Verfasser: abylonsoft - Dr. Thomas Klabunde - Veröffentlicht am: 28.11.2021
Den meisten Nutzern ist der Begriff WLAN durch ihren PC oder Handy bekannt. WLAN (Wireless Local Area Network) ist dabei für die drahtlose Anbindung an ein lokales Netzwerk zuständig. Dabei werden Daten im Intranet oder Internet per Funk zwischen den einzelnen Geräten ausgetauscht, z. B. zwischen Laptop und Router. Die Technik unterliegt unterschiedlichen Übertragungsstandards, Betriebsmodi und Sicherheitseinstufungen, die alle mehr oder minder miteinander verknüpft sind. Im Normalfall bemerkt der Anwender von den technischen Abläufen beim Verbindungsaufbau oder der Datenübertragung zwischen WLAN-Sender und -Empfänger recht wenig. Um einen störungsfreien und stabilen Netzwerkbetrieb über WLAN zu garantieren, sind einige Punkte bei der Konfiguration und Positionierung der Geräte zu beachten.
In diesem Artikel wird kurz auf Standards, Modus und die Sicherheit von WLAN-Netzwerken eingehen. Darüber hinaus werden praktische Tipps zur besseren Konfiguration und Aufstellung von WLAN-Geräten gegeben.
Im Jahr 1997 wurde mit IEEE 802.11 der erste WLAN-Standard für eine einheitliche Kommunikation zwischen Router und Clients eingeführt. Dieser ermöglichte einen geregelten Austausch von Daten über die Funkleitung zwischen Geräten von unterschiedlichen Herstellern. Dieser neue WLAN-Standard regelt das Kommunikationsprotokoll zwischen den Geräten und wurde in Abhängigkeit von Übertragungsraten und Frequenzen mit der Zeit wie folgt weiter entwickelt:
| Standard | Einführung [Jahr] |
Frequenz [GHz] |
Verfahren | Übertragungs- rate [MBit/s] |
Anmerkung |
|---|---|---|---|---|---|
| 802.11 | 1997 | 2.4 | FHSS/DSSS | 2 | Nicht mehr gebräuchlich |
| 802.11a | 1999 | 5 | OFDM | 54 | |
| 802.11b | 1999 | 2.4 | DSSS | 11 | Nicht mehr gebräuchlich |
| 802.11c | Wireless Bridging | ||||
| 802.11g | 2003 | 2.4 | OFDM | 54 | |
| 802.11n | 2009 | 2.4 und 5 | OFDM | 150-600 | Standard bei aktuellen Routern |
| 802.11h | 2003 | 5 | OFDM | 54 | |
| 802.11ac | 2014 | 5 | OFDM | 1300-7000 | |
| 802.11ad | 2014 | 57 - 64 | OFDM | 7000 | Für kurze Strecken |
In der Konfigurationsoberfläche des WLAN-Routers kann der unterstützte Standard eingesehen und optional auch geändert werden. Das 5 GHz - Netz bietet deutlich mehr Bandbreite und damit auch bessere Übertragungsraten, jedoch nur auf kurze Distanzen und möglichst ohne Hindernisse (Mauer). Die hohe Übertragungsrate wird dabei durch eine komplexere Modulation erreicht. Im Haus haben insbesondere Handys mit dem 5 GHz - Netz und den vielen Hindernissen zu kämpfen. Treten viele Störungen auf, taktet das System automatisch herunter. In solchen Fällen kann es von Vorteil sein, direkt das 2.4 GHz - Netz zu wechseln.
| Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
| 2,4 GHz-Band | - Geringere Frequenz: Funkwellen überwinden / durchdringen Hindernisse leichter - Gebührenfreies ISM-Frequenzband und große Verbreitung führen zu geringen Kosten |
- Störungsanfälliger durch Techniken, welche dieselbe Frequenz verwenden (z.B. Bluetooth, Mikrowellen, etc.) - Ohne Wechselwirkungen können parallel maximal 4 Kanäle verwendet werden |
| 5 GHz-Band | - Sehr hohe Übertragungsraten - Nur wenige Störgeräte (z. B. Wetterradar) - Bis zu 19 einzelne Kanäle ohne Wechselwirkung verwendbar |
- Ad-hoc-Modus wird nur selten angeboten - Höhere Frequenz: Funkwellen überwinden / durchdringen Hindernisse schlechter |
Es gibt verschiedene Betriebsmodi für den WLAN-Betrieb:
Die Daten werden in sogenannten Paketen verschlüsselt oder unverschlüsselt übertragen. Bei einer unverschlüsselten Übertragung kann ein Dritter die Datenpakete ohne großen Aufwand mitschneiden und auswerten (Man-in-the-Middle) oder sich ohne Authentifizierung mit dem Router und den angeschlossenen Ressourcen verbinden. Freie unverschlüsselte Zugänge finden sich in der Freifunk-Szene, wo jeder ohne Authentifizierung das Internet kostenlos, aber mit dem Risiko des Abhörens nutzen kann. In der verschlüsselten Variante kommen folgende Systeme zum Einsatz:
Beim WPA / WPA2 kommt als Protokoll meist das CCMP (Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol) zum Einsatz, welches auf AES (Advanced Encryption Standard) basiert.
Teilweise kommt beim WPA auch noch das TKIP - Protokoll als Verschlüsselungslayer zum Einsatz, welches auf den unsicheren RC4-Algorithmus aufbaut.
Kurzum - ein aktueller Router sollte mind. das WPA2 CCMP - Protokoll anbieten und auch nutzen, um maximale Sicherheit für den Anwender zu gewährleisten. Dabei sollten folgende Sicherheitsmaßnahmen beachtet werden:
Im öffentlichen Raum werden oft Access-Points zur Verfügung gestellt, welche aber meist nicht verschlüsselt sind. Ein gutes Beispiel für einen unverschlüsselten Access-Point sind die Freifunk-Netzwerke, wo sich jeder kostenlos verbinden und das Internet nutzen kann. Jedoch sollte stets klar sein, dass die Daten im Klartext (also unverschlüsselt) von meinem Gerät zum Access-Point übertragen werden und somit für Angreifer abgreifbar sind. Diese Unsicherheit wird allerdings wieder durch die APP-basierten Verschlüsselungsverfahren relativiert, weil die meisten Anwendungen (z. B. WhatsApp und Signal) die Daten unabhängig vom WLAN-Protokoll verschlüsseln. Das Gleiche gilt beim Surfen über HTTPs (s = SSL für SecureSocketLayer), wo gleichfalls die Daten verschlüsselt übertragen werden. Spätestens seit der DSGVO ist der größte Teil der Internetseiten mit SSL gesichert und bei Übertragungen verschlüsselt.
Wer ganz sicher sein will, kann für alle Internetdienste noch einen VPN-Zugang (größtenteils kostenpflichtig) einrichten, wo alle Daten vor der Übertragung zwischen Client und Server verschlüsselt werden.
Ein Mesh-Netzwerk (vermaschtes Netzwerk) ist ein drahtloses lokales Netzwerk, indem mehrere meshfähige Router eine optimale, möglichst flächendeckende Versorgung garantieren. Im Gegensatz zu den passiven Routern übernehmen Meshrouter die Kontrolle und sorgen beim Client für eine leistungsgleiche und störungsfreie Anbindung. Die Kernfunktion des Meshnetzwerkes besteht darin, dass ein Nutzer mit seinem aktiven Gerät sich frei bewegen kann und dabei die Verbindung von einem Router auf dem nächsten ohne Störung der Verbindung weiter gegeben wird.
Vorteile des Mesh-Netzwerkes:
In kleinen Räumlichkeiten (z. B. Apartment) oder abgegrenzten Einsatzbereich werden Meshnetzwerke nicht benötigt. Ein Mesh-Netzwerk macht das Netzwerk nicht schneller, sondern sorgt für eine bessere Verbreitung des Signals und der vorhandenen Ressourcen. Ein gutes Beispiel für ein großes Mesh-Netzwerk sind auch die Freifunker, wo sich der Nutzer theoretisch störungsfrei mit aktiver Netzwerkverbindung (z. B. Streaming) ohne Unterbrechung in einer ganzen Stadt bewegen kann.
Ein Router ist für die Verwaltung und Weiterleitung von Netzwerkverbindungen und -paketen zuständig und kann auch als Internetzugang genutzt werden. Mithilfe eines WLAN-Routers können die Clients nicht nur das Internet, sondern auch das lokale Netzwerk nutzen. So können recht einfach Dateien von einem PC auf einen anderen kopiert oder vom Handy Bilder, Videos und Dokumente eingesehen werden.
Router gibt es von diversen Herstellern, die mehr oder minder die Aufgabe übernehmen.
WLAN-Router dienen dem Zugang zum Internet oder lokalem Netzwerk von Clients (PCs, Handys, Fernseher, etc.) und sind meist keine ansehnlichen Möbelstücke. Sie sind mit ihren mehr oder minder vielen LED-Leuchten eher störend und werden deshalb gerne in Ecken, auf oder in Schränken oder noch schlimmeren Orten aufgestellt. Diese folgenden zwei Punkte:
stehen oft in Konkurrenz zueinander. Oftmals stehen die Router an den Telefonanschlusspunkten, die nicht selten im Flur oder Keller liegen. Wenn dann das WLAN-Signal kaum oder gar nicht mehr bis ins Wohnzimmer oder Arbeitszimmer reicht, wird nicht selten ein Repeater angeschafft. In vielen Fällen werden Router und Repeater irgendwo hingestellt, ohne sich Gedanken über die Ausbreitung von Funkwellen zu machen.
Beim Kauf sollte auf folgendes geachtet werden:
Alternativ werden Router häufig vom Internet-Service-Provider (ISP) angeboten, bei denen der Internetvertrag abgeschlossen wurde. Diese Router können, müssen aber nicht verwendet werden - in Deutschland darf man auch einen eigenen Router für den Internetzugang verwenden.
Ist der Router angeschafft und aufgestellt, folgt optional die Konfiguration. An einfachsten ist dies, wenn ein PC per LAN-Kabel direkt mit dem Router verbunden wird. Ist nur der WLAN-Zugriff möglich, muss der Client erst eine WLAN-Verbindung herstellen. Dazu wird ein WLAN-Kennwort benötigt, welches bei einem neu angeschafften Router meist auf der Unterseite zu finden ist (lange Ziffernfolge).
Nach der Verbindung zum Router wird die Administrationsoberfläche in einem Browser (z. B. Google Chrome oder Firefox) geöffnet. Dazu wird oben in die Adressleiste die Router-Adresse mit HTTP://... oder HTTPs://... eingegeben. Dies kann direkt über die IP-Adresse (ein Router hat größtenteils die Adresse 192.168.x.1) - x kann hier von 0 bis 127 liegen. Diese Informationen liegen der Bedienungsanleitung des Routers bei. Anbieter wie z. B. FritzBox können direkt im Browser mit der Adresse (http://fritz.box) angesprochen werden.
Wenn alles gut gelaufen ist, zeigt der Browser die Konfigurationsoberfläche des Routers an. In vielen Fällen muss nun für den nächsten Schritt erst ein Zugangspasswort für den Router angelegt oder eingegeben werden. Dieses Zugangspasswort ist nur für die Konfigurationsoberfläche und NICHT für den WLAN-Zugriff gedacht. Bei einigen Herstellern findet man unter dem Router neben dem WLAN-Schlüssel auch ein Zugangskennwort.
Die Konfigurationsoberflächen weichen je nach Hersteller stark voneinander ab, sind aber meist selbsterklärend. Hier sollte zunächst ein individuelles WLAN-Kennwort, Schlüssel und SSID (Netzwerkname) festgelegt werden, damit Angreifer nicht einfach mit den Herstellerinformationen den Router hacken können.
Zur Verbesserung des WLAN-Signals in allen Räumen können Router mit weiteren Routern oder Repeatern verkettet werden.
Wenn das WLAN-Signal für die direkte Verbindung zwischen Router und Client zu schwach ist, kann ein Repeater zum Verstärken des WLAN-Signals dazwischen geschaltet werden. Der Repeater hat die gleiche Netzwerkkennung (SSID) wie der Router selber, empfängt das WLAN-Signal vom Router und sendet dieses "verstärkt" weiter an den Client (Computer, Handy etc).
Der Repeater selber sollte eine optimale Verbindung zum Router und zum Client haben. Dies bedeute, der Standort des WLAN-Repeater sollte am besten mittig zwischen den Geräten aufgestellt werden.
Repeater gibt es als einfache Steckdosenvariante oder ein normaler (alter) Router mit Repeater-Funktion. Fast alle alten Router können auch als Repeater konfiguriert werden.
Der Router / Repeater sollte sich idealerweise mittig im Raum mit dem Client befinden, was jedoch wegen der LAN-Kabel vom Router zum Hausanschluss oder Stromanschluss selten möglich ist. In der Praxis findet sich ein Router im Bereich einer Wand, Schrank, Keller, Flur mit Hindernissen (Wände und Möbel) zwischen Router und Client.
Es gibt Situationen, wo die Verbindung vom Client zum Repeater optimal (gleicher Raum) und dennoch die Übertragungsbandbreite äußerst schlecht ist, weil der Repeater seinerseits keine gute Verbindung zum Router (z. B. Keller) hat.
Ein Laie sollte folgende Punkte bei der Aufstellung von Router / Repeatern beachten:
In vielen Anwendungsszenarien ist die Einhaltung solcher Regeln nicht möglich, weil beispielsweise der Anschlusspunkt im Keller ist oder das Verlegen von neuen Netzwerkkabeln oder Stromkabeln schwer oder nicht gewünscht ist. In diesen Fällen gilt es einen Kompromiss zu finden. Gedanklich kann sich jeder eine Linie oder Kordel zwischen Router und Client vorstellen, die möglichst durch wenige Hindernisse gehen sollte. Funkwellen breiten sich wie Lichtstrahlen immer gradlinig aus und können nur über Reflexionen um Ecken senden. Bitte bedenken Sie auch, dass für eine Funkwelle, die schräg durch eine Mauer läuft, diese dicker ist, als wenn sie gerade (90 Grad-Winkel) die Mauer trifft. Dazu hier ein Abbild zur Verdeutlichung:
Copyright (c): abylonsoft - Schaubild zur richtigen Einrichtung von WLAN in einem Haus!
In dem Schaubild (oben) wurde der Repeater bewusst zusammen mit dem Router im Keller positioniert, um zu zeigen, wie Hindernisse "schlanker" gemacht werden können. Wenn die Funkwellen diagonal durch eine Wand oder Decke laufen, so müssen diese je nach Winkel einen deutlich längeren Weg durch die Hindernisse zurücklegen, als wenn sie im 90 Grad-Winkel auftreffen. Grob geschätzt muss beispielsweise die "rote Funkwelle" vom Router ins Wohnzimmer einen ca. 4-mal längeren Weg durch die Decke zurücklegen als die grüne über den Repeater. Im Fall einer Stahlbetondecke kann dies schon das Aus für das WLAN im Wohnzimmer bedeuten.
Für den Schlafraum müssen bei direkter Router-Anbindung zwei Decken und eine Wand diagonal durchlaufen werden, was einen Empfang im Schlafraum schwierig bis unmöglich macht. Router und Repeater haben nur eine freie Strecke zu überwinden und vom Repeater (relativ mittig zwischen Router und Schlafraum) sind nur zwei Decken relativ direkt zu durchdringen.
WLAN-Router arbeiten mit Frequenzen 2.4 GHz oder 5 GHz, die nicht nur vom WLAN, sondern auch anderen Geräten verwendet werden und somit störend auf die WLAN-Verbindung wirken können. Störungen in der Übertragung entstehen dabei durch Interferenzen. Mögliche WLAN-Störquellen sind:
Störquellen lassen sich nicht immer abschalten, aber häufig umgehen. Zunächst sollte der WLAN-Router mit Abstand zu den genannten Störquellen aufgestellt werden. Mehrere WLAN-Router stören sich untereinander (z. B. auch Router von Nachbarn). Viele moderne Router bieten in ihrem Konfigurationsmenü eine Kanalübersicht, wo bereits verwendete Kanäle angezeigt werden. In der Voreinstellung wählen die Router immer automatisch einen Kanal, der aber individuell festgelegt werden kann. Kanäle sollten so weit wie möglich getrennt sein (z. B. Kanal 6 ist aktiv - dann nicht 5 oder 7, sondern besser 3 oder 9 wählen). Die Endgeräte stellen sich automatisch auf den entsprechenden Kanal ein.
Die WLAN-Signalstärke wird meist vom Client mit fünf Balken angezeigt, wobei ein Balken einen sehr schlechten und alle Balken einen sehr guten Empfang bedeutet. Diese Darstellung ist für die meisten verständlich und ausreichend. Möchte man jedoch noch das letzte bisschen Leistung aus dem WLAN-Netz ziehen, so wird es mit den Angaben in dBm (Dezibel Milliwatt) recht technisch, kompliziert, aber auch sehr aussagekräftig. Insbesondere für Handys gibt es recht leistungsstarke WLAN-Scanner, die Auskunft über die WLAN-Leistung in dBm und Störabständen geben. Was aber genau bedeuten diese dBm Werte?
Die dBm - Werte sind Sende- bzw. Empfangs-Leistungsangaben und Empfindlichkeit. Dieser Wert sagt aus, wie stark ein Signal ist und wie schwach es sein kann, um noch Daten zu empfangen. Für die Sendeleistung werden die dBm - Werte positiv und für die Empfangsempfindlichkeit negativ angegeben. Als Bezugspunkt für Sende- und Empfangsqualität ist 1 mW (Milliwatt) und entspricht 0 dBm (Referenz).
Die Formel zur Berechnung von dBm basierend auf der Leistung P lautet:
Lp = 10log(Ps/1 mW) - z. B. Ps = 100 mW = Lp = 10log(100 mW / 1 mW) = 20 dBm
So sendet ein WLAN-Router mit 100 mW Sendeleistung ein Signal von 20 dBm. Beim Client liegt die Empfangsleistung zwischen -30 dBm bis -80 dBm (ca. 0.001 mW bis 0.00000001 mW). Der negative dBm-Wert gilt unterhalb der 1 mW Sendeleistung.
Warum steht nur so wenig Empfangsleistung beim Client zur Verfügung? Zum einen liegt es allgemein an Dämpfungen im Raum (Luft, Hindernisse, etc.) und der Tatsache, dass sich Funkwellen wie eine Kugel ausbreiten und somit die Leistung zum Abstand vom Sender nach dem r3 (Radius hoch 3) abnimmt. Möchte man die Sendeleistung auf eine bestimmte Richtung lecken, so benötigt man eine Richtfunkantenne. Mit einer Richtfunkantenne kann in einer zuvor festgelegten Richtung eine deutlich stärkere Signalstärke empfangen werden.
Wenn sie nun beispielsweise mit ihrem Handy und einem installierten WLAN-Scanner mit dBm-Anzeige mehr Leistung erreichen wollen, so können sie die Empfangsstärke in dBm weitaus genauer deuten als 5 Balken. Sie können direkt an einer Standortveränderung oder alternativen Positionierung von Gegenständen oder Störeinflüssen den Standort des Routers optimieren. Als Faustformel gilt bei der Empfangsstärke, umso geringer die negativen dBm Werte liegen, umso besser ist der Empfang (-30 dBm ist geringer als -50 dBm).
Die Reichweite von WLAN im Freien beträgt beim 802.11a-Standard (5 GHz) etwa 120 Meter und beim 802.11b-Standard (2,4 GHz) etwa 140 Meter. Dabei ist die Dämpfung durch die Luft zu vernachlässigen und ergibt sich bei einer kugelförmigen Ausstrahlung aus der Sendeleistung und Frequenz in Abhängigkeit vom Radius. Die auch als Freiraumdämpfung bezeichnete Größe berechnet sich über die Fläche von der Antenne auf der Kugelfläche. Die Fläche entspricht dabei 4*Pi*r^2. Nur bei feuchtem Wetter (Regen oder Nebel) reduziert sich die Reichweite durch die vom Wasser hervorgerufene Dämpfung.
In Räumen kommen in der Regel noch Möbel, Wände und Decken als Hindernisse hinzu. Daher liegt die Reichweite von WLAN in Gebäuden eher bei 20 bis 40 Meter. Je geringer die Sendeleistung, desto höher die Fehleranfälligkeit und damit resultiert auch eine geringe Übertragungsrate. Als Beispiel sind hier einige Materialien in einer Tabelle aufgeführt.
| Material [Dicke] | 2,4 GHz-Band [Dämpfung] | 5 GHz- Band [Dämpfung] |
|---|---|---|
| Holztür [5 cm] | -4 dB | -6 dB |
| Stahltür [6 cm] | -19 dB | -32 dB |
| Ziegelwand [9 cm] | -6 dB | -10 dB |
| Stahlbetondecke [45 cm] | -18 dB | -30 dB |
| Kalksandstein-Mauerwerk [24 cm] | -9 dB | -23 dB |
| Rigipstrennwand [10 cm] | -3 dB | -4 dB |
| Glastrennwand [1,5 cm] | -8 dB | -12 dB |
| Wärmweschutzfenster metallbedamft | -33 dB | -27 dB |
Die Tabelle zeigt deutlich, dass die Dämpfung von WLAN-Signalen stark vom Material abhängt. Metallische Werkstoffe haben dabei eine extrem hohe Abschirmung und treten eher als Reflektor auf. Eine typische Stahlbetondecke von 45 cm Dicke besitzt eine Dämpfung von -18 dB (2,4 GHz-Band), allerdings nur, wenn die Strahlen senkrecht im 90 Grad Winkel durch die Decke laufen. Bei einem Winkel von 45 Grad verdoppelt sich die Wandstärke und natürlich auch die Dämpfung. Bei einem 60 Grad Winkel ergibt sich rechnerisch eine Dämpfung von fast -60 dB, sodass nahezu die komplette Leistung des WLAN-Senders aufgebraucht wird. Daher ist die richtige Positionierung von Sender, Repeater und Empfänger im Gebäude sehr wichtig. Im folgenden Schaubild ist noch einmal der Zusammenhang zwischen der Dämpfung in einer Wand oder Decke in Zusammenhang mit dem Winkel der auftreffenden Funkwelle skizziert:
Copyright (c): abylonsoft - Schaubild zur WLAN-Dämpfung in Mauern!
Die Übertragung von Daten per WLAN vereinfacht das Leben und ermöglicht Netzwerke und Internet ohne Kabelsalat auch in der letzten Ecke. Die Technik hinter WLAN und deren Übertragung ist recht komplex und wird in diesem Tutorial nur im Ansatz beschrieben. Durch verschiedene Techniken, Modulation und Fehlerkorrekturverfahren können die heutigen hohen Übertragungsraten erreicht werden, häufig auch ohne einen Fachmann zu beauftragen. Dennoch gibt es immer noch zahleiche Kniffe und Bedingungen, die bei der Einrichtung von leistungsfähigen WLAN-Funknetzwerken beachtet werden sollten, wie Dämpfung, Reflexion, Interferenzen und Störquellen.
Neben den technischen Gegebenheiten sollte auch das Rechtliche beachtet werden, im Besonderen, wenn sein WLAN-Netzwerk einem Fremden zur Verfügung gestellt werden soll. Die Störerhaftung ist nach zahlreichen Gesetzesänderungen noch immer ein schwieriges Thema mit vielen Fallstricken. Wenn jemand eine Straftat über meinen Anschluss verübt, bin ich erstmals dafür verantwortlich und muss schlüssig beweisen, dass ich nicht diese Straftat begangen habe. Etwas mehr Schutz bietet der Anschluss ans "Freifunker-Netz", an dem sich jeder private oder sonstige Anschlussinhaber beteiligen kann. Freifunk kann von jedem ohne WLAN-Schlüssel verwendet werden und die eigenen Daten und Haftungsrisiken bleiben dabei geschützt.
WLAN-Netzwerke können nie 100%ig vor externen Zugriff gesichert werden. Sind an ihrem WLAN-Netzwerk Computer oder andere Geräte mit Freigaben vorhanden, so sollten diese Freigaben mit einem Passwort gesichert werden.
Die Sicherheit bei WLAN-Routern ist oft nur eine Frage der Zeit, bis diese durch Schwachstellen umgangen werden können. Nicht alle Hersteller bieten Sicherheitsupdates für ihre Router an.
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