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02.04.1993 - 

100Base-VG als kommender Standard?

Twisted Pair wird die Grundlage des neuen Fast-Ethernets bilden

178 Standardisierungsexperten trafen im Februar 1993 im Rahmen des IEEE 802.3 zusammen, um festzulegen, wie das Netzwerk der naechsten Generation aussehen soll: Die Rede ist von der "High- Speed Networking"-Arbeitsgruppe im 802.3-Komitee, die bis Ende des Jahres einen neuen Standard fuer Ethernet-Netze mit der zehnfachen Uebertragungskapazitaet heutiger Topologien festlegen wird.

Die Notwendigkeit schnellerer Netze wird deutlich, wenn man sich die enorme Leistungssteigerung der PCs vor Augen haelt. So ist ein mit einer Intel-486-CPU ausgeruesteter Rechner etwa 100mal leistungsfaehiger als der urspruengliche IBM-PC, waehrend die entsprechenden Netz-Technologien die Realisierung vergleichbarer Steigerungsraten bislang weitgehend schuldig geblieben sind. Zwar ist ein Ethernet-Netz mit einer Uebertragungsrate von 10 Mbit/s heute in der Regel schnell genug, um keinen "Flaschenhals" bei der Datenuebertragung zu erzeugen - aber wie lange noch? Neue Applikationen, die den PC zum universellen Zugriff auf alle Kommunikationsmedien (Sprache, Video, Daten) befaehigen, werden in viel groesserem Masse auf die Leistungsfaehigkeit der Netzinfrastruktur angewiesen sein als heutige Anwendungen, die sich im wesentlichen auf Druck- und Datentransferdienste im Netz beschraenken.

Zu teuer und zu aufwendig

Kein Wunder also, dass das Echo riesengross war, als bereits im November 1992 das Thema Fast-Ethernet auf der Tagesordnung des IEEE-802.3-Gremiums stand. Zwar gibt es bereits einige Technologien, die Netze mit einer Bandbreite von 100 Mbit/s definieren; um sich aber auf breiter Ebene durchsetzen zu koennen, fehlt es an wichtigen Rahmenbedingungen. FDDI, der derzeit wohl prominenteste Vertreter schneller Netze, eignet sich in der Regel mehr fuer den Einsatz als Backbone-Netz grosser Campus- Installationen. Einhelliges Urteil fast aller Fachleute: zu teuer, zu aufwendig und vor allem uneindeutig definiert. Daraus resultiert nicht zuletzt auch die Tatsache, dass FDDI bis heute in keiner Statistik auftaucht, wenn es um die Zahl der installierten Netzknoten geht - ganz im Gegensatz zu Ethernet und Token Ring.

Wie muss eine Netztechnologie aber beschaffen sein, um sich auf breiter Basis durchsetzen zu koennen? Nicht wenige Experten sprechen in diesem Zusammenhang von fuenf Kriterien:

- akzeptierter Standard

- guenstiger Preis

- problemlose Integration in bestehende Verkabelungsschemata, Architekturen und Applikationen,

- Unterstuetzung zukuenftiger Applikationen wie Multimedia und

- schnelle Verfuegbarkeit.

Von diesem Anforderungsprofil her koennte Ethernet - in den 80er Jahren vom IEEE zum internationalen Standard 802.3 definiert - auch der Favorit fuer die naechste Generation von Netzwerken werden. Bedingung dafuer waere jedoch, dass heutige Ethernet-Netze mindestens um den Faktor zehn schneller gemacht werden koennten und die technischen Voraussetzungen - etwa fuer die Unterstuetzung von Multimedia-Applikationen - erfuellt waeren.

Um die Frage, ob Ethernet dies ueberhaupt leisten kann, zu beantworten, muss man das heutige Ethernet-Verfahren etwas naeher betrachten. Ethernet wurde urspruenglich als Bus-Struktur konzipiert, bei der alle Knoten an ein gemeinsames Koaxialkabel (den Bus) angeschlossen werden. Jede Station sendet dabei unabhaengig von den anderen. Um zu vermeiden, dass mehrere Stationen gleichzeitig senden, "horchen" alle Stationen auf das Medium, bevor sie senden, und wiederholen ihre Uebertragung, wenn es zu "Kollisionen" gekommen ist. Dieses Verfahren wird als "CSMA/CD" bezeichnet und ist der Kern der Ethernet-Philosophie.

Die Intelligenz liegt in den Netzknoten

Durch seine Bus-Struktur war Ethernet urspruenglich sehr anfaellig gegen Kabelfehler; ausserdem liess es sich nicht in strukturierte Architekturen einbinden, die eine sternfoermige Etagenverkabelung, ausgehend von einem Etagen-Verteilerschrank, definieren. Ende der 80er Jahre wurde Ethernet deshalb um ein Verkabelungskonzept erweitert, bei dem die Stationen sternfoermig an einen Hub angeschlossen werden. Der dabei verwendete Kabeltyp wurde als 10Base-T bezeichnet und in die Reihe der anderen Ethernet-802.3- Verkabelungsmethoden eingereiht. Nach wie vor ist dabei CSMA/CD das eingesetzte Zugriffsverfahren; der Sternkoppler greift also nur passiv in das Netzgeschehen ein, die Intelligenz liegt weiterhin in den Netzknoten beziehungsweise Adapterkarten.

In Europa weniger UTP-Anschluesse

Weil eine 10Base-T-Installation mit herkoemmlichen Telefonkabeln auskommt, setzte sich 10Base-T vor allem in den USA schnell durch. Inzwischen lassen sich auch Token-Ring-Konfigurationen mit dem gleichen Kabeltyp - hier Unshielded Twisted Pair (UTP) genannt - vernetzen, so dass heute rund 99 Prozent aller Netzinstallationen in den USA mit einem UTP-Anschluss realisiert werden. Anders in Europa. Hier liegt die Installationsrate von UTP-Anschluessen noch bei lediglich 30 Prozent, aber ein Blick auf die Diskussion ueber eine Uebertragungsrate von 100 Mbit/s zeigt, dass schon bald kein Anwender mehr um eine sternfoermige Twisted-Pair-Verkabelung herumkommen wird.

Wenn jetzt also ueber eine naechste Generation mit zehnfacher Uebertragungsgeschwindigkeit geredet wird, ist vor allem zu untersuchen, inwieweit Ethernet die technischen Anforderungen erfuellen kann. Die "High-Speed-Networking"-Arbeitsgruppe im IEEE 802.3 hat dabei im Februar 1993 folgende Ziele festgeschrieben:

1. Uebertragungsrate: 100 Mbit/s.

2. Topologie: 100-Mbit/s-Verbindungen an Hubs.

3. Media Access Control:

CSMA/CD oder Demand Priority Protocol?

4. Entfernung: 100 Meter zwischen Hub und Endgeraet.

5. Kabeltypen: UTP Level 3,4,5

6. Emissionsrichtwerte: FCC Class B (A) EN 55022B.

7. Kosten: hoechstens doppelt so teuer wie 10Base-T.

8. Zeitfenster: Draft Standard bis 11/93.

Betrachtet man diese Anforderungsliste, draengen sich vor allem zwei Diskussionspunkte auf: Welche Qualitaet muss das Kabel haben, um fuer Fast-Ethernet ausreichend zu sein, und welches Zugriffsprotokoll (Media Access Control) soll gewaehlt werden? Beide Fragen stehen in engem Zusammenhang. Die Kabelqualitaet ist dabei vor allem aus Marktsicht entscheidend, denn ein Kabel der Kategorie 3, auch "Voice Grade"-Kabel genannt, ist sozusagen die Minimalanforderung. Von AT&T im Rahmen des PDS-Systems entwickelt, ist dieser Kabeltyp in den USA weit verbreitet und gilt auch in puncto 10Base-T als Mindestanforderung.

Vor allem wegen der Verbreitung in den USA ist fuer die Durchsetzung des 100-Mbit/s-Ethernet-Standards von entscheidender Bedeutung, ob das Level-3-Kabel unterstuetzt wird oder nicht. Ein Teil der Herausforderung fuer High-speed-Ethernet besteht also darin, einen Weg zu finden, um die zehnfache Uebertragungsleistung mit diesem preiswerten Kabel zu realisieren.

Keine Magie, sondern einfacher Trick

Hewlett-Packard (HP) und AT&T haben sich mit diesem Problem auseinandergesetzt und bereits im November 1992 mit "100Base- Voice-Grade" (VGeine funktionsfaehige Loesung vorgestellt, die die gleichen elektromagnetischen Eigenschaften aufweist wie 10Base-T. Dahinter steht jedoch keine Magie, sondern ein einfacher Trick: Anstatt wie bei 10Base-T zwei Adernpaare bidirektional einzusetzen, werden alle vier Adernpaare eines Kabelbuendels unidirektional genutzt - also entweder zur Uebertragung zum Hub oder zum Empfang vom Hub.

Von entscheidender Bedeutung bleibt nach wie vor auch das Zugriffsverfahren. CSMA/CD erfordert eine kontinuierliche bidirektionale Verbindung von Hub und Netzknoten. Dies schliesst jedoch aus, dass ueber alle vier Adernpaare gleichzeitig gesendet oder empfangen werden kann. Das 100Base-VG-Konzept sieht daher vor, dass der Hub den Zugriff auf das Netz steuert. Im Klartext bedeutet dies: Eine Station fordert das Senderecht beim Hub an, der es ihr zuteilt, sobald das Netz frei ist.

Abwarten und vorerst auf 10Base-T setzen

Der Uebergang von CSMA/CD auf ein Hub-zentriertes Anforderungsprotokoll haette zudem noch einen anderen wichtigen Nebeneffekt: Durch die Vergabe mehrerer Prioritaetsstufen koennte der jeweiligen Station ein gewisses Mass an Bandbreite garantiert werden - eine unabdingbare Voraussetzung fuer Multimedia- Applikationen.

Auch zur Entscheidung zwischen CSMA/CD oder einem Wechsel des Zugriffsprotokolls hat sich mittlerweile eine rege Diskussion entfacht. Die Befuerworter von CSMA/CD fuehren ins Feld, dass eine Veraenderung von CSMA/CD mit so grundlegenden Aenderungen verbunden sei, dass die Entwicklung des Standards und dessen Umsetzung in Produkte viel zu aufwendig sei. Das Hauptargument bezieht sich dabei auf die erforderlichen Veraenderungen bei Applikationen, Adapterkarten und Internetworking-Komponenten, die eine zeitliche Verzoegerung mit sich bringe. CSMA/CD hingegen sei ausgereift und weit verbreitet.

Einwaende dieser Art sind allerdings wenig stichhaltig: So sieht zum einen das 100Base-VG-Konzept das gleiche Paket-Format vor, das auch Ethernet verwendet. Damit koennten, wie seitens des 100Base- VG-Lagers argumentiert wird, Treiber fuer Ethernet-Adapter sehr leicht an die neue Technologie angepasst werden. Der Uebergang von 10 Mbit/s auf 100 Mbit/s koenne darueber hinaus mit einem einfachen Bridging auf Level-2-Ebene bewerkstelligt werden - ohne dass davon die Netzwerk-Architekturen tangiert werden.

Eine der Spielregeln im IEEE ist, dass Beschluessse mit einer Mehrheit von mindestens 75 Prozent der Mitglieder gefasst werden muessen. Auf der Februar-Sitzung der High-speed-Arbeitsgruppe haben 57 der 178 Teilnehmer fuer CSMA/CD gestimmt, 46 dagegen und 75 sich ihrer Stimme enthalten. In den naechsten Monaten sind weitere Meetings geplant.

Was also ist die Konsequenz fuer den Anwender? Die Antwort wird in erster Linie heissen: Abwarten und vorerst auf 10Base-T setzen. Sicher ist, dass schnellere Netze ueber kurz oder lang an der Tagesordnung sind, wahrscheinlich wird es noch vor Jahresende einen Standard fuer ein preiswertes Fast-Ethernet geben.

Sicher ist auch, dass die naechste Netzwerk-Generation auf einer Twisted-Pair- Verkabelung basieren wird.

*Georg Bernskoetter ist Programm-Manager PC-Netze bei der Hewlett- Packard GmbH, Boeblingen.

Abb: Alle vier Kabelpaare des 10Base-T-Kabels werden fuer Uebertragung und Empfang genutzt. Quelle: HP