WLAN

WLAN, kurz für Wireless Local Area Network, bezeichnet ein lokales Funknetz, das es ermöglicht, Endgeräte wie Smartphones, Tablets oder Laptops ohne physische Kabelverbindungen miteinander zu verknüpfen und auf Netzwerkressourcen oder das Internet zuzugreifen.

Im Grunde kannst du dir WLAN als eine unsichtbare Verbindung zwischen deinem Gerät und dem Router vorstellen, die es dir erlaubt, im Web zu surfen, E-Mails zu checken oder Dateien über das Netzwerk zu teilen, und das alles, ohne an einen bestimmten Ort gebunden zu sein.

Technische Grundlagen von WLAN

WLAN nutzt elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich, um Daten zwischen Geräten und einem Zugangspunkt, meist einem Router, zu übertragen. Die Kommunikation erfolgt über bestimmte Frequenzbänder, hauptsächlich 2,4 GHz oder 5 GHz, die in verschiedene Kanäle unterteilt sind, um Interferenzen zu minimieren und die Netzwerkleistung zu optimieren.

Eine entscheidende Rolle im WLAN spielt das IEEE 802.11 Protokoll, das die Grundlage für die WLAN-Kommunikation bildet. Dieses Protokoll definiert alles, von den Frequenzbändern, die verwendet werden können, bis hin zu Sicherheitsmechanismen, um die Datenübertragung zu schützen. Das Protokoll hat über die Jahre verschiedene Erweiterungen erfahren, unter anderem 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n (auch bekannt als Wi-Fi 4), 802.11ac (Wi-Fi 5), und zuletzt 802.11ax (Wi-Fi 6), wobei jede Version Verbesserungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Reichweite und Effizienz bietet.

Abgrenzung von WLAN, Wi-Fi und anderen Netzwerktechnologien

Obwohl die Begriffe WLAN und Wi-Fi oft synonym verwendet werden, gibt es einen feinen Unterschied. WLAN bezeichnet das Konzept eines drahtlosen Netzwerks im Allgemeinen, während Wi-Fi eine Marke der Wi-Fi Alliance ist, die Produkte zertifiziert, die den 802.11-Standards entsprechen. Vereinfacht ausgedrückt, Wi-Fi ist eine spezifische Ausführung von WLAN, die sicherstellt, dass Geräte verschiedener Hersteller miteinander kompatibel sind.

Andere Netzwerktechnologien umfassen Bluetooth, das hauptsächlich für die Verbindung von Geräten über kurze Distanzen verwendet wird, ZigBee, das in Smart-Home-Geräten Anwendung findet, und NFC (Near Field Communication), das Datenübertragung über extrem kurze Distanzen ermöglicht, wie bei mobilen Zahlungssystemen angewendet. Im Gegensatz zu WLAN, das für den Zugriff auf Netzwerkressourcen und das Internet über größere Entfernungen innerhalb eines Hauses oder Büros ausgelegt ist, dienen diese Technologien spezifischeren Zwecken und arbeiten in unterschiedlichen Frequenzbereichen und Distanzen.

Aufbau und Funktion eines WLAN-Netzwerks

Standardkomponenten eines WLAN-Netzwerks

Ein WLAN-Netzwerk, kurz für Wireless Local Area Network, ermöglicht die kabellose Verbindung zwischen verschiedenen Geräten zur Datenübertragung und Internetnutzung. Grundlegende Komponenten, die in einem typischen WLAN-Netzwerk zu finden sind, umfassen:

• Access Points (AP): Sie dienen als Schnittstelle zwischen dem WLAN und dem kabelgebundenen Netzwerk. Access Points strahlen Funksignale aus, mit denen sich Geräte wie Laptops, Smartphones oder Tablets verbinden können.
• Router: In vielen Haushalten und Unternehmen ist der Router mit einem Access Point kombiniert. Der Router verbindet mehrere Netzwerke miteinander, typischerweise das Heim- oder Firmennetzwerk mit dem Internet.
• Endgeräte: Dazu zählen alle Geräte, die sich mit dem WLAN verbinden, beispielsweise Computer, Smartphones, Tablets, smarte Haushaltsgeräte und viele mehr.
• Netzwerkkabel: Obwohl WLAN für eine kabellose Verbindung steht, werden in der Netzwerkinfrastruktur oft Kabel benötigt, um Access Points und Router untereinander oder mit dem Internet zu verbinden.

Die Einrichtung eines WLANs kann sehr einfach sein, wie das Anschließen eines Routers zu Hause, oder komplex, wie das Konfigurieren eines unternehmensweiten Netzwerks mit mehreren Access Points und Sicherheitsprotokollen.

Funktion und Rolle des Access Points

Der Access Point (AP) ist das Herzstück eines jeden WLAN-Netzwerks. Er ermöglicht es Endgeräten, sich drahtlos mit einem lokalen Netzwerk (LAN) zu verbinden. Dabei agiert der AP als Brücke zwischen WLAN und LAN. Verschiedene Sicherheitsfunktionen wie WPA2 oder WPA3 werden oft direkt im AP konfiguriert, um eine sichere Verbindung zu gewährleisten.

Stell dir einen Access Point wie einen Funkturm vor, der Signale aussendet und empfängt. Nur, dass in diesem Fall die "Signale" Datenpakete sind und die "Nutzer" Geräte, die eine Internetverbindung oder Netzwerkressourcen benötigen.

Unterschied zwischen Ad-hoc-Modus und Infrastruktur-Modus

In einem WLAN-Netzwerk gibt es grundlegend zwei Arten, wie Geräte miteinander kommunizieren können: Ad-hoc-Modus und Infrastruktur-Modus.

• Infrastruktur-Modus: Dies ist der häufigste Modus für die meisten WLAN-Netzwerke. In diesem Szenario verbinden sich alle Endgeräte mithilfe eines Access Points mit dem Netzwerk. Der AP vermittelt die Kommunikation zwischen den Endgeräten und dem Internet oder anderen Teilen des Netzwerks. Diese Struktur ermöglicht bessere Sicherheitsmechanismen, eine kontrollierte Zugriffsverwaltung und eine optimierte Datenverteilung.

• Ad-hoc-Modus: In einem Ad-hoc-Netzwerk verbinden sich Geräte direkt miteinander, ohne die Nutzung eines Access Points. Dieser Modus kann schnell und ohne viel Konfigurationsaufwand eingerichtet werden, ist jedoch in der Praxis selten anzutreffen. Einer der Gründe dafür ist, dass die direkte Verbindung zwischen den Geräten oft weniger sicher und weniger leistungsfähig ist. Vorstellbar ist ein Ad-hoc-Netzwerk in Situationen, in denen spontan ein Netzwerk zwischen wenigen Geräten ohne Zugriff auf ein bestehendes WLAN benötigt wird, wie bei einem Meeting in einem Raum ohne WLAN-Zugang.

Beide Modi haben ihre Anwendungsgebiete, wobei der Infrastruktur-Modus aufgrund seiner Skalierbarkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit deutlich häufiger eingesetzt wird.

Übersicht der IEEE 802.11 Standards

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat eine Familie von Standards entwickelt, bekannt als die IEEE 802.11 Standards, die die technischen Grundlagen von WLAN-Netzwerken definieren. Diese Familie umfasst mehrere Standards, von denen jeder spezielle Eigenschaften bezüglich Übertragungsgeschwindigkeit, Reichweite und Frequenzbänder aufweist. Die bekanntesten Mitglieder dieser Familie sind:

• IEEE 802.11a - Nutzt das 5 GHz-Frequenzband und ermöglicht Datenraten bis zu 54 Mbit/s.
• IEEE 802.11b - Arbeitet im 2,4 GHz-Band mit Datenraten bis zu 11 Mbit/s.
• IEEE 802.11g - Kombiniert die Eigenschaften von a und b im 2,4 GHz-Band und erreicht bis zu 54 Mbit/s.
• IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) - Introduziert MIMO (Multiple Input, Multiple Output), um im 2,4 GHz oder 5 GHz-Band Datenraten bis zu 600 Mbit/s zu erzielen.
• IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5) - Nutzt ausschließlich das 5 GHz-Band und steigert die Datenrate auf bis zu 1 Gbit/s dank weiterentwickelter MIMO-Technologie.
• IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) - Die neueste Entwicklung, die sowohl 2,4 GHz als auch 5 GHz unterstützt und Datenraten von über 10 Gbit/s erreichen kann.

Jeder dieser Standards wurde entwickelt, um bestimmte Anforderungen an Netzwerke zu erfüllen, sei es im privaten oder geschäftlichen Umfeld.

Vor- und Nachteile verschiedener Standards (802.11a/b/g/n/ac/ax)

IEEE 802.11a

Vorteile

• Geringe Störanfälligkeit durch das weniger genutzte 5 GHz-Band.
• Höhere Datenraten verglichen mit den früheren Standards.

Nachteile

• Kürzere Reichweite und schlechtere Durchdringung von Wänden im Vergleich zum 2,4 GHz-Band.
• Nicht kompatibel mit Geräten, die nur 2,4 GHz unterstützen.

IEEE 802.11b/g

Vorteile

• Hohe Kompatibilität mit einer Vielzahl von Geräten.
• Besserer Wanddurchdringung im 2,4 GHz-Band.

Nachteile

• Anfälligkeit für Störungen durch andere Geräte im 2,4 GHz-Band (z.B. Mikrowellen, Bluetooth).
• Niedrigere maximale Datenraten.

IEEE 802.11n (Wi-Fi 4)

Vorteile

• Erhebliche Verbesserung der Datenrate und Reichweite durch MIMO.
• Unterstützung beider Frequenzbänder, erhöhte Kompatibilität und Flexibilität.

Nachteile

• Höhere Kosten für Geräte, die den Standard unterstützen.

IEEE 802.11ac (Wi-Fi 5)

Vorteile

• Noch höhere Datenraten durch erweitertes MIMO und größere Kanalbandbreiten.
• Weniger überlastete Frequenz im 5 GHz-Band.

Nachteile

• Keine Unterstützung von 2,4 GHz Geräten.
• Höhere Kosten.

IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6)

Vorteile

• Optimiert für dicht besiedelte Netzwerke mit vielen gleichzeitig aktiven Geräten.
• Bessere Energieeffizienz für mobile Geräte.

Nachteile

• Die fortschrittlichsten und damit teuersten Geräte sind erforderlich.

Einfluss von Frequenzbändern auf die Netzwerkperformance

Das 2,4 GHz-Band bietet eine ausgezeichnete Reichweite und ist kompatibel mit fast allen WLAN-Geräten. Allerdings ist es anfällig für Interferenzen von anderen Geräten wie Mikrowellen, schnurlosen Telefonen und Bluetooth-Geräten. Diese Störungen können die Netzwerkperformance erheblich beeinträchtigen.

Das 5 GHz-Band hingegen bietet weniger Reichweite und Wanddurchdringung, ist aber deutlich weniger anfällig für Störungen. Dadurch können höhere Datenraten und eine stabilere Verbindung erreicht werden. Zudem stehen im 5 GHz-Band mehr Kanäle zur Verfügung, was das Risiko von Überlappungen und Interferenzen weiter reduziert.

Wi-Fi 6 nutzt sowohl das 2,4 GHz als auch das 5 GHz-Band und führt zusätzliche Technologien ein, um die Effizienz des Frequenzgebrauchs zu maximieren. Dies hat einen signifikanten Einfluss auf die Leistung des Heim- oder Büronetzwerks, insbesondere in Umgebungen mit vielen verbundenen Geräten.

Das Verständnis dieser Standards und der Einfluss der Frequenzbänder hilft dabei, eine fundierte Entscheidung bei der Auswahl von WLAN-Geräten zu treffen und die Netzwerkperformance optimal zu gestalten.

Sicherheit und Privatsphäre in WLAN-Netzwerken

Wichtige Sicherheitsprotokolle (WEP, WPA, WPA2, WPA3)

Die Sicherheit von WLAN-Netzwerken wird durch verschiedene Sicherheitsprotokolle gewährleistet, von denen jedes aufeinanderfolgende eine verbesserte und sicherere Methode zur Authentifizierung und zum Schutz der Datenübertragung bietet.

Wired Equivalent Privacy (WEP) war das erste Sicherheitsprotokoll, das in die 802.11-Standards aufgenommen wurde. Es soll eine mit verkabelten Netzwerken vergleichbare Sicherheit bieten. Aufgrund schwerwiegender Sicherheitslücken, die die Vertraulichkeit der übertragenen Daten gefährden, wird die Verwendung von WEP heute jedoch als unsicher betrachtet und generell nicht mehr empfohlen.

Wi-Fi Protected Access (WPA) wurde als Reaktion auf die Schwächen von WEP eingeführt und bietet verbesserte Datenverschlüsselung und Benutzerauthentifizierung. WPA verwendet den Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) Algorithmus, der stärker als WEP ist, aber immer noch Sicherheitsprobleme aufweist.

WPA2 ist die nächste Generation der WLAN-Sicherheit und ersetzt WPA. Es verwendet den Advanced Encryption Standard (AES), der deutlich sicherer als sein Vorgänger TKIP ist. WPA2 ist der am weitesten verbreitete Standard für WLAN-Sicherheit.

WPA3 ist die neueste Entwicklung in der WLAN-Sicherheitstechnologie. Es verbessert die Sicherheitsmerkmale von WPA2 weiter und bietet Funktionen wie individuelle Datenverschlüsselung und Schutz gegen Brute-Force-Angriffe. WPA3 gilt als der sicherste Standard für WLAN-Netze.

Risiken offener WLAN-Netze und Schutzmaßnahmen

Offene WLAN-Netze ohne Passwortschutz bieten Annehmlichkeiten, ziehen jedoch auch Sicherheitsrisiken nach sich. Daten, die über ein offenes Netzwerk gesendet werden, können von unbefugten Dritten abgefangen und eingesehen werden.

Um sich vor solchen Risiken zu schützen, ist es ratsam, VPNs (Virtual Private Networks) zu verwenden. Ein VPN verschlüsselt den Datenverkehr zwischen einem Gerät und dem Internet, wodurch die Daten auch in einem offenen Netzwerk privat und sicher bleiben.

Außerdem sollten sensible Aktivitäten, wie Online-Banking oder -Shopping, vermieden werden, wenn man mit einem offenen WLAN verbunden ist.