Wie WLAN Daten per Funk überträgt

Wi-Fi ermöglicht Geräten, sich ohne Kabel mit einem Netzwerk zu verbinden, indem Daten als Funkwellen durch die Luft übertragen werden. Anstelle elektrischer Signale auf Kupferkabeln sendet und empfängt ein drahtloses Gerät Funksignale zu einem beziehungsweise von einem Access Point. Diese Lektion erklärt die Grundlagen der Übertragung von Netzwerkverkehr über Funk – die Basis für alle weiteren Themen der drahtlosen Vernetzung.

Im Kern kodiert Wi-Fi Ihre Daten, also Einsen und Nullen, mithilfe eines als Modulation bezeichneten Verfahrens auf Funkwellen. Das Gerät verändert Eigenschaften der Welle, um Bits darzustellen, überträgt sie, und der Empfänger dekodiert die Welle wieder zu Daten. Dies ist dasselbe grundlegende Prinzip wie bei Radio- und Fernsehausstrahlungen, angewendet auf die bidirektionale Netzwerkkommunikation zwischen Geräten und Access Points.

Das zentrale Gerät der meisten Wi-Fi-Netzwerke ist der Access Point (AP). Der AP ist die Funkzentrale, mit der sich drahtlose Clients verbinden, und ist normalerweise per Kabel mit dem dahinterliegenden kabelgebundenen Netzwerk verbunden. Ihr Smartphone kommuniziert drahtlos mit dem AP; der AP leitet diesen Datenverkehr an das kabelgebundene LAN und ins Internet weiter. Zu Hause ist der AP häufig in den Router integriert.

Jedes Wi-Fi-Netzwerk sendet einen Namen aus, der als SSID (Service Set Identifier) bezeichnet wird. Das ist der Netzwerkname, den Sie sehen, wenn Sie auf Ihrem Smartphone ein Wi-Fi-Netzwerk auswählen, zum Beispiel HomeNet oder CoffeeShop. Der AP sendet die SSID aus, damit Geräte das Netzwerk finden und ihm beitreten können. Mehrere APs können dieselbe SSID verwenden, um einen großen Bereich abzudecken, sodass Geräte unter einem einheitlichen Netzwerknamen zwischen ihnen wechseln können.

Um einem Netzwerk beizutreten, assoziiert sich ein Client mit einem Access Point. Das Gerät sucht verfügbare Netzwerke, wählt eine SSID aus und durchläuft Authentifizierung und Assoziierung, damit der AP es als Mitglied erkennt. Nach der Assoziierung (und einem gegebenenfalls erforderlichen Sicherheitshandshake) kann das Gerät über diesen AP Daten senden und empfangen. Diese Assoziierung entspricht im drahtlosen Netzwerk dem Einstecken eines Kabels in einen Switch-Port.

Im Gegensatz zu einem kabelgebundenen Switch-Port ist Wi-Fi ein gemeinsam genutztes Halbduplex-Medium: Zu jedem Zeitpunkt kann nur ein Gerät auf einem Kanal senden, da alle denselben Luftraum nutzen. Die Geräte wechseln sich ab. Je mehr Clients mit einem AP verbunden sind, desto mehr müssen sie sich die Funkübertragung teilen – deshalb wirkt überlastetes Wi-Fi langsam. Durch eine gute Planung werden Clients auf mehrere APs und Kanäle verteilt.

Da sich die Geräte den Funkraum teilen, verwendet Wi-Fi CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Ein Gerät prüft durch Abhören, ob der Kanal frei ist, bevor es sendet, und verwendet Signale, um Überlagerungen mit anderen Übertragungen zu vermeiden. Anders als kabelgebundenes Ethernet, das Kollisionen erkennen kann, können drahtlose Geräte dies im Allgemeinen nicht. Daher konzentrieren sie sich darauf, Kollisionen von vornherein zu vermeiden.

Funksignale werden mit zunehmender Entfernung schwächer und durch Wände, Böden, Metall und sogar Menschen blockiert oder abgeschwächt. Dies wird als Dämpfung bezeichnet. Je weiter Sie sich vom AP entfernen oder je mehr Hindernisse sich im Weg befinden, desto schwächer wird das Signal und desto langsamer die Verbindung, da die Geräte auf langsamere, robustere Übertragungsverfahren zurückgreifen, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.

Wi-Fi funktioniert vollständig bidirektional: Ihr Gerät sendet (Uploads) und empfängt (Downloads) Daten über Funk. AP und Client tauschen ständig Daten und kleine Bestätigungsframes aus, die den Empfang bestätigen, da die Funkübertragung unzuverlässig ist. Geht ein Frame durch Interferenzen verloren, wird er erneut übertragen. Dieser Austausch hält drahtlose Verbindungen trotz der störanfälligen, gemeinsam genutzten Funkumgebung zuverlässig.

Die meisten Wi-Fi-Netzwerke arbeiten im Infrastructure Mode, bei dem jedes Gerät über einen zentralen Access Point verbunden ist, der eine Verbindung zum kabelgebundenen Netzwerk herstellt. Eine einfachere Alternative ist der Ad-hoc-Modus, bei dem zwei Geräte ohne AP direkt miteinander kommunizieren. Das ist für schnelle Peer-to-Peer-Verbindungen nützlich, aber nicht skalierbar. Für die Network+-Prüfung sollten Sie wissen, dass normales Wi-Fi in Unternehmen und zu Hause den Infrastructure Mode verwendet und auf Access Points aufbaut.

Wenn Sie verstehen, dass Wi-Fi aus Funkwellen in einem gemeinsam genutzten Halbduplex-Medium besteht, können Sie seine Besonderheiten erklären: warum es mit zunehmender Entfernung langsamer wird, warum überlastete Netzwerke träge wirken und warum Interferenzen eine Rolle spielen. Ein Access Point verbindet den Funkraum mit dem kabelgebundenen Netzwerk, Geräte assoziieren sich über die SSID, und CSMA/CA verhindert Kollisionen. Diese Grundlagen bilden die Basis für alle folgenden Themen zur drahtlosen Vernetzung.

Testen Sie Ihre Wi-Fi-Grundlagen.

Wi-Fi überträgt Daten mithilfe von Modulation als Funkwellen durch die Luft. Ein Access Point (AP) verbindet drahtlose Clients mit dem kabelgebundenen Netzwerk und sendet eine SSID (Netzwerkname) aus. Geräte assoziieren sich mit einem AP, um dem Netzwerk beizutreten. Wi-Fi ist ein gemeinsam genutztes Halbduplex-Medium, daher wechseln sich die Geräte ab und verwenden CSMA/CA, um Kollisionen zu vermeiden. Signale werden durch Entfernung und Hindernisse schwächer (Dämpfung), und verlorene Frames werden erneut übertragen.