Nun alles zu WLAN gibt es hier nicht. Vielmehr ist das eine Einführung zum Thema WLAN. Also was es alles für Gerätearten, was es an Betriebsmodi gibt und welche Parameter wann wofür sind. Alles wird bestimmt nicht abgedeckt, doch wenn damit die erste "Fragen über Fragen"-Hürde genommen ist, dann ist das Ziel dieses Dokuments erreicht.
WLAN oder Funknetzwerke gibt es zwar schon seit etlichen Jahren. Doch erst seit der Verabschiedung des Standards 802.11 findet es wirklich Verbreitung und seit 2003 gibt es eine regelrechte penetration von Funknetzwerken. Nun, da die Ausrüstung billig (stand 2004: ein AP 78€) geworden ist gelangt die Technik auch zu uns Normalbürgern. Manches hier mag auf andere Standards anwendbar sein, hier geht es jedoch primär um die Standards um 802.11.
Früher gab es für Funktnetzwerke keine/kaum Normen. Es kochte also jeder Hersteller sein eigenes proprietäres Süppchen. Entsprechend teuer waren auch die Produkte. Heute gibt es neben dem hier behandleten und auch am weitesten Verbreiteten Basisstandard IEEE 802.11 noch Hiperlan und eventuell noch DECT. Die Begriffe WLAN und WiFi stehen allgemein für Funknetzwerk (Wireless LAN bzw. Wireless Fidelity). Heute stehen sie allerdings quasi Synonym für IEEE 802.11 und seine Abkömmlinge. Die europäische Entwicklung Hiperlan hat sich nicht durchgesetzt (Grabenkämpfe) und DECT ist zwar auch Funk, dient aber nur der Anbindung von Telefonen. Wirklich Netzwerk mit DECT ist mir unbekannt.
Offensichtlich scheint es grundsätzlich zwei Gerätearten zu geben: Acces-Points (APs) und Netzwerkkarten. Das ist praktisch auch richtig. In der Theorie reduziert sich das Ganze aber auf den WLAN-Chipsatz. Denn ein AP ist nichts anderes als ein minicomputer mit Ethernet- und WLAN-Karte. Man kann sogar mit einigen Netzwerkkarten und einem Linuxrechner einen AP bauen. Ganz ähnlich ist die Situation auch bei sog. WLAN-Routern. Bei ihnen handelt es sich auch lediglich um eine Vereinigung von AP und herkömmlichem Router.
Im Folgenden wollen wir nur noch von Netzwerkkarten und Access-Points (APs) sprechen.
Sowohl Netzwerkkarten als auch APs unterstützen mehrere Betriebsmodi. Während es bei einer Karte nur 2 sind, kann ein AP bis zu 7 Modi besitzen:
Von Infrastruktur spricht man, wenn man eine Infrastruktur von APs hat. Dies kann beispielsweise ein Gebäude sein, dass je Stockwerk zwei APs hat, die wiederum über Ethernet miteinander verbunden sind. Entscheidend dabei ist, dass die APs alle am Netzwerk angeschlossen sind, an dem ein mobiler Benutzer sich sonst auch per Kabel anschließen würde.
Passend zum Infrastruktur-AP-Modus der Acces-Points sind die Netzwerkkarten der mobilen Benutzer (MBs) im Infrastruktur-Client-Modus und müssen sich zu einem der APs verbinden. Dies geschieht über die sog. SSID. Die Kommunikation der MBs untereinander erfolg hierbei immer über den bzw. die APs. Dazu drei Beispiele:
Infrastruktur hat den Vorteil dass obwohl Teilnehmer sich nicht sehen können sie sie Kommunizieren können. Nachteilig wirkt hierbei, dass eien Kommunikation wie A<->B Bandbreite verschwendet. Das ginge besser im Ad-Hok-Modus.
Der Ad-Hok-Modus ist wie der Name schon vermuten lässt für spontane Funktnetze gedacht. Es muss also nicht erst eine Infrastruktur mit APs aufgebaut werden - Leute die sich sehen, können miteinander Daten austauschen. Und das war es eigentlich auch schon, denn diejenigen, die sich nicht sehen, können auch nicht miteinander Kommunizieren. Dies gilt auch dann, wenn sich ein Ad-Hok-Teilnehmer auf halber Strecke befindet und die beiden potentiellen Kommunikationspartner sieht - es geht nicht.
Eine spontane Verlängerung der Infrastruktur ist mit sog. Repeatern möglich. Ad-Hok-Netzwerke bleiben auch hier außen vor. Ein Repeater ist eigentlich nichts anderes als ein AP, der jedoch keinen Netzwerkanschluß hat, weil er sich über einen anderen AP "mit Netzwerk versorgt" bzw. "Die Infrastrukur vergrößert". Zu beachten ist hierbei, dass es sich bei dem Infrastruktur-Repeater-Modus um keinen Standardisierten Modus handelt. Man ist daher bislang auf proprietäre Lösungen angewiesen. Mit anderen Worten: Man kauft am Besten ein Paar AccessPoints, bei denen das Merkmal "Repeater" explizit auf der Schachtel steht. Das Problem dabei ist nämlich, dass sich die beiden APs irgendwie absprechen müssen, wer wann etwas senden darf. Und genau das ist nicht Teil des Standards. Vorteil eines Repeaters ist, dass man sich das Verlegen eines weiteren Netzwerkkabels spart. Nachteil: Man halbiert sich faktisch die Bandbreite in dieser Funkzelle, da ja alles "doppelt gesagt" wird. Vorsicht: Nur wenige APs haben diesen Modus.
Eine Bridge ist im Prinzip nichts anderes als ein Kabel durch die Luft (Fall 1:1) bzw. eine Kabelpeitsche durch die Luft (Fall 1:n). Ihr primärer Zweck ist die sog. Standortvernetzung. Also die Lösung um zwei Gebäude mit Sichtverbindung miteinander zu vernetzen. Bridges gibt es exlizit zu kaufen, aber die meisten APs besitzen auch einen Bridge-Modus. Dieser unterscheidet sich erheblich vom Infrastruktur-AP-Modus und hat daher auch andere Parameter. Es ist theoretisch nicht möglich mit einer Netzwerkkarte zu einem "Brückenkopf" zu verbinden, praktisch scheint dies jedoch zu funktionieren. Solche Brückenverbindungen können entweder über eine Infrastruktur gemacht werden oder, wie es üblicher ist, im Ad-Hok-Modus in "unberührter Luft". Neben dem 1:1 oder Bridge to Bridge-Modus gibt es in der Regel auch den Bridge to Multi-Bridge-Modus (1:n). Im Ad-Hok-Modus müssen sich die "Brückenköpfe" genauso sehen können um zu kommunizieren, wie Netzwerkkarten im Ad-Hok-Modus. Parallel verhält es sich im Infrastrukturmodus
Vorteil einer Bridge ist, dass man eine dedizierte Verbindung, die einem Kabel gleich kommt, hat. Dabei ist die Sendeleistung auch stärker als bei einem AP, da der Gesetzgeber davon ausgeht, dass eine Bridge mit Richtantennen betrieben wird.
Schließlich gibt es noch den Infrastruktur-AP-Client-Modus. Befindet sich ein AP in diesem Modus, dann funktioniert er ähnlich wie eine Netzwerkkarte. Man verbindet also die Ethernetkarte des eigenen Rechners per Kabel mit dem Ethernetanschluß des AP und kann auf diese Weise auf die Infrastruktur zugreifen. Nach Theorie ist dann nur ein Rechner am Ethernetanschluß möglich. Denn die Kabelstrecke ist mit dem AP nun Eins geworden und hat die MAC-Adresse der Funkschnittstelle angenommen (kann auch die MAC des Rechners sein). Nachteil: Man hat einen teuren Kabelverhau und braucht eine Steckdose. Besser: WLAN-Karte
Abgrenzung: Man mag sich fragen, wo nun der Unterschied ist zwischen mehreren APs im AP-Client-Modus und im Bridgemodus. Der Unterschied ligt in der Behandlung der MAC-Adressen. APs im AP-Client-Modus sind wie Netzwerkkarten. Sie haben daher ihre eigene MAC-Adresse unter der sie und damit der angeschlossene Rechner dem Netzwerk bekannt sind. Ein AP im Bridge-Modus agiert dagegen als Bridge. Dies bedeutet, dass der AP seine MAC-Adresse je nach kommunizierendem Rechner ändert. Der AP gibt sich quasi als dieser oder jener Rechner aus und macht damit die Funkstrecke auf MAC-Ebene transparent. Auch bekannt als MAC-Cloning.
Soviel zumindest die Theorie. Wie das bei den einzelnen APs konkret implementiert ist, steht auf einem anderen Blatt.
Wo viel einzustellen geht, gibt es viele Fragen. Dieser Abschnitt soll die einzelnen Parameter im WLAN erklären und Zusammenhänge erklären.
Antennen dienen der optimalen Abstrahlung / Empfang von Funkwellen. Es gibt sie in verschiedenen Größen und Arten. Da dies kein Artikel über Antennen und HF-Technik werden soll, beschränkt sich dieser Abschnitt auf die nötigste Theorie und gibt ansonsten Praxistips.
Zunächst soll geklärt werden, was hier durch die Luft geht: Es handelt sich um elektomagnetische Strahlung mit einer Frequenz um die 2,4 GHz (oder auch 5 GHz). Es handelt sich hierbei nicht um Schall oder ähnliches. Vielmehr ist es für das menschliche Auge unsichtbares Licht. Erhöht man die Frequenz weiter, immer weiter in Richtung 430 THz (Terahertz), dann sieht man es rot leuchten. Mehr zu EM-Strahlung.
Wie Licht durchdringt EM-Strahlung dieser Frequenz manche Materialien besser und andere schlecht bis gar nicht, wird gespiegelt, gestreut oder Absorbiert. Weil eben 2,4 GHz doch noch weit weg vom Licht ist, durchdringt es auch problemlos optisch undurchlässige Materialien wie Plastik oder dünne Wände. Dicke Betonwände/-decken sind allerdings schon eher ein Hindernis. Generell kann man sagen, dass eine Betonwand überwunden werden kann.
Interssant ist hier zunächst einmal der Dipol, da es die grundliegendste Antennenform ist. Es handelt sich um nichts weiter als einen in der Mitte unterbrochenen Draht, dessen beide Hälften nun die beiden Kontakte einer Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Es fliesst ein Wechselstrom (in die Dipolenden hinein und heraus). Ein Strom bedingt ein Magnetfeld, dass sich hier ständig auf und ab baut. Ein variables Magnetfeld erzeugt ein elektrisches Feld und umgekehrt und so weiter. Ehe man sich versieht lösen sich elektromagnetische Wellen. Die Strahlcharakteristik ist torus- bis elipsoidförmig. Im seitlichen Schnitt sehen die abgelösten Wellen nierenförmig ab. Der Dipol ist deshalb interssant, da er die Basis für Yagiantennen darstellt und dem Isotropstrahler am ähnlichsten ist.
Der Isotropstrahler zeichnet sich dadurch aus, dass seine Strahlcharakteristik kugelrund ist. Diese Antenne strahlt also mithin in alle Richtungen gleich. Allerdings gibt es den Isotropstrahler nicht in der Realität. Es handelt sich um ein mathematisches Modell. Er ist interessant, weil der Gewinn einer Antenne immer im Vergleich zum Isotropstrahler angegeben wird.
Die Yagi-Antenne ist die konsequente Weiterentwicklung des Dipols. Das Herz einer Yagi- Antenne ist denn auch ein Dipol. Er ist umgeben von einer Reihe Reflektoren (Metallstäbe), die die Strahlcharakteristik in eine Richtung bündeln. Bezüglich WLAN ist die Yagi-Antenne die Antenne der Wahl um Richtfunkstrecken aufzubauen. Soll eine noch weitere Strecke überwunden werden, sind Parabolantennen das richtige.
Der Gewinn einer Antenne ist laienhaft gesprochen die Verstärkung, die eine Antenne bietet. Laienhaft deshalb, weil eine Antenne kein Verstärker ist. Ein Verstärker ist ein eigenes Gerät und braucht Strom. Was man bei einer Antenne also machen kann, ist die Sendeleistung effizienter zu verteilen. Man richtet die Strahlung gezielter und stärker dort hin, wo sie gebraucht wird und vernachlässigt die restlichen Richtungen. Das Vergleichsmaß hierbei ist der sogenannte Isotropstrahler. Dieser strahlt die Leistung absolut Kugelförmig ab und bevorzugt keine Richtung. Da keine reale Antenne so gleichmäßig strahlt, jede reale Antenne natürlicherweise einen positiven Gewinn. Der Gewinn wird immer in Relation zum Isotropstrahler angegeben. Dieser Gewinn kann jedoch leicht durch falsche oder schlechte Kabel zunichte gemacht werden.
Der Gewinn ist wie schon geschrieben eine Relativangabe. Man drückt damit aus, um wieviel stärker ein Signal am besten Punkt ankommt im Vergleich zum Isotropstrahler. Insofern handelt es sich dabei um eine Dimensionslose Größe. Sie wird allerdings nicht als Vielfaches ausgedrückt, sondern in dem logarithmischen Maß Dezibel, dB.
Zweck einer Antenne ist es wie gesagt die Leistung effizienter zu verteilen. Wenn man eine Antenne beispielsweise an einer Hausmauer befestigt hat, dann macht es wenig Sinn, sie gegen die Mauer und in den Garten strahlen zu lassen. Viel besser ist es, die Hälfte der Hauswand noch zusätzlich in den Garten zu lenken. Und wieso sollte davon die Hälfte in den Himmel abhauen? Viel besser wenn man die Strahlung nach oben auch auf den Boden bekäme. Genau das leisten Antennen. In diesem Falle wäre eine Sektorantenne das richige.
Kabel sind ein auch bei einem WLAN-Systen ein essentieller und nicht zu unterschätzender Bestandteil. Schließlich muss das Signal aus dem DSP in die Antenne und somit in die Luft gelangen. An der Güte der Kabel kann das Vorhaben glücken bzw. scheitern. Es ist daher wichtig gute und knapp bemessene Kabel zu verwenden.
Kabel im Funkbereich sind sogenannte Koaxialkabel. Sie bestehen aus einem Kern (Draht). Dieser ist ummantelt von einer isolierenden Wand, einem Dielektrikum. Dieses ist schließlich von einer Abschirmung (Masse) und einer Schutzschicht umgeben. In solch einem Kabel fließt übrigens kein Strom. Die Energieübertragung geschieht hierbei zwischen Masse und Kern; im Dielektrikum.
Jedes Kabel hat natürlicherweise eine Dämpfung sowie parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten. Bei besseren Kabeln sind diese Kennwerte kleiner, bei schlechten größer. Dickere Kabel haben geringere Dämpfung, lassen sich aber schlechter biegen und verlegen. Dünnere kabel haben höhere Dämpfung. Die Dämfung steigt mit der Länge des Kabels (Kennwert Dezibel pro Meter).
Viel falsch machen kann man auch mit den Verbindugsstücken. Grundsätzlich gilt hier: So wenige wie möglich und so ordentlich gemacht wie möglich. Und auch hier gibt es Qualitätsunterschiede.
Verbindunsstücke sind die Ursache für Interferenz, Reflexion und Dämpfung. Da allesamt schlecht ist, sollte man lieber ein neues längeres Kabel kaufen, als zwei kurze mit Verbindungsstücken zu einem langen zu machen. Wenn sie nicht vermeidbar sind, was immer wieder passiert, sollte man das aufkrimpen der Stecker vom Händler machen lassen oder gleich zu vorkonfektionierter Ware greifen.
Arten:
<<<<<<<<keine>>
Wenn es dann ans Funken geht, haben wir auch im digitalen Zeitalter die gleichen Probleme wie im Analogfunk. An jedem Übergang von einem Medium ins andere, an jedem abstehenden Drahtzipfel und an jedem Hindernis werden Energiewellen reflektiert. Sie stören dann das eigentliche Signal und führen dazu, dass man an manchen Ecken gut oder gar nicht empfängt.
Bei dB (Dezibel) handelt es sich um ein Vergleichsmaß mit einer logarithmischen Skala. Also ein Vergleichsmaß wie "A ist 5-fach besser als B". Nur ist hierbei nicht eine lineare, sondern eine logarithmische Skala die Basis. Für den ungeübten Menschen ist das etwas unnatürlich. Es hat jedoch den Vorteil, dass die Zahlen auch über riesige Skalen relativ handlich bleiben. So als Hilfestellung kann man sich merken, dass so dass
Da das Vergleichsmaß Dezibel in vielen Bereichen verwendet wird (hier z.B. für Gewinn und Stärke des elektrischen Felds) unterscheidet man verschiedene "Dezibels". Der Gewinn wird in dBi angegeben. Das bedeutet so viel wie: "verglichen mit Isotropstrahler". So gibt es z.B. noch dBµV (el. Feldstärke) oder dBA (Lautstärke in der Akustik). Außer einem kleinen Hinweis gibt es sich nicht viel und dB (ohne was) ist immer richtig.
Stand: 5/2004 Robert Köpferl
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