2.6 WLAN

WLAN als Teil des lokalen Netzes

Eine WLAN-Station, kurz STA, ist ein Client mit einer Funkschnittstelle. Im Infrastrukturmodus verbindet sie sich mit einem Access Point, kurz AP. Der AP stellt die Funkzelle bereit und bindet sie über das Distribution System meist an ein kabelgebundenes Ethernet-LAN an. Ein AP mit seinen verbundenen Stationen bildet ein Basic Service Set. Mehrere passend konfigurierte APs können gemeinsam ein Extended Service Set mit derselben SSID bereitstellen.

Die SSID ist der lesbare Name eines WLANs, aber kein Sicherheitsmerkmal. Der Basic Service Set Identifier, BSSID, kennzeichnet eine konkrete Funkzelle beziehungsweise ein Funkinterface und entspricht gewöhnlich einer MAC-Adresse. Ein Endgerät entscheidet grundsätzlich selbst, wann es von einer BSSID zu einer anderen wechselt. Einheitliche SSID, Authentisierung und Netzzuordnung schaffen dafür die Voraussetzung; 802.11k, 802.11v und 802.11r können Roaming unterstützen, wenn Infrastruktur und Clients sie beherrschen.

Funkwellen in realen Räumen

Die empfangene Leistung sinkt mit der Entfernung. Wände, Decken, Metallflächen, wasserhaltige Materialien und Menschen dämpfen oder verändern die Ausbreitung zusätzlich. Reflexion, Beugung und Streuung erzeugen mehrere Ausbreitungswege. Treffen diese Signalanteile zeitversetzt ein, spricht man von Mehrwegeausbreitung. Moderne OFDM- und MIMO-Verfahren können Mehrwegeanteile gezielt nutzen, ungünstige Überlagerungen oder eine sehr schwache Verbindung bleiben dennoch problematisch.

Störungen müssen zum verwendeten Frequenzbereich passen. Bluetooth, Mikrowellenöfen und weitere Funkanwendungen können das 2,4-GHz-Band beeinflussen. Benachbarte WLANs konkurrieren um Sendezeit oder überlappen ungünstig. Europäisches DECT arbeitet dagegen typischerweise bei 1880 bis 1900 MHz und ist daher keine direkte Gleichkanal-Störquelle für 2,4- oder 5-GHz-WLAN. Breitbandige elektromagnetische Störungen sind möglich, sollten aber gemessen statt pauschal vermutet werden.

1. Direkter Signalweg

Die Linie ist ein vereinfachtes Modell für einen Signalanteil. Ein Access Point sendet in der Realität keine einzelne schmale Linie, sondern elektromagnetische Wellen entsprechend seiner Antennencharakteristik in einen räumlichen Bereich.

2. Längere Mehrwegeausbreitung

Reflexionen an Decke, Boden und Metallfläche erzeugen unterschiedlich lange Signalwege. Die am Ziel eintreffenden Anteile können sich abhängig von Laufzeit und Phasenlage verstärken oder abschwächen. OFDM begrenzt die Folgen zeitversetzter Anteile; MIMO kann räumliche Unterschiede zusätzlich für die Übertragung nutzen.

3. Durch eine Wand gedämpftes Signal

Wie stark eine Wand dämpft, hängt unter anderem von Material, Dicke, Feuchtigkeit, Frequenz und Einfallswinkel ab. Eine pauschale Reichweitenangabe ersetzt deshalb keine Messung im Gebäude.

4. Durch einen Mikrowellenofen gestörtes Signal

Die getrennten Linien zeigen zwei unabhängige Quellen: Das WLAN-Nutzsignal stammt vom Access Point, die breitbandige Störenergie vom laufenden Mikrowellenofen. Am Empfänger können dadurch Frames beschädigt, Übertragungen wiederholt und Datenrate sowie Latenz verschlechtert werden. 5- und 6-GHz-WLAN sind von genau dieser 2,45-GHz-Störung nicht unmittelbar betroffen.

2,4 GHz, 5 GHz und 6 GHz

Das 2,4-GHz-Band bietet gute Verbreitung und breite Geräteunterstützung, aber wenig Platz für überlappungsarme 20-MHz-Kanäle. In vielen Planungen werden deshalb die Kanäle 1, 6 und 11 verwendet. In Europa sind weitere Kanäle verfügbar; ein sinnvoller Plan berücksichtigt jedoch die tatsächlich eingesetzten Kanalbreiten, Nachbarnetze und Client-Unterstützung.

Das 5-GHz-Band bietet deutlich mehr Kanäle und eignet sich deshalb häufig besser für leistungsfähige und dichte Installationen. Je nach Teilband gelten unterschiedliche Vorgaben, darunter Innenraumbeschränkungen, Leistungsgrenzen sowie DFS und TPC zum Schutz anderer Funkdienste. DFS kann einen Kanalwechsel auslösen, wenn ein bevorrechtigtes Radarsignal erkannt wird.

Wi-Fi 6E erweitert Wi-Fi 6 in das 6-GHz-Band. Wi-Fi 7 kann ebenfalls 6 GHz verwenden und dort regional bis zu 320 MHz breite Kanäle nutzen. In Deutschland steht nicht das gesamte theoretische 6-GHz-Spektrum anderer Weltregionen zur Verfügung. Geräteklasse, Innen- oder Außeneinsatz und aktuelle Allgemeinzuteilung müssen deshalb zur Installation passen.

WLAN-Generationen richtig lesen

IEEE 802.11 bezeichnet die technische Standardfamilie. Die Wi-Fi Alliance verwendet leichter lesbare Generationsnamen. Eine beworbene Brutto- oder PHY-Datenrate ist die Geschwindigkeit der Funkmodulation unter bestimmten Bedingungen und nicht der nutzbare Datendurchsatz einer Anwendung. Protokolloverhead, Bestätigungen, Konkurrenz um Sendezeit, Signalqualität, Kanalbreite, Anzahl der Spatial Streams und Gegenstelle beeinflussen den realen Wert.

• Mbit/s und Gbit/s sind Bitraten; MB/s und GB/s bezeichnen Byte pro Sekunde.
• Ein einzelner Client nutzt nur die Fähigkeiten, die beide Seiten gemeinsam unterstützen.
• Breitere Kanäle erhöhen die mögliche Datenrate, verbrauchen aber mehr Spektrum und sind nicht automatisch die beste Wahl.

MIMO, Spatial Streams und OFDMA

MIMO verwendet mehrere Antennen und Signalpfade. Mehrere räumlich unterscheidbare Datenströme, sogenannte Spatial Streams, können die Datenrate einer Verbindung erhöhen. Die Schreibweise 4×4 beschreibt zunächst Sende- und Empfangsketten eines Geräts; sie garantiert nicht, dass ein Client vier Spatial Streams nutzt. Viele mobile Clients unterstützen nur ein oder zwei Streams.

MU-MIMO kann unterschiedliche Spatial Streams mehreren Clients zuordnen. OFDMA teilt einen Funkkanal zeitweise in kleinere Ressourceneinheiten und bedient damit mehrere Stationen effizienter. Diese Verfahren verbessern vor allem die Nutzung der knappen Sendezeit in dichten WLANs. Sie heben CSMA/CA nicht auf: Der Funkkanal muss weiterhin koordiniert und geteilt werden.

Sicherheit: von WEP bis WPA3

WEP und WPA mit TKIP sind kryptografisch überholt und dürfen nicht als sichere Betriebsarten eingesetzt werden. WPA2 mit AES-CCMP bleibt für kompatible Bestandsgeräte relevant. Für neue Installationen ist WPA3 vorzuziehen. Im Personal-Modus ersetzt WPA3-SAE den vorab gemeinsam genutzten Schlüssel-Austausch durch ein robusteres Verfahren. Ein langes, einzigartiges Kennwort bleibt dennoch wichtig.

In Organisationen trennt WPA2- oder WPA3-Enterprise die Identitäten der Benutzer und Geräte. 802.1X übergibt die Authentisierung typischerweise an einen RADIUS-Dienst. Zertifikatsbasierte Verfahren vermeiden gemeinsam genutzte Passwörter, verlangen aber eine saubere PKI-, Client- und Zertifikatsverwaltung. Protected Management Frames schützen ausgewählte Management-Frames vor Fälschung und gehören bei WPA3 zum Sicherheitskonzept.

• MAC-Adressfilter sind keine wirksame Zugriffssicherung, weil MAC-Adressen sichtbar und nachbildbar sind.
• WPS vereinfacht die Anmeldung, erweitert aber die Angriffsfläche und sollte nur bewusst eingesetzt werden.
• Gast- und IoT-Geräte gehören in getrennte Netze mit passenden Zugriffsregeln.
• Firmware, Access Points, Controller und Clients benötigen ein geregeltes Patchmanagement.

WLAN planen: Abdeckung und Kapazität

Eine Funkzelle muss nicht nur sichtbar sein, sondern am vorgesehenen Ort die benötigte Signalqualität und Kapazität liefern. Planung beginnt deshalb mit Grundriss, Materialien, Nutzerzahl, Gerätetypen, Anwendungen und vorhandenen Störquellen. Für Sprache, Scanner oder Echtzeitanwendungen gelten andere Anforderungen als für gelegentlichen Webzugriff.

Access Points werden möglichst über Ethernet und PoE angebunden. Ein Repeater muss Funkzeit für Empfang und erneute Übertragung verwenden. Ein gut geplantes Mesh kann Bereiche ohne Kabel erschließen, ersetzt bei hoher oder vorhersehbarer Last aber nicht automatisch einen kabelgebundenen Backhaul. Sendeleistung, Kanalbreite und Zellgröße müssen auch zu den meist schwächer sendenden Clients passen.

Die Zeichnung ist kein fertiger Messnachweis. Die transparenten Kreise markieren nur die geplante Hauptversorgung der drei Access Points; Funk endet nicht schlagartig am Kreisrand. Der Messpunkt im Flur liegt beispielhaft im Überlappungsbereich der benachbarten Zellen von AP 1 und AP 2. Der rote Punkt ist ein Messort, kein Endgerät ohne Empfang. Ob Signalstärke, SNR und Kapazität tatsächlich genügen, muss ein Validation Survey bestätigen.

• Abdeckung: Ist das Signal an allen benötigten Orten ausreichend?
• Kapazität: Reichen Sendezeit, Kanäle und Access Points für die gleichzeitig aktiven Clients?
• Kanalplan: Werden Gleichkanal- und Überlappungsstörungen begrenzt?
• Backhaul: Sind Switchports, PoE-Budget, VLANs und Uplink ausreichend?
• Sicherheit: Sind Rollen, Segmentierung, Authentisierung und Gastzugang definiert?
• Betrieb: Sind Monitoring, Updates, Dokumentation und Ersatzkonzept vorgesehen?

Site Survey und Heatmap

Eine prädiktive Planung modelliert den Grundriss und die Materialien vor der Installation. Eine Vor-Ort-Messung prüft reale Störquellen und vorhandene Funknetze. Nach der Installation bestätigt ein Validation Survey, ob die Anforderungen erreicht werden. Eine Heatmap ist dabei nur so gut wie Messmethode, Maßstab, AP-Modell, Antennenlage und Grenzwerte.

Farben sind nicht allgemein genormt. Eine grüne Fläche kann je nach Werkzeug Signalstärke, Signal-Rausch-Abstand oder eine bestandene Anforderung darstellen. Deshalb gehören Legende, Messhöhe, Client beziehungsweise Messadapter und Kennzahl zur Dokumentation. Neben RSSI sind SNR, Rauschpegel, Kanalnutzung, Wiederholungsrate und ein anwendungsnaher Durchsatztest wichtig.

WLAN-Störungen systematisch eingrenzen

Zuerst wird der Umfang geklärt: Ist nur ein Client, eine Funkzelle, eine SSID, ein Band oder der gesamte Standort betroffen? Danach werden Clientzustand, BSSID, RSSI, SNR, Kanal und Wiederholungen geprüft. Erst dann folgen Anmeldung, VLAN-Zuordnung, DHCP, Gateway, DNS und der kabelgebundene Uplink. So wird vermieden, einen IP- oder Authentisierungsfehler mit zusätzlicher Funkleistung zu behandeln.

Ein Client kann den AP hören, obwohl der Rückweg zu schwach ist. Zu hohe AP-Sendeleistung erzeugt deshalb keine zuverlässige Reichweite. Auch ein versteckter Teilnehmer ist möglich: Zwei Clients erreichen denselben AP, hören einander aber nicht. Die 802.11-Verfahren können dies mit Reservierungen und Bestätigungen abmildern; für Grundlagen genügt die Erkenntnis, dass sichtbarer Kanal und störungsfreier Zugriff nicht dasselbe sind.