Was tun, wenn die Schnittstellen

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1 Die Brücke zwischen Kupfer und Glas, Verbindung zwischen Kupfer und Glas AUF EINEN BLICK helfen Brücken im Netzwerk zu schlagen und Lücken zu schließen. Neue Technologien und Lösungen zeigen sich auf dem Markt der Kommunikations- und Medientechnik. Wo und wie setzt man diese ein? Dort, wo verschiedene Medien wie z.b. Kupfer und aufeinandertreffen, muss vermittelt werden. tun dies und eröffnen noch viele weitere Einsatzmöglichkeiten. Was tun, wenn die Schnittstellen im Netzwerk nicht den Anforderungen entsprechen? Was tun, wenn die Übertragungslänge begrenzt ist? Was tun, wenn die Übertragungsbandbreite begrenzt ist? Was tun, wenn optische Schnittstellen beim Switchhersteller zu teuer sind? Dies sind Fragen, die oft gestellt werden und auf die es oftmals eine Antwort gibt. Hier finden Sie einen Leitfaden, der Ihnen als Wegweiser für die häufigsten Problemstellungen und Anwendungen dienen soll. Anforderungen und Anwendungsgebiete Aufgrund historischer Entwicklungen und unterschiedlicher Anforderungen an das Übertragungsmedium kommt es oft zu einem Problem, wenn zwei verschiedene Medien wie z. B. Kupfer und Lichtwellenleiter (LWL) aufeinandertreffen. Abhilfe schafft hier die sog. Medienkonversion. Bisher: lokales Netz mit Kupferverbindungen Wurde in der Vergangenheit noch ausschließlich auf Kupferleitungen übertragen, so hält im LAN (Local Area Network) die immer mehr Einzug. Doch was passiert, wenn der Switch eine Kupferschnittstelle (z.b. RJ-45) hat, die Anbindung der Etagenverteilung in der strukturierten Verkabelung aber über bewerkstelligt werden soll? Man könnte den alten Switch durch einen neuen mit anschluss ersetzen. Als kostengünstigere Variante kann aber auch ein Übertragungstechnik findet man sowohl in der ITK-Welt als auch in der Automatisierungstechnik DEFINITION Quelle: Schobert sind im Netzwerkbereich eingesetzte Geräte, die Netzwerksegmente unterschiedlicher Medien miteinander verbinden und damit die übertragenen Daten physikalisch von einem Medium auf das andere umsetzen. MIT ODER OHNE MANAGEMENT? Für eine simple Punkt-zu-Punkt-Verbindung, die leicht zugänglich ist oder einfach nicht überwacht werden muss, benötigt der Betreiber i.d.r. kein Management. Konverter in kritischen Anwendungen hingegen mit höchster Verfügbarkeit gehören zu den zu überwachenden Geräten, da sonst ein»blinder Fleck«im Netzwerk entsteht. Generell bietet der Markt zwei Arten von Managementmethoden an. Beim In-Band-Management reserviert man dienen, der das Signal von Kupfer auf umsetzt. Neuerdings wird von der herkömmlichen strukturierten Verkabelung (Bild 1) mit ihren Bereichen Primär-, Sekundär- und Tertiärverteilung abgewichen. Dabei wird die bis zum Büro oder gar bis zum Schreibtisch (fiber to the office bzw. fiber to the desktop) geführt. Eine solche Struktur mit sogenanntem Collapsed Backbone (Bild 1) macht den Einsatz von Lichtwellenleitertechnik unumgänglich. Aufgrund der größeren Längen zwischen dem zentralen Verteilpunkt und den aktiven Netzkomponenten muss die Anbindung mit LWL realisiert werden. Um die Migration von Kupfer auf diese neue Struktur reibungslos zu gestalten, finden von Kupfer auf Einsatz. Sowohl bei 10/ 100Base-TX als auch bei 1000Base-TX findet man eine Medienumsetzung mittlerweile als absoluten Standard. Kupferleitungen bieten oft sehr limitierte Übertragungslängen (laut Empfehlungen nur bis 100m, ohne Regeneration). Signale, die über Kupfer nur 100m Reichweite erreich- einen kleinen Teil der Übertragungsbandbreite für Kontrolldaten. Die Überwachung erfolgt also über die anbindung selbst. Beim Out-of-Band-Management greift das System auf eine externe Datenanbindung (z.b. Internetanbindung) zurück, für die Überwachung der Konverter. Beide Varianten ermöglichen den Fernzugriff und die Fernwartung etwa aus einem zentralen NOC (Network Operation Center). 62 de 15 16/2008

2 Drucker oder Installations- Hub/Switch Drucker Twisted Pair Twisted Pair Etagenverteiler (Switch) oder Installations- Hub/Switch Zentraler Switch Twisted Pair Kupfer/ Zentraler Switch Twisted Pair Server Server Bild 1: Vergleich: Collapsed Backbone (links), strukturierte Verkabelung (rechts) ten, lassen sich nun bis zu 2km ohne Probleme übertragen. Neben Konvertern mit fixen Optiken (Bild 2) stehen neuerdings Konverter mit steckbaren Optiken, sog. SFP-Transceiver (oft auch Mini-GBIC genannt) zur Verfügung (Bild 3). Zu beachten ist, dass der 1000Base-SX Standard (850nm) über Multimode- eine Übertragungsdistanz von maximal 550m definiert. Mit speziellen Optiken erreichen aber Gigabit-Ethernet-Signale Ziele bis zu 2km über Multimode-Faser. Eine Übersicht zu den verschiedenen Übertragungsanwendungen und deren Medien zeigt die Tabelle, S. 64. Besteht die Anforderung, z. B. von einem zentralen Switch in einem Serverraum aus viele Signale umzusetzen, so stehen für den Einbau in den Übertragungsschrank neben den gezeigten Stand-alone-Konvertern auch modular erweiterbare 19"-Varianten zur Verfügung (Bild 4). Ein zentraler Switch mit Stromversorgung und Managementfunktion (Kasten, siehe S. 62) ermöglicht den Nach-und-nach-Ausbau von Umsetzungen auf dichtestem Raum. Gigabit Ethernet entwickelte sich mittlerweile auch zu einem der Standardprotokolle im LAN. Trotzdem Bild 2: fixe Optik Bild 3: mit austauschbarer Optik Bild 4: 19"-Rack Varianten von Netzknoten: Switch, früher übernahmen sog.»bridges«dessen Aufgabe de 15 16/

3 ÜBERTRAGUNGSSCHNITTSTELLEN Schnittstelle/Protokoll Anwendung Bereich Bitrate Medium E1 M30, PDH Telekommunikation 2,048Mbit/s Kupfer, LWL, Luft E3 M480, PDH Telekommunikation 34,368Mbit/s Kupfer, LWL, Luft FE Fast Ethernet Datenkommunikation 125Mbit/s Kupfer, LWL, POF, Luft STM-1 SONET/SDH Telekommunikation 155,52Mbit/s LWL, Luft STM-4 SONET/SDH Telekommunikation 622,08Mbit/s LWL, Luft GE Gigabit Ethernet Datenkommunikation 1,25Gbit/s Kupfer, LWL, Luft 1GFC Fibre Channel Storage 1,0625Gbit/s LWL, Kupfer 2GFC Fibre Channel Storage 2,125Gbit/s LWL, Kupfer STM-16 SONET/SDH Telekommunikation 2,488Gbit/s LWL, Luft 4GFC Fibre Channel Storage 4,25Gbit/s LWL, Kupfer 4GFC Fibre Channel Storage 8,5Gbit/s LWL, Kupfer STM-64 SONET/SDH Telekommunikation 9,95Gbit/s LWL 10GE 10 Gigabit Ethernet Datenkommunikation 10,7Gbit/s LWL, Kupfer Gegenüberstellung von Schnittstellen- bzw. Protokollbezeichnung besteht die Anforderung, die existierenden 10/ 100Base-TX-Infrastrukturen mit zu integrieren. Spezielle 10/ 100/ 1000Base-TX übertragen alle drei Geschwindigkeiten. Oftmals klagt man über den hohen Preis für optische Schnittstellen bei den großen Herstellern für LAN-Komponenten. Scheinbar ein offenes Geheimnis, bekannte Firmen verlangen teilweise stark überteuerte Preise für SFPs (Mini GBICs). Auch hier kann der Einsatz eines s in Verbindung mit den günstigen Kupferschnittstellen des Switch-Herstellers eine kosteneffiziente und pragmatische Alternativlösung bieten, ohne den Garantieschutz des Herstellers zu verlieren. Bild 5: Mehrfach- (oben), SFP (Mitte) sowie CWDM (unten) Fernverbindungen über das WAN Im WAN (Wide Area Network) im Allgemeinen und in Zugangs- und Metronetzen im Speziellen spielt die Medienkonversion eine immer wichtigere Rolle. Die bestehenden SONET/ SDH-Übertragungen (siehe dazu Glossar) existieren zwar weiterhin, doch die Tendenz geht klar in Richtung IP/Ethernet-Protokolle. In einem einfachen Ansatz kann man die auf Singlemode Lichtwellenleiter basierenden WAN-Netze als erweitertes LAN ansehen. Für die Anbindung ins WAN stehen standardmäßig 1000Base-LX Optiken Bild 7: Optischer Richtfunk Bild 6: POF- (z. B. SFPs, 1310nm über ein Faserpaar) zur Verfügung. Höhere Distanzen Um über 10km hinweg zu übertragen, stehen SFPs (Mini-GBICs, Tranceiver) für bis zu 120km zur Verfügung. Damit lassen sich Anbindungen bis weit ins WAN hinein realisieren ein Thema insbesondere für die Provider. Höhere Bandbreite Um dem ständig wachsenden Bandbreitenbedarf Rechnung zu tragen, muss aus Kosteneffizienzgründen pro Faserpaar oft mehr als nur ein Service übertragen werden. Hier bietet sich die Technologie des Wavelength Division Multiplexing (Wellenlängen-Multiplex, CWDM, DWDM) an: eine Methode, mit dessen Hilfe auf einem Faserpaar mit einfachsten Hilfsmitteln bis zu 16 Kanäle in beide Richtungen ihr Ziel erreichen (Bild 5). Als logische Konsequenz der Bandbreitenerhöhung von 100Mbit/s auf 1Gbit/s folgt nun der Schritt hin zu 10Gbit/s. Der Standard 10G-Ethernet hält nun bei allen namhaften Switchherstellern Einzug. Um auch hier den oftmals horrenden Preisen für entsprechende XFP- oder XENPAK-Optiken (Tranceiver, siehe Glossar) der Switchhersteller zu entgehen, bietet sich der 64 de 15 16/2008

4 Erwerb von OEM-Ware oder der Einsatz von 10G n an. Demarkation Die neueste Gerätegeneration von Switches und Routern nehmen zumeist steckbare Optiken (SFP, GBIC, XFP) auf. Damit lässt sich die optische Schnittstelle entsprechend den Anforderungen direkt anpassen. Dies ist eine sehr kostengünstige Alternative. Oftmals ist dies aber nicht gewünscht, denn es handelt sich nicht selten um unterschiedliche Betreiber im LAN (Rechenzentrumsbetreiber) und im WAN (Carrier). Um ein LAN von einem WAN zu trennen, kommen deshalb zum Einsatz. Ausgestattet mit Managementfunktionalitäten ermöglichen diese dem Betreiber der WAN-Übertragung eine lückenlose Fernüberwachung. tieren spezielle Medienumsetzer in Industrieausführung. POF spezielle Art der Medienkonversion Ein besonders neuartiges Übertragungsmedium stellt die Polymer-optische Faser (POF) dar. Kunststoff-Lichtwellenleiter sind sich durch eine hohe Flexibilität gekennzeichnet. Sie haben ein sehr geringes Gewicht und sind sehr leicht selbst von Laien zu bearbeiten. Damit entfällt der große Aufwand, der bei Multimode- und Singlemode-Lichtwellenleitern für die Steckerkonfektionierung aufgebracht werden muss. Allerdings: Die relativ hohe Dämpfung der POF lässt nur Übertragungen bis zu ca. 50m zu. Damit eignet sich diese Technologie ideal für In-House-Netze und den Heimbereich. Heute erhältliche bieten bereits eine direkte Umsetzung von Ethernet auf POF an (Bild 6). Industrie und Automatisierung Ethernet-Netze durchdringen auch immer mehr das industrielle Umfeld. Moderne Maschinensteuerungen und industrielle Anlagen verfügen bereits über 10/100Base-TX-Schnittstellen. In Verbindung mit dem Einsatz von n mit Ihren Vorzügen wie Störunempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischer Abstrahlungen, galvanischer Trennung, längerer Übertragungsstrecken sowie hoher Zuverlässigkeit besteht auch in dieser Umgebung Bedarf nach einer flexiblen Medienumsetzung. Das industrielle Umfeld unterscheidet sich jedoch grundlegend vom Einsatz aktiver Komponenten im Büroumfeld. Schnelle Inbetriebnahme, hohe Anforderungen an die Robustheit, Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit der Anlagen sind hier in hohem Maße gefordert. Für diesen äußerst anspruchsvollen Einsatz exis- de 15 16/

5 GLOSSAR SONET/SDH: Synchronous Digital Hierarchy (SDH), eine Multiplextechnik im Bereich der Telekommunikation, die das Zusammenfassen von niederratigen Datenströmen zu einem hochratigen Datenstrom erlaubt. 1000BaseTX: 1Gbit/s über Kupferkabel ab CAT-5 (100m) 1000Base SX: 1Gbit/s über Multimode- (50m und 62,5m, 550m bzw. 300m) bei 850nm 1000Base LX: 1Gbit/s über Singlemode- bis 10km bei 1310nm 1000Base ZX: 1Gbit/s über Singlemode- bis 70km bei 1550nm SFP/Mini-GBIC: Transceiver im Small- Form-Pluggable-Format gemäß Multi Source Agreement für die Umsetzung von elektrischen in optische Signale; Datenraten: 2Mbit/s bis 4,25Gbit/s, Multimode- und Singlemode-, 850nm, 1310nm, 1550nm, CWDM und DWDM. XFP: Transceiver im Small-Form-Pluggable-Format gemäß Multisource Agreement für die Umsetzung von elektrischen in optische Signale; Datenraten: 9, ,7Gbit/s, Multimode- und Singlemode-, 850nm, 1310nm, 1550nm, CWDM und DWDM. XENPAK: Transceiver gemäß Multisource Agreement für die optisch-elektrische Umsetzung; Datenraten: 10Gigabit Ethernet Standard, Multimodeund Singlemode-, 850nm, 1310nm, 1550nm und DWDM. OEM-Ware: Unter einem Original Equipment Manufacturer (Originalausrüstungshersteller) versteht man dem Wortsinn nach einen Hersteller fertiger Komponenten, der diese in seinen eigenen Fabriken produziert, sie aber nicht selbst in den Handel bringt. In der Transceiver-Branche, in der Systemhersteller wie Cisco oder HP eine dominierende Rolle spielen, wird der Begriff OEM-Ware für Produkte verwendet, die den Maßgaben der großen Hersteller entsprechen, aber aus anderen Kanälen als denen der Hersteller entstammen. NOC: Network Operation Center Durch die Luft Wird der freie Raum zwischen zwei Punkten, also die Luft als Übertragungsmedium genutzt, so spricht man von optischer Freiraumübertragung. Besteht zwischen zwei zu verbindenden Kommunikationseinrichtungen keine Möglichkeit einer draht- (auch Glas-) gebundenen Medienverbindung, so kann eine Freiraumübertragung in Erwägung gezogen werden. Hier unterscheidet man zwischen Verbindungen mittels optischer Systeme im Infrarotbereich sowie dem Richtfunk. Bei der Infrarot-Übertragungstechnik spricht man auch von dem optischem Richtfunk oder Free Space Optics (FSO). Voraussetzung dazu ist eine Sichtverbindung zwischen diesen beiden Punkten. Generell können FSO-Systeme (Bild 7) im Freien, aber auch im Innenbereich zur Übertragung durch Fensterglas zum Einsatz kommen. Die Datenraten reichen bis zu 1,25Gbit/s (Gigabit Ethernet) und die Übertragungsdistanzen bis über 1km. Mikrowellen-Richtfunk (im Ghz-Bereich), der über lange Jahre die einzige Basis darstellte, weite Strecken zu überbrücken, ist weiterhin eine Möglichkeit, Luft als Übertragungsmedium zu nutzen. Wir kennen diese Technik, wie sie bereits vor 50 Jahren von der damaligen Deutschen Bundespost (heute Telekom) zum Einsatz kam: Richtfunkstrecken über mehr als 50km von den Fernsehtürmen aus. Wie Spargel»schossen«die Fernsehtürme einerseits als technische Notwendigkeit, andererseits als touristische Anziehungspunkte aus dem Boden, erstmalig 1957 in Stuttgart, später auch in anderen Städten, wie in München (Bild 8). Dr. Peter Grotz, Laser 2000 GmbH Leiter Marktbereich Netzwerktechnik, Sigurd Schobert, Redaktion»de«Quelle: Schobert Bild 8: Fernsehturm in München, auf einer Höhe von 180m erkennt man auf Plattformen rund um die Technikräume die Richtfunkantennen (Parabolantennen, Hornstrahler) der Carrier- Netze MEHR INFOS Weiterführende Artikel Durch 1 mm Glas hindurch,»de«6/2008, S. 72 Spleißablage im Steckergehäuse (Serie),»de«7/2008, S.102 Seminare OTDR-Messung: Spezialseminar für Techniker und Monteure, die bereits einschlägige Erfahrung gesammelt haben Buch/Broschüre zum Thema DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing, Pocket Guide, JDSU- Kommunikationsmesstechnik, (Techn. Bibliothek) Broschüre: Optische Netzwerktechnik/ Network Solutions, Laser 2000 Industrial Ethernet, vom Büro an die Maschine, Band I, Ronald Dietrich, Harting Electric GmbH Links Noch Fragen? Sigurd Schobert Telefon: (089) schobert@de-online.info 66 de 15 16/2008