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20.05.1994

Das logische Netz bildet die Basis fuer die richtige Struktur Definition von Workgroups dient als Massstab fuer die Verkabelung

Von Michael Schmidt

Technologien wie FDDI oder ATM im lokalen Netz erfordern neue Kabelmedien und neue logische Netzstrukturen mit entsprechender Verkabelungsinfrastruktur. An der Dreiteilung Primaer-, Sekundaer- und Tertiaerverkabelung hat sich dabei nichts geaendert, dennoch gilt es innerhalb dieser Bereiche neue Anforderungen zu beruecksichtigen.

Grundsaetzlich gliedert sich die Verkabelungsinfrastruktur in die Bereiche Primaer-, Sekundaer- und Tertiaerverkabelung. Erstere umfasst die Verbindung zwischen den Gebaeuden auf einem Betriebsgelaende (Campus). Die Sekundaerverkabelung ist fuer den Steigleitungsbereich verantwortlich, und die Tertiaerverkabelung beschraenkt sich auf eine Etage eines Gebaeudes. Bevor man die physikalische Infrastruktur abbildet, sollte man zuerst das logische Netz planen, um den tatsaechlichen und zukuenftigen Anforderungen gerecht zu werden.

Man geht dabei am besten von einer hierarchischen Struktur aus: Dabei bildet das WAN den Netzkern (Core-Netz), der einzelne Unternehmensstandorte miteinander verbindet.

Die Endgeraete wie Arbeitsplatzstationen, Server und Host-Systeme werden in einzelne Workgroup-LANs zusammengefasst. Diese bilden logische Arbeitsgruppen (Abteilungen oder Projekte) ab oder sind durch den Einsatz unterschiedlicher Technologien in einzelnen Bereichen (Ethernet, Token Ring, FDDI) begruendet. Die Definition von Workgroups hat den Vorteil, dass das auftretende Datenvolumen weitgehend lokal gehalten wird, dass sich aber auch administrative Konfigurationen der aktiven Komponenten mit einem minimalen Aufwand im Realbetrieb pflegen lassen.

Leistungsfaehigere Endgeraete und Anwendungen haben dazu gefuehrt, dass einzelne LANs in zunehmend kleinere Workgroups aufgeteilt werden, weil das einzelne Endgeraet immer hoehere Netzlasten erzeugen kann und die Anwendungen immer groessere Datenvolumen ueber das Netz schicken (Client-Server-Anwendungen und Workgroup- Computing).

Segmentierung bringt bessere Antwortzeiten

Steigende Datenraten und ein Zuwachs an Endgeraeten in einem einzelnen Segment fuehren zu exponentiell langsameren Antwortzeiten. Dieser Effekt erzwingt entweder hoehere Bandbreiten im LAN oder die Aufteilung eines Segments in mehrere Segmente mit weniger Endgeraeten. Ein Erhoehen der Bandbreite ist oft mit erheblichen Kosten verbunden, da neue alternative Technologien eingesetzt werden muessen, die ihrerseits neue Kopplungssysteme (beziehungsweise bei modularen Systemen neue, in der Regel teurere Schnittstellen-Module), neue Netzkarten in den Endgeraeten und unter Umstaenden sogar neue Verkabelungssysteme erfordern.

Die Moeglichkeit, einzelne Segmente weiter aufzuteilen, man spricht in diesem Zusammenhang von Mikrosegmentierung, bringt annaehernd den gleichen Effekt bei erheblich geringeren Ausgaben. Voraussetzung ist allerdings, dass Verkabelungssysteme und aktive Netzkomponenten eine solche Massnahme erlauben. Die extremste Form der Mikrosegmentierung laesst sich ueber die Switch-Technologie realisieren: Teilweise ist nur noch ein einzelnes Endgeraet an einem Segment angeschlossen, um einem einzelnen Endgeraet die volle Bandbreite (zum Beispiel 10 Mbit/s bei Ethernet) zur Verfuegung zu stellen.

Zurueck zur logischen Strukturierung des Netzes. Die einzelnen Workgroup-LANs muessen untereinander und mit dem WAN-Backbone (Core-Netz) verbunden werden. Dies geschieht ueber eine logische Ebene in der hierarchischen Struktur, der Distributionsebene, die zwei Grundfunktionen besitzt: Sie verbindet die einzelnen Workgroups untereinander und mit dem WAN, und sie steuert den Verkehrsfluss im Campusnetz. Dieser Level wird also einerseits in einem Campus-Backbone realisiert, andererseits sind in den einzusetzenden Komponenten administrative Funktionen wie Zugangskontrollen, Routing-Protokolle und -strategien, Accounting oder auch virtuelle private Netze etc. zu konfigurieren.

Die Hierarchie von Core-Netz, Distributionsebene und Workgroup- LANs sollte moeglichst konsequent eingehalten werden, da sie fuer das Management und den Ausbau des Netzes hinsichtlich der Kosten und des Administrationsaufwands eine wichtige Rolle spielt. Die logische Struktur von Unternehmensnetzen ist insofern von Bedeutung, als sie die entscheidende Grundlage fuer die Realisierung der physikalischen Verkabelungsinfrastruktur mit den Kabelmedien und aktiven Komponenten bildet.

Bei der Planung der Verkabelungsinfrastruktur wird sinnvollerweise mit dem Tertiaerbereich begonnen. Hier lassen sich einzelne Endgeraete aus der Organisation des Unternehmens oder aus Projekten individuell gruppieren. Diese Gruppierungen bilden die Workgroup- LANs. Da sich die Endgeraete einer solchen Workgroup nicht unbedingt physikalisch eindeutig in einem Gebaeudeteil befinden, ist eine Bus-Verkabelung in den meisten Faellen nicht angebracht.

Zudem ist eine weitergehende Segmentierung der LANs beim Einsatz solcher Verbindungen nur mit erheblichem Aufwand moeglich. Die bessere Loesung stellt deshalb die Sternverkabelung dar: Dabei wird von einem zentralen Punkt je Etage (Verteilerraum) je ein Kabel von einem Patch-Feld zu jedem Endgeraeteanschlusspunkt verlegt, woraufhin sich einzelne Endgeraete einer logischen Workgroup zuordnen lassen.

Da in einzelnen Workgroups moeglicherweise unterschiedliche Uebertragungssysteme (Ethernet, Token Ring, FDDI) eingesetzt werden, empfiehlt sich ein universelles Medium: Das S-UTP- Category-5-Kabel beispielsweise entspricht dem aktuellen Stand der Technik und erlaubt die Uebertragung aller ueblicherweise eingesetzten Technologien mit einer Geschwindigkeit von bis zu 155 Mbit/s im Asynchronous Transfer Mode (ATM). Dadurch ist es moeglich, die Verwendung entsprechend ausgestatteter Sternkoppler vorausgesetzt, jedem Endgeraet eine individuelle Netztechnologie anzubieten. Ein solches Transfertempo reicht auch auf laengere Sicht fuer eine einzelne Arbeitsplatzstation aus, selbst wenn Multimedia-Anwendungen zum Einsatz kommen. Da sich das S-UTP- Category-5 preislich nur unwesentlich von einem ISDN-faehigen Telefonkabel unterscheidet, ist es sinnvoll, die Telefon-Fax- Kommunikation ueber dieselbe Infrastruktur, das heisst dasselbe Kabel- beziehungsweise Steckersystem zu realisieren.

Der Standardstecker fuer die Endgeraeteanschlusspunkte ist der RJ-45- Stecker. Um die Verkabelung universell auszulegen, sollte ein Category-5-Kabel mit vier Doppeladern eingesetzt werden, das eine Eins-zu-eins-Verbindung zwischen Geraeteanschlussdose im Buero und dem Patch-Feld im Verteilerraum herstellt. Codierte Patch-Kabel lassen sich dort zwischen Sternkoppler/Telefonverteilung und dem Patch-Feld sowie am Arbeitsplatz zwischen Workstation beziehungsweise Telefon/Fax und der Geraeteanschlussdose verwenden. Erfahrungsgemaess benoetigt man zwei Geraeteanschlusspunkte je zehn Quadratmeter Bueroflaeche.

Die Plazierung der Verteilerraeume ist ein weiterer wichtiger Punkt. Das S-UTP-Category-5-Kabel ist bei hoeheren Uebertragungsraten auf 100 Meter Laenge beschraenkt. Massgeblich sind die Kabellaengen zwischen dem Workstation-Netz-Controller und dem Sternkoppler. Von diesen 100 Metern sind die Laengen der Patch- Kabel in Verteilerraum und an der Geraeteanschlussdose im Buero abzuziehen, die verbleibende Laenge steht fuer die Kabelfuehrung im Gebaeude zur Verfuegung. Das ist, wenn existierende Kabelpritschen verwendet werden oder Brandlasten eine direkte Kabelfuehrung zwischen Verteilerraum und Buero unmoeglich machen, unter Umstaenden zuwenig.

In diesem Fall sollte man auf ein alternatives Medium zurueckgreifen. Empfehlenswert ist dann die Gradientenindex- Glasfaser. Mit einer moeglichen Laenge von ueber zwei Kilometern ist sie im Tertiaerbereich fast uneingeschraenkt einzusetzen. Allerdings sind die Kosten erheblich hoeher, denn die Preise fuer Sternkopplermodule und Endgeraete-Controller in Glasfasertechnologie liegen im Vergleich zur UTP-Technik immerhin um 50 bis 100 Prozent darueber. Auch das Konfektionieren der Kabel kommt erheblich teurer. Eine Integration von Daten- und Telefonverkabelung ist beim Einsatz von Glasfaser im Tertiaerbereich nicht mehr sinnvoll.

Bei der Auswahl der Sternkoppler sind unterschiedliche Anforderungen zu beachten: Kommen unterschiedliche Technologien (Ethernet, Token Ring, FDDI etc.) zum Einsatz, sollten sie von einem Sternkopplersystem unterstuetzt werden. Zudem sollten sich mehrere unabhaengige Workgroups (Segmente) in einem Sternkoppler konfigurieren lassen. Die Anzahl der Workgroups haengt dabei von der logischen Struktur des Netzes ab.

Eine nuetzliche Funktion stellt das sogenannte Softpatchen dar: Einzelne Sternkoppler-Ports lassen sich per Software separaten Workgroups zuordnen - ein manuelles Umstecken eruebrigt sich also. Aus Sicherheitsgruenden ist es wichtig, nicht benutzte Ports zu deaktivieren. Auch diese Funktion sollte fernsteuerbar sein. Die Tertiaerverkabelung endet im Verteilerraum am Sternkoppler.

Glasfaser und ATM werden sich kuenftig durchsetzen

Die Primaerverkabelung bezeichnet die Campusverkabelung. Aus der Sicht der logischen Strukturierung handelt es sich um eine Abbildung der Distributionsebene. Zur Zeit wird - hauptsaechlich wegen der zur Verfuegung stehenden Bandbreite - noch ueberwiegend FDDI als Campus-Backbone verwendet. Kuenftig ist aber zunehmend mit dem Einsatz von ATM zu rechnen, das die Integration von unterschiedlichen Kommunikationsanwendungen (Daten, Sprache, Video) ermoeglicht, hoehere Bandbreiten und kuerzere Latenzzeiten im Backbone bietet. Da kuenftig groessere Bandbreiten und laengere Kabelwege gefordert sein werden, ist im Primaerbereich ausschliesslich Glasfaser einzusetzen.

Zusaetzlich koennen bei Kupferkabeln unterschiedliche Potentialausgleiche zwischen Gebaeuden zu Ausgleichsstroemen fuehren, was den Kabeleinsatz unmoeglich machen wuerde. Es stellt sich fuer die Primaerverkabelung also nur die Frage nach der Fasertype und der Anzahl der Fasern zwischen den Gebaeuden.

Der Auswahl der Fasertype haengt von der Faserlaenge und der zu uebertragenden Frequenz ab. Die Leistungsfaehigkeit einer Faser wird im Bandbreiten-Laengen-Produkt (BLP) dargestellt. Eine Gradientenindex-Faser mit einem Querschnitt von 50/125 Mikrometer (m) bietet ueblicherweise ein BLP von 600 Megahertz pro Kilometer: 600 Megahertz lassen sich ueber eine Laenge von einem Kilometer oder 300 Megahertz ueber zwei Kilometer uebertragen. Im FDDI-Umfeld ist dies mehr als ausreichend, da der maximale Abstand zwischen zwei FDDI-Komponenten bedingt durch die Faserdaempfung auf zirka zwei Kilometer begrenzt ist.

Bei hoeheren Bit-Raten, zum Beispiel 620 Mbit/s ATM (als Campus- Backbone mittelfristig zu erwarten), begrenzt das BLP die maximale Leitungslaenge zwischen zwei Komponenten auf weniger als einen Kilometer - inklusive Patch-Kabel. Bei einem Faserquerschnitt von 62,5/125 +m (BLP = 400) ergibt sich eine maximale Laenge von nur noch zirka 650 Metern (das jeweilige BLP ist aus dem Datenblatt der Fasern zu ermitteln, da sich deren Qualitaet staendig verbessert).

Fuer kuenftige Bandbreiten sollten zusaetzlich Monomode-Fasern (BLP > 10 000) vorgesehen werden, wenn Glasfaserkabel zur Campusverkabelung dienen. Auf dem Markt sind spezielle Hybridkabel verfuegbar, die in einem Strang Gradientenindex- und Monomode- Fasern kombinieren. Die Fasern muessen nicht unbedingt vollstaendig auf das Patch-Feld aufgelegt werden, sondern lassen sich bei Bedarf auch nachkonfektionieren.

Ihre Anzahl richtet sich nach den oertlichen Gegebenheiten und der Trassenfuehrung zwischen den Gebaeuden. Es muss die logische Campusverkabelung abzubilden sein. Dabei kommt es auf die Technik an. FDDI kann zum Beispiel von Gebaeude zu Gebaeude ringfoermig verkabelt werden. Dabei sind jeweils zwei Fasern je Verbindung vorzusehen. Die ringfoermige Trassenfuehrung bringt den Vorteil der Redundanz, die allerdings im Hinblick auf mechanische Beschaedigung - insbesondere bei der Campusverkabelung - nur dann Sinn macht, wenn die Trassen in getrennten Straengen verlaufen. Ist eine ringfoermige Trassenfuehrung nicht moeglich, muessen vier Fasern zwischen den Gebaeuden verlegt werden, um den FDDI-Ring komplett zu schliessen. Mit Ruecksicht auf kommende Technologien wie ATM, aber auch um einzelne Verbindungen individuell auslegen zu koennen, sollte die Verkabelung allerdings generell sternfoermig von einem definierten zentralen Punkt ausgehen. Dabei sind mindestens zwei, moeglichst aber vier Fasern (FDDI) je Verbindung vorzusehen. Gleiches gilt fuer kuenftige Monomode-Anwendungen.

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich kaum lohnt, bei den Kabeln zu sparen: Die Preisunterschiede sind hier im Gegensatz zu den Kosten, die beim Verlegen und eventuellen Nachruesten entstehen, nur sehr gering.

Zusaetzlich zu den Fasern fuer die Datenkommunikation sollten solche fuer die Telefonvermittlung - ebenfalls sternfoermig mit mindestens zwei Fasern je Verbindung - eingeplant werden. Fuer die Campus- Telefonvermittlung sind allerdings Gradientenindex-Fasern ausreichend. In jedem Fall sollte das Kabel einen Verbissschutz besitzen, auch wenn es beim Verlegen verrohrt wird.

In bezug auf die Sekundaerverkabelung sind Empfehlungen am schwersten auszusprechen, da die Anforderungen an Art und Anzahl der Verbindungen stark von der logischen Netzstruktur und der eingesetzten Komponenten abhaengt. In Einzelfaellen kann in kleineren Gebaeuden sogar ganz auf eine Sekundaerverkabelung verzichtet werden, wenn sich die Tertiaerverkabelung des gesamten Gebaeudes an einem Verteilerpunkt zusammenfuehren laesst. Voraussetzung ist allerdings, dass die maximalen Kabellaengen eingehalten werden und die Kabelkanaele und -pritschen das Volumen der Verkabelung aufnehmen koennen.

Da die Sekundaerverkabelung haeufig in bereits vorhandenen Schaechten zusammen mit anderen Versorgungsleitungen verlegt werden muss, empfiehlt sich schon aufgrund der Stoerfestigkeit Glasfaser. Ausserdem bietet dieses Material die Moeglichkeit hoeherer Bandbreiten ueber groessere Entfernungen.

Im folgenden werden die zwei gebraeuchlichsten Varianten der Sekundaerverkabelung aufgezeigt. Die einzelnen Workgroups sind grundsaetzlich ueber Vermittlungssysteme (Bruecken, Router oder Switches) miteinander und mit dem Campus-Backbone zu verbinden. Unterschiede in der Verkabelung ergeben sich im Sekundaerbereich durch die Plazierung der Vermittlungssysteme im Gebaeude.

Im ersten Fall werden die Workgroups je Etage ueber Vermittlungssysteme zusammengefasst. Diese werden nun ueber ein Gebaeude-Backbone miteinander verbunden. Das Gebaeude-Backbone kann ein einzelnes Backbone sein, das seinerseits wiederum ueber ein Vermittlungssystem mit dem Campus-Backbone verbunden wird. Es kann sich aber auch um ein Campus-Backbone handeln, das sich bis in die Gebaeudeetagen erstreckt.

Bei dieser Anordnung der Vermittlungssysteme laesst sich die Sekundaerverkabelung mit minimalem Aufwand realisieren, da pro Etage nur zwei (oder vier) Fasern zu einem zentralen Gebaeudeverteilerpunkt gefuehrt werden muessen. Der Nachteil ist, dass einzelne Workgroups auf ein Stockwerk im Gebaeude begrenzt sind.

Der zweite Ansatz sieht vor, das Vermittlungssystem zentral an einem Gebaeudeverteilerpunkt zu plazieren und die Sternkoppler einer Etage pro Workgroup mit dem Vermittlungssystem zu verbinden. Diese Moeglichkeit bietet den Vorteil erheblich hoeherer Flexibilitaet bei der Definition einzelner Workgroups (sie lassen sich frei ueber mehrere Etagen definieren). Das bedeutet aber, dass pro Workgroup zwei Fasern vom Sternkoppler der jeweiligen Etage zum zentralen Verteilerpunkt gefuehrt werden muessen.

In vielen Faellen bildet eine Etage auch eine Workgroup, da es sich durchgaengig um eine Ethernet- oder Token-Ring-Installation handelt und keine weitere Aufteilung in logische Arbeitsgruppen existiert. Hier laesst sich ein Vermittlungssystem zentral plazieren und der Aufwand in der Sekundaerverkabelung trotzdem minimal halten (zwei Fasern pro Etage). Dieser Ansatz schraenkt aber eine Entwicklung des Netzes erheblich ein und fuehrt mit grosser Wahrscheinlichkeit zu hohen Nachruestkosten.

Einige Hersteller haben fuer die naechsten Jahre interessante Entwicklungen angekuendigt. So zum Beispiel Cisco Systems mit seinem Konzept "Cisco Fusion" - eine Loesung, bei der das Vermittlungssystem in einzelne zusammenwirkende Komponenten aufgeteilt wird und sich in den Etagen und am zentralen Gebaeudeverteilerpunkt plazieren laesst. Die Komponenten werden ueber ATM miteinander verbunden und erscheinen logisch als eine einzige. Dabei laesst sich die Sekundaerverkabelung minimal halten (zwei Fasern pro Etage). Trotzdem bleibt die Gestaltung des logischen Netzes flexibel. Bis diese Loesung verfuegbar ist, wird es jedoch noch dauern.