Einführung in Wi-Fi (802.11)
Jeder kennt Wi-Fi als Synonym für mobile Datenübertragung. Aber was bedeutet das eigentlich?
Was ist Wi-Fi (802.11)?
Die Norm IEEE 802.11 (oder entsprechend ISO/IEC 8802-11) ist ein internationaler Standard, der die Eigenschaften eines lokalen drahtlosen Netzwerks (WLAN) beschreibt.
Der Name Wi-Fi (zusammengesetzt aus Wireless Fidelity in Anlehnung an High Fidelity oder Hi-Fi, einem Qualitätsstandard in der Tontechnik) bezeichnet die ursprünglich von der Wi-Fi Alliance ausgestellte Zertifizierung. Die Wi-Fi Alliance ist die Organisation, die mit der Aufrechterhaltung der Interoperabilität zwischen den der Norm 802.11 entsprechenden Geräten beauftragt ist.
Durch die (auch zu Marketingzwecken) missverständliche Verwendung des Wortes Wi-FI gilt die Bezeichnung heute sowohl für die Norm als auch für die Zertifizierung. Ein Wi-Fi-Netzwerk ist in Wirklichkeit ein Netzwerk, das der Norm 802.11 entspricht. Von der Wi-Fi Alliance zertifizierte Geräte dürfen das Wi-Fi-Logo verwenden.
Dank Wi-Fi ist es möglich, drahtlose lokale Netzwerke mit hoher Datenübertragungsmenge einzurichten, sofern der zu verbindende Computer nicht zu weit vom Access Point entfernt ist.
In der Praxis erlaubt Wi-Fi die Verbindung von Laptops, Desktopcomputern, Personal Assistants (PDA) und jeder Art von Peripheriegeräten mit einer hohen Datenübertragungsrate (11 Mbit/s oder mehr) in einem Umkreis von mehreren Dutzend Metern in geschlossenen Räumen (normalerweise zwischen 20 und 50 Metern) und bis zu mehreren hundert Metern im Freien.
Inzwischen gibt es kaum noch Gebiete mit hoher Benutzerdichte wie Bahnhöfe, Flughäfen, Hotels, Züge usw., die nicht mit Drahtlosnetzwerken versehen sind. Diese Zugriffsorte werden Hot Spots genannt.
Wi-Fi: Die Norm 802.11
Die Norm 802.11 spezifiziert die unteren Schichten des OSI-Modells für eine drahtlose Verbindung, die elektromagnetische Wellen nutzt, das heißt:
die Bitübertragungsschicht (manchmal geschrieben als PHY-Schicht von englisch Physical Layer), die drei Arten von Informationscodierung anbietet; und
die Sicherungsschicht (Data Link Layer), bestehend aus zwei Unterschichten, und zwar Logical Link Control (LLC) und Media Access Control (MAC).
Die Bitübertragungsschicht beschreibt die Modulation der radioelektrischen Wellen und die Eigenschaften der Signale für die Datenübertragung. Die Sicherungsschicht beschreibt die Schnittstelle zwischen dem Gerätebus und der Bitübertragungsschicht 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) |
|
Jedes beliebige hochwertige Protokoll kann auf einem drahtlosen Wi-Fi-Netzwerk verwendet werden, ebenso wie beim Ethernet.
Verschiedene Wi-Fi-Standards
Die Norm IEEE 802.11 (Wi-Fi 1) ist die ursprüngliche Norm, die Übertragungsraten von 1 oder 2 Mbit/s 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:
| Norm | Name | Beschreibung |
|---|---|---|
| 802.11a | Wi-Fi-1-Erweiterung | Die Norm 802.11a ist eine Erweiterung von Wi-Fi 1 (802.11) und ermöglicht eine hohe Datenübertragungsrate (54 Mbit/s brutto, 30 Mbit/s netto). Die Norm 802.11a legt acht Radiokanäle im Frequenzband 5 GHz fest. |
| 802.11b | Wi-Fi 2 | Die Norm 802.11b bietet eine Brutto-Bitrate von 11 Mbit/s (6 Mbit/s netto) mit einer Reichweite von bis zu 300 Metern in freier Umgebung. Der verwendete Frequenzbereich ist das 2,4-GHz-Band mit drei verfügbaren Radiokanälen. |
| 802.11c | Bridging 802.11 zu 802.1d | Die 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). |
| 802.11d | Internationalisierung | Die Norm 802.11d ist ein Zusatz zur 802.11-Norm, der die internationale Verwendung der lokalen Netzwerke unter 802.11 bezweckt. Sie ermöglicht unterschiedlichen Ausrüstungen den Austausch von Informationen auf jenen Frequenzbändern und Sendeleistungen, die im Geräteherkunftsland genehmigt wurden. |
| 802.11e | Verbesserung der Servicequalität | Die 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, so dass vor allem eine bessere Übertragung von Stimme und Video möglich wurde. |
| 802.11f | Roaming | Die 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. |
| 802.11g | Wi-Fi 3 | Die Norm 802.11g bietet eine hohe Übertragungsrate (54 Mbit/s brutto, 30 Mbit/s netto) auf dem 2,4-GHz-Frequenzband. Die Norm 802.11g ist aufwärtskompatibel mit der Norm 802.11b, das heißt 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 in 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 |
Daneben gibt es auch eine Norm namens 802.11b+. Es handelt sich um eine proprietäre Norm, die Verbesserungen der Übertragungsraten anbietet. Allerdings leidet diese Norm unter Mängeln hinsichtlich der 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 |
|---|---|---|---|
| Wi-Fi a (802.11a) | 5 GHz | 54 Mbit/s | 10 m |
| Wi-Fi b (802.11b) | 2.4 GHz | 11 Mbit/s | 100 m |
| Wi-Fi g (802.11b) | 2.4 GHz | 54 Mbit/s | 100 m |
802.11a
Die Norm 802.11a ermöglicht eine Brutto-Bitrate von 54 Mbit/s, das heißt fünfmal mehr als 802.11b, bei einer Reichweite von nur ungefähr 30 Metern. Die Norm 802.11a beruht auf dem Codierungstyp OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) auf dem 5-GHz-Frequenzband mit acht, 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 | Reichweite (in geschlossenen Räumen) |
|---|---|
| 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 Mbit/s bei einer Reichweite von ungefähr 50 Metern in geschlossenen Räumen und bis zu 200 Metern im Freien (und bei Richtantennen sogar darüber hinaus).
| Brutto-Bitrate | Reichweite (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 Mbit/s bei einer Reichweite wie bei 802.11b. Andererseits ist diese Norm aufgrund der Verwendung des 2,4-GHz-Frequenzbandes und einer OFDM-Codierung mit 802.11b-Geräten kompatibel, mit Ausnahme einiger älterer Geräte.
| Brutto-Bitrate | Reichweite (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 |
Foto: © Wi-Fi Alliance.