Wireless Access Point

Ein Wireless Access Point (AP) (englisch Drahtloser Zugriffs Punkt, deutsch Basisstation) ist Teil der Topologie eines Computernetzes, das aus funkbasierten und optional zusätzlich aus kabelgebundenen Bestandteilen besteht.

Die zwei Hauptaufgaben eines AP:

• An einem AP können sich beliebig viele WLAN-Clients (Endgeräte) einbuchen und gegenseitig über den AP Daten austauschen. Damit die Kommunikation auf der von allen Teilnehmern gemeinsam genutzen Funkfrequenz nicht unter Kollisionen zusammenbricht, kommt das Verfahren CSMA/CA zum Einsatz: Ein AP vergibt Zeitfenster zu denen ein einzelner Client Daten mit dem AP austauschen kann, und der AP gibt die Daten als Mittler in einem anderen Zeitfenster an das eigentliche Zielgerät weiter. Dazu hat der AP ein funkbasiertes Netzwerk-Interface, ebenso wie jedes Endgerät. Vergleichbar einem Switch, der im kabelgebundenen Ethernet die Netzwerkkarten mehrerer Endgeräte auf einen parallelen Datenbus schaltet, schafft ein Access Point einen funkbasierten Datenbus über den die eingebuchten Endgeräte Daten austauschen können.

• Meistens möchte man ein WLAN auch an ein kabelgebundenes Ethernet anschliessen. Hmerzu bieten viele APs ein zweites internes Netzwerk-Interface für den Ethernet-Anschluss mit einer RJ-45-Buchse. Die zweite Hauptaufgabe des APs besteht nun darin, die Signale zwischen den beiden physikalischen Medien, dem funkbasierten Interface und dem kabelgebundenen Interface, zu überbrücken. Diese Charakteristik entspricht einer Bridge und man spricht vom bridging. Genauer ist es eine Ethernet Bridge, nicht zu verwechseln mit Wireless Bridge; mehr dazu unten.)

Ein Access Point ist eine aktive Netzwerkkomponente. Im Gegensatz zu passiven Netzkomponenten wie etwa Kabeln ist dies ein Gerät mit der Fähigkeit, Netzwerkdaten eigenständig zu verarbeiten.

Obwohl mehrere Arten von Wireless LANs die Verwendung von Access Points vorsehen, wird der Begriff meist Synonym für die Verbindung zwischen Ethernet und 802.11 Netzen benützt, seltener auch für die Verbindung zwischen Bluetooth und Ethernet.

Im OSI-Modell ist ein Access Point auf Schicht 2 (Link Layer, Verbindungsschicht) angesiedelt. Es handelt sich im Prinzip um einen Switch beziehungsweise eine Bridge die ebenfalls auf OSI-Schicht 2 sitzen, auch wenn viele Access Points noch weitere Funktionalitäten, wie Routing, Paketfilter oder DHCP-Server bieten, die höhere OSI-Schichten abbilden.

802.11 Access Points

Einem Funknetzwerk nach dem IEEE-Standard 802.11 wird ein Funknetzwerknamen (ESSID) zugewiesen. Über die ESSID können Clients verschiedene Netze auseinander halten. Ein Access Point kann nun regelmäßig Datenpakete mit der ESSID (und anderen Daten des Wireless LANs) broadcasten, damit Clients ein existierendes Netz identifizieren können.

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal von 802.11 Basisstationen ist, welche Betriebsmodi sie unterstützen: Manche Access Points können Verbindungen zu anderen APs und Clients gleichzeitig aufbauen.

Die möglichen Betriebsmodi eines 802.11 Access Point sind das Basic Service Set (BSS), das Extended Service Set (ESS), die Ethernet Bridge, die Wireless Bridge, der Wireless Repeater, das Wireless Distributed System.

Diese Topologien werden auch als Infrastruktur-Modus (Infrastruktur-Netzwerke) bezeichnet.

• Im Basic Service Set wird ein einzelner Access Point betrieben, an dem sich beliebig viele Endgeräte einbuchen und Daten austauschen können.
• Unterstützt ein Access Point den Modus Ethernet Bridge, bietet er neben der Funkschnitstelle noch eine interne Netzwerkkarte mit RJ-45-Buchse als Schnittstelle in das kabelgebundene Ethernet und vermittelt die Daten zwischen Ethernet und Wireless LAN. Teilweise wird dieser Modus etwas verwaschen als WLAN-Router bezeichnet.
• Für das Extended Service Set verkabelt(!) man zwei oder mehr Access Points über ein Ethernet und stellt den gleichen Funknetzwerknamen (ESSID) auf allen Access Points ein. Dadurch vergrössert sich die Reichweite des Funknetzes, denn die Clients werden automatisch zwischen den Access Points übergeben (Roaming), sobald sich der Standort des Clients entsprechend geändert hat.
• Man kann zwei Access Points im Wireless Bridge Modus (auch WLAN-Bridge) Point to Point (PtP) betreiben. An jedem Ende wird jeweils ein Ethernet an den Access Point angeschlossen und die Ethernets sind über eine Funkbrücke verbunden. (Die Access Points arbeiten dann ausschließlich als Bridge zwischen den Ethernets; Clients können sich nicht mehr am Access Point anmelden.) Bei einer Point to Multi-Point (PtMP) Wireless Brigde werden von einem Access Point Funkbrücken zu zwei (oder mehr) anderen Access Points aufgebaut. Damit lassen sich dann drei oder mehr getrennte Ethernet-Segmente über Funkbrücken vernetzen.
• Repeater-Modus: Ein Wireless Repeater ist eigentlich kein Access Point aber einige Access Point Produkte können als Repeater eingesetzt werden. Ein Repeater wiederholt das Signal eines anderen Access Points und vergrössert damit seine Reichweite ohne wie das Extended Service Set von Kabeln abhängig zu sein. Ein Wireless Repeater erhöht aber den Datenverkehr im Funknetz deutlich, was die verfügbare Bandbreite einschränkt.
• Der Begriff Wireless Distributed System (WDS) wird verschieden interpretiert: Manche Hersteller bezeichnen damit schlicht den Repeater-Modus, aber eigentlich sollte ein WDS als PtMP Wireless Bridge mehrere Ethernets verbinden können und gleichzeitig auch als Basisstation dienen, an der sich mobile Endgeräte einbuchen können (?...).

Den Möglichkeiten der obigen Infrastrukturmodi steht der ad-hoc Betrieb (Ad-hoc-Netzwerk) gegenüber:

• Der Betrieb eines Wireless LAN im Independant Basic Service Set (IBSS) benötigt keinen Access Point: Im IBSS können immer genau zwei Endgeräte eine spontanes einfaches Ad-hoc-Netzwerk aufbauen. Es ist dabei nicht ohne weiteres möglich drei Endgeräte gleichzeitig zu vernetzen: dazu sind Ad-hoc Routing-Protokolle nötig, die ein mobiles ad hoc Netzwerk (MANET, auch Mesh Network) ermöglichen.

• In einem Mesh Network (Mobile_ad_hoc_Netzwerke, MANET) wird (allgemein) jeder Teilnehmer zu einem Netzknoten; er ist nicht länger ein Endgerät. Durch das Überlappen von Funkzellen beliebiger Knoten entsteht eine spontane Vermaschung: ein Ad-hoc-Netzwerk, in dem jeder Teilnehmer die vom einen Nachbarn A eingehenden Datenpakete an den nächsten Nachbarn B weitergibt (Routing). Netzwerkknoten können sich dabei spontan öffnen und wieder verschwinden, wenn z.B. ein Notebook ein- oder ausgeschalten wird. Es gibt bereits erste IEEE-Standards, Software und Hardware zum Aufbau von Mesh-Netzen. (Aus gesellschaftlicher Sicht sind Mesh-Netze auf WLAN-Technologie derzeit überaus spannend: sie haben das Potential von teurer Infrastruktur grössenteils unabhängige und dadurch völlig frei zugängliche Bürgernetze zu schaffen. Die Software-technischen Herausforderungen sind für netzaffine Menschen ebenso spannend.)

Kompatibilitätsprobleme

Vor einem Kauf beachten: Nicht jedes Produkt unterstützt alle Betriebsmodi.

Nicht jeder AP bietet eine Buchse für den einfachen Anschluß einer externen Antenne.

Im Extended Service Set Modus: Zur Zeit besteht noch ein Problem mit der Kompatibilität von Basisstationen unterschiedlicher Hersteller. Sollen diese zu einem gemeinsamen Netz verbunden werden und soll Roaming zwischen den einzelnen APs ermöglicht werden, müssen die Geräte Informationen über die eingebuchten Clients austauschen. Hierzu wird ein Netzwerkprotokoll benötigt. Da aber noch kein Standard verfügbar ist, hat jeder Hersteller eine eigenen, inkompatible Lösung geschaffen.

Als Wireless Bridge: Ich würde mich nicht blind darauf verlassen, dass verschiedene AP-Produkte des gleichen Herstellers oder die Produkte verschiedener Hersteller als Wireless Bridge fehlerfrei zusammenarbeiten.

Im Repeater-Modus: Es wird von Problemen bei einzelnen WLAN-Karten bzw. Treibern berichtet, die nicht mittels Repeatern kommunizieren können(?)

Der Verbraucher sollte deshalb vor einem Kauf stets in den gängigen Internet-Foren und auf den Herstellerseiten recherchieren, ob schon Erfolge und Mißerfolge für die Kombination der jeweiligen Produkten vorliegen.

802.11 Access Points als Software-Lösung

Es gibt Software (für Linux: HostAP), die einem PC mit einer gewöhnlichen WLAN-Karte die nötige Logik beibringt, um als Access Point zu arbeiten.

Nur bestimmte WLAN-Karten werden von der Software unterstützt.

Diese theoretisch flexible Lösung hat auch Nachteile: Leider verfügen die WLAN-Karten selten über einen Anschluß für eine externe Antenne und ein PC hat weit größeren Strom- und Kühlungs- und Platzbedarf als ein hardwarebasierter AP, der auch bei schlechtem Wetter praktikabel mit Solarzellen betrieben werden kann und leicht gegen Umwelteinflüsse zu schützen ist.

Siehe auch: Wireless LAN, Bluetooth, IEEE 802.11, ESSID, Wireless Adapter