Professionelle Datenkommunikation Seite 4-61

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1 Professionelle Datenkommunikation Seite Das Ethernet-Universum Ethernet wurde schon 1980 von DEC, Intel und Xerox vorgestellt, also lange bevor die ersten Token-Ring-Produkte verfügbar waren. Diesen Heim- oder Zeitvorteil hat Ethernet bis heute halten können, Ethernet wurde allerdings mehrfach modifiziert. Ethernet ist also nicht gleich Ethernet! Zum Teil sind die Protokolle sogar zueinander nicht kompatibel. Dies kann häufig zu Problemen führen, wenn mit unterschiedlichen Protokollversionen in einem LAN gearbeitet wird. Bekannt sind bis heute die Varianten Ethernet Version 1 (das allerdings so gut wie nicht mehr eingesetzt wird), Ethernet Version 2, heute noch in der Umgebung von DEC-Rechnern zu finden, das Standard-Ethernet IEEE mit 10 Mbit/s Gesamtleistung, das Fast Ethernet IEEE 802.3u 100BASE-T mit 100 Mbit/s Gesamtleistung, das Dedicated Ethernet, was die Leistung der letzten beiden Varianten mit einem Switch für jede angeschlossene Station verfügbar macht, das Gigabit-Ethernet mit Mbit/s Gesamtleistung, vorzugsweise direkt als geswitchte Version mit Mbit/s für jedes Gerät das 10-Gigabit-Ethernet mit Mbit/s Gesamtleistung, rein geswitcht für Storage Area Networks, Power LAN Backbones, MANs und den WAN- Access das 40/100-Gigabit-Ethernet mit oder Mbit/s Gesamtleistung für die Fälle, in denen auch das 10-Gigabit-Ethernet nicht mehr ausreicht, z. B. innerhalb eines Rechenzentrums Basis für diese Varianten ist, auch wenn es bei den letzten drei Varianten nur in Form einer Notlüge verwendet wird, das CSMA/CD Protokoll. Alle Varianten bis auf die ersten zwei verwenden das gleiche Paketformat nach IEEE Die meisten PC-Adapter und Ethernet-Brücken können jedoch sowohl Ethernet 2.0 als auch IEEE Pakete parallel bearbeiten, weshalb der Unterschied nicht mehr allzu stark ins Gewicht fällt. Der große Vorteil von Ethernet ist bis heute seine recht weite Verbreitung und Akzeptanz in der Industrie und in der Forschung und Entwicklung. Im Folgenden wird mit Ethernet immer die gesamte Systemfamilie ab IEEE Basissystem bezeichnet, wenn nicht explizit die einzelnen Varianten aufgeführt werden. Ethernet Version 2 sowie arbeiten mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 10 Mbit/s und nutzten in den letzten Jahren vorwiegend als Übertragungsmedium Koaxialkabel. Der passive Anschluss der Endgeräte erfolgt hierbei über Transceiver (Transmitter-Receiver) in Abständen von minimal 2,5 m, die die Informationen bidirektional auf dem Bus übertragen. Die maximale Ent-

2 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-62 fernung zwischen zwei Transceivern ohne Verwendung von Regeneratoren beträgt 2,5 km, wobei bis zu 1024 Endgeräte an ein Ethernet (Token-Ring 260) anschließbar sind. Das 50-Ohm-Kabel ist in einzelne Kabelsegmente von maximal bis zu 500 m Länge unterteilt. Die Verbindung zum nächsten Kabelsegment wird mit Hilfe von Repeatern hergestellt. Dadurch wird eine phasenmäßige Aufaddierung der Signalreflexionen verhindert. Die Dämpfung eines Signals sollte kleiner als 8,5 db/segment sein. Abbildung 4.5: Ethernet 10BASE-5 Basistopologien Abbildung 4.6: Ethernet 10BASE-5 maximale Konfiguration

3 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-63 Pro Bus-Segment sind maximal 100 Transceiver anschließbar. Der Transceiver sichert eine regenerationsfreie Datenübertragung über mindestens 500 m Kabellänge, empfängt bitserielle Datenströme vom Koaxialkabel, führt die Kollisionserkennung durch und übernimmt das Carrier Sensing. Das Transceiverkabel verbindet den Transceiver mit dem Ethernet Controller im Endgerät. Es kann bis zu 50 m lang sein. Die Signalrundlaufzeit muss kleiner als 3,08 Mikrosekunden sein. Der Controller deckt die unteren beiden Ebenen des ISO-Modells ab, kann aber je nach Hersteller auch Funktionen bis inklusive Ebene 4/5 abdecken (NETBIOS, TCP/IP, ). Er basiert auf zwei unterschiedlichen VLSI-Chips, dem MEC (Manchester Encoding Chip) und dem LANCE (LAN Controller for Ethernet). Im Zuge der strukturierten Verkabelung baut man moderne Ethernet-Systeme heute jedoch sternförmig auf: Jede Station bekommt einen eigenen Anschluss an einen Sternverteiler (Hub), in dem praktisch der Bus auf sehr kleinem Raum realisiert ist. So kann man z. B. Fehler viel schneller isolieren. Außerdem betrifft ein Fehler auf einer Leitung zwischen Hub und Endgerät nur diese und nicht mehr das ganze Netz. Wenn die Leistung nicht mehr ausreicht, kann man den Hub gegen einen Switch austauschen, ohne die Verkabelung großartig ändern zu müssen. Für die Realisierung des technischen Übertragungssystems gibt es im Standard IEEE 802.3/ISO verschiedene Alternativen. Es gibt ein zusätzliches Bezeichnungsszenario, auf das an dieser Stelle der Vollständigkeit halber hingewiesen werden soll, weil es häufiger benutzt wird. Eine nicht immer konsistente Codierung der Form nn BASE/BROAD k/t/f bezeichnet mit nn die Nominal-Datenrate in Mbit/s, mit BASE oder BROAD Basisband oder Breitband- Übertragung (letztere gibt es hier gar nicht mehr), mit k die maximale Ausdehnung eines Segmentes in 100 m, T steht für Twisted Pair und F für Fiber Optic. 10BASE-5 ist also die IEEE-Version des bekannten Basis-Ethernet und die Weiterentwicklung von V.2. Das so genannte Cheapernet mit dünnerem Koaxialkabel wird mit 10BASE-2 bezeichnet, da die Segmente nur 200 m (185 m) lang werden dürfen. Weil es so ein schlechtes System mit sehr hoher Fehleranfälligkeit ist, nennen Profis das Ding auch schlicht Scheppernet. Sollten Sie so ein Netz haben und damit tatsächlich zufrieden sein, sagen Sie es nicht weiter: Es liegt dann nämlich die Vermutung nahe, dass Sie gar nicht darauf arbeiten. Das so genannte STARLAN auf der Basis eines Twisted-Pair-Multistars heißt 1BASE-5, während das 10 bzw. 100 Mbit/s Twisted Pair System die Bezeichnung 10BASE-T bzw. 100BASE-T besitzt und mit dem Fiber Optic System 10BASE-F das Schicksal teilt, dass man die maximale Größe eines Segmentes nicht mehr der Abkürzung entnehmen kann. Das Gigabit-Ethernet gibt es in verschiedenen Varianten 1000BASE-T, 1000BASE-F usf. Außerdem gibt es

4 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-64 noch weitere Buchstabenkombinationen, deren Erklärung hier aber zu weit führen würde. Abbildung 4.7: IEEE BASE-T Twisted Pair LAN Durch die Entwicklung der unternehmensweiten Hubs sind eigentlich nur noch die Varianten 10/100/1000BASE-T und 10/100/1000BASE-F von Interesse, die eigentlichen Bus-Ethernets mit Koaxialkabeln sind aufgrund der schlechten Möglichkeiten zur Fehlerisolation und der Einschränkung auf einen Systemtyp langsam ausgestorben. Die 10, 100BASE-T- und 1-Gigabit-Varianten werden heute oft zusammen implementiert. Um den Besitzern von älteren Netzen den Übergang zur schnelleren Variante zu erleichtern, hat man Adapterkarten gebaut, die beide Geschwindigkeiten und dazu auch noch eine Reihe unterschiedlicher Übertragungsmodi (z. B. Halbduplex abwechselnd oder Vollduplex im dauernden Gegenbetrieb) unterstützen. Da man dafür einmal einen Chip gegossen hatte, wurde dieser gleichzeitig auch bei Hubs und Switches verwendet. Eine Adapterkarte verhandelt selbständig mit den Hubs oder Switches, welche Datenrate denn nun unterstützt werden soll. Dafür wurde der Protokollstapel unten noch um die so genannte Autonegotiation-Funktion erweitert. Der Grundzustand ist immer 10BASE-T, wenn also ein neuer Switch versucht, mit einer alten Karte zu verhandeln, wird er schnell merken, dass diese das Protokoll nicht unterstützt, und auf 10BASE-T gehen. Die 10/100/1000-Adapterkarten sind nicht nennenswert teurer als vergleichbare Karten mit nur einer Datenrate. Also kauft man mit neuen PCs nur noch die automatischen Karten, falls sie nicht ohnehin schon im PC drin sind, was INTEL eigentlich möchte. Die kann man erst einmal an ein Netz hängen, wo ein alter Hub und sonst alte PCs mit alten Karten alle 10BASE-T machen. Kauft man nun einen neuen Hub oder Switch, so kann dieser mit den automatischen Karten sofort 100BASE-T reden, mit den alten redet er weiter 10BASE-T. Irgendwann hat man nur noch neue PCs mit neuen Karten, die dann alle 100BASE-T unterstützen usw. Das Schöne an dieser Kon-

5 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-65 struktion ist, dass alte und neue Karten miteinander kommunizieren können, weil die unterschiedliche Geschwindigkeit ja nur auf dem Weg zwischen Karte und Hub/Switch vorkommt und ansonsten ja das genau identische Paketformat verwendet wird. Die Vorteile dieser Varianten liegen besonders im gemischten Betrieb bei Client/Server-Umgebungen. Statistisch erzeugen alle Clients zusammen nämlich die gleiche Anzahl von Paketen (Anfragen) wie die Server (Antworten). Es gibt aber normalerweise viel mehr Clients als Server. Also entsteht ein Engpass, wenn man einen Server mit der gleichen Leistung an ein Netz anschließt wie einen Client. Haben aber die Clients 10BASE-T-Anschlüsse, und die Server 100BASE-T, ist es viel ausgewogener. Richtig heiß wird es mit 100BASE-T an den Clients und Gigabit an den Servern. Die klassischen LAN-Konzepte wie Token Ring oder Ethernet haben sich über eine gewisse Zeit nicht gegeneinander deutlich durchsetzen können. So hatte lange Zeit fast jedes Unternehmen oder größere Organisation beide Systemtypen im Haus. Hohe Umzugsraten und Neuorganisationen ziehen bei klassischer Systemtechnik untragbar hohe Kosten für Neuverkabelungen nach sich. So ist man nach einiger Zeit dazu übergegangen, Neuinstallationen vornehmlich mit strukturierter Verkabelung vorzunehmen. Und zu dieser passt das Konzept der Switches oder Switching Hubs.

6 Professionelle Datenkommunikation Seite Moderne LANs Die klassischen LAN-Konzepte wie Token Ring oder Ethernet haben sich über eine gewisse Zeit nicht gegeneinander deutlich durchsetzen können. So hatte lange Zeit fast jedes Unternehmen oder größere Organisation beide Systemtypen im Haus. Hohe Umzugsraten und Neuorganisationen ziehen bei klassischer Systemtechnik untragbar hohe Kosten für Neuverkabelungen nach sich. So ist man nach einiger Zeit dazu übergegangen, Neuinstallationen vornehmlich mit strukturierter Verkabelung vorzunehmen. Und zu dieser passt das Konzept der Switches oder Switching Hubs Verkabelungsstrategien Bis vor wenigen Jahren war es so, dass ein LAN-System eine starre Kombination aus folgenden Komponenten war: Übertragungsmedium Übertragungssystem Medium-Zugriffsverfahren Während die eigentliche Übertragungsleistung der LANs in den letzten zehn Jahren gleich geblieben ist, hat sich die Starrheit der Kombination heute im Wesentlichen aufgelöst. Die Standardisierung lokaler Netze hat es ermöglicht, die wichtigsten Netztypen durch unterschiedliche Übertragungsmedien und - systeme zu realisieren. Dies geht sogar so weit, dass man ein logisches Netz mit unterschiedlichen Medien realisieren kann bzw. umgekehrt unterschiedliche logisch/technische Netze mit einem Medientyp aufbaut. Dies ebnet den Weg für die Lösung eines der größten Probleme der Datenverarbeitung im Inhaus-Bereich: des Verkabelungsproblems. Zielvorstellung ist dabei der Wunsch nach einer einheitlichen Datensteckdose, die die definierten Versorgungsbereiche im Rahmen einer vorgegebenen Versorgungsdichte mit unterschiedlichen Kommunikationsdiensten flexibel versorgt. Mit den üblichen Wenns und Abers und einigen weiteren kleineren Einschränkungen ist dies heute durchaus möglich. Die Grundlage hierfür sind von verschiedenen Herstellern angebotene Verkabelungssysteme und der ISO Standard für die Verkabelung. Dieser Standard legt eine Reihe von Qualitätsparametern für eine gesamte Verbindung vom Stecker im PC über das Kabel bis zur Wandsteckdose über die Leistung in der Wand bis zum Verteilfeld und teilweise darüber hinaus fest, genau das, was wir benötigen. Der in USA populäre EIA/TIA-568-Standard bezieht sich praktisch nur auf das Kabel selbst.

7 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-67 Bei einer Verkabelung kann man grob zwei strategische Klassen unterscheiden: die Vollverkabelung, die unabhängig von der tatsächlichen Belegung durch die Gebäudeauslegung und das Besiedlungspotential bestimmt wird, und die Bedarfsverkabelung, bei der die Infrastruktur durch die Belegungsdichte zum Installationszeitpunkt bestimmt und danach bedarfsorientiert verändert wird. Im Rahmen einer derartigen Gesamtstrategie werden üblicherweise vier Bereiche unterschieden: Geländeverkabelung (zwischen Gebäuden eines Geländes), Primärbereich, Gebäudeverkabelung (zwischen Etagen oder Bereichen eines Gebäudes), Sekundärbereich, Etagenverkabelung (zwischen Büros einer Etage), Tertiärbereich, Endgeräteanschluss. Die Geländeverkabelung integriert die in den einzelnen Gebäuden bestehenden Subnetze, die Gebäudeverkabelung integriert die Etagennetze und die Etagenverkabelung bindet die einzelnen räumlichen Einheiten an das Netz an. Die Etagenverkabelung bedeutet Anbindung von Wanddosen in den Büros oder Arbeitsbereichen an den Etagenverteiler, universelle Dosen- und Steckertechnik, gegebenenfalls aufgeteilt nach Sprach- und Datenübertragung, Nutzung geeigneter Kabelwegsysteme, wie Doppelboden, Brüstungskanäle, abgehängte Decken, Unterflursysteme, begehbare Kabelkanäle, netzunabhängige Verkabelung, beliebige Versetzbarkeit von Arbeitsplätzen, Erweiterbarkeit, Flexibilität, und soll im Rahmen einer flächendeckenden Planung und Installation für alle Büroräume unter Berücksichtigung von Reserve-Anschlüssen erfolgen.

8 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-68 Abbildung 4.8: Verkabelungsbereiche Abbildung 4.9: Strukturierte Verkabelung

9 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-69 Abbildung 4.10: Unterschied zwischen Level und Kategorie Abbildung 4.11: Dreistufiges Verkabelungskonzept ISO/IEC

10 Professionelle Datenkommunikation Seite 4-70 Abbildung 4.12: ISO/IEC Maximale Kabel-Längen