Rekapitulation Wireless Local Area Network (WLAN)

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Um was geht es?

Viele Entwicklungen / Gebiete in meinem Interessenfeld verdienen eine nähere Betrachtung. Oder kleine Projekte, um den Stoff nachvollziehen zu können.

Das Gehirn schiebt Informationen die wir nicht mehr abrufen nach hinten. Wie in einer Lernkartei. Daher kaue ich hier die Grundlagen zu WLAN (“WiFi”) einmal mehr durch.

Einstieg

Im OSI Modell stellt die Schicht 1 die physikalische Ebene dar. Was falsch ist. Genau ist, die OSI Ebene 1 stellt den Bitstrom von zwei Hosts dar {1}. Also weder Netzwerkkarte noch Stecker.

“Wie” das diese Übertragung erfolgt, wird in der deutschen Sprache als “Übertragungstechnische Verfahren” (“Übertragungstechnik”) bezeichnet. Dabei werden zwei Gruppen unterschieden:

  • leitungsgebunden
  • leitungslos (Funknetze)

Die für Funknetze {2} eingesetzte Technik:

  • Bluetooth / WPAN (IEEE 802.15)
  • WLAN (IEEE 802.11)
  • WiMAX (IEEE 802.16)

Termini:
* Kommunikation erfolgt über ein Wireless Medium (WM) * Ein Gerät mit 802.11-konformer Schnittstelle ist eine Station (STA). * Stationen die über 802.11 funken sind ein Basic Service Set (BSS). Die Kennung der Station nennt man BSSID (“Basic Service Set Identification”)

IEEE 802.11 sieht den unkoordinierten, ungeplanten und spontanen Betrieb eines WLANs vor. Die Übertragungstechnik gewährleistet, dass die funkenden Hosts Techniken und Maßnahmen zur Koexistenz beherrschen. CSMA (Carrier Sense Multiple Access) ist ein Mehrfachzugriffsverfahren verhindert Kollisionen. CSMA sorgt dafür, dass der Host vor dem Senden prüfen muss, ob das Übertragungsmedium frei ist. Erst wenn niemand sendet, ist die Übertragung erlaubt.

Beacons (NW-Pakete mit Informationen für die Hosts) werden regelmässig verschickt. Sie informierten über das offerierte WLAN. I.d.R. wird als Modulationsverfahren “Orthogonales Frequenzmultiplexverfahren” (OFDM) verwendet.

Passende Hardware vorausgesetzt, kann das WLAN in einem der drei Modi betrieben werden:

  • Infrastruktur-Modus (kommunizieren über einen Wireless Access Point (WAP))
  • Ad-hoc-Modus (Geräte kommunizieren direkt miteianderS)
  • Repeating und Wireless Distribution System (WDS)

Die Modi “Infrastruktur” und “Ad-hoc” sind nicht kombinierbar. “WiFi-Direct” von der Wi-Fi Allianz sollte 2009 den ungeliebten Ad-hoc” Modus ersetzen. Dieser “Peer to Peer” Modus kann kombiniert mit dem Infrastruktur Modus verwendet werden. Tethering ist ein mobiler Hotspot. D.h. alle Kommunikation geht über das Gerät, dass die Verbindung anbietet. Apple ist Mitglied dieser Allianz und arbeitet dennoch mit ihrem properitären Produkt Airplay und AirDrop weiter. Windows 10 unterstützt “Wi-Fi-Direct”. Android Geräte unterstützen es “offiziell” ab Version 4. Aber eben, wie es so ist in der Android Welt, hängt es vom Hersteller, Hardware und ein paar anderen Details ab.

Dazu später mehr.

Geschichte

Die ersten Experimente mit dem Protokoll “Aloha” an der Universität Hawaii von 1969 sind vielen bekannt. Auf Netzmafia.de findet man die und andere spannende Beschreibungen dazu. Das Aloha Protokoll war die Inspiration, die Robert Metcalfe zur Erfindung von Ethernet inspirierte {8 - Kapitel 9 - Seite 272}. David Barnes und Basir Sakandar {9 - Kapitel 1 - Introducing Ethernet} beschreiben das Aloha System genau:

Ethernet’s origins begin with the Aloha Radio System, a packet satellite system developed at the University of Hawaii. Beginning in the late 1960s, the Aloha Radio System was designed to facilitate communication between the university’s IBM mainframe, located on the island of Oahu, with card readers located among different islands and ships at sea. Work on the Aloha Radio System proved to be the foundation for most modern packet broadcast systems including Ethernet.

Wie immer setzte der Durchbruch von WLAN mit der Standartisierung ein
1996 ETSI: HiperLAN
1997: IEEE 802.11
1999: WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) –> Wi-Fi Alliance

Die Europäer (ETSI) waren die ersten, drängten jedoch nicht aggressiv auf den Markt wie es USA (IEEE / WiFi Alliance) tat. Daher wurde das Projekt aufgegeben und die IEEE hat das Know How in die Version 802.11a einfliessen lassen.

Die WiFi Alliance hat anlässlich Ihres 20 jährigen Bestehens diese Infografik veröffentlicht:

Der erste grossen Massenerfolg wurde 2002 mit der Version 802.11g (“Wi-Fi 4”) erreicht. Die von den ISP angebotenen Modems boten fast immer nur ein Routing über Ethernet an. Daher aber auch weil die Technik schnelle Fortschritte macht, schloss man einen WLAN-Access Point am ISP Router an. Ob ein Power User oder IT affiner Kunde die Hardware des ISP benutzen soll, beantwortet sich eigentlich selbst. Hier ein Beispiel einer Diskussion von 2015 im Zusammenhang mit Swisscom.

2007 erschien die Version 802.11n, was die Leistung der WLAN Verbindungen massiv verbesserte. Möglich war das durch die MIMO (Multiple Input Multiple Output) Technik. Dieses Video erklärt (EN) MIMO. Und durch die Nutzung des 5GHz Bandes zum 2.4 GHz. Diese Entwicklung führte zum PowerCert Animated Videos: “Triple Band Router”.

Sicherheit

Analog zur Geschichte des Internets war auch bei WLAN “Sicherheit” keine Vorgabe. Die erste Verschlüsselung “WEP” (1999) von den Kunden in den untiefen der Routerkonfiguration anhand kryptischer Einstellungen selber zu lösen.

Die Entwicklung der Verschlüsselung von WEP bis WPA3 wird in diesem Video< animiert erklärt (EN). Auch WPS wird erklärt. Meiner Meinung nach sollte die WPS Funktion analog UPnP auf dem WLAN Router ausgeschalten sein. Sonst kann jede Person die kurz in Reichweite des Gerätes kommt sich (unsichtbar) verbinden und danach in der Nähe des Hauses verschiedene Aktionen durchführen.

Wenn man ein Gerät mit WPA2 verschlüsselt, muss man verifzieren das es nicht auf “Kr00k” anfällig ist. Neue Geräten sollten in jedem Fall WPA3 unterstützen. Nist stuft “Kr00k” inwzischen als ungefährlich ein, da die Hersteller schnell und umfassend reagiert haben.

Quellen

  1. ITU-T X.200 (the same contents as from ISO)
  2. Elektronik Kompendium: Funknetze / Funksysteme
  3. Wikipedia EN: 802.11 History
  4. Wi-FI Alliance
  5. HyperLan
  6. Wireless Communication-Jean Paul Linnartz’ Reference Website
  7. PowerCert Animated Videos: CSMA/CD and CSMA/CA Explained
  8. A history of modern computing - Paul E. Ceruzzi - Second edition - isbn:9780262532037
  9. Cisco lan switching fundamentals - David Barnes & Basir Sakandar - isbn:9781587050893
  10. itwissen.info: Tag-Übersicht für Wireless LAN Themen
  11. Wikipedia: Kategorie WLAN
  12. Wikipedia: Category:Wi-Fi
  13. Networkworld.com - 802.11: Wi-Fi standards and speeds explained
  14. IEEE Standard - 802.11-2016

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Erstellt: 15. August 2020 Modifiziert: 16. August 2020