Heim­netz­werk

Das hei­mi­sche Netz­werk – zum Ver­ständ­nis

“Wie weit reicht das WLAN – Wie schnell ist das hei­mi­sches Netz­werk?”

Hier eine klei­ne Über­sicht zum The­ma.

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Local Area Network - kabel­ge­bun­de­nes Netz­werk über Ether­net

Ether­net

• im LAN geschieht die Daten­über­tra­gung mit­tels Ethernet-Protokoll
• das Ether­net ist eine Datennetz-Technologie für Soft­ware und Hard­ware zum Aus­tausch von Daten (Pro­gramm­ab­läu­fe, Doku­men­te, Medien-Dateien) mit­tels Daten­pa­ke­ten unter Gerä­ten
• jedes Gerät, was das Ether­net unter­stützt, hat dazu eine eige­ne Netzwerk-Identifikation durch eine welt­weit ein­ma­li­ge Hardware-Adresse, die MAC-Adresse (Media-Access-Control-Adresse)
• ergo » willst Du per Com­pu­ter dau­er­haft eine Kaf­fee­ma­schi­ne steu­ern, muss die­se Kaf­fee­ma­schi­ne eine Netz­werk­kar­te mit einer ein­ma­li­gen MAC-Adresse besit­zen, um die­ses Gerät ein­deu­tig anspre­chen bzw. iden­ti­fi­zie­ren zu kön­nen

Das Adress-Protokoll

• die Geräte-Ansprache geschieht mit einer IP-Adresse (Internet-Protokoll), die dem Gerät im Netz­werk sta­tisch oder dyna­misch (auto­ma­tisch) zuge­wie­sen wur­de

• eine IP-Adresse ent­stammt der Inter­net­pro­to­koll­fa­mi­lie, dem TCP/IP-Protokoll (Trans­mis­si­on Con­trol Pro­to­col / Inter­net Pro­to­col)

• öffent­li­che IP-Adressen sind eben­falls welt­weit ein­ma­lig

• pri­va­te IP-Adressen sind nicht öffent­lich und wer­den nur zur Iden­ti­fi­ka­ti­on und Anspra­che im loka­len, eige­nen Net­werk (LAN, WLAN) ver­ge­ben

• TCP/IP-Versionen:

  • IPv4: bis vor weni­gen Jah­ren gab es nur das TCP-IP-Protokoll V4 mit über vier Mil­li­ar­den (2³² = 256⁴ = 4.294.967.296) Adress-Möglichkeiten, das aber abseh­bar für die Netz­werk­kar­ten die­ser Welt nicht mehr aus­reicht

  • IPv6: ver­grö­ßert den nutz­ba­ren Adress­raum auf 2¹²⁸ (≈ 340 Sex­til­lio­nen = 3,4·10³⁸) Adres­sen

Leis­tungs­pa­ra­me­ter

• Daten­über­tra­gungs­ra­ten im LAN:
  • 10 Megabit/s mit­tels Twisted-Pair- oder Glasfaser-Kabel
  • 100 Megabit/s » Fast Ether­net
  • 1 Gigabit/s » Giga­bit Ether­net
  • 10 Gigabit/s » 10-Gigabit Ether­net
• Was bedeu­ten 1 GBit/s prak­tisch?
  • Zur Ver­an­schau­li­chung: 1 Gigabit/s ent­spricht einer trans­por­tier­ten Daten­men­ge von 0,125 Gigabyte/s = 128 Megabyte/s
  • 128 MByte ist unge­fähr 1/6 der Daten­men­ge, die auf einer Audio-CD ent­hal­ten ist oder auf eine Daten-CD passt
  • ein Film in Full-HD-Auflösung hat unge­fähr eine Grö­ße von 8 bis 15 Giga­byte Daten­um­fang
  • somit kann man ermit­teln, wie lan­ge das Kopie­ren eines Films von Rech­ner A auf den Netz­werk­spei­cher B benö­tigt …
  • … oder man ersieht dar­aus, was für ein Daten­durch­satz erfor­der­lich ist, um bei einem Trans­fer einer Media-Datei auch ein ver­nünf­ti­ges Ergeb­nis auf einem Aus­ga­be­ge­rät zu erhal­ten
• dar­aus erge­ben sich auch Ansprü­che an das kabel­lo­se Über­tra­gung von Daten­pa­ke­ten per WLAN

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WLAN – Wire­less Local Area Net­work – das kabel­lo­se LAN

Über­sicht der in Haus­hal­ten und klei­nen Netz­wer­ken prak­tisch genutz­ten WLAN-Technologien (Pro­to­kol­le)

Pro­to­koll	ab	Fre­quenz	Durchsatz(netto)	Datenrate(maximal)	Reich­wei­te im Haus (je nach Kon­struk­ti­on)	Reich­wei­te im Frei­en
802.11	1997	2,4 GHz	0,9 Mbit/s	2 Mbit/s	≈ 20 Meter	≈ 100 Meter
802.11a	1999	5 GHz	23 Mbit/s	54 Mbit/s	≈ 35 Meter	≈ 120 Meter
802.11b	1999	2,4 GHz	4,3 Mbit/s	11 Mbit/s	≈ 38 Meter	≈ 140 Meter
802.11g	2003	2,4 GHz	19 Mbit/s	54 Mbit/s	≈ 38 Meter	≈ 140 Meter
802.11n	2009	Dual­band 2,4 GHz + 5 GHz	240 Mbit/s	600 Mbit/s	≈ 70 Meter	≈ 250 Meter
802.11ac	2013	5 GHz	1300 Mbit/s	6900 MBit/s	auf­grund intel­li­gen­ter Tech­nik wei­ter erhöht
802.11ad	in Vor­be­rei­tung mit bis zu 6,7 GBit/s

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Prak­ti­sche Betrach­tung WLAN-Leistungsparameter unter 802.11n

• Ein­flüs­se auf den prak­ti­schen Daten­durch­satz:
  • die Signal­qua­li­tät hat maß­geb­li­chen Ein­fluss
  • all­ge­mein die Fre­quenz­be­le­gung
  • Anten­nen – Leis­tung, Aus­rich­tung, Anzahl, Zusam­men­spiel
  • Nutz­da­ten und Paket-Header
  • das Zusam­men­spiel unter­schiedlichs­ter Sender- und Empfänger-Funktionen (Takt­ra­te, Protokoll-Overhead, Sen­de­wie­der­ho­lun­gen, etc.)
• Ein­flüs­se auf die Reich­wei­te:
  • der Funk­ka­nal wird mehr­fach genutzt – prak­tisch ist eine par­al­le­le Daten­über­tra­gung mög­lich
  • der Mecha­nis­mus wird als „Mul­ti­ple Input, Mul­ti­ple Out­put“ (MIMO) bezeich­net
• Ein­flüs­se auf den Strom­ver­brauch:
  • das N-Protokoll hat erst­ma­lig ein spe­zi­el­les Strom­spar­pro­to­koll
  • die Akku-Leistung und Ansprü­che von mobi­len Gerä­ten wer­den geför­dert
  • die­se Funk­ti­on heißt PSMP-Mechanismus (Power Save Multi-Poll), der das Gerät bei Inak­ti­vi­tät in einen “Schlaf­mo­dus” beför­dert
• Ein­flüs­se auf die genutz­ten Fre­quenz­bän­der:
  • das 2,4-GHz-Band ist prak­tisch stark genutzt in einem Fre­quenz­be­reich von 70 MHz auch von ande­ren Gerä­ten, wie Blue­tooth und 802.11b/g-Geräten
  • das 5-GHz-Band erwei­tert im N-Protokoll den nutz­ba­ren Bereich
• Prak­ti­scher Ein­satz von WLAN-Geräten mit dem N-Protokoll:
  • 3 Betriebs­mo­di ste­hen zur Aus­wahl:
    • Lega­cy für 802.11a/b/g
    • Mixed-Mode für 802.11n und 802.11a/b/g
    • Green­field für nur 802.11n
  • sind in einem WLAN vor­teil­haf­ter­wei­se nur 802.11n-Geräte, so soll­te der Greenfield-Modus gewählt wer­den, denn die­ser garan­tiert die höchs­ten Durch­sät­ze
  • prak­ti­sche Ein­flüs­se auf die genutz­ten Fre­quenz­bän­der:
    • das 2,4 GHz-Band ist stark genutzt in einem Fre­quenz­be­reich von 70 MHz auch von ande­ren Gerä­ten, wie Blue­tooth und 802.11b/g-Geräte
  • bei der Anschaf­fung neu­er Gerä­te, wie etwa Note­books, soll­te man prü­fen:
    • beherrscht das Funk­teil das Pro­to­koll 802.11n sowie das 5-Gigahertz-Band
  • ein Misch­be­trieb ist aber auch eine Performance-Bremse > durch das Aus­wei­chen in das 5-Gigahertz-Band lässt sich meist die­se Brem­se ver­mei­den
  • ergo » älte­re MIMO-Geräte oder Stö­run­gen im 2,4-GHz-Band kön­nen das N-Protokoll aus­brem­sen – müs­sen es aber nicht, da der jewei­li­ge Stand­ort (das WLAN-Umfeld) hier ent­schei­det
  • u. U. ist es auch sinn­voll, zwei Funk­net­ze auf­zu­bau­en:
    • eines für älte­re Gerä­te, also 802.11b/g, und ein neu­es Netz im 5-GHz-Band für 802.11n
    • man umgeht die Kon­kur­renz­si­tua­ti­on bei der Kanal­wahl
    • man ver­hin­dert, dass älte­re WLAN-Sta­tio­nen das schnel­le 802.11n-Funknetz aus­brem­sen
  • Betrach­tung zu den “beför­der­ten” Daten:
    • je grö­ßer die Daten­pa­ke­te sind, des­to grö­ßer wird der prak­ti­sche Daten­durch­satz
    • gro­ße Paket­grö­ßen soll­ten daher durch die Tech­nik beherrsch­bar sein
  • Betrach­tung zur Anbin­dung an das Ether­net:
    • das N-Protokoll beherrscht einen Daten­durch­satz bis zu 600 Mbit/s
    • die Fra­ge ist: Beherrscht das bisherige/vorhandene Netzwerk-Interface die­sen Ver­kehrs­zu­wachs?
    • im Netz­werk ist das N-Interface (WLAN-Gerät) auf unter­schied­li­che Art mit dem kabel­ge­bun­de­nen Inter­face (z. B. Medien-Receiver für TV) ver­bun­den
    • kabel­ge­bun­de­nen Schnitt­stel­len sind u. a. DSL-Router, Switch, LAN-Kabel, Netzwerk-Karten in den PC/Laptop, Netz­werk­kar­ten in TV und Medien-Receivern, Netz­werk­kar­ten in ande­ren Gerä­ten, wie z. B. Netzwerk-Speichern oder wei­te­ren per IP-Protokoll zu steu­ern­den Gerä­ten, wie z. B. IP-Webcam)
    • sie besit­zen ein übli­ches Maß von 10/100 MBit/s hohem Daten­durch­satz
    • bei Ein­satz von Gerä­ten mit dem N-Protokoll soll­te die kabel­ge­bun­de­ne Peri­phe­rie eine höhe­re 1GBit-Leistung (1-GBit-Ethernet mit 1000 MBit/s) beherr­schen
    • ein DSL-Router (wie aktu­ell bei T-Online) mit N-Protokoll für das WLAN und 100MBit-Switch für kabel­ge­bun­de­ne Anschlüs­se, wie z. B. für PC oder Netzwerk-Speicher (NAS), macht daher kei­nen Sinn
    • DSL-Router, Switch und Netzwerk-Geräte soll­te aktu­ell von vorn­her­ein 1GBit-Datendurchsatz beherr­schen und DSL-Router das N-Protokoll
  • Betrach­tung zur Reich­wei­te:
    • nicht nur auf­grund der hohen Reich­wei­te des N-Protokoll im Frei­en, ist unbe­dingt mit höchs­ter Sicher­heits­stu­fe bei der Daten­über­tra­gung zu arbei­ten
    • die WEP-Verschlüsselung (WEP = Wired Eqi­va­lent Pri­va­cy) wird heu­te von jedem Gerät unter­stützt, gibt aber dem ille­ga­len Daten-Späher viel und leich­tes Fut­ter
    • die Daten-Kommunikation soll­te unbe­dingt mit dem Sicher­heits­stan­dard einer WPA2-Verschlüsselung (WPA = WiFi Pro­tec­ted Access) und einem Netz­werk­schlüs­sel in maxi­ma­ler Län­ge statt­fin­den
    • neben­bei sei gesagt: der Netz­werk­na­me, die SSID (Ser­vice Set Iden­ti­fier) des WLAN-Routers, soll­te kei­ne Rück­schlüs­se auf ver­wen­de­te Hard­ware, Soft­ware, Ein­satz­zweck oder Ein­satz­ort zulas­sen (z. B. in dem man den eige­nen Namen als SSID ein­setzt oder den Standard-Gerätenamen belässt) > also, die Standard-SSID in den Router-Einstellungen ändern und den SSID-Namen zusätz­lich noch in der Umge­bung unsicht­bar machen (in den Router-Einstellungen)
    • wem die Reich­wei­te in den eige­nen 4 Wän­den nicht aus­reicht » WLAN-Repeater (Ver­stär­ker, Wie­der­ho­ler) lei­ten dein Signal auch in die letz­te Ecke

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Da ist noch die Sache mit “Power­line” – Netz­werk über Strom­netz

Power­line? – Strom­ver­netzt

• das Strom­netz als Trä­ger­fre­quenz­an­la­ge für das loka­le Netz­werk
• kein Kabel­sa­lat oder Rou­ter
• das Inter­net kommt aus jeder Steck­do­se
• Adap­ter nach dem HomePlug-AV-Standard sor­gen für die Über­tra­gung
• eine Atta­cke ist eigent­lich nur über den direk­ten Zugang zum eige­nen Strom­netz, also einer Steck­do­se im Haus oder in der Woh­nung, mög­lich – aber nur “eigent­lich”

Reich­wei­te?

• die Adap­ter über­brü­cken bis zu 200 Meter
• abhän­gig von der Sende-Leistung des Adap­ters und der Qua­li­tät der Lei­tun­gen im Haus und den Gerä­ten
• Stör­quel­len inner­halb des Strom­net­zes spie­len auch eine Rol­le
• die Reich­wei­te wird durch den nächs­ten Strom­zäh­ler begrenzt
• die aktu­el­le Ent­wick­lung (Stand 11/2010) zeigt Fol­gen­des:
  • Net­gear bringt z. Z. die welt­weit ers­te 500er Gene­ra­ti­on auf den Markt » Power­line AV500
  • Brutto-Datenrate über Strom­lei­tung: 500 MBit/s
  • Kos­ten für Adap­ter (wie Powerline-üblich) rela­tiv hoch
  • Netto-Übertragungsraten in Tests bei 120 bis 180 MBit/s
  • bei stei­gen­der Strom­lei­tungs­di­stanz bricht die Netto-Rate auf Wer­te der 200er Gene­ra­ti­on ab
• Gigabit-Powerline steht in den Start­schu­hen und wird leis­tungs­mä­ßig aktu­el­les WLAN im n-Protokoll schla­gen

Leis­tung?

• das Pro­blem: die Her­stel­ler haben sich noch nicht auf einen Stan­dard geei­nigt
• auch der Preis ist unver­hält­nis­mä­ßig hoch gegen­über ande­ren Lösun­gen
• die Sen­de­leis­tung dif­fe­riert je nach Her­stel­ler
• Daten­durch­satz: zwi­schen 85 und 200 MBit/s – also nicht berau­schend momen­tan
• der max. Daten­durch­satz könn­te sich künf­tig mit einem ein­heit­li­chen Her­stel­ler­stan­dard erhö­hen, bedeu­tet aber natür­lich, wie­der neue & teu­re Powerline-Adapter
• noch ein Pro­blem? Ethernet-Kabel sind geschirmt – Strom­ka­bel meist nicht – was bei Strom­ka­beln eine hohe Abstrah­lung­be­deu­tet, die mit einem emp­find­li­chen Emp­fän­ger unter Ver­wen­dung einer Richt­an­ten­ne in eini­gen Hun­dert Metern Ent­fer­nung emp­fang­bar ist

Con­tra Power­line

• Power­line über­trägt sei­ne Infor­ma­tio­nen in der Regel über Strom­lei­tun­gen, die kei­ner­lei Abschir­mung erfahr (für nor­ma­le” Strom­lei­tun­gen besteht kein beson­de­res Erfor­der­nis der Abschir­mung)
• die Infor­ma­tio­nen wer­den im Fre­quenz­be­reich zwi­schen 4 und 30 MHz modu­liert und über­tra­gen
• im Powerline-Stromleitungen abge­strahl­te Leis­tun­gen:
  • über­ra­gen in hohem Maße Handy-Abstrahlungen und Stör­ne­bel,
  • ja “Beschal­len” ihr Umfeld ver­gleich­bar zu Radar­an­la­gen,
  • sind damit die wah­re Freu­de für Neu­gie­ri­ge zum “Mit­hö­ren”,
  • eine ein­fa­che Anten­nen­kon­struk­ti­on reicht, um das Powerline-Netzwerk, in dem die Daten unver­schlüs­selt über­tra­gen wer­den, “anzu­zap­fen”
• es ist ein­fach und schlicht fest­zu­stel­len:
  • unge­schirm­te Strom­lei­tun­gen kön­nen die schnel­le Daten­über­tra­gung, aber sie sind nicht dafür kon­zi­piert
• Power­line ver­ur­sacht eine erheb­li­che Stö­rung des Kurz­wel­len­ban­des:
  • der mas­si­ve Stör­ne­bel ist mess- und beleg­bar (Mess­pro­to­kol­le),
  • das ist aber auch das gerings­te Übel und berei­tet nur diver­sen Funk­diens­ten Kopf­zer­bre­chen,
  • prak­tisch ist Power­line ein Stör­sen­der im eige­nen Haus
• Power­line ver­ur­sacht aber vor allem:
  • unge­stör­ten, mas­si­ven und rea­len Elek­tro­smog nicht nur in den eige­nen vier Wän­den,
  • hier wird nichts gedämpft, da ja die Fre­quenz­mo­du­la­tio­nen den Infor­ma­ti­ons­trä­ger dar­stel­len,
  • wäh­rend des­sen jedes nor­ma­le Haus­halts­ge­rät eine Dros­sel bzw. Kon­den­sa­to­ren zum Schutz der Umwelt besitzt,
  • auf­grund der Wir­kungs­wei­se (ähn­lich dem Radar-Smog) sind nega­ti­ve Lang­zeit­wir­kun­gen anzu­neh­men
• Power­line liegt im Fre­quenz­be­reich unter­halb der Mikro­wel­len­strah­lung, die bekann­ter­ma­ßen nicht nur in der Küche Ein­satz fin­det, weil sie auch Schwin­gun­gen von Mole­kü­len beein­flus­sen kön­nen (Strah­len­waf­fen)
• das in den Start­schu­hen ste­hen­de Gigabit-Powerline (1GBit/s) wird alle Resul­ta­te über­tref­fen?

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Wie schnell ist nun mein Netz­werk?

Vie­le Wege füh­ren nach Rom. Nichts ist abso­lut. Aber Neu­gier­de ist Dein Weg­wei­ser im Dschun­gel der Infor­ma­ti­ons­flut.

Gefühl­ter Check?

• man ver­lässt sich auf das eige­ne Gefühl bzw. sei­ne Erfah­run­gen
• z. B. der Film läuft ruck­el­frei oder man arbeí­tet auf dem PC mit loka­len Anwen­dun­gen, lässt gleich­zei­tig Audio-Files vom Netz­werk­spei­cher auf dem PC abspie­len und Video-Files vom Netz­werk­spei­cher auf den Medien-Receiver bzw. TV zur gleich­zei­ti­gen Aus­strah­lung über­tra­gen

Mess­ver­fah­ren?

• ein­fach rech­nen: Daten­pa­ke­te mit fes­ter Grö­ße (z. B. 1 Giga­byte) los­schi­cken » Stop­uhr (oder Sys­tem­uhr des PC) zur Hand neh­men » Geschwin­dig­keit errech­nen
• hier gibt es aller­dings nur Moment­auf­nah­men

Benchmark-Tools?

• Bench­mark = einen Maß­stab anset­zen
• Benchmark-Tools/Hilfsprogramme nut­zen, um die Per­for­mance von Netz­wer­ken zu che­cken, z. B.:
  • die Free­ware (kos­ten­freie Soft­ware) » JPERF
  • oder wei­te­re Tools zum » Netzwerk-Monitoring

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