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Connectivity
WLAN: Die wichtigsten Standards im Vergleich
11.12.2024
14 Min.
Ob auf Messen, an Flughäfen oder in Konferenzräumen – nahezu überall stehen heutzutage Funknetzwerke für Smartphones, Laptops und andere digitale Endgeräte zur Verfügung. Der drahtlose Zugang zum Internet ermöglicht einen schnellen und flexiblen Datenaustausch und hat lästige Kabel in vielen Bereichen überflüssig gemacht. Wireless Local Area Networks (WLAN) sind zudem heute viel schneller und sicherer als noch vor einigen Jahren – und der neue Standard Wi-Fi 7 bringt einen weiteren Beschleunigungsschub.
WLAN wird immer schneller: Die theoretisch erreichbaren Datenraten sind mit Wi-Fi 7 noch einmal deutlich höher als bisher. Komplizierte Verkabelungen sind dadurch häufig gar nicht mehr nötig – es reicht mittlerweile oft der einfache drahtlose Netzwerkzugang per Passwort. Ob in der Büro-IT, zwischen Produktionsanlagen oder in der öffentlichen Infrastruktur: Drahtlose Netzwerke beschleunigen den Austausch von Daten sowie die Kommunikationen zwischen Menschen und Geräten enorm.
Welche WLAN-Standards gibt es? Und was genau steckt hinter Begrifflichkeiten wie Wi-Fi und IEEE 802.11? Hier erfahren Sie es.
Inhaltsverzeichnis
Der Unterschied zwischen WLAN, IEEE 802.11 und Wi-Fi
Die unterschiedlichen Bezeichnungen rund um drahtlose Netzwerke sind teilweise verwirrend, zumal sie häufig synonym gebraucht werden – manchmal fälschlicherweise. Doch die Bezeichnungen lassen sich sehr leicht voneinander unterscheiden:
- WLAN: Wireless Local Area Network ist die allgemeine Bezeichnung für drahtlose Netzwerke – ohne zu spezifizieren, um welchen Standard oder welche technische Generation es sich handelt. „WLAN-fähig“ bedeutet nur, dass sich ein Gerät drahtlos mit einem lokalen Netzwerk in der Nähe verbinden kann. WLAN ist als Begriff nicht geschützt, so dass auch nichtzertifizierte Geräte pauschal mit einem WLAN-Label und einer bestimmten Nummerierung bezeichnet werden können, ohne dass dies eine Aussage über den IEEE-Standard trifft.
- IEEE 802.11: Diese Kombination aus Buchstaben und Zahlen steht für die Standardisierung des US-amerikanischen Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Dieser Berufsverband von IT-Expert:innen definiert seit 1980 technische Elektronik- und IT-Standards wie die Norm 802.11 für WLAN und die Norm 802.3 für kabelgebundene lokale Netze (LAN). Erweiterungen wie 802.11ac bezeichnen aufbauend darauf technisch weiterentwickelte Standards.
- Wi-Fi: Dieser Begriff existiert seit 1999 und ist seit 2018 eine alternative, greifbarere Bezeichnung für bestimmte WLAN-Standards – er wurde aus Marketinggründen eingeführt. Zunächst gab es nur pauschal das Label „Wi-Fi Certified“, ab 2018 eine Nummerierung, um die unterschiedlichen Generationen zu kennzeichnen. Wi-Fi 6 entspricht beispielsweise dem IEEE-Standard 802.11ax. Allerdings führt die gemeinnützige Organisation Wi-Fi-Allianz auch Tests zur Kompatibilität von WLAN-Geräten durch und vergibt Zertifizierungen, die ein Gerät als „Wi-Fi Certified“ ausweisen, also WLAN-fähig.
Die unterschiedlichen WLAN-Generationen
Die Geschichte von drahtlosen Netzwerken in ihrer heutigen Definition geht auf den Beginn der 1970er-Jahre zurück. 1971 etablierten Forscher:innen der Universität Hawaii das erste drahtlose Computernetzwerk namens „ALOHAnet“. Diese Technik entwickelte das US-Militär in den 1980er-Jahren weiter, bis 1985 das erste drahtlose Netzwerk für Endanwender:innen unter der Bezeichnung „WaveLAN“ verfügbar war.
Drahtlose Netzwerke mit der Bezeichnung Wireless Local Area Network sind erst seit 1997 im Einsatz. Zu dieser Zeit etablierte sich die Funkschnittstelle IEEE 802.11 für die umfangreiche Anwendung in Geräten. Die ersten Geräte mit WLAN-Schnittstelle waren PCs und Notebooks. Sie benötigten spezielle Erweiterungskarten, etwa für das iBook von Apple aus dem Jahr 1999. Aufgrund der breiten Akzeptanz am Markt sowie der zunehmenden Miniaturisierung von IT-Komponenten konnten Hersteller die WLAN-Funktion schnell per Single-Chip in mobilen Geräten verbauen.
Seitdem arbeiten WLAN-Chips nicht nur in Computern, sondern können potenziell jedes Gerät „smart“ machen. Die mobile Datenübertragung per WLAN bildet beispielsweise die Grundlage für das Internet of Things (IoT), smarte Fabriken (Smart Factory) und Infrastrukturen (Smart Cities) sowie für die Telefonie, aber auch für neue und mobile Arbeitsformen (New Work).
Wi-Fi-Generationen seit 1997
Die in der Tabelle aufgeführten Standards sind (bis auf WiFi 8) bereits für Endbenutzer:innen verfügbar und bilden die jeweils in diesen Jahren verbaute WLAN-Hardware ab. Daneben gibt es viele weitere Standards für spezielle Anwendungsbereiche. In der Kommunikation zwischen Fahrzeugen und der Verkehrsinfrastruktur im Rahmen von Smart Mobility kommt beispielsweise der Standard IEEE 802.11p zum Einsatz.
Der auch unter dem Namen „Wi-Fi-Direct“ bekannte Standard 802.11z hingegen erlaubt eine direkte Koppelung von Geräten, beispielsweise Kameras und Drucker oder Smartphones und Fernseher. Ebenfalls bekannt ist der Standard 802.11ah, der vor allem bei Geräten des IoT zum Einsatz kommt. Er verfügt über eine besonders hohe Reichweite bei niedrigeren Datenraten und sendet auf niedrigeren Frequenzen unter 1 Gigahertz. Außerdem verbraucht er nur sehr wenig Strom, was gut für IoT-Geräte mit Akku ist.
Weitere Standards richten sich meist an spezielle und häufig eng umrissene Anwendungsbereiche oder Geräte. Sie können im IT- und Unternehmensumfeld durchaus eine Rolle spielen, sind aber in der Regel vor allem für zielgerichtete Aufgaben und nicht für den flächendeckenden Gebrauch vorgesehen.
WLAN-Standards im Vergleich
Die Weiterentwicklung von WLANs strebte vor allem eine immer höhere Datenübertragungsrate an. Innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne hat sich die drahtlose Netzwerktechnologie rasant weiterentwickelt und ermöglicht heute Datenraten, die vor wenigen Jahren noch utopisch schienen.
WLAN nutzt üblicherweise Frequenzen von 2,4 sowie 5 und 6 Gigahertz, die in Deutschland von der Bundesnetzagentur vergeben werden. Die Frequenzbereiche teilen sich in unterschiedliche Kanäle auf. Bei 2,4 Gigahertz teilen sich 14 Kanäle den Frequenzblock mit einer Bandbreite von 20 bis 40 Megahertz. Im 5-Gigahertz-Band sind Kanalbreiten bis zu 160 Megahertz möglich. Je höher die Bandbreite, desto größer ist in der Regel das Datenvolumen, das WLAN-Router und damit verbundene Clients potenziell miteinander austauschen können.
Mit der Integration des Frequenzbands von 6 Gigahertz seit dem Standard Wi-Fi 6E lassen sich auch diese Bandbreiten nutzen. Dadurch erweitert sich das Frequenzspektrum erheblich und ermöglicht deutlich höhere Datenraten. Aufwendige und teure LAN-Verkabelungen für neue Netzwerke sind aus diesem Grund häufig nicht mehr notwendig.
Zum Vergleich: Bei Wi-Fi 1 war theoretisch eine maximale Datenrate von 2 Megabit pro Sekunde bei 20 Megahertz Kanalbreite möglich. Der aktuell weitverbreitete Standard Wi-Fi 6 erreicht bis zu 9.608 Megabit pro Sekunde bei 160 Megahertz Kanalbreite. Die Geschwindigkeitssteigerung innerhalb der vergangenen 25 Jahre war notwendig, denn auch das Datenaufkommen stieg und steigt immer weiter.
Der 2024 eingeführte Standard IEEE 802.11be (Wi-Fi 7) übertrifft selbst die Übertragungsraten der meisten LAN-Kabel, indem es per sogenannter Multi-Link-Operation (MLO) gleichzeitig auf mehreren Frequenzbändern und Kanälen sendet. Damit sind theoretisch rund 46 Gigabit pro Sekunde möglich. Das ist deutlich schneller als die meisten LAN-Infrastrukturen, die in der Regel auf 1 oder 10 Gigabit pro Sekunde aufgebaut sind.
Es gibt aber auch bei der kabelgebundenen Datenübertragung bereits deutlich schnellere Standards bis zu 400 Gigabit pro Sekunde. Bestehende kabelgebundene Infrastrukturen lassen sich aber häufig nicht so einfach erneuern. Neue WLAN-Standards benötigen zwar neue Router und Clients, sind aber meist deutlich einfacher und kostengünstiger in Geschäftsprozesse zu integrieren.
Erste Wi-Fi-7-Router sind seit Sommer 2024 auf dem Markt. Auch aktuelle Spitzen-Smartphones wie das Samsung Galaxy S24 Ultra und das Apple iPhone 16 Pro unterstützen den Standard bereits.
Datenraten sind nur in der Theorie zu erreichen
Man könnte nun annehmen, dass Unternehmen künftig keine LAN-Verkabelungen mehr benötigen. Obwohl Wi-Fi 7 einen weiteren erheblichen Geschwindigkeitsschub bringt, dürfte dies allerdings nur in manchen Bereichen der Fall sein.
Die genannten und weiter unten in der Tabelle dargestellten Datenraten entsprechen nicht der Realität – entgegen manchen Versprechen von Hardware-Anbietern. Die IEEE zertifiziert bei den WLAN-Standards jeweils die in der Theorie maximal mögliche Geschwindigkeit der drahtlosen Übertragung. In der Praxis fallen die Datenraten allerdings deutlich geringer aus. Die tatsächlich erreichten Werte hängen unter anderem von der Breite des Funkkanals, der Anzahl der Antennen, der genutzten Frequenz sowie der Menge der gesendeten Datenstreams ab.
WLAN-Geschwindigkeiten und -Frequenzbereiche im Vergleich
Zudem ergibt sich auch bei WLAN das Problem jeder Funktechnik: Das gesendete Signal teilt sich den Übertragungskanal mit anderen Sender- und Empfängergeräten. Übertragungen müssen deshalb priorisiert werden. Dafür sorgt ein Verfahren mit der sperrigen Bezeichnung Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA). Es regelt Wartezeiten bei belegten Kanälen und legt Wartezeiten für WLAN-Sender fest. Dadurch sinkt die Datenrate für einzelne Geräte bereits erheblich.
Dazu kommen weitere spezifische Faktoren, die vor allem von den örtlichen Gegebenheiten abhängen: das Mobiliar, Decken, Wände und deren Baumaterialien, weitere Geräte und andere Störfaktoren. All diese Dinge reduzieren die Datenrate meist auf ein Minimum dessen, was der Hersteller eines WLAN-Geräts angibt.
Was in der Theorie also nach hervorragenden Übertragungsgeschwindigkeiten klingt, kann in der Praxis sehr schnell für Frustration sorgen. Etwa wenn die Videokonferenz per WLAN permanent abbricht oder ein großer Datentransfer von einem Mobilgerät sehr lange dauert.
Wi-Fi 7 als Quantensprung
Um das Beispiel von Wi-Fi 7 aufzugreifen: Auch wenn die theoretisch möglichen Datenraten in der Praxis nicht erreichbar sind, bedeutet der neue Standard dennoch für viele Anwendungsbereiche einen Quantensprung. Er nutzt erstmals dynamisch alle Frequenzbänder gleichzeitig. Aus diesem Grund kann Wi-Fi 7 seine Geschwindigkeitsvorteile vor allem in stark frequentierten Netzwerken ausspielen – dank der höheren Bandbreite von 320 Megahertz.
Dieses dynamische Umgehen von Störungen verringert die Latenzzeiten und erhöht die Reichweite. Das sorgt für eine konsistente Leistung trotz vieler gleichzeitig sendender und empfangender Clients. Wichtig ist das in besonders dichten Infrastrukturen wie Büros und IoT-Umgebungen, aber auch an öffentlichen Hotspots und anderen Orten, an denen viele Nutzer:innen gleichzeitig online gehen möchten.
Wi-Fi 7 besitzt also gegenüber Wi-Fi 6 deutliche Vorteile, die einer zunehmend vernetzten Infrastruktur in Unternehmen und im öffentlichen Raum Rechnung tragen.
Kompatibilität und Abwärtskompatibilität
Generell können Geräte, die denselben Wi-Fi-Standard verwenden, uneingeschränkt miteinander kommunizieren. Arbeiten sie hingegen mit unterschiedlichen Standards, können Probleme auftreten. Das betrifft vor allem die älteren WLAN-Generationen – der aktuell meistverwendete Standard Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ac) ist in der Regel abwärtskompatibel.
Nutzen Unternehmen noch ältere Geräte, die etwa den Standard Wi-Fi 4 verwenden, kommuniziert ein aktueller Router nur auf diesem älteren Standard mit dem Client – einschließlich der reduzierten Datenrate. Unterschiedliche WLAN-Generationen bremsen das drahtlose Netzwerk also aus. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, bei der Anschaffung eines neuen Routers auch die Empfangsgeräte auf den aktuellen Stand zu bringen.
Neben dieser Leistungsreduktion kann es trotz der generellen Abwärtskompatibilität von Wi-Fi 6 zu weiteren Problemen kommen: Administrator:innen in komplexen WLAN-Netzwerken deaktivieren häufig niedrige Datenraten, um die aktuell höheren Standards durchzusetzen. Ältere Clients können diese aber nicht mehr bedienen. Innerhalb größerer drahtloser Netzwerkstrukturen, etwa mit vielen unterschiedlichen IoT-Geräten, können deshalb Probleme auftreten.
Ältere Router sind dagegen inkompatibel mit neueren Standards von Clients. Die wenigsten solcher Router sind noch in Unternehmen im Einsatz. Doch falls sich ein älteres, vielleicht selten verwendetes Gerät nicht mit Endgeräten verbindet, könnte es an den unterschiedlichen Standards liegen. Das kann beispielsweise in einem Lager mit selten frequentiertem WLAN der Fall sein oder in anderen Bereichen am Rand eines Unternehmenswerks. Als Faustregel gilt:
- Wi-Fi 5/6/7 (IEEE 802.11ac/ax/be) sind kompatibel zu IEEE 802.11b/g/n.
- Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n) ist kompatibel zu IEEE 802.11b/g.
- IEEE 802.11g ist kompatibel zu IEEE 802.11b.
- IEEE 802.11a ist generell inkompatibel mit neueren Standards.
WLAN-Sicherheit
Ein entscheidender Faktor bei drahtlosen Netzwerken ist die Sicherheit. Das ungerichtete Übertragen von Daten per Funk stellt ein verlockendes Ziel für Unbefugte dar. Auch die Zugangspunkte zu WLAN-Netzwerken sind potenziell gefährdet, beispielsweise durch Man-in-the-Middle-Attacken. Aus diesen Gründen hat sich auch die Sicherheit mit den verschiedenen WLAN-Standards weiterentwickelt.
Im Folgenden geben wir einen kompakten Überblick über die gebräuchlichsten Standards und Verschlüsselungstechnologien, die beim Zugriff auf drahtlose Netzwerke üblich sind.
- WEP (Wired Equivalent Privacy): Der erste Verschlüsselungsstandard kam zeitgleich mit der Etablierung von WLAN auf und sollte den drahtlosen Datenaustausch ab Ende der 1990er-Jahre vor unbefugtem Zugriff schützen. Das Protokoll basierte auf einem 24-Bit-Individualisierungsvektor mit statischen Schlüsseln, die sich jedoch bald als schnell knackbar erwiesen. WEP gilt seit Langem als sehr unsicher und ist heute nicht mehr gebräuchlich.
- WPA (Wi-Fi Protected Access): WPA sollte im Jahr 2003 die größten Schwächen von WEP beheben, war jedoch darauf aufbauend nur eine Übergangslösung. WPA verwendete zwar stärkere 256-Bit-Schlüssel, war aber dennoch sehr anfällig für Brute-Force- und Wörterbuchangriffe – und damit nur kurze Zeit ein „Pseudo-Standard“.
- WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2): WPA2 als neuer Standard der IEEE folgte im Jahr 2004 und basierte mit seiner symmetrischen Verschlüsselung auf dem Advanced Encryption Standard (AES). Die Technologie verwendete weiterhin Pre-Shared-Keys und galt generell als robust gegen bekannte Angriffsarten. Brute-Force-Attacken und die 2017 aufgekommenen KRACKs (Key Reinstallation Attacks) zeigten jedoch die Schwachstellen auf. Auch wenn starke Passwörter Angriffe erschweren, raten Expert:innen heute von WPA2 ab. In manchen älteren Geräten ist es allerdings noch im Einsatz.
- WPA3 (Wi-Fi Protected Access 3): 2018 folgte der heute gängige Standard WPA3. Gegenüber dem Vorgänger enthält das Protokoll SAE (Simultaneous Authentication of Equals), um Sitzungsschlüssel nicht mehr nachverfolgbar zu machen. Wörterbuch- und Brute-Force-Attacken sowie KRACKs sind somit nur noch sehr schwer möglich. Aktuelle Geräte und Betriebssysteme unterstützen WPA3. Unternehmen sollten ihre WLAN-Geräte ausschließlich mit diesem Protokoll betreiben.
Wichtig: Auch wenn WLAN-Geräte mit WPA3 gesichert sind, ist ein möglichst starkes Passwort sinnvoll und nötig, um WLAN-Attacken zu erschweren.
WLAN-Standards: Das Wichtigste in Kürze
- Die Abkürzung „WLAN“ bedeutet „Wireless Local Area Network“ und bezeichnet allgemein den drahtlosen Zugang zu lokalen Netzwerken.
- Die WLAN-Technologie geht auf die 1970er-Jahre zurück. Ihren Durchbruch erlebte sie aber erst Ende der 1990er-Jahre mit dem Einbau von Erweiterungskarten und Single-Chips in Computer und Mobilgeräte.
- Wi-Fi ist ein Synonym für WLAN und dient vor allem dem Marketing. Mit ihrer einfachen Nummerierung beziehen sich die Wi-Fi-Standards auf die WLAN-Standards mit ihren sperrigen offiziellen Bezeichnungen auf Basis von IEEE 802.11.
- Seitdem sich WLANs etabliert haben, gab es regelmäßig neue und verbesserte Standards. Vor allem der Datendurchsatz stieg im Laufe der Weiterentwicklungen. Der neueste gebräuchliche Standard ist Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be), der deutlich schneller ist als Wi-Fi 6.
- WLAN-Chips machen heute potenziell jedes Gerät „smart“: angefangen von Computern über Smartphones, Tablets und Smart-Home-Geräte bis hin zu kompletten Infrastrukturen des IoT in Produktionslandschaften oder sogar ganzen Städten (Smart Cities).
- Seit Beginn der drahtlosen Datenübertragung spielt auch die Sicherheit eine große Rolle. Begleitend zu den WLAN-Standards haben sich auch die Zugangs- und Verschlüsselungstechnologien weiterentwickelt. Der aktuelle Standard ist seit 2018 das WPA3-Protokoll.
11.12.2024
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