WLAN-Standard » Die Voraussetzung für eine drahtlose Kommunikation im lokalen Netzwerk
Veröffentlicht: 28.08.2024 | Lesedauer: 8 Minuten
Eine sichere, schnelle und stabile Verbindung ins Internet ist nicht nur im Privatleben eine angenehme Sache. Immer mehr Betriebe, Behörden, Bildungseinrichtungen und auch Unternehmen sind für den Datenaustausch oder zur Fernwartung ebenfalls auf eine gute Netzwerkverbindung bzw. einem schnellen Internetzugang angewiesen. Dazu sind lokal begrenzte Netzwerke (LAN für Local Area Network) perfekt geeignet. Dabei ist es aber höchst unpraktisch, arbeitsintensiv und auch teuer eine große Anzahl von Netzwerkdosen in den unterschiedlichen Räumen zu installieren. Einfacher und komfortabler ist es, den Zugang zum Internet über WLAN drahtlos und ohne lästige Stolperkabel zu realisieren. Gerne erklären wir Ihnen, wie diese Technik funktioniert, was man darüber wissen sollte und verraten dabei noch einiges mehr.
Die Bezeichnung WLAN steht für Wireless Local Area Network und beschreibt ein örtlich begrenztes Funknetzwerk. In der Praxis wird an einem kabelgebundenen Internetzugang (im Idealfall ein Gigabit-Ethernet-Anschluss) ein sogenannter WLAN-Access Point angeschlossen. Der Access Point baut dann das für die Datenübertragung erforderliche Funknetz auf und steuert sämtliche Abläufe bei der Funkübertragung der Daten.
Die mobilen Endgeräte wie beispielsweise Smartphone oder Notebook müssen lediglich im WLAN angemeldet werden. Der Aufbau der Verbindung erfolgt dann automatisch, sobald sich das jeweilige Gerät innerhalb der Funkreichweite befindet.
Für den Aufbau kleinerer Büro-Netzwerke oder für ein Heimnetzwerk eignen sich DSL-Router oder WLAN-Router, die in der Regel einen WLAN-Access Point integriert haben.
Wie das kabelgebundene LAN, arbeitet auch das Wireless LAN mit der Ethernet-Spezifikation. Dadurch ist es möglich, dass kabelgebundene Netzwerke und Funknetze parallel betrieben werden können und auch ein Datenaustausch innerhalb der beiden Netzwerktypen möglich ist. Viele DSL-Router bieten diesen praktischen Mischbetrieb an.
Sehr oft hört man im Zusammenhang mit WLAN auch den Begriff WiFi. Zum Teil werden die beiden Begriffe auch synonym bzw. gleichbedeutend verwendet. Die Abkürzung WiFi steht für „Wireless Fidelity“ und bezeichnet die kabellose Treue bzw. Wiedergabegenauigkeit. Unternehmen der Netzwerkbranche haben sich weltweit zusammengeschlossen, um als WiFi Alliance den Ausbau und die Weiterentwicklung der drahtlosen Netzwerktechnologie voranzutreiben.
Dazu werden WLAN-Geräte unterschiedlicher Hersteller nach konkreten Vorgaben genau geprüft. Wenn die Tests erfolgreich bestanden wurden, erhält das Produkt von der Wi-Fi Alliance ein „Wi-Fi-certified Label“ nach den IEEE-802.11 Standards.
Demzufolge lässt sich sagen, dass der Begriff WLAN die Bezeichnung eines drahtlosen Netzwerkes ist, ohne dabei auf die genauere Spezifikation einzugehen. WIFi hingegen beschreibt ein Funknetzwerk nach den IEE-802.11 Standard, das zu anderen WiFi-Geräten kompatibel ist.
Für eine schnelle Datenübertragung ist eine hohe Datenübertragungsrate bzw. eine große Bandbreite erforderlich. Dementsprechend muss auch die Sendefrequenz sehr hoch sein. Der langjährige Standard in Bezug auf die Sendefrequenz war das 2,4 GHz Netz, bei dem rund 2,4 Milliarden Schwingungen pro Sekunde genutzt werden.
Allerdings arbeiten viele andere Funksysteme wie Funk-Wetterstationen, Sicherheitskameras, Babyphones, Modellfernsteuerungen oder Garagentoröffner ebenfalls in diesem Frequenzbereich. Das führt zu einer hohen Auslastung und zu einer gewissen Störanfälligkeit. Darum wurde im Jahr 2013 mit der Einführung des WLAN-AC Standards auch das 5 GHz-Frequenzband zur Datenübertragung genutzt. Wobei die höhere Sendefrequenz auch höhere Datenübertragungsraten ermöglicht.
Um allerdings dieses Dual-WLAN nutzen zu können, müssen die im Funknetz angemeldeten Geräte dafür ausgelegt sein. Wenn die Technik im Router dann auch noch selbsttätig erkennt, welches Frequenzband für den jeweiligen Client perfekt geeignet ist, sprechen Fachleute von „Band Steering“.
Ausbreitung der WLAN Frequenzen 2,4 GHz und 5 GHz
Aufgrund der Frequenzunterschiede und der damit verbundenen unterschiedlichen Wellenlängen breiten sich die Funkwellen bei 2,4 GHz und 5 GHz unterschiedlich aus.
Das Funksignal im Frequenzbereich von 5 GHz ist vorzugsweise im Nahbereich zu nutzen, da das kurzwellige Signal leicht abgeschirmt oder reflektiert wird. Dadurch ist auch die Durchdringung von Wänden und Decken nicht so gut.
Im Gegensatz dazu bietet das 2,4 GHz-Signal keine so hohe Übertragungsrate, dafür ist die Reichweite aufgrund der besseren Durchdringung deutlich höher.
Hinweis: Die nebenstehende Grafik dient lediglich zum besseren Verständnis. Die tatsächliche Funkabdeckung ist von den örtlichen Gegebenheiten abhängig und wird in der Praxis nie so aussehen.
Vorteile und Nachteile der WLAN Frequenzen 2,4 GHz und 5 GHz
| Frequenz | 2,4-GHz-Band | 5-GHz-Band |
|---|---|---|
| Typische Geschwindigkeit | Bis zu 100 Mbit/s | Bis zu 1 Gbit/s |
| Vorteile | · Größere Reichweite · Wird von vielen Geräten unterstützt | · Weniger Störquellen · Weniger Interferenzen* · Höhere Bandbreite |
| Nachteile | · Viele Störfaktoren · Viele Interferenzen* · Geringere Bandbreite | · Geringere Reichweite · Höhere Abschirmung durch Wände |
*Die gleichzeitige Überlagerung von Funkwellen wird auch als Interferenz bezeichnet.
Neuester WLAN-Standard nun auch mit 6 GHz
Die in den letzten Jahren stetig voranschreitende Nutzung von Videostreaming, Cloud-Anwendungen und Online-Spielen hat dazu geführt, dass dass selbst das 5 GHz-Frequenzband bei der Datenübertragung an seine Grenzen stößt. Um auch in Zukunft die immer größer werdenden Datenmengen schnell übertragen zu können, wurde von der Federal Communications Commission (FCC) im Jahr 2020 auch das 6 GHz Frequenzband für die WLAN-Nutzung freigegeben. Damit sind typische Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Gbit/s möglich. Vorausgesetzt, dass die genutzten WLAN-Geräte diese neue Technik auch unterstützen.
Der Übertragungsstandard bei kabellosen Ethernet-Netzwerken ist in der IEEE-Norm 802.11 genau definiert. Diese Norm war der erste Standard, der im Jahr 1997 zur Anwendung kam. Damals betrug die maximale Geschwindigkeit beim Übertragen der Daten noch magere 1 Megabit pro Sekunde (1 Mbit/s) bei 2,4 GHz. Im Laufe der technischen Weiterentwicklung in Bezug auf Datendurchsatz, Effizienz, Reichweite und Sicherheit wurden auch die Standards immer wieder angepasst. Mittlerweile sind im aktuellen Standard mehrere Gbit pro Sekunde möglich.
Die wichtigsten WLAN-Standards im Überblick:
| Norm / Standard | Jahr | Datenrate* | Frequenzbereich | Kurzbeschreibung |
|---|---|---|---|---|
| IEEE 802.11: (Wi-Fi 1) | 1997 | 1 Mbit/s | 2,4 – 2,485 GHz | Erster WLAN-Standard |
| IEEE 802.11b: WLAN b (Wi-Fi 2) | 1999 | 11 Mbit/s | 2,4 – 2,4835 GHz | Erste Weiterentwicklung |
| IEEE 802.11g: WLAN g (Wi-Fi 3) | 2003 | 54 Mbit/s | 2,4 – 2,485 GHz | Nachfolger von WLAN b |
| IEEE 802.11n: WLAN n (Wi-Fi 4) | 2009 | 600 Mbit/s | 2,4 – 2,4835 GHz 5 GHz | Zusätzliches Frequenzband |
| IEEE 802.11ac: WLAN ac (Wi-Fi 5) | 2013 | 6.900 Mbit/s | 5 GHz | Bis zu 8 Mehrfachverbindungen, Beamforming und Mesh-Technologie |
| IEEE 802.11ax: WLAN ax (Wi-Fi 6) | 2020 | 9.600 Mbit/s | 2,4 – 2,4835 GHz 5 GHz (6 GHz) | Nachfolger von WLAN ac Für den 6 GHz Frequenzbereich vorbereitet |
| IEEE 802.11be: WLAN be (Wi-Fi 7) | 2024 | 23.050 Mbit/s | 2,4 – 2,4835 GHz 5 GHz 6 GHz | Aktueller WLAN-Standard |
*Die Angaben bei der Datenrate entsprechen den rechnerischen Maximalwerten, die unter Berücksichtigung aller Leistungsmerkmale theoretisch erreicht werden können.
Wie bereits angesprochen, dient das WLAN dazu, eine drahtlose Netzwerkverbindung aufzubauen und so den Zugriff auf andere WLAN-Geräte oder das Internet zu ermöglichen. Dadurch sind physikalische Netzwerkanschlüsse an Tablets oder Notebooks nicht zwangsweise erforderlich.
So komfortabel die drahtlose Anbindung auch ist, können vereinzelt Probleme bei der Funkübertragung oder zu geringe Reichweiten durch schwache Signale auftreten.
Die Ursachen dafür sind unterschiedlich und lassen sich oft einfach beseitigen.
1. Richtigen Standort für den Router wählen
Der Router sollte nach Möglichkeit in der Mitte des zu versorgenden Bereiches stehen, damit in alle Richtungen eine gleichmäßige Funkabdeckung erreicht wird. Zudem sollten sich keine elektrischen, metallischen oder abschirmenden Gegenstände in unmittelbarer Nähe des Routers befinden, um Funk-Interferenzen zu vermeiden.
2. WLAN-Einstellungen anpassen
Wichtig ist eine effiziente Verschlüsselung mit einem sicheren Passwort, damit nur berechtigte Personen auf das WLAN zugreifen können. Wenn der Router mehrere Frequenzbänder unterstützt, sollte das 5 GHz Frequenzband (oder das 6 GHz-Frequenzband) genutzt werden. In Mehrfamilienhäusern ist es sinnvoll, den Standardkanal zu wechseln, damit nicht alle Router in der Umgebung den gleichen Kanal nutzen, was zu einer hohen Funkbelastung führt.
3. Router-Software aktuell halten
Im Idealfall sollte die Firmware des Routers automatisch aktualisiert werden, um die optimale Leistung zu erzielen und Malware zuverlässig fernzuhalten.
4. WLAN-Geräte priorisieren
Wenn der Router die Möglichkeit bietet, sollten die jeweiligen Geräte in Echtzeit-Anwendungen, priorisierte Anwendungen oder Hintergrund-Anwendungen kategorisiert werden. Aktuell nicht genutzte WLAN-Geräte sollten abgeschaltet werden.
5. Einsatz von Repeatern
Bei Bedarf lassen sich Funkstrecken mit Hilfe von Repeatern verlängern. Dazu wird der Repeater innerhalb der maximalen Reichweite des WLAN-Signals des Routers platziert. Der Repeater empfängt die Daten des Routers und baut ein weiteres Funknetzwerk auf, in dem sich die Geräte verbinden können, die sonst keinen Funkkontakt zum Router haben.
6. Router tauschen
Bei älteren Routern ist es durchaus sinnvoll, diese gegen neuere WLAN-Router zu tauschen. Auch dann, wenn die vorhandenen Geräte noch funktionsfähig sind. Denn oft werden die aktuellen Standards oder Frequenzbereiche von älteren Geräten noch nicht unterstützt. In diesem Fall bringt ein Austausch eine schnellere Geschwindigkeit, geringere Latenzen (wichtig beim Streamen) und eine höhere Sicherheit.
Was bedeutet MIMO?
Die Bezeichnung MIMO steht für „Multiple Input Multiple Output“ und beschreibt die Möglichkeit, dass gleichzeitig mehrere Datenstreams genutzt werden können. Dazu besitzen WLAN-Geräte, die diese Funktion unterstützen, mehrere Antennen, die zusammengeschaltet werden können. Im 2,4 GHz Frequenzbereich sind bei 4 Antennen bis zu 600 Mbit/s und im 5-GHz-Band bei 8 Antennen bis zu 1,7 Gbit/s theoretisch möglich. Bei Multiuser MIMO (MU-MIMO) können mehrere Anwender die MIMO-Funktion gleichzeitig nutzen.
Was bedeuten WPA und WPS?
WPS steht für WiFi Protected Setup und definiert die Möglichkeiten, wie weitere Geräte in einem verschlüsselten Netzwerk hinzugefügt werden können. Das kann per Tastendruck am Router, über NFC oder per PIN-Eingabe erfolgen. Das manuelle Eintippen von komplexen kryptischen Passwörtern ist dann nicht mehr zwingend erforderlich. Der WPS-Standard wurde von der WiFi-Alliance im Jahr 2007 etabliert. WPA, WPA2 und WPA3 sind Sicherheitsstandards zum Schutz von verschlüsselten Netzwerken.
Was bedeuten bei WLAN die Buchstaben ac, a, b, g und n?
Die unterschiedlichen Buchstaben des IEEE 802.11 Standards bezeichnen die Version des WLAN-Standards und somit auch die Definition des genutzten Frequenzbandes und der theoretisch erreichbaren Übertragungsgeschwindigkeiten.
Was ist ein Mesh-WLAN?
Die Bezeichnung Mesh steht für Masche oder Netz. Bei einem Mesh-Netzwerk werden am Mesh-fähigen Router zusätzliche Satelliten angemeldet, die quasi als Netz-Knotenpunkte für eine großflächige und lückenlose Funknetzabdeckung sorgen. Weitere Infos zu dem Thema können Sie unserem Ratgeber zu den Mesh-Netzwerken entnehmen.
Was ist ein WLAN-Kanal?
Das 2.4 GHz Frequenzband wird in Europa in 13 verschiedene Kanäle eingeteilt, bei denen die Trägerfrequenz von 2,412 GHz (Kanal 1) bis 2,472 GHz (Kanal 13) in 5 MHz-Schritten gestaffelt ist. Bei einer definierten Kanalbreite von 20 MHz würde demzufolge ein Router, der auf Kanal 6 eingestellt ist, das Frequenzspektrum von Kanal 4 bis 8 (± 10 MHz bzw. zwei Kanäle) nutzen.
Ein anderer Router, der auf Kanal 4 eingestellt ist, nutzt demzufolge den Frequenzbereich von Kanal 2 bis Kanal 6. Wenn sich beide Router räumlich im selben Bereich befinden, treten im Bereich von Kanal 4 bis 6 Überlagerungen (Interferenzen) auf. Demzufolge kann in Mehrfamilienhäusern durch die Umstellung auf einen anderen WLAN-Kanal eine deutliche Verbesserung der WLAN-Verbindungen erzielt werden. Durch die Zusammenfassung von mehreren Kanälen kann die Bandbreite und somit die Übertragungsrate erhöht werden. Das 2,4 GHz Band ermöglicht Bandbreiten von bis zu 40 MHz, während im 5 GHz Frequenzband Bandbreiten von bis zu 160 MHz pro Kanal möglich sind. Das 6 GHz Frequenzband ermöglicht Bandbreiten von bis zu 320 MHz.