Thin Ethernet & Twisted Pair
Netzwerkstandards an der Universität Wien

von Manfred Schmiedl (Ausgabe 95/2, Juni 1995)

 

Hinweis: Dieser Beitrag erläutert, welche technologischen Standards der Errichtung des Datennetzes der Universität Wien derzeit zugrunde liegen. Um das Datennetz benutzen zu können, müssen Sie die folgenden Seiten weder lesen noch verstehen. Sollten Sie sich jedoch dafür interessieren, wie Ihr Rechner an das Netzwerk angeschlossen ist (bzw. werden wird) und welche Einschränkungen dabei zu berücksichtigen sind, finden Sie hier einige Hintergrundinformationen zu diesem Thema.

Das Datennetz der Universität Wien ist im Prinzip eine Vereinigung aller Lokalen Netzwerke (Local Area Networks = LANs), die an den einzelnen Standorten der Universität bestehen. Während die Verbindung zwischen den Standorten mittels verschiedenster Technologien erfolgt (Standleitungen, Lichtwellenleiterverbindungen, interne Leitungswege der Universität), werden im Bereich der LANs an den Instituten die jeweiligen Netzwerke auf Basis des Netzwerkstandards "Ethernet" errichtet.

Ethernet ist eine LAN-Technologie, die es erlaubt, Informationen zwischen Computern mit einer Geschwindigkeit von 10 Millionen Bits per Sekunde (10 Mbit/s) zu übertragen. Neuere Ethernetstandards erlauben sogar Übertragungsraten bis zu 100 Mbit/s. Von den am Markt befindlichen LAN-Technologien ist Ethernet die gebräuchlichste - jeder Computerhersteller unterstützt diesen Standard. Durch diese große Verbreitung sind einerseits Ethernetprodukte sehr preisgünstig erhältlich, andererseits ist es mit Ethernet möglich, Geräte verschiedenster Hersteller untereinander zu verbinden.

Andere Standards wie beispielsweise "TokenRing" erlauben dies nicht: TokenRing-Netzwerkadapter sind nicht für alle Rechnertypen erhältlich. In einem universitären Umfeld ist es jedoch immens wichtig, daß jeder Rechner, und sei er noch so exotisch, am Netzwerk partizipieren kann. Aus diesem Grund finden sich TokenRing-Netzwerke an der Universität Wien nur dort, wo sie früh entstanden sind, nämlich in der Universitätsverwaltung und im Bereich der Medizinischen Fakultät.

Die Funktionsweise von Ethernet

Alle an einem Ethernet-Netzwerk angeschlossenen Geräte (im folgenden als Stationen bezeichnet) arbeiten unabhängig voneinander und teilen sich gleichberechtigt das benutzte Übertragungsmedium. Die Signale werden in das Medium eingespeist. Alle angeschlossenen Stationen hören am Übertragungsmedium mit und entscheiden selbst, ob die derzeit übertragene Information für sie bestimmt ist oder nicht - ein zentraler Vermittlungsknoten ist daher nicht notwendig. Bevor eine Station Signale sendet, überprüft sie, ob das Medium frei ist oder ob bereits eine andere Station überträgt. Erst wenn das Medium frei ist, beginnt die Station mit der Übertragung.

Der Zugriff zum Medium wird durch einen Mechanismus gesteuert, der MAC (Medium Access Control) heißt und bei jedem Netzwerkstandard etwas anders funktioniert. Bei Ethernet basiert der MAC-Mechanismus auf CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection).

Ein wesentlicher Teil von CSMA/CD wurde bereits beschrieben: CS (Carrier Sense) wird von einer Station angewendet, um herauszufinden, ob das Medium frei ist. Sendet bereits eine andere Station, wird eine definierte Zeitspanne gewartet und anschließend erneut ein Carrier Sense durchgeführt. Ist das Medium frei, darf im Prinzip jede angeschlossene Station senden, wobei alle gleichberechtigt sind - daher MA (Multiple Access). Wenn nun aber - was recht oft passiert - zwei oder mehrere Stationen gleichzeitig mit einer Übertragung am Medium beginnen, kommt es zu einer Kollision. Die gerade übertragenden Stationen erkennen diese Kollision (CD = Collision Detection) und beenden die Übertragung. Nach einer zufallsgesteuerten Sendepause versucht eine Station wieder zu übertragen, indem sie erneut einen Carrier Sense durchführt.

Dieser Mechanismus (CSMA/CD) wird für jede Übertragung am Ethernet angewendet. Im Prinzip überträgt also immer nur eine Station; da dies alles aber sehr schnell passiert (im Nanosekunden-Bereich), bemerkt der Benutzer davon nichts.

Medienarten von Ethernet

Die Übertragung der Information erfolgt auf einem Übertragungsmedium - das ist im allgemeinen irgendeine Art von Verkabelung. Es gibt jedoch neuerdings auch Arten von Ethernet, die als Medium Funkwellen oder Infrarotstrahlen verwenden und daher keine Verkabelung im herkömmlichen Sinn benötigen.

An der Universität Wien kommen derzeit zwei Medien in großem Maßstab zum Einsatz:

  • Koaxialkabel (auch Thin Ethernet, RG58) und
  • Twisted Pair-Verkabelung (oder strukturierte Verkabelung, "Telefonkabel").

Thin Ethernet - Type 10BASE2

Die Identifikation 10BASE2 ist eine vom Normungsgremium IEEE vergebene Kennzeichnung für Netzwerkmedien. Die "10" steht für die maximale Übertragungsrate des Systems - bei Verwendung von Ethernet eben 10 Mbit/s. "BASE" gibt in der Regel an, welcher Frequenzbereich am Medium genutzt werden kann. Im betrachteten Fall bedeutet es lediglich, daß das Medium nur zur Übertragung von Ethernet-Signalen verwendet werden sollte. Die "2" bezeichnet die maximal zulässige Länge des Mediums in Einheiten von 100 Metern (in unserem Fall daher 200 Meter).

Das 10BASE2-Kabel ist ein Koaxialkabel, das mit einem Durchmesser von etwa 5 mm deutlich dünner ist als das ursprünglich für Ethernet verwendete Koaxialkabel (ca. 20 mm Durchmesser) - daher auch die Bezeichnung "Thin Ethernet". Das Kabel muß einen Wellenwiderstand von 50 Ohm aufweisen und der Innenleiter des Kabels darf aus nur einer Drahtlitze bestehen. Diese Anforderungen werden von den Kabeltypen RG58 A/U oder RG58 C/U erfüllt; viele Hersteller bieten aber eigene Thin Ethernet-Kabel an, die bessere Übertragungseigenschaften aufweisen bzw. besser gegen Einflüsse von außen abgeschirmt sind.

Jeder 10BASE2-Zweig (Segment) eines Thin Ethernet-Netzwerks sollte nicht länger sein als 185 Meter. Mehrere Segmente können mittels sogenannter Repeater zusammengefaßt werden. Die Enden jedes 10BASE2-Segmentes sind mit BNC-Steckern versehen und müssen zusätzlich noch mit 50 Ohm-Abschlußwiderständen (Terminatoren) abgeschlossen werden - ohne diese Terminatoren ist das entsprechende Netzwerksegment nicht verwendbar.

Die Geräte können bei Thin Ethernet mit einem T-Stück an das Medium angeschlossen werden. Die einzelnen Stationen werden dabei hintereinander "aufgefädelt", wobei maximal 30 Geräte pro Segment angeschlossen werden dürfen. Zwischen den Geräten muß ein Mindestabstand von 0,5 Metern eingehalten werden. Der große Nachteil beim Einsatz von T-Stücken liegt darin, daß - ähnlich wie bei einer Kabelunterbrechung - durch das Entfernen eines T-Stücks aus dem Netzwerk das Segment unterbrochen und der gesamte Ethernetzweig lahmgelegt wird. Diese Art des Anschlusses ist daher mit sehr vielen potentiellen Fehlerquellen behaftet.

Thin Ethernet, schematische Darstellung

 

Eine sehr viel bessere Methode, ein Netzwerk mit Koaxialkabeln zu errichten, ist die Verwendung von Ethernet-Anschlußdosen (kurz EAD), von denen eigene Anschlußkabel zu den Stationen geführt werden. Diese Technologie zeichnet sich dadurch aus, daß das Segment von der Dose wieder geschlossen wird, sobald man ein Gerät absteckt; es kommt daher nur zu einer kurzen Unterbrechung, nicht aber zu einem Ausfall des Segments.

Ethernet-Anschlußdose

 

Die maximal zulässige Anzahl von Anschlußdosen auf einem Ethernetsegment liegt bei ca. 6 bis 8 Dosen. Dies entspricht ungefähr den erlaubten 30 T-Stücken der 10BASE2-Netzwerknorm: Da an jeder Dose zwei Geräte angesteckt werden können, erhält man damit 12 bis 16 Anschlußmöglichkeiten. Im Anschlußkabel selbst ist bei der EAD-Technologie natürlich auch ein T-Stück enthalten, da ja von der Dose eine Koaxialleitung zum Gerät und wieder zurück zur Dose geführt werden muß. (Das Anschlußkabel erweckt zwar den Anschein eines einzigen Kabels, besteht aber tatsächlich aus zwei Koaxialkabeln in einer gemeinsamen Ummantelung.) Die 12 bis 16 Anschlußmöglichkeiten sind daher nochmals mit zwei zu multiplizieren, wodurch man - normgerecht - 24 bis 32 T-Stück-Äquivalente erhält.

Bei der Verwendung von Ethernet-Anschlußdosen ist daher darauf zu achten, daß nicht durch zu viele Dosen oder zu lange Anschlußkabel die Funktionstüchtigkeit des Netzwerks beeinträchtigt wird. Dabei muß berücksichtigt werden, daß ein Anschlußkabel - wie erwähnt - eigentlich aus zwei Kabeln besteht: Ein 5 Meter langes Anschlußkabel vermindert somit die zulässige Gesamtlänge des Segments um 10 Meter.

Das EDV-Zentrum errichtet in den letzten Jahren Thin Ethernet-Netzwerke ausschließlich auf Basis von Ethernet-Anschlußdosen und wird dies auch beibehalten. Beispiele für Projekte, bei denen diese Art der Vernetzung zur Anwendung kam, sind das Juridicum, das Institut für Botanik oder die "Vorklinischen Institute".

Twisted Pair Ethernet - Type 10BASE-T

Twisted Pair Ethernet arbeitet mit 2 Paaren von Drähten, also insgesamt 4 Drähten. Eines der beiden Paare wird für das Senden und das andere Paar für das Empfangen von Daten benutzt. Die beiden zusammengehörigen Drähte müssen über die Gesamtlänge der Leitung verdrillt (twisted) sein. Das "Twisten" von Leitungen ist eine in der Nachrichtentechnik übliche Methode, um das Signalverhalten und damit die Übertragungsleistung zu verbessern. Die 10BASE-T-Technologie (das "T" steht für Twisted) wurde so ausgelegt, daß auf qualitativ mittelmäßigen Leitungen Daten über eine Länge von ca. 100 Metern übertragen werden können.

Ursprünglich wurde Twisted Pair entwickelt, um die Übertragung von Ethernet über Telefonkabel zu ermöglichen: In vielen - vor allem in älteren - Gebäuden ist zwar eine hohe Anzahl von Telefonleitungen, aber keine spezielle Datenverkabelung vorhanden. Eine nachträgliche Verkabelung für die Datenübertragung ist oft zu kostspielig, weil damit meistens auch umfangreiche Bauarbeiten verbunden sind. Die Verwendung der ohnehin vorhandenen Telefonkabel ist somit naheliegend.

Ein Nachteil von Twisted Pair Ethernet ist, daß für jede angeschlossene Station eine Leitung zu einem zentralen Twisted Pair-Repeater geführt werden muß. Die Verbindung der Stationen untereinander (das eigentliche Netzwerk) entsteht erst in diesem Repeater - ohne den Repeater ist ein 10BASE-T-Netzwerk nicht funktionsfähig. Dieser Nachteil ist jedoch zugleich auch ein Vorteil, da man unbekümmert Geräte an- und abstecken kann. Der Repeater (oft auch "Hub" oder "Concentrator" genannt) gleicht dies für die anderen angeschlossenen Stationen problemlos aus, sodaß das Netzwerk nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Auch Leitungsunterbrechungen sind weniger fatal als bei 10BASE2 (Thin Ethernet), da auch in diesem Fall nur ein einziges Gerät betroffen ist.

Twisted Pair Ethernet, schematische Darstellung

 

Besonders attraktiv wird eine Verkabelung auf Basis von Twisted Pair Ethernet, wenn qualitativ hochwertige Kabel eingesetzt werden. Die derzeit bereits am Markt verfügbaren Geräte für die beiden 100 Mbit/s-Ethernetstandards 100BASE-VG und 100BASE-T setzen auf Twisted Pair-Kabeln auf. Beachtet man die Vorgaben hinsichtlich der Kabelqualität, die für eine so hohe Übertragungsleistung notwendig sind, kann man heute die relativ preisgünstige 10BASE-T-Technologie nutzen und später auf ein um den Faktor 10 schnelleres Netzwerksystem umsteigen. Moderne Twisted Pair-Kabel haben - je nach Hersteller und "Bauart" - einen Durchmesser von 7 bis 15 mm und sind daher von herkömmlichen Telefonkabeln (Stärke ca. 3 mm) leicht zu unterscheiden.

Im Zusammenhang mit dem Twisted Pair-Ethernetstandard wird auch oft von strukturierter Verkabelung gesprochen. Bei dieser Verkabelungsart benutzen das Telefon- und das Datennetz dieselbe Kabeltype. Die Verkabelung bzw. Infrastruktur eines Gebäudes ist somit für beide Dienste gleich - erst wenn man ein Gerät (Telefon, Computer, etc.) an der Steckdose anschließt, bestimmt man, ob man jetzt telefonieren oder Daten übertragen möchte. Das EDV-Zentrum ist bemüht, bei neuen Projekten diese Art der Verkabelung einzusetzen und Kabeltypen zu verwenden, die später einen problemlosen Umstieg auf höhere Übertragungsraten ermöglichen.

Als Anschlußart für Twisted Pair hat sich der ebenfalls aus der Telefonie stammende RJ45-Stecker durchgesetzt. Dieser Stecker ähnelt dem bei amerikanischen Telefonsteckdosen verwendeten Stecker, ist jedoch im Gegensatz zu seinem 6poligen Verwandten aus der Telefonie 8polig. Man findet RJ45-Stecker oft auf Modems, da diese überwiegend von amerikanischen Herstellern kommen bzw. für den amerikanischen Markt entwickelt wurden.

RJ45-Stecker mit TP-Kabel

 

Das EDV-Zentrum errichtet an den Instituten häufig wesentlich mehr Steckdosen, als unmittelbar benötigt werden, um eine gewisse Zukunftssicherheit zu gewährleisten. Es kann durchaus vorkommen, daß eine Steckdose zwar fertig verkabelt und installiert ist, aber nicht an einen Repeater angeschlossen wurde, da dieser ja ebenfalls Kosten verursacht. Fragen Sie daher bitte bei unserer Netzwerkabteilung nach, bevor Sie ein Gerät an einer Twisted Pair Ethernet-Steckdose in Betrieb nehmen - möglicherweise ist die Dose noch nicht aktiviert. Bei 10BASE-T-Netzwerken wurden vom EDV-Zentrum auch oft Datensteckdosen mit zwei RJ45-Buchsen installiert, wobei zwar beide Buchsen funktionsfähig sind, jedoch primär nur der linke Anschluß aktiviert wurde.

In den letzten Jahren konnten die Standorte Dr. Bohr-Gasse 9 ("Wiener Biozentrum") und Borschkegasse 8 (Institut für Krebsforschung) sowie weite Teile des Universitätshauptgebäudes (Institut für Germanistik, Institut für Geschichte) auf diese Art verkabelt werden. Das derzeit in Planung befindliche Telefon- und Datennetz im Alten AKH wird ebenfalls auf einer strukturierten Verkabelung basieren.

Noch ein Hinweis: Anschlußkabel und Netzwerkadapter für PCs (sowohl für Thin Ethernet als auch für Twisted Pair Ethernet) werden vom EDV-Zentrum zentral eingekauft und zum Selbstkostenpreis an Institute weitergegeben.