Selbst mit dem neuen WLAN 6 und 160 MHz breiten Kanälen ist WLAN nur ca. 6,32% schneller als Gigabit-Ethernet (Client mit zwei Antennen), schon mit 80 MHz Kanalbreite jedoch langsamer. Unter optimalen Bedingungen schafft 802.11ax in meinem Test maximal 1009 MBit/s TCP Throughput, während Gigabit-Ethernet eine tatsächliche Geschwindigkeit von 949 MBit/s liefert. Gegenüber der vermarkteten Brutto-Datenrate hat WLAN in meinem Versuch einen Wirkungsgrad von etwa 42,04%, während Gigabit-Ethernet auf 94,9% kommt.
Ist WLAN schneller als LAN?
Im Test unter optimalen Bedingungen (MCS 11, keine anderen WLANs) habe ich getestet, ob WLAN schneller als LAN ist. Das Ergebnis: WLAN ist nur in Ausnahmefällen schneller als LAN. Denn von der theoretischen Datenrate bleibt aufgrund der WLAN-Protokolle nach 802.11 (Management Frames, Clear Channel Assessment) sowie aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Übertragungsmediums weit weniger Geschwindigkeit in der Praxis übrig. So kommt es, dass in meinem Test WLAN 6 nur unter Einsatz von unverschämten 160 MHz breiten Kanälen circa 60 MBit/s schneller als Gigabit-LAN ist. Bei weniger Kanalbreite (80 MHz, 40 MHz oder 20 MHz) oder unter älteren WLAN-Standards (da kein 1024-QAM verfügbar) ist WLAN immer langsamer als LAN.
Für meinen Test habe ich einen WLAN 6 fähigen WLAN Access Point verwendet. Dieser unterstützt 160-MHz-Kanäle und verfügt über einen 2,5-Gbit/s-Ethernet-Port. Zum Testen habe ich zwei Endgeräte etwa 3 Meter unter Sichtverbindung aufgestellt. Diese sind mit dem Intel AX200 ausgerüstet. Der WLAN-Chip unterstützt zwei Spatial Streams sowie ebenfalls 160-MHz-Kanäle. Die meisten Endgeräte wie Notebooks und Smartphones werden aus Energiespargründen und aus Platzmangel mit maximal zwei Antennen ausgerüstet, obwohl WLAN 6 theoretisch bis zu 9,6 Gbit/s übertragen kann, wenn 8 Antennen zum Einsatz kommen. Damit repräsentieren meine Endgeräte im Test realistische WLAN-Geschwindigkeiten, auch im Premium-Segment.
WiFi 6 schneller als LAN?
Die folgende Tabelle zeigt die möglichen Geschwindigkeiten mit handelsüblichen Endgeräten unter Verwendung von WLAN 6 und unterschiedlichen Kanalbreiten. Der TCP Throughput wurde mit Hilfe von iPerf ermittelt und zeigt die Geschwindigkeit von Access Point in Richtung Endgerät. Den Access Point habe ich dabei mit 2,5 GBit/s über Ethernet zum iPerf-Server verbunden.
| WLAN 6, 160 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 80 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 40 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 20 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | |
|---|---|---|---|---|
| Client (Intel AX200, 2 Spatial Streams) | 1009 MBit/s | 665 MBit/s | 431 MBit/s | 218 MBit/s |
| Theoretische Datenrate max. | 2402 MBit/s | 1201 MBit/s | 573,5 MBit/s | 286,8 MBit/s |
| Wirkungsgrad | 42,01% | 55,37% | 80,19% | 76,01% |
Mit Ausnahme von 160 MHz breiten Kanälen ist LAN stets schneller als WLAN. WLAN 6 kann aber schneller als Gigabit-Ethernet sein, sofern 160 MHz Kanäle verwendet werden und die 1024-QAM-Modulation mit 5/6 Coding zum Einsatz kommt (MCS 11). Unter optimalen Bedingungen sind so theoretisch Datenraten von 2402 MBit/s möglich, sofern handelsübliche Endgeräte mit 2 Antennen (2 Spatial Streams) verwendet werden. Sinkt die Qualität der Datenverbindung auf MCS 10, fällt die erwartbare Datenrate auf 2161,8 MBit/s zurück.
Damit ist WLAN nur in seiner neuesten Generation schneller als Gigabit-LAN. Und zwar nur dann, wenn die Bedingungen optimal sind. Optimale Bedingungen liegen dann vor, wenn die Signalstärke am Endgerät -43 dBm oder besser beträgt (bei 160-MHz-Kanälen). Schon 2 dB weniger genügen für den Wechsel von MCS 11 auf MCS 10. Entsprechende Signalstärken sind meist nur in der Nähe des WLAN-Routers möglich. Steht ein Endgerät in einem anderen Zimmer als der WLAN Access Point, dann ist Gigabit-LAN immer schneller als WLAN.
Wie schnell ist WLAN?
In einem weiteren Test habe ich gemessen, wie schnell WLAN ist, wenn sowohl Sender als auch Empfänger per WLAN verbunden sind. Dazu habe ich den iPerf-Server statt über Kabel direkt ins gleiche WLAN eingebunden. Die Tabelle zeigt die Downstream-Geschwindigkeit des Clients sowie die Upstream-Geschwindigkeit des iPerf-Servers an.
| WLAN 6, 160 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 80 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 40 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | WLAN 6, 20 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | |
|---|---|---|---|---|
| Client (Intel AX200, 2 Spatial Streams) | 303 MBit/s | 339 MBit/s | 148 MBit/s | 112 MBit/s |
| iPerf-Server (Intel AX200, 2 Spatial Streams) | 301 MBit/s | 337 MBit/s | 147 MBit/s | 111 MBit/s |
| Summe | 604 MBit/s | 676 MBit/s | 295 MBit/s | 223 MBit/s |
Glaubt man den Herstellern von WLAN-Produkten, liegt der grundsätzliche Vorteil im neuen WLAN-Standard vor allem in der gleichzeitigen Kommunikation mehrerer Endgeräte. Das nennt man dann MU-MIMO. Technologisch stimmt diese Aussage. Marketingfachleute übertreiben aber gerne, ich spreche aus Erfahrung.
Und so könnte man meinen, WLAN 6 kann die Geschwindigkeiten im WLAN pro Endgerät 1:1 skalieren. Da aber auch WLAN 6 den Eigenschaften vom elektromagnetischen Spektrum unterliegt, teilt sich die mögliche Geschwindigkeit im WLAN unter allen Endgeräten auf (Airtime). In Summe steht insgesamt etwas weniger TCP Throughput als maximal möglich für die Teilnehmer zur Verfügung, da der Datenverkehr vom CSMA/CA-Protokoll koordiniert werden muss. Dies kostet zwar Kapazität, aber nur so kann das WLAN im Shared Medium störungsfrei arbeiten.
Meine Tabelle zeigt diesen Umstand eindeutig: Bereits bei intensiven Datenanforderungen durch zwei Teilnehmer sinkt die Gesamtdatenrate in meinem Test. Im Beispiel eines 160 MHz breiten Kanales sinkt der TCP Throughput auf 604 MBit/s, wohingegen bei nur einem Teilnehmer noch 1009 MBit/s über WLAN geliefert werden konnten.
Warum ist LAN schneller als WLAN?
Wie man sieht, ist WLAN gegenüber Kabelverbindungen aufgrund der halb-duplex Charakteristik des Übertragungsmediums physikalisch im Nachteil. Sind mehr als 1 Endgeräte im WLAN unterwegs, ist eine Gigabit-Kabelverbindung erst recht schneller – sogar in beide Richtungen gleichzeitig! Wenn es die Anforderung zulässt, ist ein Kabel gegenüber WLAN daher zu bevorzugen.
| Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3) | |
|---|---|
| Tatsächliche Datenrate | 949 MBit/s |
| Theoretische Datenrate max. | 1000 MBit/s |
| Wirkungsgrad | 94,9% |
Warum ist mein WLAN langsamer als LAN (Kabel)?
Der Unterschied, warum WLAN langsamer als LAN im Kabel ist, ergibt sich aus dem verwendeten Übertragungsmedium. Während im Gigabit-LAN gleichzeitig in beide Richtungen mit voller Geschwindigkeit Daten übertragen werden können, kann bei WLAN die Datenübertragung zwar in beide Richtungen stattfinden, nicht jedoch zur gleichen Zeit (halb-duplex).
Das sogenannte Clear Channel Assessment (CCA) im WLAN nach IEEE 802.11 sorgt dafür, dass vor einer Datenübertragung immer zuerst vom Sender überprüft wird, ob der Funkkanal frei, d.h. ohne eine im Moment durchgeführte Datenübertragung, ist. Erst wenn kein anderer Teilnehmer sendet, darf ein Teilnehmer mit der eigenen Datenübertragung starten (CSMA/CA).
Da beim CSMA/CA-Verfahren auch andere WLANs in Reichweite berücksichtig werden (sofern diese von den Teilnehmern mit -85 dBm oder besser empfangen werden), spricht man beim elektromagnetischen Spektrum auch von einem Shared Medium.
In der Folge müssen sich alle Teilnehmer das begrenzte lizenzfrei nutzbare elektromagnetische Spektrum im 2,4-GHz und 5-GHz-Band (bzw. 6 GHz-Band) teilen. Die gesamt verfügbare Kapazität muss zwischen den einzelnen WLAN-Teilnehmern aller in Reichweite befindlicher WLANs (wenn größer -85 dBm) aufgeteilt werden. Aus der verfügbaren Kapazität im WLAN (Airtime) und den möglichen Datenraten am Endgerät ergibt sich dann unter Berücksichtigung des jeweiligen Bandbreitenbedarfs die maximal nutzbare Anzahl der Endgeräte im WLAN.
Wie langsam oder schnell das WLAN dann tatsächlich ist, hängt stark von der technischen Ausstattung des Endgerätes sowie der Anzahl der Endgeräte ab. Hierbei ist vor allem der unterstützte WLAN-Standard und die Antennenanzahl ausschlaggebend.
Warum ist mein LAN langsamer als mein WLAN?
Im Gegensatz zum WLAN nutzt Gigabit-Ethernet kein Shared Medium, sondern ein dediziertes Medium. Konkret bedeutet das, dass pro Teilnehmer ein eigenes Übertragungsmedium verwendet wird. Dabei handelt es sich um ein Kabel mit verschiedenen Adernpaaren zur gleichzeitigen Datenübertragung in beide Richtungen (Voll-Duplex). Da man so auf Mechaniken zur Kollisionserkennung (CSMA/CD) verzichten kann, erhöht sich die tatsächliche Geschwindigkeit der Datenübertragung.
Daher wird Gigabit-Ethernet in aller Regel schneller als WLAN sein. Wenn das Kabel beschädigt ist und dadurch Adernpaare beschädigt wurden, könnte die Kabelverbindung aufgrund der vorhandenen Abwärtskompatibilität auf Fast-Ethernet mit 100 MBit/s zurückfallen. Diese Möglichkeit besteht auch bei Kabeln über 100 Metern Länge. In diesem Fall wäre LAN langsamer als WLAN.
Was ist besser WLAN Verstärker oder LAN-Kabel?
Bei der Anbindung von Endgeräten ist das Kabel also stets einer WLAN-Verbindung vorzuziehen, sofern Mobilität kein Problem darstellt. Denn von den bei WLAN 6 beworbenen fantastischen Datenraten mit bis zu 9,6 GBit/s bleiben je nach Ausstattung des Endgerätes nur noch 2,4 GBit/s übrig. Wie meine Messung zeigt, sind davon unter optimalen Bedingungen lediglich etwa 1009 MBit/s tatsächlich nutzbar. Mit mehreren Endgeräten im WLAN sinkt die Übertragungsrate weiter. In meinem Test senkt bereits ein zweites Endgerät unter Vollauslastung die Gesamtgeschwindigkeit im WLAN um durchschnittlich etwa 17%.
Bindet ihr Endgeräte per Kabel an, schafft ihr mehr Kapazität zur Datenübertragung. Immerhin müsst ihr jedem Endgerät ein eigenes Kabel spendieren. Aufgrund der zusätzlichen Kapazität empfehle ich euch immer den Einsatz von WLAN Access Points, wenn ihr euer WLAN erweitern wollt. Da WLAN Access Points ebenfalls per Kabel angebunden werden und sogar auf einem anderen WLAN-Kanal eingesetzt werden können, schafft ihr ebenfalls mehr Kapazität. Wenn ihr dahingegen WLAN Verstärker bzw. Repeater einsetzt, müsst ihr euch das Spektrum wiederum teilen und ihr habt die oben beschriebenen Nachteile.
Übrigens: Der Einsatz von WLAN-Repeatern führt in den meisten Fällen zur Geschwindigkeitseinbußen. Wenn ihr einen WLAN Verstärker falsch einsetzt, kann euch das bis zu 74,46% Geschwindigkeit kosten!
Was bringt ein 2,5-GBit-LAN-Anschluss am Router?
Nachdem nun klar ist, wieso Gigabit-LAN in praxisnahen Anwendungsfällen bereits ohnehin schneller als WLAN ist, möchte ich darauf eingehen, weshalb Hersteller im High-End bzw. Profi-Segment dazu übergehen, schnellere 2,5-GBit/s-Ports zu verbauen. Dazu habe ich in einer Messung untersucht, welche Geschwindigkeitsanforderungen am Ethernet-Port entstehen, wenn zwei Endgeräte gleichzeitig per WLAN ihre Daten von einem iPerf-Server (per Kabel angebunden) beziehen.
| WLAN 6, 160 MHz, 0.8 µs GI, 1024 QAM 5/6 | |
|---|---|
| Client A (Intel AX200, 2 Spatial Streams) | 488 MBit/s |
| Client B (Intel AX200, 2 Spatial Streams) | 466 MBit/s |
| Summe | 954 Mbit/s |
Der Test zeigt, dass mehrere Endgeräte nicht zu erhöhtem Aufkommen an der Kabelschnittstelle führen. Im Gegenteil: Aufgrund des Clear Channel Assessment (CCA) sinkt die Gesamtgeschwindigkeit aller WLAN-Teilnehmer leicht, da die Geräte ihre Kommunikation aufeinander abstimmen müssen (1009 MBit/s zu 954 MBit/s).
Allein durch den Blick auf die Messergebnisse könnten wir somit nicht erklären, weshalb einige Hersteller ihre WLAN-Router und Access Points mit schnelleren 2,5-GBit/s-Schnittstellen ausrüsten. Die Ursache erschließt sich erst, wenn man in die Betrachtung die Möglichkeiten moderner WLAN Access Points mit einbezieht. Stichwort Dualband-Router bzw. Triband-Router. Solche Modelle bieten WLAN gleichzeitig sowohl im 2,4-GHz-Band als auch im 5 GHz-Band an. Wenn ihr nun die Geschwindigkeitsanforderungen beider Frequenzbänder addiert, dann wird die 1-GBit/s-Marke recht schnell geknackt.
Professionelle WLAN Access Points können zudem zwei WLANs im 5 GHz-Band aufspannen, was die Anforderung an die Ethernet-Schnittstelle ebenfalls erhöht.
