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10.09.1993

Intelligente Konzentratoren als aktive Komponenten Strukturierte Verkabelung bildet die Basis fuer offene Umgebungen

Die Zeit proprietaerer Netze, wo mit der Herstellerwahl zugleich auch der Kabeltyp festgelegt wurde, ist vorbei. Die zunehmende Forderung der Anwender nach offenen und unternehmensweiten Kommunikationsplattformen hat, neben allgemein hoeheren Anforderungen an Netze, fuer frischen Wind - auch auf der physikalischen Ebene - gesorgt. Restrukturierung heisst daher vielerorts das Gebot der Stunde. Andreas Dohmen* setzt sich mit den Grundprinzipien einer strukturierten Verkabelung auseinander und beschreibt den Status quo der internationalen Standardisierung.

*Diplomphysiker Andreas Dohmen ist Leiter der Abteilung ICCS/LAN Support im Vertrieb des Geschaeftsbereiches Nachrichtenkabel bei der Siemens AG, Muenchen.

Dass von der Funktionsfaehigkeit eines Netzwerkes auch die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens abhaengt, ist eine nicht erst seit gestern bekannte Tatsache. Waehrend in der Vergangenheit jedoch hauptsaechlich darueber diskutiert wurde, welche Endgeraete eingefuehrt werden sollen und welche Software-Anwendungen am geeignetsten sind, steht heute bei den DV-Verantwortlichen mehr und mehr das physikalische Netz im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit. Der Aufbau einer geeigneten physikalischen Infrastruktur ist die Voraussetzung fuer die Einfuehrung leistungsfaehiger Workstations, bandbreitenintensiver Anwendungen wie Multimedia, Bild- und Dokumentenverarbeitung und moderner IT-Strukturen auf Basis von Client-Server-Konzepten und neuer Netztechnologien wie ATM.

Damit ist die Zeit der proprietaeren Netze, wo mit der Anschaffung eines DV-Systems zugleich auch das Kabel vom Hersteller mitgeliefert wurde und wo jedes DV-System ueber ein eigenes, separates Netz kommunizierte, das bei System- oder Anwendungswechsel erneuert werden musste, endgueltig vorbei. Netze muessen heute einfach mehr leisten: Sie muessen Endgeraete unterschiedlicher Hersteller integrieren, alle gaengigen Sprach- und Datendienste uebertragen koennen und fuer zukuenftige Technologien offen sein.

Die zunehmende Forderung der Anwender nach offenen, unternehmensweiten Kommunikationsplattformen hat einen Umstrukturierungsprozess bei bereits vorhandenen Netzen ausgeloest, der in einem ersten Schritt bei der Verkabelung ansetzt. Dies haben sowohl die Netzkomponenten-Hersteller als auch die internationalen Standardisierungsgremien fruehzeitig erkannt. Das Ergebnis ist nun die serienreife Entwicklung neuer, leistungsfaehiger Kabel und modularer intelligenter Konzentratoren sowie der weitgehende Abschluss der Standardisierungsarbeiten fuer Gebaeudeverkabelungen - Parameter, die nun die Basis fuer die Restrukturierung von Netzwerken bilden koennen.

Auf internationaler Ebene haben die International Standardization Organization (ISO) und die International Electrotechnical Commission (IEC) mit dem Joint Technical Committee (JTC1) ein gemeinsames Gremium etabliert, um dort Richtlinien fuer die Gebaeudeverkabelung zu erarbeiten. Innerhalb des JTC1 beschaeftigt sich das Subkomitee SC 25 mit dem Arbeitsgebiet "Interconnection of Information Technology Equipment" und die Arbeitsgruppe WG 3 innerhalb des Unterkomitees SC 25 mit dem Thema "Customer Premises Cabling".

In einem im Juli vorgestellten Arbeitspapier (Bezeichnung:

N 288) erarbeiteten die WG-3-Spezialisten eine Draft-Version, die nach Ablauf der sechsmonatigen Einspruchsfrist zur Verabschiedung als Standard ansteht. Der Entwurf legt in insgesamt zehn Kapiteln und acht Anhaengen Spezifikationen fuer Kabel, Anschlusstechnik und die Verkabelung als Gesamtsystem fest. Dabei wird unter anderem auf Vorarbeiten nationaler Organisationen aufgebaut, wie sie fuer die Bundesrepublik vom Arbeitskreis AK 715.0.3 der Deutschen Elektrotechnischen Kommission (DKE) im DIN und

VDE beziehungsweise in Nordamerika von der Electronic Industries Association/Telecommunications Industry Association (EIA/TIA) mit dem "Commercial Building Telecommunications Wiring Standard" EIA/TIA 568 definiert wurden.

Der ISO/IEC-Draft schreibt die strukturierte, sternfoermige Verkabelung mit den drei Bereichen Primaer- (Campus Back-

bone), Sekundaer- (Building Backbone) und Tertiaerverkabelung (Horizontal Subsystemsfest. An den Uebergaengen der einzelnen Verkabelungsbereiche befinden sich die Verteilerpunkte (in der Regel 19-Zoll-Systemschraenke) mit den aktiven und passiven Komponenten. Im Idealfall wird das Gebaeude vom Hauptverteiler - etwa vom Erdgeschoss aus - erschlossen. Von dort wird jede Etage ueber einen eigenen Kabelstrang angesteuert, der bis zum Etagenverteiler laeuft. Die Endgeraete sind ebenfalls ueber jeweils separate Verbindungen sternfoermig an den Etagenverteiler angeschlossen (vgl. Abbildung 1).

Bis zu den Verteilerpunkten sind die Kabel in Waenden,

Decken- oder Unterflursystemen fest verlegt. Sie enden in den Verteilerfeldern der 19-Zoll-Systemschraenke (vgl. Abbildung 2), wo die Aderpaare in Einsaetzen aufgelegt und verdrahtet werden. Der Anschluss der Verkabelung an die aktive Systemtechnik (zum Beispiel Konzentratoren) erfolgt ueber flexible Schnuere vom Verteilerfeld zum entsprechenden Modul im Konzentrator.

Strukturierte, sternfoermige Verkabelungen, wie sie die Siemens AG mit dem ICCS-Konzept (Integrated Communications Cabling System) anbietet und wie sie jetzt in den Standard eingegangen sind, haben eine Reihe von Vorteilen. Sie basieren auf zwei Kabeltypen, die saemtliche Anwendungen uebertragen koennen, so dass Gebaeude einheitlich "vorverkabelt" und mit einer langfristigen, investitionsgeschuetzten Netzinfrastruktur versorgt werden koennen.

Strukturierte, sternfoermige Verkabelungen gewaehrleisten zudem eine erhoehte Betriebssicherheit, da von einem Verbindungsausfall immer nur ein Teilnehmer beziehungsweise eine Strecke betroffen ist; bei Umzuegen, Anwendungs- oder Systemwechsel muss nur der entsprechende Anschluss im Rangierfeld neu zugeordnet werden, eine Veraenderung der fest verlegten Kabel ist nicht notwendig. Die Strukturierung macht das Netz uebersichtlich und transparent und bietet so unter anderem Ausgangsmoeglichkeiten fuer das Netzmanagement in den Verteilerpunkten.

Die bisher uebliche Kabelvielfalt wird durch den Standard auf die beiden Typen symmetrische Kupferkabel und Lichtwellenleiterkabel eingegrenzt, wobei Kupferkabel aufgrund der uebertragungstechnischen Anforderungen hauptsaechlich im Tertiaerbereich und LWL-Kabel im Primaer- und Sekundaerbereich vorkommen. Unter der Bezeichnung symmetrische Kabel werden Kupferkabel mit paarweise verdrillten Aderpaaren oder Sternvierer verstanden, die durch ihren Wellenwiderstand (100, 120 oder 150 Ohm) sowie ihre Schirmung (ja/nein) naeher charakterisiert sind. Der Begriff loest die bisher gebraeuchlichen Abkuerzungen UTP (Unshielded Twisted Pairund STP (Shielded Twisted Pair) ab.

Um sicherzustellen, dass ueber diese beiden Kabeltypen saemtliche Datenraten und Dienste uebertragen werden koennen, gibt der Standard Richtwerte fuer Uebertragungsentfernungen (maximal 100 Meter im Tertiaer-, maximal 500 Meter im Sekundaer- und maximal 1500 Meter im Primaerbereich) sowie typische Kabelcharakteristika wie Daempfung und Kopplungswiderstand vor. Darueber hinaus teilt er die Kupferkabel, je nachdem, welche Werte sie erreichen, in die Klassen 1 bis 5 ein. Kabel der Klassen 1 bis 2 eignen sich danach ausschliesslich fuer "langsame" Anwendungen (Sprache), Kabel der Kategorie 3 sind bis 16 Megahertz, Kategorie-4-Kabel bis 20 Megahertz und Kategorie-5-Kabel bis 100 Megahertz spezifiziert.

Neben den Vorgaben fuer die elektrischen Eigenschaften der Kabel verweist der Standard auf die Einhaltung der nationalen Vorschriften fuer elektromagnetische Vertraeglichkeit (EMV). An den Schirm einer geschirmten Verkabelung werden Qualitaetsanforderungen gestellt, indem sowohl fuer Kabel als auch fuer die Anschlusstechnik ein maximaler Schirmkopplungswiderstand vorgeschrieben wird.

Da die neuen, bandbreitenintensiven Anwendungen wie Multimedia, Bild- und Dokumentenverarbeitung auch im Arbeitsplatzbereich das Aufkommen beziehungsweise die notwendige Verfuegbarkeit hoher Datenraten erwarten lassen, ist eine durchgaengige Verkabelung der Etagen mit einem geschirmtem Kategorie-5-Kabel empfehlenswert. Siemens hat speziell fuer Sprach- und Datenanwendungen im hohen Frequenzbereich das geschirmte ICCS-Kabel (J-2YY...x2 0,6/1,4 VIMF FR ICCS) mit 100 Ohm Wellenwiderstand entwickelt, das die ISO/IEC- Vorgaben erfuellt und zum Teil sogar uebertrifft.

Fuer eine Schirmung des ICCS-Kabels hat man sich vor allem entschieden, um die Anforderungen in bezug auf Stoeraussendung und Stoerfestigkeit, wie sie das Bundesministerium fuer Post und Telekommunikation fuer die Bundesrepublik bereits heute vorschreibt (DIN VDE 0878) und wie sie ab 1996 europaweit gelten sollen (EN 55022, EN 50082-1), einhalten zu koennen. In der ICCS-Verkabelung wird die Schirmung durchgaengig realisiert, das heisst, der Schirm ist im Anschlusssystem "Siemens Modular Link" (SMLauf Endgeraeteseite wie im Patchpanel grossflaechig aufgelegt und mit dem Endgeraete-Anschlusskabel verbunden.

Darueber hinaus sind die fuer den Aufbau lokaler Netze eingesetzten LAN-Komponenten (Konzentratoren) abstrahlsicher nach DIN VDE 0878, Klasse B. Nur so ist eine sichere und stoerungsfreie Uebertragung bei hohen Frequenzen zu gewaehrleisten und die Voraussetzung dafuer zu schaffen, heutige Verkabelungen im Tertiaerbereich auch zukuenftig nutzen zu koennen - insbesondere, wenn sich schnelle Datennetze wie FDDI, DQDB oder ATM durchsetzen

werden. Als Minimalausstattung sieht der ISO/IEC-Entwurf mindestens zwei TK-Dosen pro Arbeitsplatz vor, von denen mindestens eine fuer symmetrische Kabel ausgelegt sein und ueber einen RJ45-Stecker verfuegen muss. Der zweite Ausgang kann entweder mit einem zweiten Modular-Jack, einem IBM-Datenstecker oder einer LWL-Steckverbindung ausgeruestet sein.

Als LWL-Steckverbindung wurde der Typ SC (Subscriber Connector) definiert. Dort, wo bereits ST-Stecker (Straight Tipim Einsatz sind, koennen diese weiterverwendet werden.

Als vorteilhaft erweist sich auch im Endgeraetebereich die Verwendung eines modularen Teilnehmeranschlusssystems wie SML. Es besteht aus einer einheitlichen Anschlussdose, anwendungsspezifischen Doseneinsaetzen (beispielsweise fuer ISDN, Ethernet, Token Ring, AS/400, 3270-Terminals etc.) sowie Anschluss- und Rangierschnueren. Durch den modularen Aufbau ist es moeglich, die Anschlussdosen am Arbeitsplatz und im Verteilerschrank diensteneutral zu installieren, das heisst, erst durch das Einstecken des SML-Doseneinsatzes wird der Anschluss an den benoetigten Sprach- oder Datendienst hergestellt.

Auf diese Weise koennen saemtliche Arbeitsplaetze mit einer einheitlichen Vorverkabelung und einer einheitlichen Kommunikationsdose fuer alle Dienste ausgeruestet werden. Kommen neue Endgeraete oder Teilnehmer hinzu oder ziehen Mitarbeiter um, wird am Arbeitsplatz und im Rangierfeld einfach nur der Doseneinsatz und die Anschlussschnur den neuen Gegebenheiten angepasst.

Zum Aufbau dienste- und herstellerneutraler Kommunikations- Infrastrukturen gehoeren jedoch nicht nur die passive Verkabelung, sondern auch die entsprechenden aktiven LAN-Systeme, die in der Lage sind, die Dienste ueber die sternfoermige Topologie des Kabelnetzes bereitzustellen. Dabei wurde es erst mit der Entwicklung von Konzentratoren moeglich, die Ring- und Bus- basierenden Systeme wie Ethernet, Token Ring oder FDDI in eine sternfoermige Verkabelung zu integrieren. Auch hier mussten Standardisierungsgremien wie das IEEE erst die Voraussetzungen schaffen und Richtlinien fuer den Betrieb von lokalen Netzen ueber unterschiedliche Kabeltypen definieren, auf deren Grundlage entsprechende Komponenten auf dem Markt bereitgestellt werden koennen.

Konzentratoren in struktu-

rierten Sternverkabelungen bieten vor allem umfangreiche Moeglichkeiten in puncto Netz-Management. Jede Kabelverbindung und damit jedes Endgeraet oder Netzsystem ist an einen eigenen Port des Konzentrators angeschlossen. Dadurch ist es zum einen moeglich, genaue Verkehrs- und Lastdaten fuer jede Verbindung beziehungsweise fuer jedes angeschlossene System zu erhalten, die auf Port-, Modul- und Konzentratorebene ausgewertet werden koennen. Endgeraete koennen aber auch, beispielsweise wenn sie Fehler verursachen oder wenn das Segment ueberlastet ist, vom Netz abgeschaltet werden, indem der Port von der Netz-Management-Station aus gesperrt wird.

Der durch die Verfuegbarkeit leistungsfaehiger Workstations und herstellerunabhaengiger Betriebssysteme ausgeloeste Prozess der Dezentralisierung von Computerressourcen ist nur auf Basis einer strukturierten Verkabelung mit intelligenten Konzentratoren denkbar. Sie bilden eine offene, auf Standards basierende Plattform und stellen die notwendigen Management-Einrichtungen bereit, die fuer verteilte Systemumgebungen unbedingt notwendig sind.

Gleiches gilt fuer neue Netztechnologien wie ATM, die sich heute bereits am Horizont abzeichnen und die die vorhandenen LAN- Strukturen langfristig abloesen werden. Denn nur wenn jeder Teilnehmer eine eigene Verbindung zum Konzentrator hat, koennen Leitungen flexibel durchgeschaltet und Bandbreiten variabel zugeteilt werden. Auch auf aktiver Seite werden die derzeit installierten Konzentratoren als Schnittstelle zu den zukuenftigen ATM-Systemen fungieren muessen, um neue und alte Systemtechniken in einem Netz integrieren und betreiben zu koennen.

Abb. 1: Im Idealfall wird jede Etage ueber einen Kabelstrang angesteuert, der bis zum Etagenverteiler reicht.

Abb. 2: Verteilerschrank mit aktiver und passiver Systemtechnik.