Wireless LAN - Die kabellose Zukunft
WLANS im Überblick und deren Einsatz an Universitäten
©2002
Diplomarbeit
190 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Mobilität ist die neue Herausforderung in der Datenkommunikation. Nach dem Mobilfunk-Boom der letzten Jahre sind derzeit drahtlose lokale Netzwerke (Wireless Local Area Networks WLANs) eines der aktuellsten Themen. Angesichts des sprunghaft gestiegenen Einsatzes kabelloser Funknetze berichten immer häufiger Medien und Fachpresse über die Möglichkeiten der WLAN-Technik. Erfolgte bisher klassischerweise die Rechner-Vernetzung und damit auch die Anbindung der Nutzer drahtgebunden (z.B. über Ethernet oder Telefonleitungen), so ermöglichen Funk-LANs eine drahtlose Vernetzung mobiler Rechner. War die Funk-Technologie lange von proprietären Systemen bestimmt und auf einen Nischenmarkt begrenzt, so können im Zuge einer fortschreitenden Standardisierung WLANs auch flächendeckend und herstellerunabhängig eingesetzt werden. Der entfallende Verkabelungsaufwand, die neu gewonnene Flexibilität bei der Gestaltung von Netzwerken und vor allem die durch WLANs erst ermöglichte Mobilität der Endgeräte sind viel versprechende Argumente für einen Einsatz drahtloser Netzwerke in den verschiedensten Bereichen.
Funk-LANs haben in den letzten Jahren auch auf breiter Front Einzug in die deutsche Hochschullandschaft gehalten. Eine drahtlose Netzinfrastruktur ermöglicht neue Anwendungsszenarien in Forschung und Lehre. Die digitale Aufbereitung von Wissen und die vernetzte Verbreitung von Informationen lassen neue Formen der Wissensvermittlung zu. Netzbasiertes und ortsunabhängiges Lernen und Lehren wird ermöglicht, und multimediales Lern- und Lehrmaterial sowie mobile Rechner lassen sich in Vorlesungen und Übungen einsetzen. Neue Anwendungskonzepte, wie z.B. die Notebook-Hochschule, werden durch drahtlose Netzwerke erst möglich.
Auf dem Weg in die mobile Informationsgesellschaft des 21. Jahrhunderts kommt dem Einsatz von Funk-Technik in der Datenkommunikation eine entscheidende Rolle zu. Drahtlose lokale Netzwerke sind aus dieser Welt nicht mehr wegzudenken.
Diese Diplomarbeit möchte einen umfassenden Überblick über die Wireless LAN-Technologie zur Datenübertragung und deren Einsatzmöglichkeiten an Universitäten vermitteln. Dabei nehmen notwendigerweise die technischen Grundlagen, insbesondere die Darstellung des IEEE 802.11 Standards, einen breiten Raum ein.
Die Diplomarbeit gliedert sich in folgende Kapitel:
In Kapitel 2 (Grundlagen der WLAN-Technologie) werden nach einer kurzen Erläuterung, was allgemein unter Wireless LAN zu […]
Mobilität ist die neue Herausforderung in der Datenkommunikation. Nach dem Mobilfunk-Boom der letzten Jahre sind derzeit drahtlose lokale Netzwerke (Wireless Local Area Networks WLANs) eines der aktuellsten Themen. Angesichts des sprunghaft gestiegenen Einsatzes kabelloser Funknetze berichten immer häufiger Medien und Fachpresse über die Möglichkeiten der WLAN-Technik. Erfolgte bisher klassischerweise die Rechner-Vernetzung und damit auch die Anbindung der Nutzer drahtgebunden (z.B. über Ethernet oder Telefonleitungen), so ermöglichen Funk-LANs eine drahtlose Vernetzung mobiler Rechner. War die Funk-Technologie lange von proprietären Systemen bestimmt und auf einen Nischenmarkt begrenzt, so können im Zuge einer fortschreitenden Standardisierung WLANs auch flächendeckend und herstellerunabhängig eingesetzt werden. Der entfallende Verkabelungsaufwand, die neu gewonnene Flexibilität bei der Gestaltung von Netzwerken und vor allem die durch WLANs erst ermöglichte Mobilität der Endgeräte sind viel versprechende Argumente für einen Einsatz drahtloser Netzwerke in den verschiedensten Bereichen.
Funk-LANs haben in den letzten Jahren auch auf breiter Front Einzug in die deutsche Hochschullandschaft gehalten. Eine drahtlose Netzinfrastruktur ermöglicht neue Anwendungsszenarien in Forschung und Lehre. Die digitale Aufbereitung von Wissen und die vernetzte Verbreitung von Informationen lassen neue Formen der Wissensvermittlung zu. Netzbasiertes und ortsunabhängiges Lernen und Lehren wird ermöglicht, und multimediales Lern- und Lehrmaterial sowie mobile Rechner lassen sich in Vorlesungen und Übungen einsetzen. Neue Anwendungskonzepte, wie z.B. die Notebook-Hochschule, werden durch drahtlose Netzwerke erst möglich.
Auf dem Weg in die mobile Informationsgesellschaft des 21. Jahrhunderts kommt dem Einsatz von Funk-Technik in der Datenkommunikation eine entscheidende Rolle zu. Drahtlose lokale Netzwerke sind aus dieser Welt nicht mehr wegzudenken.
Diese Diplomarbeit möchte einen umfassenden Überblick über die Wireless LAN-Technologie zur Datenübertragung und deren Einsatzmöglichkeiten an Universitäten vermitteln. Dabei nehmen notwendigerweise die technischen Grundlagen, insbesondere die Darstellung des IEEE 802.11 Standards, einen breiten Raum ein.
Die Diplomarbeit gliedert sich in folgende Kapitel:
In Kapitel 2 (Grundlagen der WLAN-Technologie) werden nach einer kurzen Erläuterung, was allgemein unter Wireless LAN zu […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 7229
Meyer, Dirk: Wireless LAN - Die kabellose Zukunft - WLANS im Überblick und deren
Einsatz an Universitäten
Hamburg: Diplomica GmbH, 2003
Zugl.: Universität Passau, Universität, Diplomarbeit, 2002
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http://www.diplom.de, Hamburg 2003
Printed in Germany
Inhaltsverzeichnis
I
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis ...I
Abkürzungsverzeichnis ... VI
Abbildungsverzeichnis ... XIII
Tabellenverzeichnis ... XV
1 Einführung...1
2 Grundlagen der WLAN-Technologie ...4
2.1 Was ist Wireless LAN? ...4
2.2 Einsatzgebiete...5
2.2.1 Produktionswesen...5
2.2.2 Lagerwesen und Logistik ...6
2.2.3 Einzelhandel ...6
2.2.4 Krankenhäuser...6
2.2.5 Hotels...7
2.2.6 Bildungswesen...7
2.3 Anwendungsszenarien ...8
2.3.1 SoHo-LANs...8
2.3.2 Büro-LANs ...9
2.3.3 Hot Spots ...10
2.4 Gerätetypen...11
2.4.1 Netzwerkadapter...11
2.4.2 Access Points ...14
2.4.3 Externe Antennen ...15
2.5 Betriebsarten ...17
2.5.1 Ad-hoc-Modus...18
Inhaltsverzeichnis
II
2.5.2 Infrastruktur-Modus...19
2.5.3 Bridge-Modus...20
3 Standards...22
3.1 Organisationen und Gremien ...22
3.1.1 Aufsichtsbehörden für Telekommunikation ...23
3.1.2 Standardisierungsgremien ...23
3.1.3 Interessenvereinigungen...24
3.2 Übertragungsmedium ...26
3.3 Grundsätzliche Übertragungstechniken...28
3.3.1 Infrarot-Technologie...28
3.3.2 Frequenzspreizverfahren ...30
3.3.2.1 Frequenzsprung-Spread-Spectrum-Verfahren ...32
3.3.2.2 Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Verfahren...33
3.3.3 Orthogonal-Frequenzmultiplex-Verfahren...35
3.4 IEEE 802.11 Standard...36
3.4.1 Systemarchitektur ...37
3.4.2 Protokollarchitektur ...38
3.4.3 Bitübertragungsschicht ...40
3.4.3.1 Frequency-Hopping-Spread-Spectrum-Technologie ...41
3.4.3.2 Direct-Sequence-Spread-Spectrum-Technologie...42
3.4.4 Medienzugriffssteuerung...44
3.4.4.1 Distribution Coordination Function ...45
3.4.4.2 RTS-CTS-Mechanismus ...46
3.4.4.3 Point Coordination Function ...48
3.4.5 Weitere Dienste ...49
3.5 Erweiterungen des IEEE 802.11 Standards ...51
3.5.1 IEEE 802.11 b...52
3.5.2 IEEE 802.11 a...52
3.5.3 IEEE 802.11 g...53
3.5.4 Weitere IEEE 802.11 Standards ...54
3.6 Weitere Funkstandards ...55
3.6.1 Bluetooth...55
3.6.2 HiperLAN/1 und 2 ...57
Inhaltsverzeichnis
III
3.6.3 HomeRF ...59
3.6.4 DECT ...60
4 Sicherheit ...62
4.1 Sicherheitsziele ...62
4.2 Sicherheitsrisiken ...63
4.2.1 Angriffe ...63
4.2.2 Werkzeuge für Angriffe ...66
4.3 Sicherheitsmechanismen ...67
4.3.1 Wired Equivalent Protocol...67
4.3.2 Authentifizierung ...69
4.3.3 Netzwerkname ...70
4.3.4 Filterung der MAC-Adressen ...70
4.4 Sicherheitsprobleme...71
4.4.1 Schwachstellen im WEP-Protokoll ...71
4.4.2 Schwachstellen im RC4-Algorithmus ...73
4.4.3 Fehlendes Schlüsselmanagement ...74
4.4.4 MAC-Adressen manipulierbar ...75
4.4.5 Sicherheitskritische Grundeinstellung ...75
4.5 Sicherheitsmaßnahmen...75
4.5.1 Konfiguration und Administration der WLAN-Komponenten ...75
4.5.2 Über den Standard hinausgehende Maßnahmen ...77
4.5.3 Organisatorische Maßnahmen...79
4.6 Fazit...80
5 Sonstige Aspekte ...82
5.1 Störungen von WLANs ...82
5.1.1 Störeinflüsse von identischen Systemen ...83
5.1.2 Störeinflüsse von konkurrierenden Systemen...83
5.1.3 Störeinflüsse von Störsendern...86
5.1.4 Störeinflüsse von anderen Funknetzen...87
5.2 Elektromagnetische Verträglichkeit von WLANs ...88
5.2.1 Hochfrequente Wellen und ihre biologischen Wirkungen...89
5.2.2 Grenzwerte und Regularien ...90
Inhaltsverzeichnis
IV
5.2.3 Konkrete Messungen und Schlussfolgerungen...93
5.3 Rechtsgrundlagen bei WLAN-Anwendungen ...96
5.3.1 Technische Zulassung von WLAN-Systemen...97
5.3.2 Betrieb von WLAN-Systemen ...97
5.3.3 Einschränkungen in der Nutzung von WLAN-Systemen...99
6 Einsatz von WLANs an Universitäten ... 100
6.1 Technische Infrastruktur an Universitäten ... 100
6.2 Auf-/Ausbau einer drahtlosen Netzinfrastruktur an Universitäten ... 103
6.3 WLAN-Projekte an Universitäten... 104
6.3.1 Erweiterung der Netzinfrastruktur ... 104
6.3.2 Einsatz in der Lehre ... 105
6.3.3 Anwendung in der Forschung ... 106
6.4 Notebook-Hochschule ... 107
6.4.1 Begriffsdefinition und Ziele der Notebook-Hochschule ... 107
6.4.2 Abgrenzung zur virtuellen Hochschule... 108
6.4.3 Irrtümliche Annahmen zur Notebook-Hochschule... 109
6.4.4 Vorteile der Notebook-Hochschule ... 111
6.5 Akzeptanz des Notebookeinsatzes in der Hochschullehre ... 112
6.6 Schlussfolgerungen aus dem WLAN-Einsatz an Universitäten ... 113
7 Aspekte für den Aufbau und Betrieb von WLANs an Universitäten... 115
7.1 Planung ... 115
7.1.1 Datendurchsatz und Funkreichweite... 116
7.1.2 Kanalaufteilung ... 117
7.1.3 Dämpfungen, Reflexionen und Störungen ...119
7.1.4 Antennencharakteristik ... 121
7.1.5 Simulationsprogramme ... 122
7.2 Produktauswahl... 123
7.2.1 Auswahl von Access Points ... 123
7.2.2 Auswahl von Netzwerkadaptern... 126
7.2.3 Auswahl von externen Antennen ...126
7.3 Installation ... 127
7.3.1 Funktechnische Vermessung... 127
Inhaltsverzeichnis
V
7.3.2 Installation von Access Points und Antennen ... 129
7.3.3 Installation von Funk-Brücken... 130
7.4 Betrieb und Nutzung... 132
7.4.1 Test und Netzwerk-Analyse ... 132
7.4.2 Administration und Management ... 133
7.4.3 Support der Nutzer... 134
8 Ausblick in die kabellose Zukunft ... 135
Anhang A ... i
Anhang B ... ii
Anhang C ... v
Anhang D ... xviii
Literaturverzeichnis... XVI
Abkürzungsverzeichnis
VI
Abkürzungsverzeichnis
°C
Grad
Celsius
A
Ampere
Abb.
Abbildung
Abs.
Absatz
ACL
Asynchronous
Connectionless
Link
ACL
Access
Control
List
AES
Advanced
Encryption
Standard
AP
Access
Point
Aufl.
Auflage
B
Magnetische
Feldstärke
BAPT
Bundesamt für Post und Telekommunikation
BGBl
Bundesgesetzblatt
BImschV Bundes-Immissionsschutzgesetz
Bit
Binary
Digit
BMBF
Bundesministerium für Bildung und Forschung
BMPT
Bundesministerium für Post und Telekommunikation
BMU
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reak-
torsicherheit
BSIG
Bluetooth
Special
Interest
Group
BSS
Basic
Service
Set
bzw.
beziehungsweise
ca.
circa
CA
Collision
Avoidance
CA
Cordless
Access
CCK
Complementary
Code
Keying
CD
Compact
Disc
CE
Communauté
Européenne
CEPT
Conference for Posts and Telecommunications
CFP
Contention
Free
Period
cm
Centimeter
Abkürzungsverzeichnis
VII
CP
Contention
Period
CRC
Cyclic
Redundancy
Check
CSMA
Carrier Sense Multiple Access
CTS
Clear
to
Send
dB
Dezibel
DCF
Distribution
Coordination
Function
DECT
Digital Enhanced Cordless Telephone
DFS
Dynamic
Frequency
Selection
d.h.
das
heißt
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DM
Deutsche
Mark
DMZ
de-militarisierte
Zone
DNA
Deoxyribonucleic
acid
dP/df
Leistungsflussdichte
DPRS
DECT Packet Radio Service
DRM
Dynamic
Resource
Management
DS
Distribution
System
DSL
Digital
Subscriber
Line
DSSS
Direct Sequence Spread Spectrum
E
Elektrische
Feldstärke
EAP
Extensible
Authentication
Protocol
EG
Europäische
Gemeinschaft
EIRP
mittlere
äquivalente
isotrope Strahlungsleistung
E-Mail
Electronic
Mail
EMV
Elektromagnetische
Verträglichkeit
EMVG
Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von
Geräten
EMVU
Elektromagnetische
Verträglichkeit zur Umwelt
ERC/DEC
European
Radiocommunications Committee Decision
ESS
Extended
Service
Set
ESSID
Extended Service Set Identifier
etc.
et
cetera
ETS
European
Telecommunication
Standard
ETSI
European
Telecommunications
Standards
Institute
Abkürzungsverzeichnis
VIII
EU
Europäische
Union
evtl.
eventuell
f Frequenz
f. folgende
FCC
Federal
Communications
Commission
FHSS
Frequency
Hopping Spread Spectrum
FreqZutV
Frequenzzuteilungsverordnung
FTEG
Gesetz über Funkanlagen und Telekommunikations-
endeinrichtungen
FTP
File
Transfer
Protocol
g Gramm
GFSK
Gaussian Frequency Shift Keying
ggf.
gegebenenfalls
GHz
Gigaherz
GMD
Forschungszentrum
Informationstechnik
GmbH
GMSK
Gaussian Minimum Shift Keying
GPRS
General Packet Radio Service
GSM
Globale
System
of Mobile Communication
GWB
Gesetz
gegen
Wettbewerbsbeschränkungen
H2GF
HiperLAN/2
Global
Forum
HF
High
Frequency
HiperLAN
High Performance Radio Local Area Network
HomeRF
Home Radio Frequency
HR
High
Rate
HSCSD
High Speed Circuit Switched Devices
http
Hypertext
Transfer
Protocol
Hz
Herz
IAPP
Inter Access Point Protocol
IBSS
Independent Basic Service Set
ICNIRP Internationale
Kommission zum Schutz vor nichtioni-
sierter Strahlung
ICV
Integrity
Check
Value
i.d.R.
in
der
Regel
IEEE
Institute
of
Electrical and Electronics Engineers
Abkürzungsverzeichnis
IX
IMT
International
Mobil
Communications
IR
Infrarot
IrDA
Infrared
Data
Association
IP
Internet
Protocol
IPSec
IP Security Protocol
ISA
Industry
Standard
Architecture
ISDN
Integrated
Services
Digital
Network
ISM
Industrial
Science
Medical
IT
Informationstechnologie/Informationstechnik
IV
Initialisierungsvektor
KBit/s
Kilo-Bits
pro
Sekunde
Kg
Kilogramm
LAN
Local
Area
Network
LC
Liquid
Crystal
LEAP
Lightweigth
Extensible Authentication Protocol
LED
Light
Emitting
Diode
LLC
Logical
Link
Control
m
Meter
m²
Quadratmeter
MAC
Medium
Access
Control
MBit/s
Mega-Bits
pro
Sekunde
MC
Multi
Carrier
MHz
Megaherz
MIB
Management
Information
Base
MIC
Message
Integrity
Check
Mio.
Millionen
MMC
Multimedia
Consortium
ms
Millisekunden
mW
Milliwatt
NAV
Net
Allocation
Vector
nm
Nanometer
NMB
Neue Medien in der Bildung
Nr.
Nummer
OEM
Original
Equipment
Manufacturer
Abkürzungsverzeichnis
X
OFDM Orthogonal
Frequency
Division Multiplexing
o.g.
oben
genannnten
o.J.
ohne
Jahr
OSA
Open
System
Authentication
OSI
Open
System
Interconnection
PAN
Personal
Area
Network
PC
Personal
Computer
PC
Point
Coordinator
PCF
Point
Coordination
Function
PCI
Peripheral
Component
Interconnect
PCMCIA
Personal Computer Memory Card International
Association
PDA
Personal
Digital
Assistant
PHY
Physical
PLCP
Physical
Layer Convergence Protocol
PMD
Physical
Medium
Dependent
PN
Pseudo
Noise
QoS
Quality
of
Service
RADIUS
Remote Authentication Dial-In User Service
Reg TP
Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post
RF
Radio
Frequency
RTS
Request
to
Send
S
Leistungsflussdichte
S
Station
S.
Seite
SAP
Service
Access
Point
SAR
Spezifische
Absorptionsrate
SCO
Synchronious
Connection-Oriented
Link
SKA
Shared
Key
Authentication
SoHo
Small Offices and Home Offices
SSID
Service
Set
Indentifier
SSK
Strahlenschutzkommission
SWAP
Shared Wireless Access Protocol
Tab.
Tabelle
Abkürzungsverzeichnis
XI
TCP
Transmission
Control
Protocol
TDD
Time
Division
Duplex
TDMA
Time
Division
Multiple
Access
TKG
Telekommunikationsgesetz
TKIP
Temporal Key Integrity Protocol
TKV
Telekommunikations-Kundenschutzverordnung
TPC
Transmit
Power
Control
TSF
Time
Synchronozation
Function
TZI
Technologie-Zentrum
Informatik
u.a.
unter
anderem
UMTS
Universal
Mobile
Telecommunications System
UNII
Unlicensed
National
Information Infrastructure
URL
Uniform
Resource
Locator
US
United
States
USA
United States of America
USB
Universal
Serial
Bus
UV
Ultraviolett
V
Volt
Vfg.
Verfügung
Vgl.
Vergleiche
VLAN
Virtuelles
LAN
VPN
Virtual
Private
Network
W
Watt
WDS
Wireless
Distribution
System
WECA Wireless
Ethernet
Compatibility Alliance
WEP
Wired
Equivalent
Protocol
WG
Working
Group
WHO
Weltgesundheitsorganisation
Wi-Fi
Wireless
Fidelity
WLAN
Wireless Local Area Network
WLANA
Wireless LAN Association
WPAN
Wireless Personal Area Network
WWAN
Wide Area Network
www
World
Wide
Web
Abkürzungsverzeichnis
XII
XOR
exklusives
Oder
Z
Naturkonstante
z.B.
zum
Beispiel
Ziff.
Ziffer
z.T.
zum
Teil
ZV
Zulassungsvorschrift
Abbildungsverzeichnis
XIII
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: SoHo-LAN ...9
Abb. 2: Büro-LAN...10
Abb. 3: PC-Card für Notebooks ...12
Abb. 4: PCI- und PC-Card-Adapter...12
Abb. 5: USB-Adapter ...13
Abb. 6: WLAN-Module für Handhelds ...14
Abb. 7: Access Points ...15
Abb. 8: Clientadapter- und Zugangspunktantennen...16
Abb. 9: Rundstrahlende Bridgeantenne für den Außenbereich...16
Abb. 10: Gerichtete Bridgeantennen für den Außenbereich ...17
Abb. 11: Ad-hoc-Netzwerk ...18
Abb. 12: Infrastruktur-Netzwerk ...19
Abb. 13: Funk-Brücke ...20
Abb. 14: WLAN-Frequenzbänder im elektromagnetischen Spektrum...26
Abb. 15: Frequenzen für WLANs im 5 GHz-Band...28
Abb. 16: Frequenzspreizverfahren Spreizen und Entspreizen ...31
Abb. 17: Zwei FHSS-Systeme in einem Empfangsbereich ...33
Abb. 18: Spreizung des Signals beim DSSS-Verfahren...34
Abb. 19: Signalspreizung durch PN-Code senderseitig ...35
Abb. 20: IEEE 802-Standards im OSI-Referenzmodell...37
Abb. 21: Detaillierte IEEE 802.11 Protokollarchitektur ...39
Abb. 22: Zuordnung der PHY-Ebenen zu den IEEE 802.11 Standards ...41
Abb. 23: Überschneidungsfreie DSSS-Kanäle...44
Abb. 24: Hidden-Station-Problem ...47
Abb. 25: Bedeutung der Warchalk-Zeichen ...65
Abb. 26: WEP-Verschlüsselung ...68
Abb. 27: WEP-Authentifizierung...69
Abb. 28: Mögliche Reichweiten in Büroumgebung... 117
Abb. 29: Anordnung sich überlappender Kanäle... 118
Abb. 30: Richtcharakteristik einer Yagi-Antenne... 122
Abbildungsverzeichnis
XIV
Abb. 31: Funkvermessung einer Etage... 128
Abb. 32: Fresnel-Zone bei einer Funk-Brücke ... 131
Abb. 33: Kombination der Funk-Technologien ... 137
Tabellenverzeichnis
XV
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: DSSS-Kanäle im 2,4 GHz-Band ...43
Tab. 2: Übersicht der Funksysteme mit Trägerfrequenzen ...88
Tab. 3: SAR-Basisgrenzwerte...92
Tab. 4: Abgeleitete Grenzwerte ...93
Tab. 5: Grenzwerte und Vorsorgempfehlungen des nova-Instituts ...94
Tab. 6: Mögliche Reichweiten in verschiedenen Einsatzumgebungen ... 120
Tab. 7: Dämpfung verschiedener Materialien ... 120
1 Einführung
1
1 Einführung
Mobilität ist die neue Herausforderung in der Datenkommunikation.
1
Nach
dem Mobilfunk-Boom der letzten Jahre sind derzeit drahtlose lokale Netz-
werke (Wireless Local Area Networks WLANs) eines der aktuellsten
Themen. Angesichts des sprunghaft gestiegenen Einsatzes kabelloser
Funknetze berichten immer häufiger Medien und Fachpresse über die Mög-
lichkeiten der WLAN-Technik.
2
Erfolgte bisher klassischerweise die Rech-
ner-Vernetzung und damit auch die Anbindung der Nutzer drahtgebunden
(z.B. über Ethernet oder Telefonleitungen), so ermöglichen Funk-LANs eine
drahtlose Vernetzung mobiler Rechner.
3
War die Funk-Technologie lange
von proprietären Systemen bestimmt und auf einen Nischenmarkt begrenzt,
so können im Zuge einer fortschreitenden Standardisierung WLANs auch
flächendeckend und herstellerunabhängig eingesetzt werden. Der entfal-
lende Verkabelungsaufwand, die neu gewonnene Flexibilität bei der Gestal-
tung von Netzwerken und vor allem die durch WLANs erst ermöglichte Mo-
bilität der Endgeräte sind viel versprechende Argumente für einen Einsatz
drahtloser Netzwerke in den verschiedensten Bereichen.
4
Funk-LANs haben in den letzten Jahren auch auf breiter Front Einzug in die
deutsche Hochschullandschaft gehalten. Eine drahtlose Netzinfrastruktur
ermöglicht neue Anwendungsszenarien in Forschung und Lehre. Die digita-
le Aufbereitung von Wissen und die vernetzte Verbreitung von Informatio-
nen lassen neue Formen der Wissensvermittlung zu. Netzbasiertes und
ortsunabhängiges Lernen und Lehren wird ermöglicht, und multimediales
Lern- und Lehrmaterial sowie mobile Rechner lassen sich in Vorlesungen
und Übungen einsetzen.
5
Neue Anwendungskonzepte, wie z.B. die Note-
book-Hochschule, werden durch drahtlose Netzwerke erst möglich.
Auf dem Weg in die mobile Informationsgesellschaft des 21. Jahrhunderts
kommt dem Einsatz von Funk-Technik in der Datenkommunikation eine
1
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 9.
2
Vgl. Nett/Gergeleit/Mock (2002), S. 237.
3
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 7.
4
Vgl. Nett/Gergeleit/Mock (2002), S. 237.
5
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 14.
1 Einführung
2
entscheidende Rolle zu. Drahtlose lokale Netzwerke sind aus dieser Welt
nicht mehr wegzudenken.
Diese Diplomarbeit möchte einen umfassenden Überblick über die Wireless
LAN-Technologie zur Datenübertragung und deren Einsatzmöglichkeiten
an Universitäten vermitteln. Dabei nehmen notwendigerweise die techni-
schen Grundlagen, insbesondere die Darstellung des IEEE 802.11 Stan-
dards, einen breiten Raum ein.
Die Diplomarbeit gliedert sich in folgende Kapitel:
In Kapitel 2 (Grundlagen der WLAN-Technologie) werden nach einer kur-
zen Erläuterung, was allgemein unter Wireless LAN zu verstehen ist, die
unterschiedlichen Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten dieser Funk-
Technologie vorgestellt. Der Darstellung verschiedener Betriebs-Modi von
WLAN-Komponenten schließt sich eine Übersicht der wichtigsten Gerätety-
pen an.
Kapitel 3 (Standards) beschreibt die gegenwärtig und mittelfristig wichtigs-
ten Standards für Funk-Netzwerke. Nach einer kurzen Erläuterung der an
der Standardisierung und Ausgestaltung des Umfeldes beteiligten Organi-
sationen und Gremien werden die für WLAN-Anwendungen genutzten Fre-
quenzbereiche sowie die grundsätzlichen Übertragungstechniken vorge-
stellt. Einer ausführlichen Erklärung des IEEE 802.11 Standards und des-
sen Weiterentwicklungen, die derzeit marktbeherrschend sind, folgt die Be-
schreibung weiterer Funkstandards.
Kapitel 4 (Sicherheit) widmet sich der Sicherheitsproblematik des IEEE
802.11 Standards. Nach Erläuterung der grundsätzlich bei der Datenüber-
tragung mittels Funk bestehenden Sicherheitsrisiken werden die im IEEE
802.11 spezifizierten Sicherheitsmechanismen sowie deren Schwachstellen
vorgestellt. Ergänzend erfolgt eine Darstellung von weiteren Sicherheits-
maßnahmen, die über den Standard hinausgehen.
In Kapitel 5 (Sonstige Aspekte) werden mögliche Störeinflüsse auf WLAN-
Systeme, elektromagnetische Verträglichkeit von Funk-LANs, insbesondere
1 Einführung
3
im Vergleich zum Mobilfunk, sowie rechtliche Bestimmungen für die Zulas-
sung und den Betrieb drahtloser lokaler Netzwerke erläutert.
Kapitel 6 (WLANs an Universitäten) widmet sich den speziellen Einsatz-
möglichkeiten kabelloser Netzwerke an Universitäten. Nach einer Übersicht
über die Ausstattung der Universitäten mit Wireless LAN-Technik werden
unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten beschrieben. Darauf aufbau-
end wird das Konzept der Notebook-Universität näher erläutert und zur vir-
tuellen Hochschule abgegrenzt.
Kapitel 7 (Wichtige Aspekte bei der Einführung von WLANs an Universitä-
ten) beschreibt einige ausgewählte Punkte, auf die bei der Planung der
Funkzellen, der Installation der Geräte und dem späteren Betrieb drahtloser
Netzwerke geachtet werden sollte. Diese umfassen u.a. Fragen der Kanal-
aufteilung, der Reichweite und Dämpfung von Funkwellen sowie der funk-
technischen Vermessung von Räumlichkeiten. Ergänzend dazu werden
einige wichtige Kriterien für die Auswahl von WLAN-Komponenten aufge-
zeigt.
In Kapitel 8 (Ausblick in die kabellose Zukunft) wird auf die Entwicklung der
Funkstandards eingegangen und ein Ausblick gegeben, wie die kabellose
Zukunft in der Datenkommunikation aussehen könnte.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
4
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
In diesem Kapitel werden nach einer kurzen Erläuterung des Begriffs Wire-
less LAN die möglichen Einsatzgebiete und Anwendungsszenarien von
Funk-Netzwerken vorgestellt. Der Darstellung über die wichtigsten Geräte-
typen schließt sich eine Übersicht der verschiedenen Betriebsarten von
WLAN-Systemen an.
2.1 Was ist Wireless LAN?
Wireless LAN steht stellvertretend für eine Technik, die den Aufbau von
drahtlosen lokalen Netzwerken zur Datenkommunikation ermöglicht. Aus-
gestattet mit speziellen Netzwerkadaptern lassen sich stationäre PCs, No-
tebooks, aber auch andere mobile Geräte, wie z.B. PDAs, sowohl unterein-
ander als auch mit bestehenden lokalen Netzwerken drahtlos verbinden.
Über Zugangspunkte, den so genannten Access Points (APs), wird die
Verbindung zwischen dem Funk-Netzwerk und einem bestehenden Netz-
werk, wie z.B. Ethernet, hergestellt. Sowohl Access Points als auch Funk-
Netzwerkadapter werden von nahezu allen führenden PC- und Netzwerk-
Herstellern zu erschwinglichen Preisen angeboten. Die heute gebräuch-
lichsten WLAN-Systeme basieren auf dem IEEE 802.11 b Standard und
ermöglichen Datenraten von bis zu 11 MBit/s. Die Funkübertragung findet
im lizenz- und gebührenfreien Frequenzbereich von 2,4 GHz statt. Je nach
Umgebung werden Reichweiten von 20 bis 550 m erreicht. Die WLAN-
Technik ist mittlerweile ausgereift und neben der professionellen Anwen-
dung in großen Netzwerken auch für den Heimbereich interessant.
6
Die drahtlose Datenübertragung bietet eine Reihe von Vorteilen. Durch den
Einsatz von Funknetzen kann in einigen Bereichen eine kostenintensive
Netzwerkverkabelung vermieden werden. Zudem lassen sich Gebäude und
Räumlichkeiten vernetzen, in denen das Verlegen von Kabeln sehr auf-
wändig oder gar unmöglich wäre. Der größte Vorteil ist jedoch die Mobilität
6
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 9 f.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
5
und Flexibilität, die erst durch die Funk-Technologie ermöglicht wird und bei
drahtgebundenen Netzwerken nicht in dieser Form gegeben ist. Einschrän-
kungen sind jedoch u.a. bei der Bandbreite und der Funkreichweite zu ver-
zeichnen. Die verfügbare Bandbreite liegt um Größenordnungen unter der
von drahtgebundenen Netzen, und die Funkreichweite wird durch eine Rei-
he von Faktoren, wie z.B. Interferenzen von anderen Sendern, empfindlich
eingeschränkt. Für den Nutzer wird sich somit immer die Frage stellen,
welchen Mehrwert er durch den Einsatz von Wireless LANs erzielen kann.
7
2.2 Einsatzgebiete
Flexibilität und Mobilität sind die neuen Herausforderungen an die beste-
henden Netzinfrastrukturen und verstärken den Bedarf nach drahtlosen
Übertragungstechniken. Insbesondere bei rotierendem Umzugsverhalten in
Unternehmen oder ständig wechselnden Bürobereichen sollte die IT-
Infrastruktur flexibel reagieren und der Tendenz zum Gebrauch von Note-
books und anderen mobilen Endgeräten Rechnung tragen können. Es gilt,
Mobilität bei ständigem Kontakt zu Informationsquellen zu ermöglichen.
8
Um diese Anforderungen zu erfüllen, bietet sich der Einsatz von Funk-
Technik an. Die Anwendungsgebiete von WLANs sind daher sehr vielfältig,
einige davon werden in den folgenden Abschnitten kurz vorgestellt.
2.2.1 Produktionswesen
Im Produktionsbereich werden viele Maschinen und Produktionsstraßen
von vernetzten Rechner-Systemen gesteuert. Sollen diese Produktionsan-
lagen an neu herzustellende Produkte und neue Fertigungsprozesse ange-
passt oder gar standorttechnisch verlagert werden, so hat dies i.d.R. eine
Neuverlegung der Netzwerkverkabelung zur Folge. Drahtlose Funknetze
können hier die Flexibilität der Umkonfiguration von Produktionsanlagen
wesentlich erhöhen. Zudem könnten Techniker mittels mobiler Diagnose-
7
Vgl. Sikora (2001 b), S. 18 20.
8
Vgl. Waibel (2001), S. 169 f.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
6
Systeme direkt vor Ort den Zustand der computergesteuerten Maschinen
überprüfen und mögliche Störungen beseitigen.
9
2.2.2 Lagerwesen und Logistik
Im Lagerwesen ermöglichen Funk-Netzwerke dem Lagerverwalter, unab-
hängig von seinem Arbeitsplatz, einen direkten Zugriff auf die Lagerdaten-
bank. Die Bearbeitung von Kundenaufträgen sowie Bestandsprüfungen
sind an jeder beliebigen Stelle online per Stiftcomputer oder Notebook
möglich. Das Ausdrucken und Weiterleiten von Formularen sowie das Ü-
bertragen der Daten von Papier in die Datenbank entfallen. Übertragungs-
fehler lassen sich so vermeiden und die Genauigkeit der Datenbestände
nimmt zu. Weiterhin erleichtern WLANs die Verwaltung mobiler Fahrzeuge,
wie z.B. Gabelstapler, in großen Lagerhäusern oder Hochregallagern.
10
2.2.3 Einzelhandel
Im Einzelhandel finden WLANs u.a. Anwendung im Bereich der Lagerhal-
tung, der Bestandserfassung oder auch der Inventur. Wenn Daten vor Ort
im Lager oder im Verkaufsraum aufgenommen und zentral verarbeitet wer-
den müssen, bieten sich Funk-Netzwerke an. Mobile Geräte zur Datener-
fassung, wie z.B. Notebooks oder auch Workpads und Handscanner, las-
sen sich über WLAN mit dem Firmennetz verbinden.
11
Zudem ist eine fle-
xiblere Platzierung von drahtlos vernetzten Kassensystemen, z.B. beim
Straßenverkauf vor dem Geschäft, möglich.
12
2.2.4 Krankenhäuser
Der Einsatz von Funk-Netzwerken in Krankenhäusern erhöht die Mobilität
und Einsatzbereitschaft von Personal und medizinischen Geräten. So ha-
ben Ärzte und Krankenschwestern z.B. mit Hilfe eines Notebooks direkt am
9
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 12.
10
Vgl. Avaya (2001), S. 5.
11
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 11.
12
Vgl. Waibel (2001), S. 193.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
7
Krankenbett des Patienten oder an jeder beliebigen Stelle im Gebäude
Zugriff auf aktuelle Patientendaten (Laborwerte, Röntgenbilder etc.). The-
rapieanweisungen können übermittelt und Termine vereinbart werden.
13
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, mobile Diagnosegeräte direkt am
Bett des Patienten einzusetzten. Eine Verlegung bzw. der Transport in spe-
zielle Behandlungsräume entfällt. Ein ständiger Zugang zu aktuellen Daten
und die Flexibilität beim Einsatz von medizinischen Geräten erspart Zeit,
die wiederum in die Versorgung der Patienten investiert werden kann.
14
2.2.5 Hotels
Geschäftsreisende erwarten in der heutigen Zeit von guten Business-Hotels
schnellen und komfortablen sowie sicheren Internetzugang, um auch un-
terwegs so handlungsfähig zu sein wie im eigenen Büro; E-Mail-Verkehr,
Videokonferenzen oder der Download von Präsentationen sind nur einige
Beispiele. Ob im Hotelzimmer, in der Lobby oder während Konferenzen im
Tagungsraum, die Verbindung zum Internet und zum eigenen Unterneh-
mensnetzwerk wird immer wichtiger. All dies wird durch den Einsatz von
drahtlosen Netzwerken ermöglicht. Ebenso wie der Gast profitiert auch das
Hotel von einer Funklösung. Über WLAN können die Hotelangestellten z.B.
den Verzehr aus der Minibar direkt erfassen und nach Beendigung der Rei-
nigungsarbeiten fertige Zimmer sofort freigeben. Des Weiteren kann der
Check-in bei Großveranstaltungen oder größeren Reisegruppen in der Vor-
halle oder direkt am Bus vorgenommen werden, um lange Warteschlangen
an der Rezeption zu vermeiden.
15
2.2.6 Bildungswesen
An Hochschulen stellen WLANs eine flexible Erweiterung der bestehenden
Netzinfrastruktur dar und ermöglichen Studenten, Dozenten und Angestell-
ten einen orts- und zeitunabhängigen Zugang zum Internet sowie zum
Hochschulnetz. Ob im Hörsaal, in der Mensa oder auch in der Bibliothek:
13
Vgl. Avaya (2001), S. 5 f.
14
Vgl. ARtem (2001 a).
15
Vgl. Cisco (2001), S. 2 und 7.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
8
Mit dem Notebook sind fast überall Internet-Recherchen, E-Mail-Verkehr
und andere Netz-Anwendungen möglich. Die Räumlichkeiten der Hoch-
schulen lassen sich somit flexibler nutzen und stehen den Studenten als
potenzielle Notebook-Arbeitsplätze zur Verfügung. Überfüllte Rechnerräu-
me gehören der Vergangenheit an und können für anspruchsvollere Arbei-
ten genutzt werden. Die drahtlose Netzwerkstruktur ermöglicht innovative
und zukunftsweisende Lehr- und Lernformen sowie die Einbeziehung mul-
timedialen Lehrmaterials in die Lehrveranstaltungen.
16
Weitere Einsatzge-
biete sind z.B. Schulen, Volkshochschulen oder Zentren für Erwachsenen-
bildung.
17
Auf den Einsatz von Wireless LAN an Universitäten wird in Kapi-
tel 6 genauer eingegangen.
2.3 Anwendungsszenarien
In den folgenden Abschnitten werden unterschiedliche Anwendungsszena-
rien von Wireless LANs vorgestellt. Eine zunehmende Verbreitung der
Funk-Technologie und einheitliche Standards ermöglichen es, Notebooks
mit WLAN-Technik sowohl daheim als auch im Büro oder an öffentlichen
Zugangspunkten, den so genannten Hot Spots, einzusetzen.
2.3.1 SoHo-LANs
Netzwerke in privaten Haushalten und in kleineren Büros, wie z.B. Arztpra-
xen oder Kanzleien, werden als SoHo- (Small Offices and Home Offices)
LANs bezeichnet. In der Regel sind nur wenige Rechner miteinander zu
vernetzen, die gemeinsam auf einen ISDN/DSL-Anschluss und Peripherie-
geräte wie Drucker oder Scanner zugreifen sollen. Da im Funknetz die An-
zahl der Nutzer bzw. Stationen recht klein ist, und die Datenmengen eher
gering sind, reichen meistens eine oder nur wenige Funkzellen aus, um die
unterschiedlichen Rechner zu versorgen (siehe Abbildung. 1). Damit auch
16
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 13.
17
Vgl. Avaya (2001), S. 5.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
9
Laien die Netzwerkadministration durchführen können, müssen die WLAN-
Komponenten leicht einzurichten und zu verwalten sein.
18
Abb. 1: SoHo-LAN
19
Während die privaten Haushalte i.d.R. das lokale Netz vollständig über
Funk betreiben, müssen kleinere Firmen die Entscheidung treffen, ob das
WLAN anstatt des oder ergänzend zum bestehenden drahtgebundenen
Netzwerk genutzt werden soll. Es hängt dann von den Kosten ab, welche
Rechner verkabelt und welche kabellos angebunden werden.
20
2.3.2 Büro-LANs
In größeren Bürokomplexen stellt die drahtlose Anbindung von Rechnerar-
beitsplätzen an die bestehende Netzwerkinfrastruktur wesentlich höhere
Anforderungen an die Funk-LANs. Eine breite räumliche Abdeckung und
der Anschluss von mehreren hundert Rechnern an einem Standort stellt
keine Seltenheit mehr dar. Größere Datenmengen und eine Vielzahl von
Nutzern erfordern eine höhere Leistungsfähigkeit der Systeme. Um diese
Anforderungen zu erfüllen, sind, wie in Abbildung 2 dargestellt, mehrere
Funkzellen bzw. Access Points notwendig. Die umfangreiche Netzwerkad-
18
Vgl. Sikora (2001 b), S. 74.
19
© http://www.bachert.de/elsa/products/wireless/applications.htm.
20
Vgl. Lancom (2002), S. 2.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
10
ministration erfolgt i.d.R. durch Fachpersonal mittels spezieller Werkzeu-
ge.
21
Abb. 2: Büro-LAN
22
2.3.3 Hot Spots
Als Hot Spots oder Public Spots werden öffentliche Plätze und Einrichtun-
gen bezeichnet, an denen über eingerichtete Funk-Netzwerke ein drahtlo-
ses und flexibles Zugangsmedium zum Internet bereitgestellt wird. Solche
öffentlichen Zugänge finden sich vor allem an Flughäfen, Bahnhöfen sowie
in Hotels und Kongresszentren
23
. Sie richten sich an bestimmte Zielgrup-
pen, wie z.B. Geschäftsreisende die kurz vor dem Abflug mit Hilfe ihrer No-
tebooks Zugriff auf unternehmensinterne Daten nehmen oder E-Mails ab-
fragen. Aber auch immer mehr Cafés und Restaurants bieten den kabello-
sen Internetzugang an. Hier ist die Zielgruppe nicht auf Geschäftsleute be-
schränkt. Nutzungsvoraussetzungen sind ein Notebook mit WLAN-Karte
und die Zugriffsberechtigung vom WLAN-Anbieter. Der Zugang ist dabei
wesentlich schneller und günstiger als bei bestehenden Mobilfunk-
Lösungen wie HSCSD und GPRS oder dem zukünftigen UMTS.
24
Die Ges-
taltung der Gebühren reicht von kostenlosen Angeboten über Tagespau-
schalen bis hin zu Stundenpreisen von wenigen Euro. Gerade bei einem
21
Vgl. Sikora (2001 b), S. 75.
22
© http://www.bachert.de/elsa/products/wireless/applications.htm.
23
Eine Auflistung von Hot Spots in Deutschland findet man unter:
http://www.mobileaccess.de/wlan.
24
Vgl. Meyer-Stumpf (2002), S. 126.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
11
hohen Datenaufkommen stellen WLAN-Systeme an Hot Spots eine sinnvol-
le Ergänzung zu Mobilfunknetzen der dritten Generation dar.
25
2.4 Gerätetypen
Das Angebot an Wireless LAN-Produkten steigt fast täglich. Dabei lassen
sich die Produkte in drei verschiedene Gerätetypen unterteilen: Netzwerk-
adapter, Access Points und Antennen. Im Lieferumfang der Geräte sind
sowohl die entsprechenden Treiber als auch die dazugehörige Konfigurati-
onssoftware enthalten. Neben den üblichen Treibern für Windows-Systeme
bieten einige Hersteller zusätzlich Linux-Treiber an. Ebenso ist eine Wire-
less LAN-Lösung von Apple
26
erhältlich.
27
2.4.1 Netzwerkadapter
Die Netzwerkadapter fungieren als Schnittstelle zwischen den mobilen oder
auch stationären Endgeräten und dem Funk-Netzwerk. Je nach verwende-
tem Endgerät lassen sich diese in weitere Kategorien unterteilen:
28
PC-Cards
Die überwiegende Zahl von Netzwerkadaptern ist für den Einsatz in Note-
books konzipiert und wird daher in Bauform von PC-Cards bzw. PCMCIA-
Karten angeboten (siehe Abbildung 3). Die Antennen sind im Kartengehäu-
se integriert bzw. an der Karte seitlich angebracht und ragen aus dem No-
tebook-Gehäuse heraus. Um bessere Funkeigenschaften zu erzielen, be-
sitzen einige WLAN-Karten auch die Möglichkeit, externe Antennen anzu-
schließen. Einige Hersteller verwenden die PC-Cards auch als aktive Funk-
komponente in ihren Access Points.
29
25
Vgl. Rügheimer (2002), S. 79.
26
Mehr Informationen unter: http://www.apple.com/de/airport.
27
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 144.
28
Vgl. Sikora (2001 b), S. 76.
29
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 24.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
12
Abb. 3: PC-Card für Notebooks
30
PCI- und PC-Card Adapter
Um auch stationäre Desktop-PCs an ein Funk-Netzwerk anschließen zu
können, werden von den Herstellern WLAN PCI- (Peripheral Component
Interconnect) Adapter (Abbildung 4 a) und spezielle PC-Card-Adapter (Ab-
bildung 4 b) für den ISA- (Industry Standard Architecture) bzw. PCI-Bus
angeboten. Dabei können die PC-Card-Adapter nur mit einer eingesetzten
PC-Card genutzt werden.
31
a)
b)
Abb. 4: PCI- und PC-Card-Adapter
32
USB-Adapter
Lassen sich Desktop-PCs nicht durch PCI- bzw. PC-Card-Adapter erwei-
tern oder sollen die PCs nur vorübergehend an das Funk-Netzwerk ange-
schlossen werden, so bietet sich der Einsatz von externen USB-Adaptern
an. Diese ermöglichen einen einfachen Anschluss, ohne dass das PC-
Gehäuse dafür geöffnet werden muss. Voraussetzung ist jedoch, dass der
30
© http://www.compaq.de/produkte/wireless/.
31
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 145.
32
© http://www.intel.com/network/connectivity/products/wpci2011b.htm und
http://www.compaq.de/produkte/wireless/.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
13
Rechner einen USB-Anschluss besitzt.
33
Wie in Abbildung 5 dargestellt,
werden die USB-Adapter in unterschiedlichen Bauformen angeboten.
Abb. 5: USB-Adapter
34
Integrierte WLAN-Adapter
Einige Hersteller bieten bei neueren Notebooks bereits fest installierte Wi-
reless LAN-Technik an
35
, so z.B. Toshiba mit den Serien Satellite Pro 4600
und Tecra 8200. Der WLAN-Adapter ist dabei in Form einer Mini-PCI-Karte
im Notebook eingebaut, und die Antenne befindet sich im Deckelrücken
hinter dem LC-Display. Da der Antenne somit mehr Platz zur Verfügung
steht, kann ein besserer Empfang und eine größere Reichweite erzielt wer-
den als bei den in den WLAN-Karten integrierten Antennen. Zudem besteht
keine Gefahr, dass die Antenne beim Transport beschädigt wird. Die Mini-
PCI-Karte ist von der Unterseite des Gerätes aus einfach zu erreichen, und
kann daher leicht gegen Karten neuerer Versionen ausgetauscht werden.
36
Wireless LAN-Module für Handheld PCs
Netzwerkadapter für Handheld Computer und PDAs (siehe Abbildung 6)
ermöglichen es besonders mobilen Anwendern, sich überall einzuloggen,
wo ein kabelloses Netz angeboten wird (z.B. an Hot Spots). Die Vorzüge
der Handhelds werden durch die Möglichkeit der mobilen Vernetzung er-
gänzt.
37
33
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 145.
34
© http://www.compaq.de/produkte/wireless/ und
http://www.netgear.de/produkte/wireless/ma101.html.
35
Vgl. Sikora (2001 b), S. 76.
36
Vgl. Toshiba (2001 a), S. 7.
37
Vgl. Intel (2001).
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
14
Abb. 6: WLAN-Module für Handhelds
38
2.4.2 Access Points
Die Access Points bilden das Gegenstück zu den Funk-Netzwerkadaptern,
die in den Endgeräten installiert sind.
39
Dabei spannt jeder AP eine so ge-
nannte Funkzelle auf. In dieser können alle sich darin befindlichen Statio-
nen über den AP miteinander kommunizieren. Besitzt das Gerät einen in-
tegrierten ISDN/DSL-Router, so lässt sich ein SoHo-LAN aufbauen, und die
Stationen können über den Zugangspunkt auf das Internet zugreifen. Bei
größeren WLAN-Installationen, wie z.B. einem Büro-LAN, bilden die APs
die Verbindung zwischen dem Funknetz und dem drahtgebundenen Netz-
werk und ermöglichen so den Stationen den Zugriff auf das kabelgebunde-
ne Netz. Oft besitzen die APs keine fest verdrahtete Funk-Einheit, sondern
verwenden PC-Cards als aktive Funkkomponenten.
40
Einige Geräte besit-
zen sogar zwei Steckplätze, so dass zwei PC-Cards in einem Gehäuse be-
trieben werden können. Dadurch lassen sich z.B. zwei Funkzellen aufspan-
nen und eine größere Zahl an Endgeräten versorgen, oder es kann eine
Funkzelle aufgespannt und parallel dazu eine Funk-Brücke betrieben wer-
den.
41
Die APs sind in unterschiedlichen Bauformen (siehe Abbildung 7)
verfügbar. Dabei sind Geräte mit einer oder zwei Antennen (entweder im
Gerät integriert oder am Gehäuse angebracht) erhältlich. Des Weiteren bie-
ten einige APs die Möglichkeit, externe Antennen anzuschließen, die dann
38
© http://www.intel.com/pressroom/kits/events/nplusi_spr2001/ und
http://www.networkcomputing.de/heft/fist%20look/fl_0302_xircom.html.
39
Vgl. Waibel (2001), S. 182.
40
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 21.
41
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 146.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
15
eine größere Sendereichweite erlauben und die Flexibilität bei der Platzie-
rung der Geräte erhöhen.
42
Abb. 7: Access Points
43
2.4.3 Externe Antennen
Neben den bereits in Netzwerkadaptern und Access Points integrierten An-
tennen wird für Funk-LANs eine ganze Reihe von verschiedenen externen
Antennen angeboten. Diese können je nach Art der Abstrahlung in omnidi-
rektionale (rundstrahlende) und direktionale (gerichtete) Antennen unter-
schieden werden.
44
Omnidirektionale Antennen
Rundstrahlende Antennen senden in alle Richtungen; die schwächsten
Signale sind dabei direkt über- bzw. unterhalb der Antenne auszumachen.
45
Sie werden hauptsächlich als Clientadapter- und Zugangspunktantennen
innerhalb von Gebäuden eingesetzt. Die in den Funk-Netzwerkkarten integ-
rierten Antennen verfügen i.d.R. zwar über eine auseichende Reichweite,
doch falls erforderlich kann der Übertragungsbereich durch Clientadapter-
antennen (Abbildung 8 a) weiter ausgedehnt werden.
46
Besonders bei
Desktop-PCs, bei denen sich die Netzwerkadapter-Antenne auf der Rück-
42
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 21 f.
43
© http://www.intel.com/network/connectivity/products/pix/2011B_accesspoint.jpg und
http://www.compaq.de/produkte/wireless/.
44
Vgl. Waibel (2001), S. 184.
45
Vgl. Bruce/Gilster (2002), S. 331.
46
Vgl. Waibel (2001), S. 184.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
16
seite des Gehäuses befindet, bietet sich der Einsatz einer externen Anten-
ne an, die z.B. am Monitor angebracht ist.
47
Zugangspunktantennen (Abb. 8
b) innerhalb von Gebäuden, z.B. an Decken oder Wänden montiert, ermög-
lichen eine gezieltere und effizientere funktechnische Versorgung des ab-
zudeckenden Bereichs. Des Weiteren kann durch die Montage der exter-
nen Antenne am funktechnisch optimalen Punkt der Access Point flexibler,
z.B. an einem diebstahlsicheren Ort, installiert werden.
48
a)
b)
Abb. 8: Clientadapter- und Zugangspunktantennen
49
Außerhalb von Gebäuden lassen sich omnidirektionale Antennen als Zu-
gangspunkt- und Bridgeantennen (siehe Abbildung 9) einsetzten. Bridgean-
tennen werden dabei für so genannte Punkt-zu-Multipunkt-Verbindungen
verwendet, z.B. um ein Hauptgebäude mit mehreren Nebengebäuden über
Funk zu vernetzen.
50
Abb. 9: Rundstrahlende Bridgeantenne für den Außenbereich
51
47
Vgl. Sikora (2001 b), S. 68.
48
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 24 f.
49
© http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/_de_airoa_ds.htm.
50
Vgl. Waibel (2001), S. 184 f.
51
© http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/_de_airoa_ds.htm.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
17
Direktionale Antennen
Bei den gerichteten (direktionalen) Antennen werden die Funkstrahlen ge-
bündelt und in eine Richtung gesendet. So lässt sich die Strahlungsintensi-
tät erhöhen und bei gleicher Leistung eine größere Reichweite erzielen.
Richtantennen sind i.d.R. Bridgeantennen und werden für Punkt-zu-Punkt-
Verbindungen im Außenbereich eingesetzt, um z.B. zwei Gebäude mitein-
ander zu verbinden. Je nach Antenne sind kurze, mittlere und große
Reichweiten mit Entfernungen von mehreren hundert Metern bis hin zu ei-
nigen Kilometern und mehr möglich. Mit Hilfe der in Abbildung 10 darge-
stellten Yagi- und Parabolantenne lassen sich mehrere Kilometer überbrü-
cken, wobei die Parabolantenne eine größere Reichweite besitzt als die
Yagi-Antenne.
52
Abb. 10: Gerichtete Bridgeantennen für den Außenbereich
53
2.5 Betriebsarten
In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Betriebsmodi des Funk-
Netzwerkes bzw. der WLAN-Komponenten vorgestellt. Die Netzwerkadap-
ter können dabei im Ad-hoc- oder Infrastruktur-Modus arbeiten, die Access
Points im Infrastruktur- oder Bridge-Modus.
54
52
Vgl. Waibel (2001), S. 184 f.
53
© http://www.cisco.com/warp/public/cc/pd/witc/ao340ap/prodlit/_de_airoa_ds.htm.
54
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 38.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
18
2.5.1 Ad-hoc-Modus
Die einfachste Art, Rechner drahtlos miteinander zu verbinden, ist der Auf-
bau eines Ad-hoc-Netzwerks, wofür schon zwei Clients ausreichend sind.
Diese befinden sich dazu in dem so genannten Ad-hoc-Modus und kom-
munizieren direkt (ohne Access Point) miteinander. Jeder Client bildet da-
bei mit seinem Netzwerkadapter eine Funkzelle. Befinden sich die Clients
nun in einer gemeinsamen Zelle oder überlappen sich ihre Zellen, so kön-
nen sie untereinander Daten austauschen und gemeinsam Peripheriegerä-
te, wie z.B. einen Drucker oder Scanner, nutzen (siehe Abbildung 11).
55
Abb. 11: Ad-hoc-Netzwerk
56
Diese Art des Netzwerks wird auch Peer-to-Peer-Netzwerk genannt. Prinzi-
piell ist eine Erweiterung um beliebig viele Clients möglich. Diese müssen
nur mit WLAN-Karten ausgestattet sein und sich innerhalb der Funkzelle
befinden, bzw. die Funkzellen müssen sich überschneiden. So lassen sich
einfach und spontan, ohne aufwändige Verkabelung, Netzwerke für z.B.
Meetings oder Workshops aufbauen. Wird jedoch eine großflächige Abde-
ckung und der Anschluss an ein bestehendes kabelgebundenes Netzwerk
benötigt, so sind Ad-hoc-Netzwerke dafür nicht geeignet. Hier bietet sich
der Einsatz von Infrastruktur-Netzwerken an.
57
55
Vgl. Schulte (1999), S. 222 f.
56
© http://www.bachert.de/elsa/products/wireless/applications.htm.
57
Vgl. Schulte (1999), S. 223.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
19
2.5.2 Infrastruktur-Modus
Im Infrastruktur-Modus werden die Clients über einen als feste Basisstation
fungierenden Access Point miteinander verbunden.
58
Dadurch lässt sich die
Reichweite im Funk-Netzwerk erhöhen, und Stationen die für den Ad-hoc-
Modus zu weit von einander entfernt sind, können miteinander kommunizie-
ren. Existiert bereits ein kabelgebundenes Netzwerk, wie z.B. ein Ethernet,
so lässt sich dieses mit Hilfe der APs um mobile Clients erweitern. Diese
drahtlose Erweiterung wird als Infrastruktur-Netzwerk (siehe Abbildung 12)
bezeichnet. Durch Hinzufügen weiterer APs können größere Bereiche funk-
technisch abgedeckt und mehrere Benutzer versorgt werden. Überlappen
sich die Funkzellen der APs, so ist ein Wandern der mobilen Stationen von
einer Zelle zur nächsten (Roaming) möglich, ohne dass die Verbindung
zum Netzwerk getrennt wird.
59
Abb. 12: Infrastruktur-Netzwerk
60
Um die Access Point-Ausleuchtung zu erweitern bzw. Bereiche zu versor-
gen, in denen der AP keine direkte Verbindung zum Netzwerk hat, bietet
sich der Einsatz eines Wireless Repeaters an. Dabei handelt es sich um
einen zusätzlichen AP, der Datenpakete von einem benachbarten AP emp-
fängt und diese auf dem gleichen Kanal an die Clients weiterleitet. Sein
58
Vgl. Roth (2002), S. 80.
59
Vgl. Schulte (1999), S. 223 f.
60
© http://www.bachert.de/elsa/products/wireless/applications.htm.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
20
Einsatz sollte aber vermieden werden, da sich durch die Repeaterfunktion
der Datendurchsatz in der Funkzelle reduziert.
61
2.5.3 Bridge-Modus
Mit speziellen Funk-Brücken lassen sich voneinander entfernte kabelge-
bundene oder kabellose Netzwerke verbinden. Dabei kommunizieren zwei
Access Points miteinander, die sich beide im Bridge-Modus befinden und
bei dem jeweils anderen als Bridge-Partner eingetragen sind. Bereits mit
den in APs integrierten Antennen lassen sich kurze Distanzen überwinden.
Werden zusätzlich, wie in Abbildung 13
dargestellt, externe Antennen auf
beiden Seiten ergänzt, so lässt sich die Reichweite weiter ausdehnen. Je
nach Auswahl der Antennen sind Entfernungen von mehreren hundert Me-
tern bis zu einigen Kilometern möglich.
Mit zunehmender Entfernung nimmt
jedoch die Datenrate ab.
62
Abb. 13: Funk-Brücke
63
Funk-Brücken werden häufig im Außenbereich zur funktechnischen Vernet-
zung von Gebäuden eingesetzt. Dies geschieht entweder in Form von
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, d.h. zwei Gebäude werden miteinander
verbunden, oder in Form von Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen, z.B. um
61
Vgl. Waibel (2001), S. 183.
62
Vgl. Tavangarian (2001 a), S. 40.
63
© http://www.bachert.de/elsa/products/wireless/applications.htm.
2 Grundlagen der WLAN-Technologie
21
ein Gebäude mit mehreren zu vernetzen.
64
Werden Richtantennen zur Ü-
berbrückung von größeren Entfernungen verwendet, so ist eine direkte
Sichtverbindung (Line-of-Sight) zwischen den Antennen erforderlich. Für
die Überquerung fremder Grundstücke oder öffentlichen Geländes sind
keine Genehmigungen erforderlich. Eine grundstücksübergreifende Funk-
Brücke ist lediglich der entsprechenden Zweigstelle der Reg TP zu mel-
den.
65
64
Vgl. Waibel (2001), S. 184.
65
Vgl. Schulte (1999), S. 224 und 238.
3 Standards
22
3 Standards
Bereits in der Vergangenheit bildeten weltweit akzeptierte Standards, wie
z.B. der IEEE 802.3 Ethernet, die Grundlage für den Ausbau von drahtge-
bundenen lokalen Netzwerken. Auch drahtlose LANs können von der Stan-
dardisierung profitieren, denn einheitliche Standards sind die Vorausset-
zung für interoperable Produkte. Der Aufbau, die Verwaltung sowie die In-
tegration in bestehende Netzwerke werden entscheidend vereinfacht, und
die bestehende Infrastruktur kann bei technologischen Fortentwicklungen
weiter genutzt werden. Sind die WLAN-Komponenten der verschiedenen
Hersteller untereinander kompatibel, so bietet sich dem Nutzer ein größe-
res Angebot, und er ist nicht mehr von einem Produzenten abhängig. Der
Wettbewerb wird erhöht, und die Hersteller sind gezwungen, die Entwick-
lung voranzutreiben, um ständig neue Produkte mit innovativen Features
auf den Markt zu bringen. Aufgrund dieser Konkurrenz und der Tatsache,
dass i.d.R. von standardisierten Produkten größere Stückzahlen gefertigt
werden, erhält der Nutzer letztendlich qualitativ bessere Produkte zu niedri-
geren Preisen.
66
In diesem Kapitel werden die wichtigsten Funkstandards im Bereich von
Wireless LAN und Funk-Netzwerken vorgestellt; insbesondere der IEEE
802.11 Standard und die entsprechenden Weiterentwicklungen. Daneben
werden auch die an der Standardisierung beteiligten Organisationen und
Gremien, das Übertragungsmedium sowie die grundsätzlichen Übertra-
gungstechniken erläutert.
3.1 Organisationen und Gremien
An der Ausgestaltung des Umfeldes von Funk-LANs sind eine Reihe von
Organisationen und Gremien beteiligt. Diese internationalen und nationalen
sowie staatlichen und privaten Institutionen lassen sich wie folgt einteilen:
67
66
Vgl. Nett/Mock/Gergeleit (2001), S. 19.
67
Vgl. Sikora (2001 b), S. 31.
3 Standards
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3.1.1 Aufsichtsbehörden für Telekommunikation
Die Aufsichtsbehörden für Telekommunikation nehmen hoheitliche Aufga-
ben wahr, sie geben quasi die Rahmenbedingungen für die Nutzung der
öffentlichen Ressource Luft vor. Zu ihren Aufgaben gehören z.B. die Zutei-
lung von Frequenzbereichen und das Aufstellen entsprechender Nutzungs-
regeln. In den USA nimmt die Federal Communications Commission (FCC)
die Funktion der Aufsichtsbehörde wahr. In Europa ist die Conference for
Posts and Telecommunications (CEPT) in Zusammenarbeit mit dem Euro-
pean Telecommunications Standards Institute (ETSI) für die Zuteilung von
Frequenzbereichen zuständig. Die entsprechenden Empfehlungen müssen
aber durch die jeweiligen Aufsichtsbehörden der Mitgliedsländer noch in
nationale Verordnungen umgesetzt werden. In Deutschland wird dies durch
die dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie unterstellte Re-
gulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (Reg TP) vorgenom-
men. Sie gibt die nationalen Richtlinien heraus.
68
3.1.2 Standardisierungsgremien
Im Folgenden werden die zwei für den Bereich Wireless LAN wichtigsten
Standardisierungsgremien vorgestellt: Zum einen das Institute of Electrical
and Electronics Engineers, Inc. und zum anderen das European Telecom-
munications Standards Institute.
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Das IEEE
69
, die Standardisierungsvereinigung des US-amerikanischen In-
genieurverbandes, ist eine Non-Profit Organisation mit über 370.000 Mit-
gliedern in 150 Ländern. Ziel des IEEE ist es, Standards für die verschie-
densten technischen Bereiche zu entwickeln und weltweit einzuführen. Be-
sonders bekannt ist das IEEE im Netzwerkbereich durch seine IEEE 802
Standards für lokale Netze, z.B. Ethernet
(
802.3) oder Token Ring (802.4).
68
Vgl. Sikora (2001 b), S. 31.
69
Mehr Informationen unter: http://www.ieee.org.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2002
- ISBN (eBook)
- 9783832472290
- ISBN (Paperback)
- 9783838672298
- DOI
- 10.3239/9783832472290
- Dateigröße
- 1.3 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Universität Passau – unbekannt
- Erscheinungsdatum
- 2003 (September)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- funknetzwerk drahtlose netzwerke vernetzung wi-fi wlan
