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09.01.1987 - 

Auswahlgründe für und Betriebserfahrung mit einem multifunktionalen, lokalen Netz:

Innerbetriebliche Telekommunikation in LANs

Es gibt autonome, quasi geschlossene Inhouse-Netze, die völlig unabhängig von der Außenwelt, existieren. Diese Ausprägung von lokalen Netzen wird jedoch immer seltener. Die unterschiedlichen Standorte der Unternehmen beginnen mehr und mehr auch elektronisch von Rechner zu Rechner zu kommunizieren. Exemplarisch für diese Entwicklung und ihre technischen Probleme sind die diversen Anwendungen und ihre Historie bei der European Space Agency, ESA. in Darmstadt. Im folgenden wird über die Auswirkungen der innerbetrieblichen Telekommunikation auf die lokalen Netze "vor Ort" berichtet.

Die Entscheidung für ein flächendeckendes und verknüpftes Breitbandnetz wurde bereits zu einem für diese Technologie frühen Zeitpunkt getroffen und führte zu einer Lösung, die mittlerweile in allen europäischen Niederlassungen der USA angewandt wird. Die Gründe, Vorgehensweise, Erfahrungen und zukünftige Konzepte als auch die Benutzerakzeptanz sollen hier dargelegt werden, da sowohl die verwendete Technik, die Anwendungen als auch die Größe des bestehenden Netzes für Europa derzeit sicherlich beispielhaft sein dürfte.

Die nun schon seit über zwanzig Jahren bestehende Organisation ESA, vormals ESRO/ELDO, ist zwar noch als relativ neu einzustufen, trotz allem aber änderte dies nichts daran, daß auch hier, wie wohl in den meisten Instituten, eine wesentliche Entwicklung total unterschätzt wurde, nämlich der Bereich des lokalen, sprich innerbetrieblichen, Kommunikationsbedarfes. Dies traf nicht nur auf das in Darmstadt angesiedelte ESOC, sondern auch auf das Technologie-Zentrum im niederländischen Noordwijk, das Informationszentrum Esrin in Frascati (Italien), die Beobachtungsstation Villafranca (Spanien) und die ESA Hauptverwaltung in Paris, zu. Neben der reinen sprachgebundenen Kommunikation (Telefonie und Wechselsprechanlage) kamen im Laufe der Zeit Dinge wie Personenruf- und Suchanlage, Gebäudeüberwachung, Kabelfernsehen, Bürotextkommunikation und interaktive Datenübertragung hinzu. Während bei den ersten beiden Kommunikationsarten kaum große Zuwachsraten zu verzeichnen waren, wurde bei allen anderen Kategorien ein lawinenartiger Anstieg des Bedarfs festgestellt. Hinzu kam noch die durch die projektorientierte Arbeitsweise der Mitarbeiter bedingte "Mobilität", das heißt häufige Büroumzüge. Dies alles erforderte immense Ausgaben zur Installation Wartung und Modifikation von dedizierten sternförmigen Kabelnetzen. Jede Anwendung stellte andere Anforderungen an Verdrahtungsart und Typ, an Qualität, Sicherheit etc.

Neben diesen rein praktischen Problemen gewann eine weitere Forderung in den letzten Jahren mehr und mehr an Bedeutung, nämlich die Verfügbarkeit der einzelnen autonomen Netze.

Hierzu ist zu erwähnen, daß ESA zur Zeit schätzungsweise 650 EDV-Systeme betreibt die etwa wie folgt klassifiziert werden können

zirka 40 Großrechnern,

zirka 110 Systeme der mittleren Datentechnik

sowie zirka 500 Kleinrechnern (Minicomputern und PCs)

zusammen. Die Vielzahl dieser Systeme machte ein gemeinsames Datenkommunikationsnetz nicht nur auf der Ebene der lokalen Kommunikation, sondern auch bezüglich der Fernübertragung zwischen verschiedenen europäischen Zentren der ESA zu einem äußerst schwierigen Unterfangen. Es wurde bald klar, daß die Forderungen, die hier zu erfüllen waren, von besonderer Problematik waren und man dafür kein fertiges zu diesem Zeitpunkt verfügbares Netz finden würde. Natürlich waren auch dabei finanzielle Grenzen gesetzt, die es einzuhalten galt. Untersuchungen, die einen annähernd genauen Kommunikationsbedarf ermittelt hatten, waren nicht vorhanden und würden auch im Hinblick auf mittelfristige Planungszeiträume nicht zu erstellen sein. Man entschloß sich daher für eine pragmatische beziehungsweise heterogene Lösung, um mehrere Probleme kurzfristig lösen zu können.

Der ausschlaggebende Faktor war allerdings erstaunlicherweise nicht so sehr die neue lokale "Inhouse-Kommunikation", sondern die in unserem Falle sehr teure, weil ausschließlich internationale, Fernübertragung. Hier mußte ESA zur innerbetrieblichen Kommunikation ein internationales Netz (Esanet), bestehend aus fest gemieteten Leitungen mit Fernsprechbandbreite, betreiben. Jede dieser zu einem Netz verknüpften Leitungen wird gegenwärtig im Zeitmultiplexverfahren mit 19,2 Kbps betrieben.

Auswahlkriterien

Weitestgehende Herstellerunabhängigkeit;

Datentransparenz;

Operationelle Einsetzbarkeit;

Vermittelndes beziehungsweise transportorientiertes Netz;

Hohe Betriebssicherheit;

Keine aktiven Zentralkomponenten;

Mehrfachnutzbarkeit des Kabelnetzes für andere Dienste;

Verbindungsmöglichkeiten von entfernten LAN;

Zugangsmöglichkeit zum öffentlichen Netz;

Netz sollte neutral sein um für eventuell andere zukünftige LAN Produkte nutzbar bleiben.

Ferndatenverkehr über einen einzigen Knoten

Größtenteils wurden die jeweiligen Unterkanäle im statischen Betrieb gefahren. Lediglich asynchroner interaktiver Verkehr wurde in einem eigenen Subnetz mit dynamischer Kapazitätszuordnung betrieben.

Die Forderung für ein LAN bestand hier also hauptsächlich aus Gründen der direkten Kosteneinsparung auf dem Fernleitungsnetz, indem man nämlich möglichst den in einem Institut anfallenden Ferndatenverkehr über einen einzigen Knoten mit einem DFÜ-Netz verbindet. Dieser Knoten sollte funktional in der Lage sein, sowohl den Verkehr zwischen den ESA-Instituten abzuwickeln, als auch eventuelle Anschlüsse an die öffentlichen Netze zu gewährleisten und außerdem die europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerne einzubinden.

Mit diesem sicherlich bereits sehr umfangreichen Pflichtenheft wurde das internationale Marktangebot im Jahre 1982 untersucht. Das Ergebnis war mehr als traurig: Kein Anbieter war in der Lage, zu diesem Zeitpunkt ein fertiges Netz anzubieten. Es galt also Kompromisse einzugehen, Sonderentwicklungen zu veranlassen und ein gehöriges Maß an Risiko zu akzeptieren.

Die Entscheidung fiel für ein Breitbandnetz um zukünftig möglichst hohe Flexibilität zu erhalten.

Das Esalan basiert auf einem in der Kabelfernsehtechnik bewährten Verfahren. Es kommt die sogenannte "Mid-Split-Technik" zur Anwendung, wobei die gesamte verfügbare Bandbreite von zirka 440 MHz in ein Sende- und ein Empfangsfrequenzband aufgegliedert ist. Das gesamte Netz basiert auf einem einfachen 75-Ohm-Koaxkabel, welches in verästelter Baumstruktur mit einer Ausdehnungsmöglichkeit von mehreren Kilometern verlegt ist. Die Netzstruktur läßt einen leichten Weiterbau ohne Änderung der bestehenden Netzteile zu. Gleichzeitig mit den Datenkanälen können Video/Audio und Fernwirk-Signale übertragen werden.

Für DÜ-Zwecke vier völlig separate Netze

Sogenannte Head-End-Einrichtungen bilden auf dem Kabelnetz unabhängige virtuelle Netze. Theoretisch könnten hierbei beliebig viele virtuelle Subnetze erzeugt werden, die jeweils einem 6 MHz breiten TV-Kanal entsprächen. Zur Zeit werden zu Datenübertragungszwecken vier vollkommen separate Netze gebildet nämlich:

- Terminalübertragungsnetz

asynchron: Sytek Localnet 20/2000

synchron: Allen Bradley Vista LAN 3270

- PC-Netz

Allen Bradley Vista LAN/Novell Advanced Netware

- Ethernet

Chipcom

Jedes dieser separaten virtuellen Netze belegt einen beziehungsweise bis zu drei 6-MHz-Kanäle. Für jeweils maximal drei 6-MHz-Kanäle wird eine eigene Kopfstation betrieben, die eine reine analoge Funktion der Frequenzumsetzung ausführt. Hierbei wird das kommende Signal, im Falle der Datenübertragung die modulierten Sendedaten, in der Frequenz umgesetzt und auf das gleiche Kabel in einer anderen Frequenz aufmoduliert. Alle Teilnehmerstationen, die am Netz auf die Empfangsfrequenz eingestimmt sind, empfangen dieses Signal zu Demodulation. Es entsteht so eine logische Ringstruktur.

Man kann das gesamte Verfahren der Breitbandtechnik demnach auch als ein Frequenzmultiplexer bezeichnen.

Das lokale Verteilnetz besteht aus zwei Ebenen: Die erste (Trunk), beinhaltet keine Teilnehmeranschlüsse. Es können bis zu zehn kaskadierte ferngespeiste Breitbandverstärker zur Signalverstärkung betrieben werden, die jeweils verschiedene Stammleitungen (Trunks) bilden. Die zweite Netzebene wird durch die jeweiligen Verästelungen zu den Teilnehmeranschlüssen gebildet. Nach Bedarf sind auch hier Verteilverstärker im Einsatz.

Durch die zwei vorher erläuterten Aufteilungen ergeben sich neben den möglichen analogen Diensten (Video, Sprache, Fernwirk- und Meßtechnik) Datenkanäle mit einer derzeitigen Kapazitätsgrenze von bis zu je zehn Mbps. Im Falle des Sytek Localnet-20-Netzes besteht in jedem Kanal eine Kapazität von 128 Kbps. Hiervon wiederum können jedoch 20 völlig unabhängig voneinander bestehende Kanäle auf einem 6-MHz-Band gleichzeitig betrieben werden.

Die einzelnen 6-MHz-Kanäle des von uns hauptsächlich benutzten Localnets 20 sind durch FSK-Modem in 20 300-KHz-Unterkanäle geteilt. Jedes Modem kann einem der 20 Unterkanäle zugeordnet werden. Fernerhin können alle anderen 19 Kanäle wahlweise unter Softwarekontrolle, ähnlich einer X.21-Leitungsvermittlung, vom Anwender für eine Session angesteuert werden. Darüber hinaus ist prinzipiell mit Hilfe eines netzinternen Verbindungsrechners die Übertragung zu allen anderen Teilnehmern, die an einem der restlichen Kanäle angeschlossen sind, möglich. Neben der reinen lokalen Verbindung ist selbstverständlich auch mit Hilfe von Netzverknüpfungen die Übertragung zu anderen LANs des gleichen Types gewährleistet. Voraussetzung hierfür ist allerdings eine DFÜ-Verbindung mit einer genügend großen Kapazität. In diesem Falle wird ein Verbindungsrechner im jeweiligen LAN mit einer DFÜ-Strecke von bis zu 128 Kbps Kapazität gekoppelt.

Hinsichtlich der Netzzugangsprotokolle sei hier zu erwähnen, daß die bei ESA eingesetzten Produkte auf der IEEE 802.3 CSMA/CD basieren. Zur Zeit werden Versuche mit IEEE 802.5 Token Passing durchgeführt.

Die von den jeweiligen Herstellern gelieferten Produkte entsprechen in den meisten Fällen nicht internationalen Standards, soweit diese bis heute überhaupt verfügbar sind. Lediglich eine Gliederung nach dem ISO/OSI Ebenenmodell ist weitestgehend implementiert. Es handelt sich größtenteils um "Quasi Standards" die aufgrund ihrer Verbreitung einem Standard gleichkommen.

Das netzinterne Protokoll des Sytek-Netzes entspricht einem Paketübertragungsverfahren und erlaubt daher dem Anwender hinsichtlich der Vernetzungsmöglichkeiten eine sehr hohe Flexibilität.

Anwendungen

Phase I

- interaktive Datenverarbeitung;

- Datenbankzugriff;

- Textkommunikation;

- Electronic Mail - Telemail-;

- PDN Zugang

Phase II

- Rechnerverbund;

- Sicherheitskontrollsysteme;

- Gebäudeüberwachung;

- Videoüberwachung von Testreihen;

- Innerbetriebliches Informationssystem Videotext;

- GMT Syncronzeit

- PA System

Pilotnetzerfahrungen

Erfahrung in Kabelfernsehtechnik unbedingt notwendig;

Vorausplanung für maximale Ausbaustufe des Kabelnetzes;

Kanalbelegung und Adressierung im Hinblick auf mögliche Erweiterung;

Systemparameter nicht durch den Benutzer frei wählbar sondern nur unter Kontrolle eines LAN Netzkoordinators;

Ständige Netzüberwachung durch automatisiertes Netzkontrollzentrum zur rechtzeitigen Erkennung von Störungen;

Paketservicezeiten auf zirka 10 Msec. reduzieren um unnötige Störung der Benutzer zu vermeiden;

Flow-Controll Prozeduren sind mindestens auf der Hostseite zwingend notwendig.

ESA-Lan-Netzkonfigurationen

Zwischen April 1983 und 1984 wurden zwei Pilotnetze von ESA betrieben. Je ein Netz wurde in Darmstadt und Noordwijk im praktischen Einsatz getestet.

Nach Abschluß dieser Phase wurde die Entscheidung für eine breite Einführung der LAN bei ESA im Laufe der nächsten 24 Monate getroffen.

Ausbaustufe I: Dieser Ausbau wurde bis November 1983 erreicht und beinhaltet bereits eine Verbindung der beiden LAN über eine festgeschaltete Verbindung zwischen Darmstadt und Noordwijk. Die wesentlichen Unterschiede zu der Pilotphase lagen in der lokalen Ausbreitung des Netzes, der Erhöhung der Teilnehmerzahl und der Einbindung von synchronen Anschlüssen neben den bereits betriebenen asynchronen. Jeweils ein Anschluß der LAN an Datex-P beziehungsweise DN-1 über einen externen Knotenrechner eines anderen Herstellers wurden durchgeführt.

Ausbaustufe Il: In dieser Phase wurden bis Ende 1985 die beiden Netze jeweils flächendeckend ausgebaut. Die Teilnehmerzahl wuchs dann auf insgesamt 2000 Anschlüsse. Zwei weitere Netze, jeweils mit einer Verbindung über feste DFÜ-Strecken, wurden für die ESA-Hauptverwaltung in Paris und die Informationsdatenbank in Frascati/Rom aufgebaut. Insgesamt werden zwei Netzwerkkontrollzentren eingesetzt und das Gesamtnetz wird als ein logisches LAN/WAN betrieben.

Ausbaustufe III: Erweiterung des Netzes unter Einbeziehung der Bodenstation Villafranca-del-Castillo bei Madrid und des HERMES Raumgleiterprojektes in Toulouse. Einbeziehung von weiteren virtuellen Datennetzen für:

- IBM 3270;

- IBM PC und kompatibler Arbeitsplatzrechner;

- Ethernet;

- Transparentes Transportnetz für:

. X-25;

. CAD/CAM;

. Rechnerkopplung.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der bei ESA eingeschlagene Weg erfolgversprechend ist. Die bis zum heutigen Tage gemachten Erfahrungen mit diesem neuen Medium sind ganz vorwiegend positiv. Soweit es die LAN-Produkte betrifft, ist der Zeitraum ausreichend, um einen umfassenden Erfahrungsbericht abzugeben. Es bleibt abzuwarten, ob die geplanten Erweiterungen, die zum Teil auf neuen Produkten verschiedener Hersteller beruhen, vollkommen den Qualitätsansprüchen der ESA beziehungsweise den technischen Spezifikationen der jeweiligen Hersteller entsprechen und dem ständig wachsenden quantitativen und auch qualitativen Bedarf der ESA-Benutzer gerecht werden.

Klaus J. Blank ist Fachbereichsleiter für interne Kommunikationsdienste bei der ESA in Darmstadt.