Übertragungsmedien, Topologien und Zugriffsverfahren

Netzwerk / Verkabelung

Netzwerk / Verkabelung
Die einfachste Art zwei Rechner miteinander zu verbinden.
Vorteil:
- Jeder Rechner kann vollkommen unabhängig mit jedem anderen
Rechner kommunizieren.
Nachteil:
- Durch die vollständige Vermaschung nimmt die Anzahl der
Verbindungen enorm zu.

Netzwerk / Verkabelung
Anzahl der Verbindungen = 1 /2 * n * (n-1)

Netzwerk / Verkabelung
Bei lokalen Netzen gibt es drei wesentliche
Unterscheidungsmerkmale
• Übertragungsmedien,
• Topologie und
• Zugriffsverfahren.

Übertragungsmedium
Übertragung ist im
• OSI-Schichtenmodell in Schicht 1 und 2 (Bitbertragungsschicht, Sicherungsschicht) und
• TCP/IP-Schichtenmodell in Schicht 1 (Verbindungsschicht)
angesiedelt.
Voraussetzung ist eine physikalische Verbindung zwischen den miteinander
kommunizierenden Geräten.
Elektrische Übertragungsmedien
- elektrische Kabel (Kupfer)
- Fernmeldeleitung
- Koaxialkabel
-Twisted Pair Kabel
- optische Leiter (Lichtwellenleiter)
- kabellose Leiter (wireless)

Übertragungsmedien
IBM Typ 1
STP (shielded twisted Pair), 2 Adernpaare, 150 Ohm, 16 MHz
Twinax
Besteht aus einem paar verdrillten Kuperadern in einem Dielektrikum und
einer Schirmung, IBM für 5250 Terminals und Drucker zur Anbindung an
IBM Midrage Hosts (AS 400, S/36) genutzt.

Übertragungsmedien
Koaxkabel
- 10Base5 (10 Mbit/s, 500m)
- RG 8 – Thick Ethernet oder „Yellow Cable“
- Leitungswiderstand 50 Ohm
- max. Länge 500 m pro Segment
- mind. Abstand der Anschlüsse 2,5 m
- 5-4-3-Regel
- Max. 5 Segmente
- Max. 4 Repeater
- Max. 3 Segmente mit Rechner-Anschlüssen
10Base2 (10 Mbit/s, 185m)
- RG 58 – Thin
- Leitungswiderstand 50 Ohm
- max. Länge 185 m pro Segment
- max. 30 Anschlüsse pro Segment
- mind. Abstand der Anschlüsse 0,5 m
- 5-4-3-Regel
- wie vor

Übertragungsmedien
Twisted Pair
Twisted Pair steht für Kupferkabel mit gekreuzten, verdrillten bzw. verseilten
Adernpaaren.
Mechanischer Aufbau
- Verseilung / Verdrillung
- mindert störende Einflüsse von außen auf mag. Wechselfelder
- Das Übersprechen zwischen benachbarten Adernpaaren innerhalb
des Kabels wird reduziert
- Abschirmung
- Abschirmung aus Aluminiumfolie oder Drahtgeflecht
- Drahtgeflecht gegen niederfrequente Felder (50 Hz),
Bedeckungsgrad mind. 30%
- Die Kombination aus Geflecht- und Folienschirm ist effektiver.

Übertragungsmedien
Twisted Pair
Die Kabel sind genormt und in verschiedne Klassen und Kategorien
eingeteilt. Jede Kategorie deckt verschiedene Anforderungsprofile mit
bestimmten Qualitätsvorgaben ab.
Kabeltyp
XX/YZZ
XX steht für
- U = ohne Schirm
- F = Folienschirm
- S = Geflechtschirm
- SF = Geflecht- und
Folienschirm
Y steht für
- U = ohne Schirm
- F = Folienschirm
- S = Geflechtschirm
ZZ steht für
- TP = Twisted Pair

Übertragungsmedien
Twisted Pair
EIA / TIA: Dachverband der für die Standards der Gebäudeverkabelung
zuständig ist. EIA/TIA 568 ist die erste Norm für die strukturierte Verkabelung
EN 50173 und ISO/IEC 11801 haben im Wesentlichen den gleiche Inhalt.
Die EN ist die europäische Norm, während die ISO/IEC weltweit verwendet
wird.

Übertragungsmedien
Lichtwellenleiter
Singlemode-Faser
- Durchmesser so stark reduziert, dass sich das Glas wie ein Wellenleiter verhält.
- Licht breitet sich geradlinig ohne Aufprall auf die Grenzfläche aus
- Höhere Kosten wie Multimode-Fasern
- Entfernungen >100 km
- Bis zu ca. 50 GBit/s

Übertragungsmedien
Lichtwellenleiter
Multimode-Faser
- Aufgrund der möglichen Lichtwege kommt es zu
Signalbeeinflussungen (Laufzeitunterschieden)
- Optische Dichte nimmt im Kern der Faser zu (Gradientenindex Profil)
- Typische Durchmesser 62,5 oder 50 µm
- Übertragungsreichweite abhängig von der Datenrate, der genutzten Wellenlänge
(850 nm oder 1300 nm), bei 10 und 100 MBit/s bis zu 200 m
Stufenindexfaser
Gradientenfaser
Die Moden (Lichtwellen)
breiten sich mit unterschiedlichen
Winkeln
aus
Brechungsindex
parabolisch

Übertragungsmedien
Kerngrößen der elektrischen Übertragungsmedien
Impedanz (Wellenwiderstand, Rückflussdämpfung)
- Beschreibt den Widerstand der Leitung auf eine elektrom. Welle
- Unabhängig von der Kabellänge
- Bestimmt durch die Kabelkonstruktion
- Geometrie des Kabels darf nicht verändert werden.
Dämpfung
- Beschreibt die Ausdehnung des Signals bei 20°C, 100 m
- Welcher Wert bleibt am Ende des Signals noch übrig
- Je geringer die Dämpfung umso besser
- Abhängig von der Kabelsorte, Fehlanpassung (Stoßstellen, Knicken),
Anzahl und Art der Stecker und Kupplungen, Länge des Kabels
Übersprechen (Crosstalk)
- Abstrahlung der elektrom. Abstrahlung eines Signals auf parallel geführte Leitungen
- Verdrillung wird der Eigenschaft entgegen
Nahnebensprechdämpfung (Near end crosstalk, NEXT, Querdämpfung)
- Maß für die Unterdrückung des Übersprechens zwischen 2 benachbarten Aderpaaren am Ende/Anfang des Kabels
ACR (Attenuation to Crosstalk Radio)
- Verhältnis zwischen Nahnebensprechen und der Dämpfung, Wert ≥ Dämpfung = Empfänger kann Nutzsignal nicht
von Störsignalen unterscheiden
Laufzeitdifferenz
- Unterschied zwischen Signallaufzeiten in den einzelnen Paaren des Kabels

Übertragungsmedien
Messbericht Glasfaser
Wellen (nm) = Wellenlänge des Lichtes
Index = Brechungsindex Kabel (Faser)
Reflektion eines Steckers

Topologien
Für den Aufbau eines lokalen Netzes haben sich verschiedene
Grundformen ausgeprägt sogenannte Netztopologien.
- Sterntopologie
- Bustopologie
- Ringtopologie
- Baumtopologie

Topologien
Sterntopologie
- Alle Stationen senden ihre Nachrichten in Richtung eines zentralen
Umsetzers und von diesem zu den Zielstationen
- Zentrale Verteiler HUB, Switch (passiv, aktiv (verstärken das Eingangssignal))
Vorteile
- Hohe Verlässlichkeit, weniger Ausfälle
- Höhere Geschwindigkeiten im Netzwerk (bis zu 1000Mbit/s)
- Fehler können schneller gefunden werden
- Ausfall eines PC legt nicht das ganze Netzwerk lahm
- Möglichkeit andere Topologien nachbilden zu können
- Leichte Wartbarkeit
Nachteile
- Es werden mehr Verbindungskabel benötigt
- Jeder Rechner muss über einen Switch bzw. Hub verbunden werden

Topologien
Bustopologie
- Nachrichten werden über ein Kabel in alle Richtungen versandt
- Jede Station erkennt an der Adressierung, ob das Paket für ihn bestimmt ist.
- Technik hatte in der Vergangenheit einen großen Marktanteil
- Bussystem ist leicht erweiterbar

Topologien
Ringtopologie
- Alle Stationen werden in einer Reihe aufgebaut und verschaltet und
der erste
und letzte Rechner wird miteinander verbunden
- Nachrichtentransport in einer bestimmten Richtung
- Um Umlaufzeiten klein zu halten ist die Anzahl der Stationen nicht zu groß
zu wählen
- Grundsätzliches Problem der Ringtopologie ist der Ausfall eines Rechners
oder einer Verbindungsstrecke
- Problem kann durch den Einsatz eines Doppelrings gelöst werden.
- Beispiel für ein Ring-Netz ist der Token Ring von IBM

Topologien
Baumtopologie
- Zusammenfassung mehrer Stern-Topologien zu einem Baum
- Einsatz häufig bei großen Gebäudeverkabelungen
Vorteil
- Ausfälle einzelner Endgeräte haben keine Konsequenzen
- Strukturelle Erweiterbarkeit
- Große Entfernungen realisierbar (Kombination unterschiedlicher
Übertragungsmedien)
Nachteil
- Bei Ausfall eines Verteilers ist der ganze davon ausgehende
(Unter-)Baum des Verteilers tot
- Zur Wurzel kann es aufgrund der Struktur bei sehr großem Datendurchsatz zu
Engpässen kommen.

Topologien
Strukturen der Gebäudeverkabelung
- Die Netztechnik hat sich an eine genormte Verkabelung anzupassen.
- Jeder Arbeitsplatz bekommt automatisch eine Datennetzdose ggfs. auch
mehrere über die andere Dienste wie Telefon realisiert werden.
Das bringt anfangs zwar höhere Investitionskosten, ist aber zukunftssicher.
Fehler wirken sich nur lokal aus, denn jeder Anschluß hat sein eigenes Kabel.
Wesentlichen Normen, die für bestimmte geographische Regionen von Bedeutung
sind:
- EN 50173 (1995): Informationstechnik: Anwendungsneutrale Verkabelungssysteme
- ISO/IEC 11801 (1995): Generic cabling for customer premises
- EIA/TIA 568 A/B (1994): Commercial building telecommunications cabling standard

Topologien
Strukturen der Gebäudeverkabelung
In der EN 50173 wird ebenso wie in der ISO/IEC 11801 die Gebäudeverkabelung
in vier Bereiche eingeteilt.
- Primär- oder Campusbereich für die Verbindung der Gebäude
eines Standortes untereinander,
- Sekundär- oder Steigbereich für die Verbindung der einzelnen Etagen
eines Gebäudes,
- Tertiär- oder Horizontalbereich für die Verbindung der Anschlußeinheiten
wie die Wanddose mit dem Etagenverteiler und
- Arbeitsplatzbereich für den Anschluß der Endgeräte an die
Anschlußeinheiten.

Topologien
Strukturen der Gebäudeverkabelung

Zugriffsverfahren
Jedes Netz nutzt physikalische Verbindungswege (Kanäle) über welche die
einzelnen Stationen miteinander kommunizieren.
Die Art und Weise, wie die einzelnen Stationen diese Kanäle nutzen und
belegen hängt vom jeweiligen Zugriffsverfahren ab.
- Token Ring
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)

Zugriffsverfahren
Token Ring
Spezifikation nach IEEE 802.5
Lange Zeit Standard bei Netzwerken von IBM
Grundprinzip ist die kollisionsfreie Übertragung von Datenpaketen
Geschwindigkeit von 4 bis 16 Mbit/s
Monitorstation als Steuerungsorgan, diese muss nicht zwingend Server sein,
es kann auch eine normale Workstation sein.
Die max. Übertragungszeit steigt mit der Anzahl der Stationen

Zugriffsverfahren
Token Ring
- Das Token wird immer von einem Knoten an den nächsten
weitergereicht. Selbst im Leerlauf geben die Stationen dieses
fortwährend weiter.
- Möchte ein Host Daten senden, wartet er auf das Token und hängt seine
Nutzdaten daran und ergänzt weitere Steuersignale. Das Tokenbit wird von
0 auf 1 gesetzt. Aus dem freien Token wird ein Datenrahmen.
- Der Datenrahmen wird wieder auf den Ring gesetzt, und das Token bzw.
der Datenrahmen wird an die Knoten weitergereicht.
- Jeder Rechner prüft, ob das Paket für ihn bestimmt ist und setzt es
anderenfalls wieder auf den Ring
- Ist der Host der vorgesehene Empfänger, so kopiert er die Nutzdaten und
quittiert den Datenempfang.
- Der Sender erhält die Quittung und sendet den Token mit den nächsten -
Nutzdaten oder setzt ein Frei-Token auf den Ring.
- Ein Sender darf das Token nur für eine bestimmte Zeit für sich in Anspruch
nehmen.

Zugriffsverfahren
Token Ring
Fehler
• Verlust des Tokens: Nach Ablauf einer Kontrollzeit erzeugt die Monitorstation
ein neues Freies Token
• Endlos kreisende Pakete: Durch Ausfall einer Station, Monitorstation
fügt
ein M-Bit hinzu, wenn das Token wieder bei der Monitorstation vorbei
kommt
ohne das der Empfänger es vom Netz genommen hat. Vernichtet die
Monitorstation das Token und erzeugt ein Frei Token
• Doppeltes Token: Sendestation bricht ab, sobald ein fremdadressiertes
Token vorhanden ist.
• Ausfall der Monitorstation: Die verbleibenden Stationen handeln
untereinander einen neuen Monitor aus
• Ausfall einer Netzschnittstelle. Wenn ein Ringleitungsverteiler eingesetzt
wird, überbrückt dieser die betroffene Stelle

Zugriffsverfahren
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
Spezifikation nach IEEE 802.3
Dezentrales Verfahren um Zugriffsrechte nach dem Konkurrenzverfahren auf
Medien zu erlagen
Carrier Sense steht für Überwachung des Trägerkanals
Teilnehmer beobachten den Status der Busleitung
Senden ihre Nachrichten nur wenn gerade kein anderer sendet
„Kanal frei“
Wesentlich in einem lokalen Netzwerk auf denen mehrere Rechner Daten
übertragen wollen ist, festzulegen wann wer senden darf.
Wenn unterschiedliche Sendestationen auf ein um dem selben Medium
senden möchten besteht die Gefahr, dass sich bei gleichzeitigem
Sendebetrieb die beiden Signale überlagern und somit stören.

Zugriffsverfahren
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
Kollisionen werden als Überlagerung
(Addition der Spannungspegel) von
Rechnern erkannt.
Wartezeit = ZZ * T
ZZ = Zufallszahl aus [0 < ZZ < 2 n ]
n
T
= Anzahl Wiederholungen des
gleichen Blocks, max. 10
= Slot Time (doppelte max.
Signallaufzeit des
Übertragungsmedium)