Wie funktioniert WLAN? Die komplette Erklärung einfach erklärt
VielTech - Einfach erklärt
https://www.youtube.com/watch?v=VycO0apZwZM

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 WLAN ist die Abkürzung für Wireless Local Area Network, also ein drahtloses lokales Netzwerk. Im Grunde ist es eine Technologie, die mehrere Geräte ohne
0:10 Kabel miteinander verbindet. Stell dir vor, du hast einen Laptop, ein Smartphone und einen Drucker. Mit WLAN können die alle miteinander
0:17 kommunizieren, ohne dass du überall Kabel verlegen musst. Die Idee dahinter war simpel. Kabel sind unpraktisch. Sie schränken ein, wo du dich bewegen kannst
0:25 und in größeren Büros oder Wohnungen wird es schnell chaotisch. Entwickelt wurde die Technologie in den 90ern, weil man flexibler arbeiten wollte. Ein
0:33 wichtiger Punkt, WLAN und Internet sind nicht dasselbe. WLAN ist nur das lokale Netzwerk bei dir zu Hause oder im Büro. Das Internet ist das riesige globale
0:42 Netzwerk da draußen. Dein WLANuter kann ans Internet angeschlossen sein, muss er aber nicht. Du könntest auch komplett ohne Internetverbindung ein WLAN
0:49 aufbauen, um einfach nur deine eigenen Geräte zu vernetzen. Das WLAN ist sozusagen die Brücke, über die deine Geräte miteinander oder mit dem Internet
0:57 sprechen. WLAN nutzt elektromagnetische Wellen, genau wie Radio oder sichtbares Licht, nur in einem anderen Frequenzbereich.
1:05 Die meisten WLeräte funken auf 2,4 oder 5 GHz, also mit Milliarden Schwingungen pro Sekunde. Das liegt im Mikrowellenbereich des Spektrums
1:14 zwischen Radiowellen und Infrarotlicht. Die Grundidee ist simpel. Dein Router wandelt digitale Daten in elektromagnetische Wellen um. Diese
1:23 breiten sich durch die Luft aus und dein Laptop oder Handy fängt sie auf und übersetzt sie zurück in Daten. Die Information wird dabei in winzige
1:31 Änderungen der Wellenform codiert. Amplitude oder Phase nennt man das, aber im Kern ist es wie Morsen nur unendlich schneller und komplexer. Je höher die
1:39 Frequenz, desto mehr Daten kannst du theoretisch übertragen, aber desto schlechter kommen die Wellen durch Wände. Deshalb hat 2,4 GHz mehr
1:47 Reichweite, während 5 GHz schneller ist, aber leichter blockiert wird. Alle drahtlose Kommunikation funktioniert nach diesem Prinzip vom Babyphone bis
1:56 zum Satelliten nur mit unterschiedlichen Frequenzen und Codierungen. VLN funkt hauptsächlich auf zwei Frequenzbändern 2,4 GHz und 5 GHz. Das 2,4 GH Herz Band
2:07 ist das ältere der beiden und hat eine größere Reichweite. Die niedrigere Frequenz durchdringt Wände und Hindernisse besser, weil längere Wellen
2:15 weniger stark gedämpft werden. Allerdings ist dieses Band oft überfüllt, denn nicht nur dein WLAN nutzt es, sondern auch die Geräte deiner
2:22 Nachbarn, Bluetooth Verbindungen und sogar Mikrowellen. Das bedeutet mehr Störungen und langsamere Geschwindigkeiten. Das 5GHzband hingegen
2:30 bietet deutlich höhere Datenraten und mehr verfügbare Kanäle, wodurch weniger Interferenzen entstehen. Der Nachteil, die kürzere Wellenlänge kommt nicht so
2:39 weit und wird von Wänden stärker abgeschwächt. Wenn du also imselben Raum wie dein Router bist und hohe Geschwindigkeit brauchst, nimm 5 GRTs.
2:47 Sitzt du weiter weg oder hinter mehreren Wänden, ist 2,4 GRS die stabilere Wahl. Moderne Router funken meist auf beiden Bändern gleichzeitig, sodass deine
2:56 Geräte sich automatisch das passende aussuchen können. Der Router ist das Herzstück jedes WLAN Netzwerks. Dieses Gerät übernimmt mehrere wichtige
3:05 Aufgaben gleichzeitig. Zuerst sendet er kontinuierlich Funksignale aus, die dein Handy oder Laptop empfangen können. Diese Signale transportieren nicht nur
3:14 deine Daten, sondern sagen auch ständig: "Hallo, ich bin hier, damit sich Geräte mit ihm verbinden können." Der Router ist außerdem die Brücke zwischen deinem
3:22 Heimnetzwerk und dem Internet. An seiner Rückseite steckt ein Kabel, das zur Telefonbuchse oder zum Kabelanschluss führt. Über diese Leitung kommen Daten
3:30 aus dem Internet rein und werden dann per Funk an deine Geräte verteilt. Wenn du auf deinem Smartphone eine Website aufrufst, nimmt der Router deine Anfrage
3:37 entgegen, schickt sie durchs Kabel ins Internet, wartet auf die Antwort und sendet sie dann per Funk zurück an dein Handy. Er funktioniert wie ein
3:44 Vermittler, der genau weiß, welches Datenpaket zu welchem Gerät gehört. Ohne Router würde kein einziges Gerät mit dem Internet kommunizieren können. Im Router
3:52 stecken meistens mehrere Antennen. Manchmal sieht man sie als Stäbe außen am Gehäuse, manchmal sind sie komplett versteckt im Inneren. Die senden und
4:01 empfangen gleichzeitig elektromagnetische Wellen im 2,4 oder 5 GHz Bereich. Wenn der Router ein Signal rausschickt, fließt Wechselstrom durch
4:09 die Antenne. Das erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das sich als Funkwelle ausbreitet. Beim Empfangen läuft es umgekehrt. Die Funkwelle trifft
4:17 auf die Antenne, indiert dort winzige Ströme, die dann verstärkt und verarbeitet werden. Externe Antennen haben den Vorteil, dass man sie
4:25 ausrichten kann und sie meist etwas stärker senden, weil mehr Platz für die Bauteile da ist. Interne Antennen sind kompakter und sehen schicker aus, haben
4:32 aber oft weniger Reichweite. Viele Router nutzen mehrere Antennen gleichzeitig für MIMO, also multiple Input, Multiple Output. Da werden die
4:40 Signale von verschiedenen Antennen kombiniert, um die Übertragung stabiler und schneller zu machen. Auch dein Handy oder Laptop hat Antennen drin, nur eben
4:47 winzig klein und unsichtbar verbaut. Wenn dein Handy eine Nachricht oder ein Foto verschickt, wird das nicht als ein großes Stück durch die Luft geschossen.
4:56 Stattdessen zerhackt dein Gerät die Information in winzige Datenpakete. Jedes Paket ist nur ein paar Kilobyte groß, manchmal sogar kleiner. Das hat
5:04 einen simplen Grund. Wenn ein riesiges Datenpaket auf dem Weg kaputt geht oder verloren wird, müsstest du alles noch mal schicken. Bei kleinen Paketen muss
5:12 nur das eine fehlende Paket neu übertragen werden. Der Rest ist schon angekommen. Jedes Paket besteht aus zwei Teilen. Vorne dran sitzt der Header, das
5:20 ist sozusagen die Adresse und Anleitung. Da steht drin, woher das Paket kommt, wo es hin soll und welche Nummer es hat, damit der Empfänger später alle Pakete
5:29 in der richtigen Reihenfolge wieder zusammensetzen kann. Dahinter kommen die Nutzdaten, also die eigentliche Information, ein Stückchen Text, ein
5:36 bisschen Bild oder Ton. Am Ziel angekommen werden alle Pakete wieder zusammengepzelt und fertig ist deine Nachricht. Stell dir vor, du willst
5:44 digitale Daten durch die Luft schicken. Du hast eine Reihe von Nullen und Einsen, aber die können nicht einfach so fliegen. Du brauchst eine Trägerwelle,
5:52 eine konstante Funkwelle, die du verändern kannst. Bei der Modulation packst du deine Daten auf diese Welle, indem du ihre Eigenschaften anpasst. Es
6:00 gibt verschiedene Arten, das zu machen. Die einfachste ist, die Amplitude zu ändern. Eine hohe Welle bedeutet 1, eine niedrige null. Du kannst aber auch die
6:09 Frequenz verändern oder die Phase verschieben. Bei modernen WLAN wird oft QM benutzt, Quadraturamplitudenmodulation.
6:16 Dabei veränderst du gleichzeitig Amplitude und Phase der Welle, was dir viel mehr Kombinationen gibt. Statt nur zwei Zustände hast du dann 16 oder 64
6:25 verschiedene Symbole, die du pro Zeitabschnitt senden kannst. Jedes Symbol transportiert mehrere Bits auf einmal. Der Empfänger mißst dann, wie
6:32 die ankommende Welle aussieht und übersetzt diese Veränderungen zurück in Nullen und Einsen. So werden deine Daten zur Funkwelle und wieder zurück. Die
6:41 SSID ist einfach der Name deines WLAN, den du siehst, wenn du nach verfügbaren Netzwerken suchst. Die Abkürzung steht für Servic Identifier, aber das ist
6:50 eigentlich egal. Wichtig ist nur, das ist der Name. Jedes WLAN braucht einen, damit dein Gerät weiß, mit welchem Netzwerk es sich verbinden soll. Dein
6:59 Router sendet diesen Namen ständig in kurzen Abständen raus, damit Geräte in der Nähe ihn finden können. Das nennt man Beacon Frames, quasi kleine
7:07 Funkrufe, die sagen: "Hier bin ich." Deshalb siehst du die SSIDs von deinen Nachbarn auch. Ihre Router machen genau dasselbe. Manche Leute denken, sie
7:15 machen ihr Netzwerk sicherer, wenn sie die SSID verstecken, also das Aussenden abschalten. Das bringt aber praktisch nichts, weil dein Gerät trotzdem nach
7:23 der SSID fragen muss, um sich zu verbinden und jeder mit den richtigen Tools kann diesen Austausch mithören. Ein verstecktes Netzwerk macht höchstens
7:30 alles umständlicher für dich selbst. Echte Sicherheit kommt von einem starken Passwort, nicht von einem versteckten [räuspern] Namen. WLAN Daten fliegen
7:37 durch die Luft und ohne Verschlüsselung könnte jeder in Reichweite mitlesen. [schnauben] Deshalb werden die Datenpakete verschlüsselt, bevor sie vom
7:45 Router zum Gerät geschickt werden. Die älteste Methode heißt WEP Wired Equivalent Privacy aus den späten 90ern. Die ist heute komplett unsicher, weil
7:55 sie einen schwachen Algorithmus nutzt und sich in wenigen Minuten knacken lässt. Dann kampa WiFi Protected Access, das deutlich besser war, aber immer noch
8:03 Schwachstellen hatte. WPA2 wurde 2004 Standard und nutzt den EAS Algorithmus, der bis heute als sehr sicher gilt. Trotzdem gibt es inzwischen
8:12 Angriffsmethoden gegen WPA2, vor allem, wenn jemand den Handshake, also den Verbindungsaufbau mitschneidet und offline das Passwort durchprobiert. WPA3
8:21 ist seit 2018 verfügbar und schließt diese Lücken. Es schützt besser gegen Brot Force Angriffe und verschlüsselt auch in offenen Netzwerken individuell.
8:29 Ein starkes Passwort ist wichtig, aber der Standard dahinter entscheidet, wie gut die Verschlüsselung wirklich funktioniert. Jedes Gerät, das sich in
8:36 einen WLAN einwählen kann, hat eine Macadresse. Das ist eine Nummer, die fest im Gerät eingebaut ist und es eindeutig identifiziert. Dabei steht Mac
8:45 für Media Access Control, aber das ist eigentlich egal. Wichtig ist, dein Smartphone hat eine, dein Laptop hat eine, deine Smartwatch hat eine. Die
8:53 Macadresse besteht aus 12 Zeichen, meist als sechs Paare geschrieben, z.B. 4A 3F2C 1B 8D9E. Die ersten sechs Zeichen zeigen den Hersteller an. Der Rest ist
9:04 die konkrete Gerätennummer. Wenn du dich ins WLAN einloggst, sieht der Router diese Adresse und weiß dann: "Okay, das ist jetzt dein Handy, nicht das von
9:12 jemand anderem." Der Router führt quasi eine Liste, wer gerade im Netzwerk ist. Wenn Datenpakete ankommen, schaut der Router auf die Macadresse im Paket und
9:20 schickt es an das richtige Gerät weiter. Ohne diese Adresse würde der Router nicht wissen, welches Gerät welche Daten bekommen soll. Praktisch ist das wie
9:28 eine Hausnummer in einem Straßennetz nur für dein lokales Netzwerk. WLAN funkt auf einer einzigen Frequenz, sondern das Frequenzband ist in einzelne Kanäle
9:37 aufgeteilt. Im 2,4 GHz Band gibt es z.B. 13 Kanäle, die jeweils 5 MHz auseinander liegen. Das Problem dabei, jeder Kanal braucht eigentlich 20 MHz Bandbreite,
9:50 also überlappt er mit seinen Nachbarkanälen. Wenn dein Router auf Kanal 6 sendet und der Router deines Nachbarn ebenfalls auf Kanal 6 oder auf
9:57 Kanal 5 oder 7, dann funken beide teilweise im gleichen Frequenzbereich und stören sich gegenseitig. Deshalb empfiehlt man nur die Kanäle 1, 6 und 11
10:06 zu nutzen, weil die sich nicht überlappen. Im 5 GHz Band ist das deutlich entspannter. Dort sind die Kanäle breiter und es gibt viel mehr
10:13 davon, sodass Überlappungen weniger ins Gewicht fallen. Wenn viele Geräte in der Umgebung den gleichen Kanal nutzen, sinkt die Geschwindigkeit, weil alle
10:21 sich die verfügbare Bandbreite teilen müssen. Die richtige Kanalwahl kann den Unterschied zwischen flüssigem Streaming und ständigen Aussetzern machen. Wenn
10:30 ein Gerät sich zum ersten Mal mit einem Router verbinden will, läuft ein mehrstufiger Handshakeprozess ab. Das Gerät sendet zunächst eine Anfrage an
10:38 den Router quasi ein: "Hallo, ich bin hier und möchte mich verbinden." Der Router antwortet mit seinen Fähigkeiten und Sicherheitseinstellungen. Dann
10:46 beginnt die eigentliche Authentifizierung. Das Gerät muss beweisen, dass es das richtige Passwort kennt. Es schickt aber nicht einfach das
10:53 Passwort im Klartext, sondern nutzt kryptografische Verfahren, um seine Kenntnis zu demonstrieren, ohne das eigentliche Passwortpreis zu geben.
11:00 Während dieses Austauschs einigen sich beide Seiten auf gemeinsame Verschlüsselungsschlüssel. Diese Schlüssel werden speziell für diese
11:06 Verbindung generiert und ändern sich regelmäßig. Der gesamte Prozess dauert nur Sekundenbruchteile, aber in dieser kurzen Zeit werden mehrere Nachrichten
11:14 hin und her geschickt. Erst wenn alle Schritte erfolgreich abgeschlossen sind, gilt die Verbindung als sicher etabliert und echte Daten können fließen. Schlägt
11:22 ein Schritt fehl, wird die Verbindung abgebrochen und das Gerät muss von vorne anfangen. VLAN Standards haben sich über die Jahre ziemlich krass
11:31 weiterentwickelt. Am Anfang stand 802.11 im Jahr 1999. Das brachte magere 11 Megabit pro Sekunde und arbeitete auf 2,4 GHz.
11:42 Danach kam 802.11°, das immerhin 54 Megbit schaffte, aber immer noch auf der gleichen Frequenz festhängte. Der erste richtige Sprung
11:51 war 802.11N in 2009, das beide Frequenzbänder nutzte und mit Mimotechnologie mehrere Antennen gleichzeitig arbeiten ließ. Plötzlich
12:00 waren 300 Megbit oder mehr drin. 802.11 AC, später WiFi 5 genannt, brachte 2013 dann Geschwindigkeiten bis über 1 Gigabit und nutzte hauptsächlich das 5
12:10 GHz Band. WiFi 6 aus 2019 verbesserte vor allem die Effizienz in Umgebungen mit vielen Geräten und brachte bis zu 9,6 Gabit theoretisch. Jede Generation
12:20 hat also nicht nur mehr Speed gebracht, sondern auch bessere Techniken für Reichweite, Stabilität und den Umgang mit mehreren Verbindungen gleichzeitig.
12:27 WiFi 7 kommt jetzt gerade und verspricht noch mal deutlich mehr Durchsatz und niedrigere Latenzen. WLN Signale sind Funkwellen und die bewegen sich nicht
12:36 einfach ungehindert durch alles durch. Wenn so eine Welle auf ein Hindernis trifft, wird ein Teil davon reflektiert, ein Teil absorbiert und nur ein Teil
12:45 kommt auf der anderen Seite wieder raus. Je dichter und leidfähiger das Material ist, desto mehr Energie bleibt hängen. Eine normale Gipskartonwand schluckt
12:53 vielleicht 10 bis 20 % des Signals. Das ist verkraftbar. Holz ist ähnlich gnädig, aber dann kommen die Problemkandidaten. Beton mit
13:01 Staarmierung ist richtig übel, weil Metall die Wellen einfach abprallen lässt oder komplett dämpft. Eine Betonwand kann locker die Hälfte deiner
13:08 Signalstärke fressen. Noch schlimmer sind Fliesen auf Metallgitter oder Aluminiumfolie in Dämmerialien. Wasser ist auch ein guter Absorber, weshalb
13:16 Aquarien oder feuchte Wände die Reichweite killen. Dazu kommt die simple Physik der Ausbreitung. Je weiter die Welle reißt, desto mehr verteilt sich
13:24 ihre Energie im Raum. Sie wird schwächer und höhere Frequenzen wie das 5Hzband schaffen kürzere Distanzen als 2,4 GHz, weil sie empfindlicher auf Hindernisse
13:33 reagieren. Ein Meshnetzwerk besteht aus mehreren WLANeräten, die zusammenarbeiten wie ein Schwarm. Statt, dass ein einzelner Router die ganze
13:42 Wohnung versorgen muss, stellst du mehrere Meshknoten auf, die sich untereinander vernetzen. Jeder Knoten funkt seinen Nachbarn und zum Router und
13:51 gemeinsam bilden sie ein durchgängiges Netz. Der entscheidende Unterschied zum klassischen Repeater liegt in der Intelligenz des Systems. Ein normaler
13:58 Repeater halbiert deine Bandbreite, weil er jedes Signal erst empfangen und dann weitersenden muss. Alles auf demselben Kanal. Meshysteme nutzen dagegen
14:07 separate Funkkanäle für die Kommunikation untereinander oder wählen automatisch die beste Route für deine Daten. Wenn du durch deine Wohnung
14:14 läufst, wechselt dein Smartphone nahtlos zwischen den Meshknoten, ohne dass die Verbindung abbricht. Das nennt sich Roaming und bei Meshnetzwerken
14:21 funktioniert es deutlich besser als bei Repeatern. Alle Knoten tragen denselben Netzwerknamen. Dein Gerät merkt den Wechsel also nicht. Für große Häuser
14:29 oder mehrere Etagen ist Mesh die moderne Standardlösung. WLRN funktioniert mit Funkwellen und die können von ziemlich vielen Dingen
14:37 gestört werden. Die klassische Störkwelle ist die Mikrowelle in der Küche. Die arbeitet nämlich bei 2,4 GHz. Genau wie dein WLANrouter auf dem
14:46 älteren Frequenzband. Wenn du also dein Essen aufwärmst, kann die Verbindung kurzzeitig einbrechen oder langsamer werden. Bluetooth-Geräte funken
14:54 ebenfalls auf 2,4 GHz von Kopfhörern über Tastaturen bis zu Lautsprechern. Ein einzelnes Gerät macht meist nicht viel aus, aber wenn du mehrere
15:03 gleichzeitig nutzt, kann es eng werden. Dann sind da noch die WLANetze deiner Nachbarn. In mehrfamilienhäusern funken oft zehn oder mehr Router auf denselben
15:12 Kanälen und die stören sich gegenseitig. Das nennt man Interferenz und die senkt die Geschwindigkeit für alle. Um Störungen zu minimieren, kannst du auf
15:20 das 5 GHz Band wechseln. Das ist weniger überfüllt. Außerdem solltest du deinen Router von der Mikrowelle fernhalten und in den Einstellungen einen weniger
15:28 genutzten Kanal wählen. Viele Router machen das automatisch, aber manuell geht es oft besser.