann durch Umwelteinflüsse (andere Sender wie z.B. Bluetooth, Mikrowellenofen etc.) stark herabgesetzt werden. Auch Hindernisse und die Distanz haben einen grossen Einfluss. WLANs überbrücken in Gebäuden je nach Empfangsbedingung und Bausubstanz bis zu 30 Meter, bei Sichtkontakt (Line of Sight) können es unter optimalen Bedingungen bis zu 300 Meter sein.
 
Da Funknetzwerkadapter in alle Richtungen gleich ausstrahlen und diese Strahlen auch Wände durchdringen ist das Abhören mit einem Notebook und einer Funklankarte sehr einfach. Eine Verschlüsselung des Datenverkehrs ist deshalb zwingend. WEP ist die verwendete Verschlüsselungsmethode in 802.11-Netzwerken. Für einen Stromverschlüsseler wie den in WEP verwendeten RC4-Algorithmus ist es essenziell, dass er für jedes neue Datenpaket einen neuen Schlüssel erhält. Ansonsten würden gleiche Klartext-Pakete zu gleichen Schlüsseltext-Paketen kodiert. Doch genau hier hapert es. Zu oft wird der gleiche, nur 24 Bit lange Schlüssel verwendet, so dass Cracker-Tools wie z.B. AirSnort ohne Probleme in der Lage sind durch eine längere Beobachtungsphase den verwendeten Schlüssel, der Netzwerkweit verwendet und nicht gewechselt wird, zu bestimmen und damit den ganzen Datenverkehr zu entschlüsseln. Je nach Hersteller wird das Problem unterschiedlich angegangen (z.B. längere Schlüssel, regelmässiges Wechseln des Schlüssels usw.), denn eine neue Verschlüsselung sollte auf der bestehenden Hardware durch Firmware- oder Treiber-Updates lauffähig sein.
 
 
Aufbau eines WLANs
 
Ad-hoc-Betriebsart:
Jeder WLAN-Adapter bildet eine Zelle. Sind zwei oder mehr mobile Funkstationen in Reichweite, dh. die Zellen überschneiden sich, bilden sie ein sogenanntes Peer-to-Peer-Netz. In einem solchen Ad-hoc Netzwerk können belieg viele Stationen mitmachen solange sich die Zellen überschneiden. Durch die verwendeten Mechanismen zur verteilten Steuerung des Funkverkehrs (MAC) wird der effektive Durchsatz jedoch immer geringer.
 
Infrastruktur-Betriebsart:
Im Infrastruktur-Modus wird ein Access Point (AP) benötigt. Durch die eingebaute Ethernet-Schnittstelle des APs erhalten die Funk-Clients Zugriff auf das drahtgebundene Netzwerk, der AP wirkt als Bridge. Dabei übernimmt der AP die Steuerung des Funkverkehrs in seiner Zelle und bestimmt wieviele Arbeitsstationen er unterstützt. Ein Funknetz kann mittels mehreren überlappenden Access-Point-Zellen auch räumlich vergrößert werden. Zwischen diesen können die Clients wandern (Roaming).
 
Schliesslich können zwei Access Points als Funk-Brücken miteinander kommunizieren und so zwei drahtgebundene LANs koppeln, die zum Beispiel in zwei Gebäuden liegen. Dabei dürfen auch Grundstücksgrenzen überbrückt werden (Bakom-Zulassung beachten).
 
In der Regel transportieren die Access Points beliebige Netzwerkprotokolle, beispielsweise AppleTalk, IPX oder TCP/IP - ein Wireless LAN ist ebenso als protokolltransparent definiert wie das drahtgebundene Ethernet (spezifiziert in der IEEE-Norm 802 mit ihren Spielarten). Dennoch kann der Betrieb mancher Anwendungen über das WLAN Probleme bereiten. Ursache dafür sind die gegenüber einem Kabelnetz höheren Bitfehlerraten (die Fehlerwahrscheinlichkeit liegt zwischen 10-5 bis 10-3 und längeren Reaktionszeiten beim Funkverkehr. Bis in einem herkömmlichen LAN eine Ping-Anfrage beantwortet ist, vergeht oft nicht mehr als nur eine Tausendstel Sekunde. Bei Funksystemen, die auf den Standards 802.11 oder 802.11b gründen, kann dieselbe Aktion schon die vierfache Zeit benötigen.