Einführung in Wi-Fi (802.11 oder WiFi)

Dezember 2016

Vorstellung des Wifi (802.11)

Die Norm IEEE 802.11 (ISO/IEC 8802-11) ist ein internationaler Standard, der die Eigenschaften eines lokalen drahtlosen Netzwerkes (WLAN) beschreibt. Der Name Wi-Fi (ein Zusammenschluss von Wireless Fidelity, manchmal fälschlicherweise geschrieben als WiFi) entspricht dem Namen der anfänglich von der Wi-Fi Alliance, früher WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance), augestellten Zertifizierung. Die Wi-Fi Alliance ist die Organisation, die mit der Aufrechterhaltung der Interoperabilität zwischen der Norm 802.11 entsprechenden Geräten beauftragt ist. Durch die (auch zu Marketingzwecken) missverständliche Verwendung gilt die Bezeichnung heute sowohl für die Norm als auch für die Zertifizierung. Ein Wifi Netzwerk ist in Wirklichkeit ein Netzwerk, das der Norm 802.11 entspricht. Von der Wi-Fi Alliance zertifizierte Geräte dürfen das folgende Logo verwenden :

Logo de la certification Wi-Fi

Dank Wi-Fi ist es möglich, drahtlose lokale Netzwerke mit hoher Datenübertragungsmenge einzurichten, soferne der zu verbindende Computer nicht zu weit vom Access Point entfernt ist. In der Praxis erlaubt das Wifi die Verbindung von Laptops, Desktopcomputern, Personal Assistants (PDA) oder jeder Art von Umgebungsgerät mit einer hohen Datenübertragungsrate (11 Mbps oder mehr) in einem Umkreis von mehreren Dutzend Metern in geschlossenen Räumen (normalerweise zwischen 20 und 50 Metern) bis zu mehreren hundert Metern im Freien.

Daher beginnen Betreiber, Gebiete mit hoher Benutzerdichte (Bahnhöfe, Flughäfen, Hotels, Züge, ...) mit Drahtlosnetzwerken zu versehen. Diese Zugriffsorte werden « hot spots » genannt.

Vorstellung des WiFi (802.11)

Die Norm 802.11 spezifiziert die unteren Schichten des OSI-Modells für eine drahtlose Verbindung, die elektromagnetische Wellen nutzt, d.h. :

  • die Bitübertragungsschicht (manchmal geschrieben als PHY-Schicht), die drei Arten von Informationscodierung anbietet.
  • die Sicherungsschicht, bestehend aus zwei Unterschichten:Logical Link Control, oder LLC) et le contrôle d'accès au support (Media Access Control, oder MAC)

Die Bitübertragungsschicht beschreibt die Modulation der radioelektrischen Wellen und die Eigenschaften der Signale für die Datenübertragung, während die Sicherungsschicht die Schnittstelle zwischen dem Gerätebus und der Bitübertragungsschicht beschreibt, insbesondere eine Zugriffmethode ähnlich dem Ethernet , sowie Kommunikationsregeln zwischen den verschiedenen Stationen. Die 802.11-Norm bietet in Wahrheit drei Bitübertragungsschichten mit unterschiedlichen Übertragungsmodi  :

Sicherungsschicht
(MAC)
802.2
802.11
Bitübertragungsschicht
PHY)
DSSSFHSSInfrarot

Jedes beliebige hochwertige Protokoll kann auf einem drahtlosen Wi-Fi Netzwerk verwendet werden, gleich wie bei Ethernet.

Verschiedene WiFi-Standards

Die Norm IEEE 802.11 ist die ursprüngliche Norm, die Übertragungsraten von 1 oder 2 Mbps ermöglicht. Die Norm wurde laufend erweitert, um die Übertragungsraten zu optimieren (bei den Normen 802.11a, 802.11b und 802.11g, die physikalische 802.11-Normen genannt werden) oder um einige Komponenten zwecks erhöhter Sicherheit oder Interoperabilität besser zu definieren. Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Erweiterungen der 802.11-Norm und ihre Bedeutung :

Der Name der NormNameBeschreibung
802.11a Wifi5 Die Norm 802.11a (genannt Wifi5) ermöglicht eine hohe Datenübertragungsrate (54 Mbps brutto, 30 Mbps netto). Die Norm 802.11a legt 8 Radiokanäle im Frequenzband 5 GHz fest.
802.11bWifiDie Norm 802.11b ist die gegenwärtig am weitesten verbreitete Norm. Sie bietet eine Brutto-Bitrate von 11 Mbps (6 Mbps netto) mit einer Reichweite von bis zu 300 Metern in freier Umgebung. Der verwendete Frequenzbereich ist das 2,4 GHz-Band mit 3 verfügbaren Radiokanälen.
802.11cBridging 802.11 zu 802.1dDie Norm 802.11c ist für die breite Masse ohne Bedeutung. Es handelt sich lediglich um eine Veränderung der Norm 802.1d zwecks Koppelung mit 802.11-Datenframe (auf der Sicherungsschicht).
802.11dInternationalisierungDie Norm 802.11d ist ein Zusatz zur 802.11-Norm, der die internationale Verwendung der lokalen Netzwerk unter 802.11 bezweckt. Sie ermöglicht unterschiedlichen Ausrüstungen den Austausch von Informationen auf jenen Frequenzbändern und Sendeleistungen, die im Geräteherkunftsland genehmigt wurden.
802.11eVerbesserung der ServicequalitätDie Norm 802.11e zielt auf verbesserte Servicequalität auf der Ebene der Sicherungsschicht ab. Diese Norm definiert die Anforderungen der verschiedenen Datenpakete im Hinblick auf Bandbreite und Übertragungszeit, sodass v.a. eine bessere Übertragung von Stimme und Video möglich wurde.
802.11fRoamingDie Norm 802.11f ist eine Empfehlung an die Verkäufer von Access Points zwecks besserer Interoperabilität der Produkte. Sie bietet das Inter-Access point roaming protocol an, das dem mobilen Benutzer den Wechsel von Access Points in transparenter Weise ermöglicht, unabhängig von der Marke der in der Netzwerkinfrastruktur verwendeten Access Points. Diese Möglichkeit wird Roaming genannt. roaming en anglais)
802.11g Die Norm 802.11g bietet eine hohe Übertragungsrate (54 Mbps brutto, 30 Mbps netto) auf dem 2,4 GHz-Frequenzband. Die Norm 802.11g ist aufwärts kompatibel mit der Norm 802.11b, d.h. Geräte, die der Norm 802.11g entsprechen, funktionieren auch mit 802.11b
802.11h Die Norm 802.11h zielt auf die Annäherung der Norm 802.11 an den europäischen Standard ab (HiperLAN 2, daher das h von 802.11h) und bezweckt die Befolgung der europäischen Regelungen zu Frequenz und Energieverbrauch.
802.11i Die Norm 802.11i zielt auf erhöhte Übertragungssicherheit ab (Verwaltung und Verteilung der Schlüssel, Verschlüsselung und Authentifizierung). Diese Norm beruht auf AES (Advanced Encryption Standard) und bietet die Verschlüsselung der Kommunikation für Übertragungen mit den Technologien 802.11a, 802.11b und 802.11g.
802.11Ir Die Norm 802.11Ir wurde erarbeitet, um Infrarotsignale verwenden zu können. Sie ist mittlerweile überholt.
802.11j Die Norm 802.11j ist das japanische Äquivalent zur europäischen Norm 802.11h
Festzuhalten ist auch das Bestehen einer Norm namens «802.11b+'». Es handelt sich um eine proprietäre Norm, die Verbesserungen der Übertragungsraten anbietet. Allerdings leidet diese Norm unter Mängeln hinsichtlich Interoperabilität, da es sich um keinen IEEE-Standard handelt.

Reichweiten und Datenübertragungsraten

Die Normen 802.11a, 802.11b und 802.11g, sogenannte «physikalische Normen'» entsprechen Erweiterungen der 802.11-Norm und bieten Funktionsmodi an, die an die Reichweite angepasste Übertragungsraten ermöglichen.

Norm Frequenzband Datenübertragungsrate Reichweite
WiFi a (802.11a) 5 GHz 54 Mbit/s 10 m
WiFi B (802.11b) 2.4 GHz 11 Mbit/s 100 m
WiFi G (802.11b) 2.4 GHz 54 Mbit/s 100 m

802.11a

Die Norm 802.11a ermöglicht eine Brutto-Bitrate von 54 Mbps, d.h. fünf mal mehr als 802.11b, bei einer Reichweite von nur ungefähr 30 Metern. Die Norm 802.11a beruht auf dem Codierungstyp Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) auf dem 5-GHz-Frequenzband mit 8 nicht überlappenden Kanälen.

802.11a-Ausrüstungen sind daher nicht mit 802.11b-Ausrüstungen kompatibel. Es gibt aber Geräte, die sowohl 802.11a- als auch 802.11b-Chips integrieren, man spricht dann von «dual band»-Geräten.

Brutto-Bitrate
(in geschlossenen Räumen)
Reichweite
54 Mbits/s 10 m
48 Mbits/s 17 m
36 Mbits/s '25 m
24 Mbits/s 30 m
12 Mbits/s 50 m
6 Mbits/s 70 m

802.11b

Die Norm 802.11b ermöglicht Brutto-Bitraten von 11 Mbps bei einer Reichweite von ungefähr 50 Metern in geschlossenen Räumen und bis zu 200 Metern im Freien (und bei Richtantennen sogar darüber hinaus).

Brutto-BitrateReichweite
(in geschlossenen Räumen)
Reichweite
(im Freien)
11 Mbits/s 50 m 200 m
5,5 Mbits/s 75 m 300 m
2 Mbits/s 100 m 400 m
1 Mbit/s 150 m 500 m

802.11g

Die Norm 802.11g ermöglicht eine Brutto-Bitrate von 54 Mbps bei einer Reichweite wie bei 802.11b. Andererseits ist diese Norm auf Grund der Verwendung des 2,4 GHz-Frequenzbandes und einer OFDM-Codierung mit 802.11b-Geräten kompatibel, mit Ausnahme einiger älterer Geräte.

Brutto-BitrateReichweite
(in geschlossenen Räumen)
Reichweite
(im Freien)
54 Mbits/s 27 m 75 m
48 Mbits/s 29 m 100 m
36 Mbits/s 30 m 120 m
24 Mbit/s 42 m 140 m
18 Mbit/s 55 m 180 m
12 Mbit/s 64 m 250 m
9 Mbit/s 75 m 350 m
6 Mbit/s 90 m 400 m

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