WLAN-Richtunk

Heimvernetzung

Die Vorteile eines lokalen Heimnetzwerkes liegen klar auf der Hand: Der Internetanschluss, der zentrale Datenspeicher, ein Drucker, alle diese Komponenten lassen sich von sämtlichen Computern des gesamten Haushaltes gemeinsam nutzen. Es spielt keine Rolle mehr, ob man gerade an seinem Desktop-PC oder am Laptop im Garten sitzt, die digitale Musiksammlung ist stets dabei.

Dieses Szenario ist mittlerweile vielerorts nichts besonderes mehr, die digitale Vernetzung ist in vielen Haushalten weiter im Vormarsch. In den meisten Fällen ist ein solches Heimnetzwerk aber nach wie vor auf die eigenen vier Wände beschränkt. Doch was wäre von dem Gedanken zu halten, den netten Nachbar oder eventuell das Haus eines Verwandten in der näheren Umgebung mit in den Netzwerkverbund aufzunehmen? Die Vorstellung von einer Netzwerkverbindung zwischen den beiden Heimnetzwerken würde nicht nur den Austausch von Dateien untereinander erheblich vereinfachen. So lassen sich die ungenutzten Netzwerkressourcen in der Nacht bestens für eine Spiegelung der jeweiligen Netzwerkspeicher nutzen. Eine vollautomatische und räumlich getrennte Datensicherung, die nach Aufbau der Netzwerkinfrastruktur auch keinerlei Zusatzkosten erfordert; klingt vielversprechend.

Gebäudevernetzung

Das spannendste an der gebäudeübergreifenden Vernetzung dürfte wahrscheinlich die Frage sein, wie konkret die Verbindung zwischen den beiden Gebäuden hergestellt werden soll.

Prinzipiell gibt es drei verschiedene Ansätze:

1. Verkabelung mittels Kupfer oder Glasfaser. Muss nur die Distanz bis zum nächsten Nachbar überbrückt werden, so sollte eine direkte Ethernetverkabelung unbedingt in Erwägung gezogen werden. Entfernungen bis zu 100m lassen sich mit billigen Netzwerkkabeln der Kategorie Cat5e oder besser vernetzen, für größere Entfernungen empfiehlt sich Glasfaser. Diese Variante ist nicht nur die günstigste, sie ist auch die mit Abstand zuverlässigste und vorallem schnellste. Über 1000BASE-T (Kupfer) bzw. 1000BASE-SX/LX (Glasfaser) lassen sich nach dem heutigen Stand der Technik problemlos Geschwindigkeiten von 1.000 Mbit/s erreichen.
2. VPN-Tunnel über das Internet. Wenn beide Netzwerke über einen permanenten Internetanschluss verfügen, bieten VPN-Tunnel eine äußerst bequeme Art, beliebige Netzwerke miteinander zu verbinden. Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass keinerlei Hardware-Aufwand notwendig ist und es keine Rolle spielt, wo sich die Netzwerke geografisch befinden. Der limitierende Faktor ist hierbei allerdings die Geschwindigkeit des langsamsten Internetanschlusses. Im Downstream sind mehr als 10 Mbit/s zwar keine Seltenheit mehr, im Upstream ist es aber äußerst schwierig mehr als 1 Mbit/s zu erhalten. Für kleinere Datenmengen mag eine solche Lösung durchaus noch praktikabel sein, das Netzwerk als solches fühlt sich auf Grund der niedrigen Geschwindigkeit jedoch teils extrem träge an.
3. Wireless LAN Richtfunk. Dieser Ansatz bildet sozusagen den Mittelweg zwischen den beiden vorherigen Möglichkeiten. Die Geschwindigkeit ist synchron, d.h. sowohl Up- als auch Downstream liegen im Normalfall bei über 10 Mbit/s. Zudem eignet sich der WLAN-Richtfunk auch in Umgebungen, in denen das Verlegen von Kabeln unmöglich ist, wie z.B. bei der Vernetzung von Grundstücken, die nicht gerade direkt nebeneinander liegen. Durch den Einsatz spezieller Richtantennen lässt sich die Reichweite zwar im Vergleich zu gewöhnlichen WLAN-Rundstrahlern erheblich steigern, ist aber immer doch stark begrenzt. Die tatsächlich mögliche Reichweite hängt sehr stark von der konkreten Umgebung ab, so dass sich keine pauschalen Werte vorab zusichern lassen. Am wichtigsten ist eine freie Sichtverbindung zwischen den beiden Antennen, unter Beachtung der Fresnelzone. Letzteres meint, dass es nicht genügt, lediglich eine geradlinige Sichtverbindung zwischen den beiden Antennen zu haben, sondern dass die gesamte Fresnelzone frei von Hindernissen sein sollte, ein Raum zwischen den beiden Antennen in Form eines Footballs.

Im folgenden möchte ich meine konkrete Umsetzung etwas schildern, bei der es darum ging, ein weiteres LAN in einem knapp 100 Meter entfernten Haus an den eigenen LAN-Verbund anzuschließen. Da sich zwischen den beiden Häusern vier weitere Grundstücke befinden, schied die Lösung der direkten Ethernetverkabelung leider aus. Die VPN-Lösung kam auf Grund der geringen Geschwindigkeit nicht in Frage, der zu vernetzende Haushalt verfügt über einen Upstream von gerade einmal 0,1 Mbit/s. Somit fiel die Entscheidung zu gunsten des Wireless LANs. Hierfür waren die Ausgangsbedingungen sogar ausgesprochen gut. Die reine Distanz von 100m stellt noch keine größeren Probleme dar. Eine direkte Sichtverbindung von Dach zu Dach ist ebenfalls gegeben und die Fresnelzone ist bis auf zwei kleinere Bäume ebenfalls frei.

Hardware

Nun zur eingesetzten Hardware. Diese besteht ausschließlich aus handelsüblichen und damit preiswerten LowCost-Produkten.

• La Fonera Wireless Router
  Als Server-WLAN ist ein einfacher WLAN-Router mit externem Antennen-Anschluss ausreichend. Einzige Voraussetzung ist, dass sich das normalerweise übliche NAT-Masquerading abschalten lässt, so dass sich das Gerät auch wie ein echter Router verhält. Das NAT kann sonst nämlich wie eine Einbahnstraße wirken. Die Firmware der Fonera basiert zudem auf OpenWRT.
• La Fontenna
  Dient als Richtantenne auf der Seite des Fonera-Routers. Der Antennengewinn ist mit 8 dBi für eine Richtantenne eher unspektakulär und das Anschlusskabel hat eine feste Länge von 3m. Die Fontenna zeichnet sich jedoch durch eine einfache Montage und einen günstigen Preis aus.
• Linksys WRT54GL
  Diesen wohl universellsten Router im gesamten SOHO-Bereich verwende ich als Client-AccessPoint. Durch Einsatz einer alternativen DD-WRT Firmware (oder auch OpenWRT) lässt sich mit entsprechenden Kenntnissen dieser Linux-Router für wirklich nahezu jeden Einsatzzweck verwenden.
• Patch-Antenne
  Eine NoName Patch-Antenne mit einem Antennengewinn von 14 dBi soll auf der Client-Seite für den entsprechenden Empfang sorgen. Die Antenne ist mit einer N-Buchse ausgestattet, so dass sich diese mit passenden Anschlusskabeln an so gut wie jedes WLAN-Gerät anschließen lässt. In meinem Fall über ein 5m langes H155-Kabel mit RP-TNC-Stecker am WRT54GL. Die Montage erfordert unter Umständen etwas mehr Kreativität als bei der Fontenna, die technischen Daten übertrumpfen die Fontenna jedoch locker.

Bilder

Fontenna Richtantenne, mit einem Holzträger auf dem Dachfenster verschraubt.

Blick von der Fontenna über die Straße hin zur rot markierten Patch-Antenne.

Vergrößerte Ansicht der unter dem Dach befestigten Patch-Antenne.

Netzwerkplanung

Die Unterteilung der einzelnen Netzwerksegmente habe ich wie folgt gelöst.

Diese Abbildung zeigt eine schematische Übersich über meine Netzwerksegmente. Die linke Hälfte bis zum Switch stellt mein vorhandenes lokales Heimnetzwerk dar. Neu hinzu gekommen ist nun der rechte Part mit dem Neighbour-LAN, das über die Richtfunk WLAN-Bridge an mein Heimnetzwerk angeschlossen ist. Der gesamte Netzwerkverbund dürfte nach dieser Erweiterung vielleicht sogar schon in die Definition eines MAN (Metropolitan Area Network) fallen, und nicht mehr nur ein einziges LAN darstellen.

Wichtig in einem solchen Netzwerkgebilde ist die korrekte Konfiguration der einzelnen Router. Bereits durch kleinste Fehler vorallem in den Routing-Tabellen passiert es so nämlich äußerst schnell, dass man einzelne Netzwerksegmente isoliert und vom restlichen Netzwerkverbund abtrennt. Ab einem gewissen Komplexitätsgrad empfiehlt es sich auch, über den Einsatz dynamischer Routingprotokolle nachzudenken. Dies stellt zwar wieder Anforderungen an die verwendeten Router, reduziert einmal richtig eingerichtet den Administrationsaufwand bei wachsenden Netzwerken jedoch enorm. So muss jeder Router prinzipiell nur noch sein eigenes LAN kennen, alle Informationen über andere vorhandene Netzwerksegmente lernt der Router dynamisch von seinen Nachbarroutern. Ich habe in meinem gesamten oben abgebildeten Netzwerk mittlerweile RIP in der Version 2 erfolgreich im Einsatz. Es gibt zwar deutlich leistungsfähigere Routingprotokolle, in meinem gesamten Netzwerkverbung gibt es allerdings zwei Router, welche ausschließlich RIP beherrschen. Daher bildete RIPv2 sozusagen den kleinsten gemeinsamen Nenner.

Fazit

In meinem konkreten Fall konnte ich nach etwas Feinjustierung der beiden Antennen und geschickter Frequenzwahl eine stabile WLAN-Verbindung zwischen den beiden LANs herstellen. Die zusätzliche Latenz liegt bei 1-2 ms, ist also vernachlässigbar. Die Übertragungsraten liegen netto bei Messung über FTP bei guten 15 Mbit/s. Dies mag für ein LAN zwar relativ langsam klingen, im Vergleich zur VPN-Alternative ist diese allerdings gut um das zehnfache schneller. Außerdem fallen bei der WLAN-Lösung nur ein einziges Mal gewisse Anschaffungskosten an. Bei einem VPN-Tunnel wären Monat für Monat weitere laufende Kosten für einen schnellen Breitband Internetanschluss fällig.

Alles in Allem war die Erweiterung des Heimnetzwerkes über eine WLAN-Richtfunkverbindung ein voller Erfolg. So ist nun in dem neu angeschlossenen LAN sogar eine Anmeldung an einer Windows-Domäne im ursprünglichen Home-LAN mit akzeptabler Geschwindigkeit möglich. Die nächtlichen Stunden werden zudem dazu genutzt, den zentralen Netzwerkspeicher des Heimnetzes auf einen Backupspeicher im 100m entfernten Haus zu synchronisieren. Die Wireless LAN Technologie bietet also viel mehr, als einfach nur innerhalb der eigenen vier Wände kabellos surfen zu können.

Downloads

• network.pdf: Netzwerkplan als PDF