31.03.2015
WLAN 802.11ac
1. Teil: „WLAN als Alternative zum Kabelnetzwerk“
WLAN als Alternative zum Kabelnetzwerk
Autor: Michael Seemann
Shutterstock / watcharakun
Aktuell konkurrieren verschiedene Übertragungsmedien um den Einsatz in Unternehmen. Wird WLAN mit dem schnellen Funkstandard 802.11ac das Kabel bald ersetzen?
Die Kupferkabelverbindung über den Ethernet-Standard stellt nach wie vor das wichtigste Medium zum Aufbau eines Netzwerks dar. Sind dagegen sehr große Bandbreiten erforderlich oder müssen Datenmengen über weite Strecken transportiert werden, hat sich das Glasfaserkabel als Übertragungsmedium bewährt.
WLAN wiederum eignet sich für die Anbindung mobiler Geräte ans Firmennetz oder in Fällen, in denen es keine wirtschaftliche Möglichkeit gibt, Kabelanschlüsse zu verlegen. Bisher hatte WLAN als Vernetzungstechnik den entscheidenden Nachteil, dass die Übertragungsrate der Funkverbindung deutlich unter dem Niveau eines gewöhnlichen Kabelanschlusses rangierte.
Der Funkstandard WLAN oder Kabel
Seit der Einführung von 802.11ac-Access-Points und -Client-Adaptern hat sich zumindest der Geschwindigkeitsnachteil relativiert. Denn 802.11ac-Access-Points mit drei Antennen, die bereits seit gut einem Jahr im Handel verfügbar sind, erreichen Bruttodatenraten von bis zu 1300 MBit/s. Unter Idealbedingungen lassen sich damit mehr als 700 MBit/s an Nettodaten ohne Kabel durch die Luft transportieren. Zum Vergleich: Ein Gigabit-LAN-Kabel mit einer Linkrate von 1000 MBit/s brutto überträgt netto rund 930 MBit/s. Der Unterschied zwischen LAN-Kabel und Funk beträgt also nur noch 200 MBit/s.
So ist die Frage durchaus berechtigt, ob das klassische Netzwerkkabel nicht bald durch das kabellose WLAN ersetzt werden kann. Doch spielt dabei nicht nur die Geschwindigkeit des Mediums eine Rolle. Auch andere Faktoren beeinflussen die Übertragungsqualität. Die Frage, welches Medium sich für welche Vernetzung oder Verbindung am besten eignet, lässt sich nur beantworten, wenn man die spezifischen Eigenschaften jedes Vernetzungsmediums genauer betrachtet.
2. Teil: „Glasfaser als Multi- und Singlemode-Kabel“
Glasfaser als Multi- und Singlemode-Kabel
Glasfaserkabel sind sogenannte Lichtwellenleiter, in denen Daten nicht mit elektrischen Stromsignalen, sondern über Lichtsignale übertragen werden. Dadurch erzielen Glasfaserleitungen neben sehr hohen Übertragungsraten auch beachtliche Reichweiten.
Glasfaserkabel bereits seit Längerem im Einsatz. So werden beispielsweise alle überregionalen Datenverbindungen zwischen den großen Rechenzentren über ein leistungsfähiges Glasfasernetz abgewickelt. Dieses Glasfasernetz bildet zugleich den Kernbereich des aktuellen Internets. Es wird auch als Backbone bezeichnet, was so viel heißt wie Rückgrat.
Überall dort, wo große Datenmengen in kürzester Zeit übertragen werden, sind Auch in größeren Unternehmen werden Glasfaserkabel eingesetzt, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Standorten abzuwickeln oder abgelegene Gebäude über eine schnelle Verbindung ans Firmennetz anzukoppeln. Glasfaserkabel innerhalb von Gebäuden sind für alle Unternehmen mit sehr hohem Datenaufkommen erforderlich. Ähnliches gilt für ein besonders weitläufiges Gelände, das durchgängig mit Gigabit- oder gar 10-Gigabit-Ethernet versorgt werden soll.
Multi- und Singlemode-Kabel
Glasfaserkabel werden in zwei Hauptvarianten angeboten: als Multimode- und als Singlemode-Kabel. Das Singlemode-Kabel, auch als Monomode-Kabel bezeichnet, hat einen verhältnismäßig kleinen Glasfaserkern, in dem das Licht nur einen Weg nehmen kann. Dieser Weg eines Lichtstrahls durch die Glasfaser wird – vereinfachend – auch als Mode (Schwingung) bezeichnet. Bei einem Singlemode-Kabel kommt als Lichtquelle ausschließlich ein Laser zum Einsatz. Singlemode-Kabel sind in Herstellung, Implementierung und Wartung sehr kostspielig. Dafür erzielen sie selbst über weite Entfernungen hinweg sehr hohe Übertragungsleistungen.
Beim Multimode-Kabel ist der Glasfaserkern im Vergleich zum umgebenden Mantel deutlich größer. Dadurch kann das Licht viele verschiedene Wege beziehungsweise Moden gehen, um ans andere Kabelende zu gelangen. Als Lichtquelle kann im Multimode-Kabel neben Laser- auch LED-Licht eingesetzt werden. Die Kosten und der Implementierungsaufwand sind gegenüber dem Singlemode-Kabel deutlich geringer.
Die Übertragungsleistung eines Multimode-Kabels liegt bei bis zu 10 GBit/s, falls das Kabel nicht länger als 550 Meter ist und mit einem entsprechend hochwertigen Fasertyp hergestellt wurde.
Bei Kabellängen von bis zu 100 Metern lassen sich sogar Bandbreiten von 40 oder 100 GBit/s erzielen. Mit demselben Fasertyp kann ein klassisches Gigabit-Netzwerk Entfernungen von bis zu zwei Kilometern ohne zusätzliche Verstärkung überbrücken.
3. Teil: „Keine Gefahr durch Potenzialunterschiede“
Keine Gefahr durch Potenzialunterschiede
Im Gegensatz zu elektrischen Leitern wie zum Beispiel Kupfer (LAN-Kabel, Koaxkabel und so weiter) stellen Lichtwellenleiter keine Gefahr beim Ausgleich von Potenzialunterschieden dar. Solche Potenzialunterschiede treten beispielsweise bei Gewittern in der näheren Umgebung auf, wobei alle Gebäude kurzfristig jeweils unterschiedliche elektrische Potenziale erhalten.
Da ein Lichtwellenleiter keinen elektrischen Strom transportiert, gleicht eine Glasfaser die elektrischen Potenziale in zwei unterschiedlich geladenen Gebäuden auch nicht aus. Wenn derartige Risiken grundsätzlich ausgeschlossen werden müssen, dann sollte zur Verbindung von Gebäuden also ein Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
WLAN oder Glasfaser
Trotz der beachtlichen Bandbreite von ac-WLAN kann das Funkmedium definitiv nicht als Ersatz einer Glasfaserverbindung dienen.
Zur Überbrückung größerer Strecken mit dennoch hoher Übertragungsrate ist WLAN schon allein durch die Dämpfungsverluste in der Luft (Freiraumdämpfung) nicht geeignet. Allerdings hat WLAN ebenso wie die Glasfaser die Eigenschaft, dass auch eine Funkverbindung keine elektrischen Potenziale zwischen verschiedenen Gebäuden ausgleicht. Deshalb kann WLAN in Ausnahmefällen als Bridge-Verbindung zwischen zwei Gebäuden eingesetzt werden, die sich nicht per Kabel miteinander verbinden lassen. Hierzu bietet sich der Einsatz von Richtantennen an, allerdings ist dann auf die Einhaltung der äquivalenten isotropen Strahlungsleistung (Equivalent Isotropically Radiated Power, EIRP) zu achten. EIRP bezeichnet die Strahlungsleistung, die man in eine in alle Richtungen gleich abstrahlende Antenne stecken müsste, um in dem von der Richtantenne abgedeckten Raumsegment dieselbe Feldstärke zu erzeugen.
Tabelle:
Während 802.11g bereits als veraltet gilt, ist 802.11n aktuell am häufigsten anzutreffen. Der neue 802.11ac-Funkstandard.bietet Unternehmen eine deutliche Steigerung der Übertragungsraten.
Zur Überbrückung größerer Strecken sind hier eventuell auch die höheren Übertragungskanäle im 5-GHz-Bereich des 802.11ac-Standards interessant, die eine deutlich höhere Strahlungsleistung von bis zu 1000 mW erlauben.
Allerdings muss in diesem Frequenzbereich auch auf den Einfluss des Wetterradars geachtet werden. Der daraus resultierende Kanalwechsel kann eine bestehende WLAN-Brücke für mehrere Minuten komplett einbrechen lassen.
4. Teil: „Kupferkabel zur elektrischen Signalübertragung “
Kupferkabel zur elektrischen Signalübertragung
Bei den meisten herkömmlichen Kabeln, die zur Übertragung von Strom oder elektrischen Signalen verwendet werden, besteht das leitende Material aus dem Halbedelmetall Kupfer. Dieses Metall zeichnet sich durch seine besonders gute elektrische Leitfähigkeit aus.
Solche Kupferdoppeladern eignen sich zur Übertragung von niederfrequenten, schmalbandigen Signalen, wie sie zum Beispiel viele Jahre beim analogen Telefonanschluss (bis 25 kHz) oder auch bei ISDN-Verbindungen (bis 138 kHz) eingesetzt wurden. Bei breitbandigen, höherfrequenten Übertragungen wirkt die zunehmende Leitungslänge hingegen stark dämpfend.
Im Gegensatz zu symmetrischen Kupferkabeln eignen sich die asymmetrisch aufgebauten Koaxialkabel deutlich besser zur Übertragung großer Bandbreiten. Das Koaxialkabel hat als Hinleiter einen Kupferkern, der mit einem Isolator ummantelt ist. Im Anschluss folgt ein röhrenförmiges Kupfergeflecht als Rückleiter, der schließlich noch von einer äußeren Kunststoffschicht umgeben ist.
Bei LAN-Kabeln bestehen die einzelnen Adern ebenfalls aus Kupfer. Allerdings sind hier die verschiedenen Hin- und Rückkanäle paarweise miteinander verdrillt (Twisted Pair) und abhängig vom Fabrikationstyp zusätzlich je Adernpaar mit einer Aluminiumhülle abgeschirmt. Die zulässige Übertragungslänge (Link-Länge) eines LAN-Kabels der Kategorien Cat 3 bis Cat 7 liegt durchgehend bei maximal 100 Metern. Damit lassen sich Übertragungsbandbreiten von 100 MBit/s (ab Cat 3) über 1000 MBit/s (ab Cat 5) bis hin zu 10.000 MBit/s (ab Cat 6) erreichen.
Kupfer: Pro und Contra
Zunächst der große Vorteil des klassischen LAN-Kabels: Im Vergleich zur Glasfaser ist die Einrichtung eines kupferbasierten Ethernet-Netzwerks relativ problemlos und preisgünstig zu realisieren. Nahezu alle erforderlichen Netzwerkkomponenten sind sofort verfügbar. Allerdings ist bei der gemeinsamen Verlegung verschiedener Kupferkabel darauf zu achten, dass die elektrischen Leiter gut genug abgeschirmt sind, da es sonst zu elektromagnetischen Störungen kommen kann.
Die zulässige Link-Länge eines Ethernet-Kabels liegt bei 100 Metern, was auf größerem Gelände und in sehr großen Gebäuden zu Problemen führen kann. Die Anzahl der Geräte, die mit einem klassischen LAN-Port ausgestattet sind, nimmt immer weiter ab. Smartphones und Tablets haben sowieso keinen LAN-Port, inzwischen verfügen aber auch immer weniger Notebooks über einen Ethernet-Adapter. Hinzu kommt das Problem des Kabelsalats, der in Büros oder Meeting-Räumen nicht nur optisch stört, sondern auch eine Stolpergefahr darstellt.
5. Teil: „WLAN-Komponenten statt LAN-Kabelverbindungen “
WLAN-Komponenten statt LAN-Kabelverbindungen
Allerdings empfiehlt sich ein WLAN-Zugang mittlerweile auch für moderne Unternehmen, die ihre Mitarbeiter nicht mehr an stationären Workstations, sondern an Notebooks arbeiten lassen. Anstelle der schlecht zu erreichenden LAN-Buchse unter dem Schreibtisch sollten auch Konferenz- und Meeting-Räume mit WLAN ausgeleuchtet sein. Ein weiteres Beispiel: Ein Drucker, der per WLAN angebunden ist, lässt sich flexibler aufstellen.
Dualband-WLAN
Ein großer Vorteil des 802.11ac-WLANs liegt in der mit 80 MHz deutlich höheren nutzbaren Bandbreite im 5-GHz-Bereich. Damit kann ein Access-Point bis zu 433 MBit/s (brutto) pro Antenne übertragen. Mit drei Antennen kommt er damit auf bis zu 1300 MBit/s. Vorsicht: Aktuell sind fast alle ac-WLAN-Clients – darunter auch zahlreiche Business-Notebooks mit Intel-Chipsatz – nur mit zwei Antennen ausgestattet und erreichen damit maximal 866 MBit/s.
6. Teil: „Die Planung eines WLAN-Funknetzes“
Die Planung eines WLAN-Funknetzes
Von zentraler Bedeutung beim Einsatz von WLAN ist allerdings die vorherige genaue Planung eines Funknetzes. Je nach Größe der abzudeckenden Fläche und den erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen sind unterschiedliche Lösungen angebracht.
Wie viele Access-Points am Einsatzort benötigt werden, sollte vor der festen Installation exakt ermittelt werden. Hier sind vorab Begehungen und Messungen erforderlich. Bedenken Sie: Für jeden nachträglich versetzten oder neu hinzugekommenen Access-Point benötigen Sie auch die entsprechenden LAN- und Stromanschlüsse.
Power-LAN als Ergänzung
Manche Power-LAN-Kits haben im zweiten Adapter einen WLAN-Access-Point integriert. So lässt sich die über das Stromnetz weitergeleitete LAN-Anbindung auch von mobilen WLAN-Clients nutzen. Die derzeit mögliche Übertragungsrate über ein Stromkabel beträgt im Idealfall 1200 MBit/s brutto. Realistische Nettowerte liegen bei bis zu 150 MBit/s, wobei die Übertragungsleistung stark von der baulichen Situation und der elektrischen Installation vor Ort abhängt.
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