Wireless Components

Drahtlosnetzwerke verwenden einen Access Point (AP), auch Wireless Access Point (WAP) genannt, um ein Gateway zum kabelgebundenen Netzwerk bereitzustellen, sowie einen Wireless Local Area Network Adapter (WLAN-Adapter oder einfach Wireless-Adapter), um die Verbindung zwischen einem drahtlosen Client-PC und dem AP herzustellen.

ALLES IN EINER BOX

Wireless-Router kombinieren einen Access Point mit einem Router und sind eine gute Wahl für ein Heim- oder SOHO-Netzwerk (Small Office/Home Office). Die meisten Wireless-Router verfügen außerdem über mehrere Ethernet-Hub- oder Switch-Anschlüsse, an die kabelgebundene Ethernet-Adapter angeschlossen werden können, was eine Komplettlösung bietet. Der Router schützt dein Netzwerk vor unbefugten Zugriffen, der Wireless-AP beherbergt deine drahtlosen Clients und die Ethernet-Hub- oder Switch-Anschlüsse bieten Platz für den Anschluss deiner kabelgebundenen PCs. Da Wireless-Router nur wenige Dollar mehr kosten als Komponenten für einen einzigen Zweck, sind sie äußerst beliebt. Wir verwenden einen D-Link DI-624 Wireless-Router zur Verwaltung unseres SOHO-Netzwerks.

Rat von Jim Cooley

Viele Kabel- oder DSL-Modems werden heute nur noch mit einem USB-Ausgang geliefert, was den Anschluss an einen WAP/Router erschwert. Möglicherweise musst du ein Ersatzmodem kaufen, das auch einen Ethernet-Anschluss bietet. Alternativ bieten einige Kabel- oder DSL-Anbieter eine Auswahl an Modems an. Wenn dein Anbieter diese Wahlmöglichkeit bietet, frage nach einem Modem, das über einen Ethernet-Anschluss verfügt.

Ein AP wird mit dem kabelgebundenen Netzwerk (oder direkt mit einem Kabel- oder DSL-Modem) verbunden und kann gleichzeitig drahtlose Verbindungen zu vielen Wireless-Adaptern bereitstellen. Ein typischer AP erlaubt den gleichzeitigen Anschluss von 32 oder 64 Wireless-Adaptern. Alle Wireless-Adapter, die sich mit einem AP verbinden, teilen sich die von diesem AP bereitgestellte drahtlose Bandbreite. Wenn der AP beispielsweise 54 Mbit/s an drahtloser Bandbreite bereitstellt, teilen sich alle angeschlossenen Wireless-Adapter diese 54 Mbit/s, auch wenn jeder Adapter eine maximale individuelle Bandbreite von 54 Mbit/s oder mehr haben mag.

Wenn in einem bestimmten Moment nur ein Wireless-Adapter Daten überträgt, erhält dieser Adapter die volle verfügbare Bandbreite. Wenn mehrere Adapter gleichzeitig Daten übertragen, wird die verfügbare Bandbreite unter ihnen aufgeteilt. Dementsprechend variiert die für einen bestimmten Adapter momentan verfügbare Bandbreite dynamisch, je nachdem, wie viele andere Adapter in diesem Moment ebenfalls Bandbreite nutzen und wie viel Bandbreite sie verbrauchen.

TEILEN MACHT KEINEN SPASS

Die Bandbreitenteilung bedeutet, dass Drahtlosnetzwerke für Anwendungen, die Echtzeitkommunikation mit hoher Bandbreite erfordern (wie z. B. Video-Streaming), möglicherweise eine schlechte Wahl sind. Die Bandbreite moderner Wireless-Komponenten reicht unter idealen Bedingungen gerade so aus, um Videos in DVD-Qualität zu streamen. Wenn ein oder mehrere andere drahtlose Clients ebenfalls Bandbreite nutzen, wird das übertragene Video ruckelig sein. Aus diesem Grund empfehlen wir für Videoübertragungen immer ein kabelgebundenes Netzwerk oder alternativ eine dedizierte oder 802.11a-Drahtlosnetzwerkverbindung.

Ein Drahtlosnetzwerk kann einen oder mehrere APs haben. Obwohl die meisten Heim- oder SOHO-Netzwerke mit einem AP gut auskommen, bietet die Verwendung eines zweiten AP eine zusätzliche Flächenabdeckung, ermöglicht den gleichzeitigen Anschluss von mehr Wireless-Adaptern an das Netzwerk und bietet zusätzliche geteilte Bandbreite. Beispielsweise reicht die Reichweite eines AP möglicherweise nicht aus, um ein großes Haus abzudecken, insbesondere wenn es aus Stein, Stahlträgern, dickem Putz oder anderen Materialien besteht, die Radiowellen blockieren. Wir können uns nicht vorstellen, dass die Begrenzung auf 32 oder 64 angeschlossene Wireless-Adapter in einer Heim- oder SOHO-Umgebung ein Problem darstellt, aber die begrenzte geteilte Bandbreite könnte es sein.

Das Hinzufügen eines zweiten AP in einiger Entfernung vom ersten AP erweitert den Abdeckungsbereich und verdoppelt die Bandbreite, die den drahtlosen Clients zur Verfügung steht. Abhängig von ihrem Standort befinden sich einige Wireless-Adapter möglicherweise in Reichweite beider APs, während andere nur in Reichweite eines der beiden APs sind. Wenn das Drahtlosnetzwerk ordnungsgemäß konfiguriert ist, verbinden sich die Client-Wireless-Adapter einfach und transparent mit einem verfügbaren AP, ohne dass ein Benutzereingriff erforderlich ist. Wenn der Client mobil ist – zum Beispiel ein Notebook, das von Raum zu Raum getragen wird –, springt die Verbindung automatisch von einem AP zum nächsten, während sich der Client innerhalb des Abdeckungsbereichs bewegt.

Abbildung 14-2 zeigt einen typischen AP für den Heim- oder Kleinunternehmergebrauch. Dieser AP, das Modell D-Link DWL-2100AP, verwendet die allgegenwärtige, schwach verstärkende, omnidirektionale „Rubber Duck“-Antenne, die von den meisten Wireless-Geräten verwendet wird. Die Halterungen für diese Antennen ermöglichen es, die Antennen in allen drei Dimensionen auszurichten, um die Signalstärke zu maximieren und den Abdeckungsbereich zu optimieren. Einige APs verwenden fest angebrachte Antennen. Andere, einschließlich dieses Modells, bieten einen Anschluss für eine externe Antenne. Verschiedene externe Antennen sind erhältlich, darunter Modelle für die Außenmontage, Modelle mit höherer Verstärkung als bei Standard-„Rubber Duck“-Antennen und Modelle mit starker Richtwirkung.

Abbildung 14-2: Der D-Link DWL-2100AP, ein typischer AP

Clients verbinden sich mit dem Drahtlosnetzwerk über Wireless-Adapter, die funktional den standardmäßigen Ethernet-Adaptern in einem kabelgebundenen Netzwerk entsprechen. Wireless-Adapter sind für verschiedene Schnittstellen erhältlich, darunter PCI (für Desktop-Systeme), CardBus (für Notebooks), PCMCIA (People Can't Memorize Computer Industry Acronyms)-Kartenadapter (für ältere Notebooks und Handheld-Geräte) und USB (für jedes System). Wie APs werden PCI- und USB-Wireless-Adapter normalerweise mit einer schwach verstärkenden, omnidirektionalen „Rubber Duck“-Antenne geliefert, die normalerweise durch eine externe Hochleistungs- oder Richtantenne ersetzt werden kann. Abbildung 14-3 zeigt einen D-Link AirPlus ExtremeG DWL-G520, einen typischen PCI-Wireless-Adapter. CardBus-Wireless-Adapter, wie der in Abbildung 14-4 gezeigte D-Link DWL-G650, verfügen über eine interne, schwach verstärkende, omnidirektionale Antenne und bieten keine Möglichkeit zur Verwendung einer externen Antenne. Bestimmte Modelle von CardBus- (oder PCMCIA-) Adaptern, wie einige Proxim Orinoco-Karten, verfügen jedoch über einen externen Antennenanschluss.

Abbildung 14-3: Der D-Link DWL-G520, ein typischer PCI-Wireless-Adapter

Abbildung 14-4: Die D-Link DWL-G650, eine typische CardBus-Wireless-Karte

Interoperabilität von Wireless-Komponenten

APs und Wireless-Adapter unterstützen einen oder mehrere 802.11-Standards und können auch proprietäre Protokolle unterstützen. Standardbasierte APs und Wireless-Adapter verschiedener Hersteller arbeiten im Allgemeinen gut zusammen, mit geringfügigen Ausnahmen. Du kannst dich zum Beispiel normalerweise mit einem NETGEAR-Wireless-Adapter mit einem D-Link AP verbinden oder umgekehrt, vorausgesetzt, beide Produkte sind für denselben Standard oder dieselben Standards ausgelegt. Einige APs und Wireless-Adapter sind für einen einzigen Standard ausgelegt (z. B. 802.11g oder 802.11a), andere APs und drahtlose Clients unterstützen mehrere Standards (z. B. 802.11a/b/g).

Einige Wireless-Anbieter – insbesondere solche, die sich auf Unternehmen konzentrieren – greifen dem Standardisierungsprozess voraus, indem sie proprietäre Funktionen hinzufügen, die noch nicht als Standard ratifiziert wurden (und möglicherweise nie ratifiziert werden). Solche erweiterten Produkte sind für Unternehmen aufgrund ihrer zusätzlichen Funktionen attraktiv und in der Regel in der Lage, mit standardbasierten Produkten zusammenzuarbeiten, jedoch meist nur auf einem kleinsten gemeinsamen Nenner. Beispielsweise preschte Belkin beim aufkommenden 802.11n-Standard vor, indem es sogenannte „Pre-N“-APs und Wireless-Adapter einführte. Diese Pre-N-Produkte – die möglicherweise mit dem 802.11n-Standard kompatibel sind oder auch nicht, wenn er endgültig festgelegt wird – bieten höhere Geschwindigkeit und größere Reichweite, wenn sie zusammen verwendet werden; wenn sie jedoch mit 802.11g- oder früheren Komponenten verwendet werden, funktionieren sie als Standardkomponenten.

Im Allgemeinen empfehlen wir, wann immer möglich, auf Wireless-Komponenten zu verzichten, die auf proprietäre Erweiterungen angewiesen sind, um das erforderliche Funktionsniveau zu erreichen. Aktuelle standardbasierte Wireless-Komponenten bieten ausreichende Sicherheit und Verwaltbarkeit für jede Heim- oder Kleinunternehmerumgebung.

Die Reichweite einer drahtlosen Verbindung hängt von vielen Faktoren ab, darunter Geschwindigkeit, Störpegel, Hindernisse im Signalpfad und die verwendeten Antennentypen. Unter sonst gleichen Bedingungen wird die Reichweite einer Verbindung jedoch dadurch bestimmt, wie stark der Sender ist und wie empfindlich der Empfänger ist. Verschiedene Marken und Modelle von Wireless-Komponenten können sich in beiderlei Hinsicht erheblich unterscheiden.

Die Sendeleistung von Drahtlosnetzwerk-Komponenten wird normalerweise in dBm angegeben und kann von 0 dBm (definiert als 1 Milliwatt oder mW) bis 30 dBm (etwas über 1.000 mW) reichen. Eine Erhöhung oder Verringerung um etwa 3 dBm entspricht einer Verdoppelung bzw. Halbierung der Sendeleistung. Beispielsweise entspricht eine Ausgangsleistung von 3 dBm etwa 2 mW. Eine Erhöhung oder Verringerung um 10 dBm entspricht einer Erhöhung oder Verringerung der Sendeleistung um den Faktor 10. Beispielsweise beträgt eine Ausgangsleistung von 10 dBm etwa 10 mW; 20 dBm etwa 100 mW; und 30 dBm etwa 1.000 mW. Unter sonst gleichen Bedingungen erhöht eine höhere Sendeleistung die Reichweite und Übertragungsgeschwindigkeit.

Wireless-Geräte können eine feste Sendeleistung verwenden, die Sendeleistung dynamisch per Firmware steuern oder die manuelle Einstellung der Sendeleistung ermöglichen. Die erforderliche Sendeleistung variiert mit der Entfernung zwischen den Geräten, der Empfängerempfindlichkeit, der Datenrate der Verbindung, dem Grad der Behinderung im Signalpfad und anderen Faktoren. Im Allgemeinen erfordern größere Entfernungen zwischen den Geräten und höhere Datenraten eine höhere Sendeleistung.

Du könntest denken, es wäre die beste Idee, wenn alle Geräte immer die maximale Sendeleistung verwenden würden, aber eine hohe Leistung ist nicht immer wünschenswert. Die Verwendung von mehr Leistung als nötig verbessert weder die Geschwindigkeit noch die Qualität der drahtlosen Verbindung; sie führt lediglich unnötige HF-Strahlung in die Umgebung ein, wo sie andere Wireless-Geräte stören könnte, die ansonsten denselben Kanal ohne Konflikte nutzen könnten.

Dementsprechend ist die Firmware einiger Wireless-Geräte so programmiert, dass sie Verbindungseigenschaften mit anderen Wireless-Geräten aushandelt, einschließlich der Sendeleistung, um eine optimale Verbindung bei der minimal erforderlichen Leistungsstufe aufzubauen. Diese Aushandlung kann bei sehr niedrigen Datenraten erfolgen, sodass der erste Kontakt zwischen den Geräten bei geringer Leistung stattfinden kann. Jedes Gerät teilt dem anderen seine eigenen Fähigkeiten mit, einschließlich der schnellsten Verbindungsgeschwindigkeit, die es unterstützt. Die Geräte erhöhen dann ihre Sendeleistung auf das Minimum, das erforderlich ist, um die höchste gemeinsame Datenrate zu unterstützen. Wenn die maximal verfügbare Sendeleistung nicht ausreicht, um ihre höchste gemeinsame Datenrate zu unterstützen, fallen sie auf eine niedrigere Datenrate zurück und verwenden die Leistungsstufe, die für diese niedrigere Datenrate erforderlich ist.

Andere Wireless-Geräte ermöglichen die manuelle Einstellung der Sendeleistung, normalerweise in einem Bereich von wenigen mW bis vielleicht 100 oder 200 mW. Oft wird die Ausgangsleistung nicht numerisch angegeben, sondern benannt (Full, Half, Quarter, Eighth usw.) oder als maximale Ausgangsleistung mit Optionen zur Reduzierung der Ausgangsleistung in Schritten von jeweils 3 dB, wobei jeder Schritt die Ausgangsleistung halbiert. Wieder andere Wireless-Geräte bieten keine Möglichkeit zur Anpassung der Sendeleistung, sondern verwenden eine feste Sendeleistung, die meist bei etwa 30 mW liegt.

Die Kehrseite der Sendeleistung ist die Empfängerempfindlichkeit. Unter sonst gleichen Bedingungen kann ein empfindlicherer Empfänger eine Verbindung mit einem schwächeren Signal aufrechterhalten als ein Empfänger mit geringerer Empfindlichkeit. Ein empfindlicher Empfänger ist genauso wichtig wie ein starker Sender, da die Signalstärke mit zunehmender Entfernung vom Sender schnell abnimmt und höhere Datenraten stärkere Signale erfordern.

Wenn du ein Drahtlosnetzwerk aufbaust, bei dem die Reichweite kritisch ist, insbesondere wenn deine Signalwege blockiert sind, lohnt es sich, auf die Empfängerempfindlichkeit der Komponenten zu achten, die du in Betracht ziehst. Der D-Link DWL-2100AP hat zum Beispiel eine hervorragende Empfängerempfindlichkeit. Eine billige No-Name-Komponente könnte eine tatsächliche Empfängerempfindlichkeit haben, die 10 dBm niedriger ist als beim D-Link-Modell (die Dokumentation für den minderwertigen AP wird das wahrscheinlich nicht zugeben, aber wir sprechen hier von der Realität). Das bedeutet, wenn der D-Link AP an seiner maximalen Reichweite ist, um eine 54-Mbit/s-Verbindung aufrechtzuerhalten, könnte der billige AP nur eine Verbindung mit 24 oder 36 Mbit/s aufrechterhalten. Schlimmer noch: Wenn der D-Link AP an seiner maximalen Reichweite ist, um eine 36-Mbit/s-Verbindung zu unterstützen, könnte der billige AP nur 6 oder 9 Mbit/s unterstützen.

Die meisten gängigen Wireless-Komponenten werden mit einer standardmäßigen „Rubber Duck“-Antenne geliefert, die normalerweise als omnidirektional beschrieben wird. Das stimmt in gewisser Weise, aber die Standardantenne strahlt primär in einer Ebene omnidirektional ab. Wenn die Antenne beispielsweise vertikal ausgerichtet ist (im 90°-Winkel zur horizontalen Ebene), wie in Abbildung 14-5 gezeigt, ähnelt das Strahlungsmuster einem Donut, der sich horizontal in alle Richtungen ausdehnt. Wenn dieser AP beispielsweise auf einer Etage eines Hauses installiert wäre, könnte sein Abdeckungsbereich alle Räume auf derselben Etage umfassen, aber Räume in den Stockwerken darüber und darunter würden ein schwaches Signal erhalten.

Abbildung 14-5: Vertikal ausgerichtete Antenne zur Maximierung der horizontalen Abdeckung

Da die Antennenausrichtung einen großen Einfluss auf den Abdeckungsbereich hat, ermöglichen die meisten Antennenhalterungen, die Antenne in alle Dimensionen zu drehen. Abbildung 14-6 zeigt beispielsweise die Antenne in derselben vertikalen Ebene wie das vorherige Bild, aber im 45°-Winkel zur horizontalen Ebene ausgerichtet. Mit dieser Ausrichtung bietet der AP einen kleineren Abdeckungsbereich auf der Etage, auf der er sich befindet, mit zusätzlicher Abdeckung in dem Teil der Etage darüber, der sich rechts vom AP befindet, und zusätzlicher Abdeckung in dem Teil der Etage darunter, der sich links vom AP befindet.

Abbildung 14-6: Gekippte Antenne für zusätzliche vertikale Abdeckung auf Kosten der horizontalen Abdeckung

Ebenso zeigt Abbildung 14-7 die Antenne im 45°-Winkel sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene im Vergleich zum ersten Bild. Mit dieser Ausrichtung bietet der AP eine gewisse horizontale Abdeckung auf der Etage, auf der er sich befindet, mit zusätzlicher Abdeckung in dem Teil der Etage darüber, der sich vorne rechts vom AP befindet, und zusätzlicher Abdeckung in dem Teil der Etage darunter, der sich hinten links vom AP befindet.

Abbildung 14-7: Gekippte Antenne für zusätzliche vertikale Abdeckung von vorne nach hinten auf Kosten der horizontalen und vertikalen Abdeckung von rechts nach links

Die Ausrichtung der AP-Antenne hat einen großen Einfluss auf den Abdeckungsbereich. Schon das Ändern der Antennenausrichtung um wenige Grad kann große Unterschiede in der Signalstärke im gesamten Abdeckungsbereich bewirken und einigen Bereichen zugutekommen, während andere benachteiligt werden. Außerdem sind Hindernisse bei unterschiedlichen Antennenausrichtungen nicht unbedingt gleichermaßen blockierend. Wenn du ein Drahtlosnetzwerk installierst, richte die AP-Antenne nicht einfach vertikal aus und hoffe auf das Beste. Verbringe etwas Zeit damit, mit der Antennenausrichtung zu experimentieren, um zu sehen, wie sie die Signalstärke in deinem gesamten Abdeckungsbereich beeinflusst. Verwende ein Notebook mit einem Wireless-Adapter und führe die mit dem Wireless-Adapter gelieferte Standortvermessungs-Software oder ein Paket wie Network Stumbler (http://www.stumbler.net) aus, um den Abdeckungsbereich zu optimieren.

DAS WILDE, WUSELIGE 2,4-GHZ-BAND

Die meisten Formen von Wireless nutzen das 2,4-GHz-Band, das nicht lizenziert ist und von jedem frei genutzt werden kann. Wireless-Komponenten müssen dieses Band mit Millionen anderer elektronischer Komponenten teilen – von Mikrowellenherden über Babyfone und schnurlose Telefone bis hin zu drahtlosen Sicherheitssystemen und Garagentoröffnern –, was bedeutet, dass es eine Menge Störungen gibt.

Diese Tatsache wurde uns schmerzlich bewusst, als Robert zufällig sein Notebook benutzte, um einige Screenshots eines Konfigurationsdienstprogramms für einen Super G-Wireless-Adapter aufzunehmen. Signalqualität und Datenrate waren auf ihrem Höhepunkt, bis Barbara den Mikrowellenherd einschaltete. Der D-Link Wireless-Adapter und der AP hielten die Verbindung, aber die Signalqualität und die Datenrate stürzten ab. Es war, als hätte jemand einen Störsender eingeschaltet, was natürlich genau das war, was passierte.

Wenn du Drahtlosnetzwerke nutzt, sei bereit, Kompromisse einzugehen, um mit Spektrumskonflikten umzugegehen. Möglicherweise musst du sogar einige deiner anderen elektronischen Geräte ersetzen, zum Beispiel deine 2,4-GHz-Schnurlostelefone gegen 900-MHz- oder 5,8-GHz-Modelle austauschen.

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