Autor: Fabian Artikel aktualisiert am 17.03.2024
WLAN wie funktioniert das? – Hier bekommst du die Antwort!
Inhalt
Die WLAN Standards schnell erklärt
Einleitung
WLAN ist eine Abkürzung und steht für – „Wireless Local Area Network“. Das bedeutet übersetzt „drahtloses, lokales Netzwerk“.
>> Das Internet besteht aus einzelnen Netzwerken einzelne Rechner, die untereinander verbunden sind. Sie speichern die Webseiten, die Du mit Deinem Browser aufrufst. Die Andockstelle zum weltweiten Internet ist Dein Router zu Hause. Mit dem Router kannst Du Deine Geräte mit dem Internet verbinden. Dafür brauchst du LAN, ein „Local Area Network“, ein lokales Netzwerk . Wenn Du für die Verbindung zum LAN kein Kabel verwenden musst, spricht man vom WLAN, dem Wireless Local Area Network. <<
Über das WLAN erfolgt die kabellose Datenübertragung von Geräten untereinander. Die Reichweite des WLANs kann mindestens einen Raum abdecken. Die Strecke eines LAN-Kabels kannst Du ohne Einschränkungen durch WLAN ersetzen. Die Übertragungsgeschwindigkeit sind beim WLAN meistens langsamer als bei einer direkten Verbindung über das LAN-Kabel.
Fazit: WLAN ist die drahtlose Erweiterung des Internets. Alle WLAN fähigen Geräte können sich verbinden und das Internet nutzen. Aus diesem Grund ist es notwendig sein, das WLAN Zuhause mit einem Passwort zu schützen.
Smartphones und WLAN
Kann ich mein Handy als Router nutzen?
>> Kurz gesagt, Ja. <<
Seit Anfang der 2000er Jahre sind Handys mit drahtlosem Netzwerkzugang ausgestattet. Das Smartphone verbindet sich automatisch mit dem nächstgelegenen Netz. Die drahtlose Internetnutzung gehört also zu Grundausstattung eines jeden Smartphones. Sollte keine Internetverbindung in der Nähe sein, kannst du dein Smartphone auch als WLAN-Modem benutzen (Hotspot). Du bietest sozusagen anderen Nutzern dein Smartphone als Modem an.
>> Nahezu alle Smartphones mit iOS und Android können als „Hotspot“ für andere Geräte dienen. Bei Android Handys heißt es in den Einstellungen „Hotspot“ bei iOS heißt es „Persönlicher Hotspot“. <<
Auch interessant: Nutzt du dein Smartphone viel zu Hause, dann empfehle ich dir meinen Artikel über Handyhalter für zu Hause.
Wi-Fi oder WLAN
Der Begriff WLAN bezeichnet allgemein ein Wireless Local Area Network, ein lokales kabelloses Netzwerk. Das bekannteste WLAN beruht auf den Standards IEEE 802.11. Der sperrige Begriff IEEE 802.11 wurde ersetzt durch die Bezeichnung Wi-Fi. WLAN bezeichnet ein kabelloses lokales Netzwerk. Wi-Fi hingegen ist eine bestimmte Art von WLAN. Wi-Fi ist eine Handelsmarke, die nur Geräte benutzen dürfen, die dem Standard IEEE 802.11 entsprechen.
WLAN a/h/j
Der Standard IEEE 802.11 (Wi-Fi) wurde 1997 eingeführt, die Geschwindigkeit betrug 2 Megabit pro Sekunde und der Frequenzbereich lag bei 2,4 Gigahertz. Seither wurden kontinuierlich neue, veränderte Versionen vorgestellt. Schon 1999 wurde ein besserer Standard entwickelt, 802.11a. WLAN a war die Version für Amerika, der h-Standard die Variante für Europa und die Variante J für Japan.
802.11a
Eine der größten Veränderungen des neuen Standards von 1999 war, dass jetzt das 5 Gigahertz-Frequenzband genutzt wurde, nicht mehr das 2,4 Gigahertz-Frequenzband. Ziel war, die Datenrate zu erhöhen.
Der 5 Gigahertz-Frequenzbereich, gehört zum lizenzfreien ISM-Frequenzbereich. ISM steht für Industry, Science und Medicine. Der Kanal kann von Hochfrequenz-Geräten aus Industrie, Wissenschaft und Medizin lizenzfrei genutzt werden Es gibt in diesem Bereich weniger Funk. Die Wellenlänge ist jedoch kleiner, die Dämpfung daher stärker.
Die Version 802.11a führte auch das Konzept OFDM ein, eine bessere Möglichkeit zu kommunizieren. Die Modulation wird an die aktuelle Qualität jedes einzelnen Kanals angepasst, um die beste Geschwindigkeit herauszuholen. Die WLAN Geschwindigkeit erhöhte sich auf eine Bruttodatenrate bis 54 Megabit pro Sekunde und eine Nettodatenrate bis 32 Megabit pro Sekunde.
Das Problem war, dass die hervorragende Technologie für das 5 Gigahertz-Frequenzband extrem teuer war und nicht mit alten Geräten kompatibel. Der Standard 802.11a setzte sich nicht durch.
802.11b
Der Standard 802.11 b wurde 1999 entwickelt und nutzte die typische Frequenz von 2,4 Gigahertz. WLAN b war kompatibel mit der ursprünglichen Spezifikation 802.11. Kunden, hatten vielleicht bereits einige Clients 802.11 gekauft. Um mit 802.11 a zu arbeiten, hätten sie alle aufgerüstet werden müssen.
WLAN b war bei weitem nicht so schnell wie WLAN a. Mit 11 Megabit pro Sekunde war es aber deutlich verbessert gegenüber 802.11. Aufgrund des niedrigeren Preises und der Kompatibilität setzte sich 802.11 b durch. Damit begann die Popularität von Wi-Fi.
Wi-Fi 5 802.11 ac
Der Standard 802.11 ac – oder Wi-Fi 5 – kam 2014 auf den Markt. Er erhöhte signifikant den Datendurchsatz – die Datenmenge pro Zeit – auf 3,5 Gigabit pro Sekunde. WLAN ac verfügte über zusätzliche Übertragungskanäle, eignete sich für die Frequenz von 5 Gigahertz und unterstützte mehr Einheiten auf einem einzigen Router.
Als Signalverarbeitungstechnologie wurde Beamforming eingesetzt. Bei dieser Technologie wird das Signal nicht in alle Richtungen gesendet, sondern direkt auf den jeweiligen Netzwerknutzer fokussiert.
Der Standard 802.11 ac verwendete die Methode SU-MIMO. Die Abkürzung steht für Single User Multiple-Input Multiple-Output. Die Technik erlaubte dem Router, mit mehreren Geräten zu kommunizieren, allerdings nicht gleichzeitig. Jedes Gerät muss warten bis es an der Reihe ist, um mit dem Router zu kommunizieren.
In WiFi 5 Version 2 wurde erstmals MU-MIMO eingesetzt. Die Technologie des MU-MIMO bedeutet Multiple User Multiple-Input Multiple-Output. Mehrere WLAN-Geräte können gleichzeitig mit Daten versorgt werden. Die Geschwindigkeit erhöht sich nicht, aber der Datendurchsatz wird insgesamt größer.
Ein MU-MIMO Router kommuniziert mit vielen Geräten: mit Smart TV, Smartphone, Tablet, Konsole oder Laptop. Kein Gerät muss warten, um mit dem Router zu kommunizieren. Diese Technologie zerlegt die Internet-Bandbreite in einzelne Datenströme. Diese werden an die, mit ihr verbundenen, Geräte weitergeleitet.
Die Technologie bedeutet eine signifikante Verbesserung der Geschwindigkeit des Internets. Tätigkeiten, die viel Bandbreite fordern – beispielsweise das Streamen oder Herunterladen von Videos – wurden problemlos möglich. Bei Wi-Fi 5 konnte MU-MIMO vier Geräte gleichzeitig unterstützen.
MU-MIMO war in Wi-Fi 5 nur als Downlink verfügbar, also in der Übertragungsstrecke vom Netz zum Client. Die umgekehrte Richtung war nicht möglich.
Wi-Fi 6 802.11 ax
Der Standard 802.11 ax – auch als WiFi 6 bekannt – verbesserte die Leistung das WLANs weiter. WiFi 6 eignet sich insbesondere für dicht gedrängte Umgebungen wie Sportstadien oder Flughäfen. WLAN ax liefert Geschwindigkeiten von 9,6 Gigabit pro Sekunde und eignet sich für sowohl für die 2,4 Gigahertz- als auch für die 5 Gigahertz-Frequenz.
WLAN ax benutzte OFDMA zur Modulation. Das wiederum erhöhte die Bandbreite und den Datendurchsatz. MU-MIMO (Multiple User – Multiple Input, Multiple Output) wurde weiter verbessert und funktionierte jetzt auch als Uplink. Ein Uplink bezeichnet die Verbindung ins übergeordnete Netzwerk.
Ein Router verfügt klassischerweise über einen Uplink-Port (eine Netzwerkbuchse) und mehrere Downlink-Ports, die mit den angeschlossenen Einzelgeräten verbunden sind. Mit der Uplink-Technologie können die Antennen kontinuierlich nicht nur für die Empfangs-, sondern auch für die Senderichtung verwendet werden.
Somit wird nicht nur jeder WLAN-Client separat bedient, die umgekehrte Übertragungsrichtung steigert auch die Schnelligkeit. In der Praxis bedeutet die erhöhte Gesamtkapazität des WLANs eine deutliche Geschwindigkeitssteigerung.
WLAN ist nach wie vor nicht so zuverlässig wie ein Kabel. Der tatsächliche Datenübertragungsrate einer 54 Megabit-Verbindung liegt bei 20 bis 22 Megabit pro Sekunde. Das trifft auch auf modernes WiFi zu.
MIMO (Nachrichtentechnik)
Die Idee der Entwickler war es, pro erreichbaren Client (Gerät) eine individuelle Datenrate zu erzielen. Bisher definierte der langsamste Client, der in einem WLAN angemeldet ist, die Geschwindigkeit des WLANs.
Würde man das WLAN schneller machen, könnte der langsame Client die Funksignale nicht verarbeiten. Damit auch ältere Clients arbeiten können, definiert der langsamste die Übertragungsgeschwindigkeit (Abwärtskompatibilität).
Der neue Standard ax hat das Ziel, dass der WLAN-Access-Point (beispielsweise der Router) sich merkt, welcher Client wie schnell ist. Die Signale werden entsprechend angepasst. So ist es möglich, dass ältere und langsamere Clients in einem WLAN nicht die anderen Clients behindern. Jeder Client bekommt seine individuelle Geschwindigkeit.
Hinweis: Die ersten Geräte mit MIMO kamen im Jahr 2005 auf dem Markt. Mehr zum Thema „MIMO“ findest du hier.
Frequenzen und Kanäle
Frequenzbänder sind Radiowellen, die drahtlos Daten zwischen den verschiedenen Geräten übertragen. Worin unterscheiden sich die Frequenzbänder für 2,4 und 5 Gigahertz?
2,4 Gigahertz ist die Standardfrequenz. Das Problem ist, dass sie nicht nur von WiFi Routern benutzt wird. Mikrowellen, schnurlose Telefone, Bluetooth-Geräte und Digitalkameras – sie alle benutzen diese Frequenz.
Wenn so viele Geräte dieses Frequenzband nutzen, wird das Signal überladen und verursacht zahlreiche Interferenzen mit Wi-Fi. Das wiederum reduziert die Geschwindigkeit von WiFi, manchmal bricht die Verbindung zum Router auch ab. Deshalb wurde der neue Frequenzbereich von 5 Gigahertz hinzugefügt. Er wird von weniger Geräten benutzt und ist nicht so überfüllt. Das reduzierte das Problem der langsamen Internetgeschwindigkeit, der Verbindungsabbrüche und Interferenzen durch andere Geräte.
Der 2,4 Gigahertz-Frequenzbereich ist auch aus einem weiteren Grund anfälliger. Wenn die Interferenzen von anderen kabellosen Geräten verursacht werden, muss man zu einem anderen Kanal wechseln. Der 2,4 Gigahertz-Frequenzbereich hat 11 Kanäle, zwischen denen man wählen kann. Aber von diesen 11 Kanälen überlappen sich nur drei nicht: Nummer 1, Nummer 6 und Nummer 11. Es gibt also nur drei stabile Kanäle, zwischen denen Du wählen kannst. Der 5 Gigahertz-Frequenzbereich hat 25 Kanäle, die sich nicht überlappen.
Weitere Unterschiede zwischen den Frequenzbereichen betreffen die Geschwindigkeit und die Entfernung, die sie abdecken. Der 2,4 Gigahertz-Bereich überträgt die Daten langsamer, als der 5 Gigahertz-Bereich. Er funktioniert jedoch über größere Entfernungen. Der 5 Gigahertz-Bereich überträgt die Daten schneller, der abgedeckte Umgebungsbereich ist jedoch kleiner.
Das liegt an der höheren Frequenz dieses Funkbereichs. Wellen mit höherer Frequenz können weniger gut Festkörper durchdringen. Massive Hindernisse wie Wände oder Böden in einem Gebäude, stellen ein Hindernis dar. Ein Router, der im 2,4 Gigahertz-Bereich sendet, kommt mit diesem Signal weiter als im 5 Gigahertz-Bereich. Das Signal im 2,4 Funkband deckt das gesamte Gebäude ab, durchdringt Gebäude und Böden. Das Signal im 5 Gigahertz-Funkband kann das nicht, der Einsatzbereich in einem Gebäude ist begrenzt.
Die WLAN-Router
>> Die meisten Internetmodems haben mittlerweile WLAN integriert. In manchen Fällen muss ein separater WLAN-Router angeschlossen werden, damit sich Smartphones und andere Geräte drahtlos mit dem Internet verbinden können. WLAN-Router dienen auch zur Signalverstärkung (WLAN-Repeater oder WLAN-Verstärker), die das Funksignal auffangen und verstärken. Diese Geräte kommen zum Einsatz, wenn man die Wohnung oder das Haus komplett mit drahtlosem Internet versorgen möchte. <<
Viele der aktuellen Wi-Fi-Router, die Dual-Band Router, übertragen sowohl das 2,4 als auch das 5 Gigahertz-Frequenzband.
Um im 5 Gigahertz-Bereich funken zu dürfen, benötigen die Geräte DFS-Technologie (Dynamic Frequency Selection). Das ist eine dynamische Kanal- und Frequenzwahl, der User bekommt die beste Verbindung zum Router. WLAN-Router müssen zudem ihren Funkkanal auf Nicht-WLAN-Signale (wie Flughafenradar) absuchen können, um diese nicht zu beeinträchtigen. Sie benötigen zudem TPC-Technologie (Transmit Power Control). Das ist die automatische Anpassung der Sendeleistung, um den Stromverbrauch möglichst gering zu halten.
Für die Ausstrahlung eine 100-Quadratmeter Wohnung auf einer Ebene reicht das 5 Gigahertz-Funkband. In einem Bunker, mit dicken Stahlbetonwänden, funktioniert ein WLAN-Router nicht mit den in Europa erlaubten Richtwerten zur Sendeleistung.
Es gibt Alternativen, ein lokales Netzwerk lässt sich über die Stromleitung aufbauen. Jede Steckdose, die sich im selben Stromkreis befindet, kann als LAN-Port ins Netzwerk gehen. Diese Alternative nennt sich DLAN (DirectLAN).
Tipp: Damit ein WLAN-Router die beste Reichweite erzielt, soll er fern von metallischen Gegenständen aufgestellt werden. Auch Holz hat eine beachtliche, abschirmende Wirkung. Der WLAN-Router funkt am besten frei stehend und weit oben, beispielsweise auf einem Schrank. Auf keinen Fall in einen Schrank oder in ein Regal stellen, auch wenn sie nach vorne offen sind. Ein Router mit langen Antennen kann die Funkzelle besser und weiter aufspannen.
Was ist der Unterschied zwischen Bluetooth und WLAN
Ist Bluetooth und WLAN das gleiche?
>> Kurz gesagt, Nein. <<
Technisch ist Bluetooth der Name für einen universalen Wireless Standard, um verschiedene digitale Geräte miteinander zu verbinden. Normalerweise führen Kabel vom Computer zur Tastatur, zur Maus und zum Monitor. Um von meiner Digitalkamera Bilder auf meinen Computer zu schicken, brauche ich ein Kabel.
>> Bluetooth eliminiert Kabel. Es gibt Kopfhörer, Tastaturen, Tablets oder Kameras, die alle ohne Kabel kommunizieren. Wie funktioniert das? <<
Kurz gesagt: Bluetooth ist ein Standard, der es ermöglichen soll, unterschiedliche Geräte von verschiedenen Herstellern miteinander zu koppeln. Früher konnte man nicht so einfach alle Smartphones kreuz und quer miteinander verbinden.
Die Daten werden nicht über Leitungen transportiert, sondern über Radiofrequenzen. Jedes Bluetooth-Gerät ist mit einem entsprechenden Microchip, einem Sendeempfänger, ausgestattet.
Dieser Sendeempfänger erlaubt es dem Gerät, sich mit anderen Geräten, die ebenfalls Bluetooth-fähig sind, zu verbinden und zu kommunizieren. Sie müssen sich in einem Umkreis von ca. 10 m befinden.
Bluetooth ist kein Infrarot. Letzteres wird beispielsweise in einer Fernbedienung für den Fernseher eingesetzt. Die Fernbedienung funktioniert nur mit einem Gerät. Zwischen der Fernbedienung und dem entsprechenden Gerät dürfen sich keine Hindernisse befinden.
Bluetooth hingegen verwendet Radiowellen und muss sich nicht im Sichtbereich des anderen Geräts befinden. Bluetooth kann mit mehreren Geräten kommunizieren, ohne verwirrt zu werden. Du bist im Zimmer, benutzt Deine Bluetooth-Kopfhörer und die Kamera lädt über Bluetooth Bilder auf den Computer. Bluetooth ist ein kabelloser, sicherer und einfacher Weg, um Geräte zu verbinden und Informationen auszutauschen.
Tipp: Der merkwürdige Name Bluetooth stammt übrigens von dem skandinavischen König Harald Blauzahn. Quelle: Wikipedia
Bluetooth 5
An einer Bluetooth-Verbindung können acht Geräte teilnehmen. Die Technik hat sich in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt. Die Übertragungsraten sind höher, die überwindbare Distanzen weiter. Der Standard Bluetooth 5.0 bietet Übertragungsraten von über 50 Megabit pro Sekunde für Distanzen bis zu 200 Metern.
Bluetooth Low Energy (früher Bluetooth Smart) ist seit Bluetooth 5.0 Standard und ermöglicht einen geringen Strom- und Datenverbrauch. Sinnvoll ist das für Geräte wie Schlüsselanhänger oder Kopfhörer, die man mit dem Smartphone ausfindig machen kann und weniger Energie benötigen.
Frequenzhopping bei Bluetooth
Der Frequenzbereich von Bluetooth liegt zwischen 2,402 bis 2,480 Gigahertz. Er besitzt eine große Spannweite von 79 Kanälen. Wieso genügt nicht ein Kanal?
Das Problem liegt darin, dass neben Bluetooth-Frequenzen auch die meisten WLANs bei ungefähr 2,4 Gigahertz liegen. Beispielsweise spielt ein Bluetooth Gerät Musik an Lautsprecher und ein Smartphone lädt ein Video aus dem Internet. Die Schwingungen würden sich gegenseitig stören und die Daten verändern.
Bluetooth führt deshalb ein sogenanntes Frequenzhopping durch. Das Bluetooth-Gerät und der Empfänger springen ständig zwischen den verschiedenen Kanälen hin und her. Die Frequenz ist einen Sekundenbruchteil auf 2,420, dann auf 2,458 und dann auf 2,438. Die Frequenzen verschiedener Verbindungen stören sich nicht.
Bildquelle: Rawpixel von Freepik
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