Wenn ich gefragt werde, warum WLAN abends schlechter wird, höre ich meistens als Erklärung: „Die Nachbarn sind alle zu Hause.“ Das stimmt, aber es beschreibt nur die Oberfläche. Was dahinter steckt, ist ein fundamentales Prinzip der 802.11-Architektur, das sich in keiner Konfiguration der Welt vollständig wegkonfigurieren lässt: WLAN ist ein Shared Medium, und der Mechanismus, der den Zugriff darauf regelt, ist von Haus aus kollisionsempfindlich.
In diesem Artikel erkläre ich, was physikalisch und auf MAC-Ebene passiert, wenn abends alle gleichzeitig senden. Und was WLAN 6 strukturell besser macht.
Die Wurzel des Problems: CSMA/CA und der DCF
Das IEEE 802.11 WLAN verwendet für den Medienzugriff das Verfahren CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Dieses ist Bestandteil der Distributed Coordination Function (DCF), dem grundlegenden Zugriffsmechanismus der MAC-Schicht.
- Carrier Sense (Kanalprüfung):
Ein Gerät prüft vor dem Senden, ob das Medium frei ist. Dies erfolgt über zwei Mechanismen: Physical Carrier Sense mittels Clear Channel Assessment (CCA) und Virtual Carrier Sense über den Network Allocation Vector (NAV) - DIFS (DCF Interframe Space):
Ist der Kanal frei, wartet das Gerät zunächst eine definierte Zeit:
DIFS = SIFS + 2 × SlotTime. Typische Werte (PHY-abhängig): 802.11a: 34 µs, 802.11g/n (OFDM, 2,4 GHz): 28 µs, 802.11b: 50 µs. DIFS stellt sicher, dass laufende Frame-Sequenzen (z. B. DATA + ACK), die kürzere Interframe Spaces (SIFS) verwenden, Vorrang haben. - Backoff-Verfahren (Contention Window):
Nach Ablauf des DIFS wählt das Gerät einen zufälligen Backoff-Wert: Bereich: [0, CW], wobei CW das Contention Window ist. Einheit: SlotTime. Der Backoff-Zähler wird nur heruntergezählt, solange der Kanal frei ist. Wird das Medium belegt: Backoff wird eingefroren. Fortsetzung erfolgt nach erneutem freien Kanal + DIFS. - Senden:
Erreicht der Backoff-Zähler den Wert 0: Gerät beginnt mit der Übertragung. Optional kann zuvor ein RTS/CTS-Handshake erfolgen (je nach Konfiguration, siehe unten) - Bestätigung (ACK) und Kollisionsbehandlung:
Nach erfolgreichem Empfang sendet der Empfänger nach einem SIFS ein ACK. Erfolgt ein ACK → Übertragung erfolgreich. Erfolgt kein ACK → Sender nimmt einen Fehler an (z. B. Kollision oder Störung). Wichtig: 802.11 verwendet keine Collision Detection, sondern Collision Avoidance + indirekte Fehlererkennung über ACK. - Binary Exponential Backoff (BEB):
Bei fehlendem ACK: CW wird verdoppelt (bis CWmax). Neuer Backoff wird zufällig gewählt. Bei erfolgreicher Übertragung: CW wird auf CWmin zurückgesetzt
Was das in einem überfüllten Netz bedeutet: Wenn abends 20 Nachbar-Router und 40 Clients auf demselben Kanal aktiv sind, läuft folgendes ab: Das Medium ist fast dauerhaft belegt. Jedes Gerät friert seinen Backoff-Zähler ein und wartet. Bei den wenigen freien Slots versuchen viele Geräte gleichzeitig zu senden und die Kollisionen häufen sich. Jede Kollision verdoppelt das CW des betroffenen Geräts. Ein Gerät, das mehrfach kollidiert, wartet am Ende aus einem CW von 1023 Slot-Zeiten eine zufällige Zahl: Bei 9 µs pro Slot sind das im Worst Case über 9 ms allein für den Backoff, bevor auch nur ein einziger Frame gesendet wird.
Das Ergebnis ist nicht primär ein Bandbreitenproblem, es ist ein Latenzproblem. Speedtests zeigen deshalb abends oft noch halbwegs akzeptable Werte, weil sie auf maximalen Durchsatz optimiert sind. Videokonferenzen, VoIP oder Online-Gaming reagieren dagegen empfindlich auf diese Latenz und den daraus resultierenden Jitter.
WMM (Wi-Fi Multimedia) und AIFS: In modernen Netzen gibt es eine Erweiterung der DCF: WMM (Wi-Fi Multimedia), das auf dem HCF (Hybrid Coordination Function) basiert. Statt eines einheitlichen DIFS nutzt WMM für verschiedene Verkehrsklassen unterschiedliche AIFS (Arbitration IFS) und unterschiedliche CW-Werte. Voice-Traffic startet mit einem sehr kleinen CW (3–7) und kurzem AIFS – er kommt statistisch deutlich früher dran als Best-Effort-Datenverkehr (CW 15–1023). Das ist der Grund, warum VoIP über ein korrekt konfiguriertes WLAN auch unter Last noch funktioniert, sofern der AP WMM korrekt durchsetzt.
Airtime: Das eigentliche knappe Gut
Die Bandbreite (MBit/s) ist das, was Hersteller auf Kartons drucken. Airtime, also die verfügbare Funkzeit pro Zeiteinheit, ist das, was tatsächlich knapp wird.
Jeder Frame, der über einen 802.11-Kanal übertragen wird, belegt Airtime. Wie viel Airtime ein Frame belegt, hängt von der MCS (Modulation and Coding Scheme) ab, mit der er übertragen wird. Ein Frame mit MCS 11 (4096-QAM, aktuell höchste Datenrate) belegt nur einen Bruchteil der Airtime eines identisch großen Frames mit MCS 0 (BPSK 1/2, niedrigste Datenrate).
Das führt zum Legacy-Client-Problem: Ein einzelnes altes WLAN-4-Gerät (802.11n) oder ein weit entfernter Client mit schlechtem Signal, der mit niedrigem MCS sendet, belegt für dieselbe Datenmenge ein Vielfaches der Airtime eines modernen WLAN-Clients. Er bremst damit effektiv alle anderen Clients im WLAN-Netz aus. Nicht weil er böswillig ist, sondern weil er schlicht mehr Funkzeit braucht. Und dann müssen andere Clients wieder länger warten, um auf das Spectrum zuzugreifen, siehe CSMA/CA und DCF.
Airtime Fairness ist der Mechanismus moderner Access Points, der dagegen wirkt: Statt jedem Client gleich viele Frames zu gönnen (packet fairness), bekommt jeder Client gleich viel Airtime zugeteilt. Langsame Clients senden dann zwar weniger Frames pro Zeiteinheit – aber sie blockieren die Airtime nicht unverhältnismäßig für schnelle Clients. Ob Airtime Fairness auf eurem Access Point aktiviert ist, findet ihr in den erweiterten WLAN-Einstellungen. Übersteigt der dauerhafte Airtime-Bedarf aller Endgeräte über 50%, kann Airtime Fairness das Problem aber kaum mehr umgehen, da die Frames schneller auflaufen, als verteilt werden können.
Das Hidden Node Problem
In einem dichten Mehrfamilienhaus gibt es ein weiteres strukturelles Problem, das CSMA/CA nicht alleine lösen kann: das Hidden Node Problem (verborgener Knoten).
Stellt euch vor: Client A und Client B sind beide mit demselben Access Point verbunden. A und B können sich gegenseitig nicht hören, weil sie auf gegenüberliegenden Seiten des Gebäudes sitzen, durch Wände getrennt. Beide horchen, beide hören das Medium frei, beide senden gleichzeitig. Am Access Point kollidieren die Frames.
CSMA/CA sieht diese Kollision nicht, weil keines der beiden Geräte das andere gehört hat. Das Ergebnis: Erhöhte Kollisionsrate, wiederholte Übertragungen (Retransmissions), reduzierter effektiver Durchsatz.
RTS/CTS (Request to Send / Clear to Send) ist der 802.11-Mechanismus gegen Hidden Nodes: Bevor ein Client einen großen Frame sendet, schickt er zunächst einen kleinen RTS-Frame an den AP. Der AP antwortet mit CTS – und alle anderen Geräte, die dieses CTS hören, wissen: Jetzt muss ich schweigen. RTS/CTS löst das Hidden-Node-Problem, kostet aber selbst Airtime (Overhead). In hoch belasteten Netzen ist die Abwägung nicht trivial und zudem bieten viele Heim-Router keine Option, die Funktion zu aktivieren.
Co-Channel-Interferenz und Adjacent Channel Interferenz
Das nächste Problem, das bei vielen WLAN-Endgeräten gleichzeitig sichtbar wird, ist die Interferenz. Es gibt zwei Arten von Interferenz, die oft verwechselt werden:
Co-Channel-Interferenz (CCI): Mehrere Access Points oder Router senden auf demselben Kanal. Sie stören sich gegenseitig zwar, aber da sie alle dieselbe 802.11-Sprache sprechen, kann CSMA/CA die Kollisionen im Prinzip koordinieren. CCI erhöht die Wartezeiten durch den Backoff-Mechanismus, ist aber das „sauberere“ der beiden Probleme.
Adjacent Channel Interferenz (ACI): Ein Nachbar sendet auf Kanal 3, ihr auf Kanal 1. Die Kanäle überlappen sich im 2,4-GHz-Band. Das Gerät auf Kanal 3 sendet Energie in den Frequenzbereich von Kanal 1, aber da es auf einem anderen Kanal läuft, nimmt CSMA/CA es nicht als „belegt“ wahr. Es entsteht ein nicht-koordinierbares Grundrauschen, das den SNR (Signal-to-Noise Ratio) eures Netzes senkt und eure Clients zu niedrigeren MCS zwingt.
Das ist der Grund, warum im 2,4-GHz-Band ausschließlich die Kanäle 1, 6 und 11 sinnvoll sind – sie sind die einzigen drei vollständig nicht-überlappenden Kanäle in diesem Band. Jeder andere Kanal erzeugt ACI mit mindestens einem benachbarten Netz. Warum ihr auch in deutschland das theoretisch mögliche Setup mit Kanälen 1,5,9 und 13 nicht nehmen solltet, habe ich hier erklärt.
Abends, wenn mehr Nachbarn aktiv sind, verschlimmert sich ACI proportional zur Anzahl der aktiven Sender auf überlappenden Kanälen und CCI proportional zur Anzahl der aktiven Sender auf dem gleichen Kanal.
BSS Coloring: Was WLAN 6 strukturell besser macht
BSS Coloring ist eine der wichtigsten Neuerungen ab 802.11ax (WLAN 6) und direkt auf das Problem der dichten Umgebungen zugeschnitten.
Das Problem vorher: CSMA/CA kann nicht unterscheiden, ob ein empfangenes Signal aus dem eigenen BSS (Basic Service Set, also eurem WLAN-Netz) kommt oder von einem fremden Netz auf demselben Kanal. Jedes Signal über der CCA-Schwelle (Clear Channel Assessment) wird als „Medium belegt“ gewertet – egal woher es stammt. Weit entfernte Nachbar-Netze mit niedrigem Signal können also trotzdem dazu führen, dass euer Gerät den Kanal als belegt wahrnimmt und wartet.
BSS Coloring löst das mit einem einfachen Mechanismus: Jedem BSS wird eine Farbe (ein 6-Bit-Wert, also 63 mögliche Farben) zugewiesen. Diese Farbe wird in jeden gesendeten Frame eingebettet. Empfängt euer Gerät ein Signal, prüft es zunächst die Farbe:
- Gleiche Farbe: Frame kommt aus eurem BSS → normales CSMA/CA, warten
- Andere Farbe (OBSS – Overlapping BSS): Frame kommt von einem fremden Netz, dann Spatial Reuse: Das Gerät kann trotzdem senden, sofern das fremde Signal schwach genug ist, um die eigene Übertragung nicht zu stören
Das Ergebnis in der Praxis: In einem Mehrfamilienhaus mit zehn WLAN-6-Netzen kann jedes Netz deutlich mehr Zeit aktiv senden, weil schwache Signale fremder Netze nicht mehr automatisch zum Stillstand zwingen. Die effektive Airtime pro BSS steigt, auch wenn die physikalische Interferenz dieselbe bleibt (bis zu 46,3%, Berechnung folgt).
OFDMA: Warum WLAN 6 bei vielen gleichzeitigen Clients effizienter ist
WLAN 5 und älter nutzen OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Ein Client belegt für seine Übertragung den gesamten Kanal exklusiv. Solange Client A sendet, kann kein anderer Client senden – egal ob er nur 10 Byte oder 10 MB übertragen will.
WLAN 6 führt OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) ein: Der Kanal wird in kleinere Untereinheiten aufgeteilt – sogenannte Resource Units (RUs). Ein Access Point kann gleichzeitig mehrere Clients bedienen, indem er ihnen unterschiedliche RUs zuweist.
Konkret: Der Access Point weist mehreren Clients gleichzeitig unterschiedliche RUs innerhalb desselben Kanals zu Alle Clients senden bzw. empfangen parallel, synchron koordiniert durch den AP. Für kleine Frames (typisch für IoT, DNS-Anfragen, ACKs) ist das erheblich effizienter, weil diese Frames nicht mehr den vollen Kanal für nur wenige Bytes blockieren.
In einem dichten Haushalt abends, wo viele Geräte kleine Datenpakete senden (Smarthome-Polling, Hintergrund-Syncs, Streaming-Heartbeats), reduziert OFDMA die Overhead-Airtime dieser Kleinübertragungen erheblich.
Wichtig: OFDMA funktioniert nur, wenn sowohl AP als auch Client WLAN 6 unterstützen. WLAN-5-Clients im gleichen Netz kommunizieren weiterhin per OFDM, d.h. sie profitieren von OFDMA nicht direkt, haben aber durch die effizientere Verwaltung der WLAN-6-Clients indirekt mehr freie Airtime zur Verfügung.
Wieso also WLAN abends langsamer wird!
Wenn euer WLAN abends schlechter wird, laufen folgende Mechanismen gleichzeitig ab:
- Mehr aktive Sender -> längere CSMA/CA-Backoff-Zeiten -> höhere Latenz -> langsameres WLAN
- Mehr Legacy-Clients oder schwache Clients -> mehr Airtime pro Frame -> weniger Gesamtairtime für alle -> langsameres WLAN
- Mehr Nachbar-Netze auf überlappenden Kanälen -> Adjacent Channel Interferenz -> schlechterer SNR -> niedrigere MCS -> langsameres WLAN
- Mehr Geräte -> mehr Hidden Nodes -> mehr Retransmissions -> höhere Latenz -> langsamers WLAN
Fazit
„Abends sind mehr Nachbarn zu Hause“ ist richtig – aber es erklärt nicht, was technisch passiert. Der eigentliche Mechanismus ist CSMA/CA unter Last: exponentiell steigende Backoff-Zeiten, Airtime-Hunger durch Legacy-Clients, unkontrollierbare Adjacent-Channel-Interferenz. WLAN 6 adressiert das mit BSS Coloring (Spatial Reuse), OFDMA (parallele Client-Bedienung) und TWT (koordiniertes Aufwachen von IoT-Geräten). Und das macht euer WLAN langsamer!
