Wirtschaftsinformatik (Bachelor-Studiengang): Rechnernetze/Onlinedienste (2. Semester)

Sie sind hier: Startseite › Wirtschaftsinformatik › Rechnernetze/Onlinedienste: Kabelsysteme

BM / CM, Kurs vom 01.10.2002 - 31.03.2003

Rechnernetze/Onlinedienste: Kabelsysteme: Einführung (Probleme bei LAN, Arten von Komponenten, Aufteilung der Medien), Kupferkabel (Niederfrequenzkabel (Cu): Twisted Pair (TP), Steckertypen, Konnektoren (Anschlüsse)), Glasfaser (Lichtwellenleiter (LWL), Glasfaser, Fiber, Grundprinzip, Faserarten, EIA/TIA 568 Commercial Building Cabling Std., Zusammenhang Kabeltyp und LAN-Typ), Repeater, Bridge, Router, Switch, Gateway (Repeater, Arten von Applikationen/Rechnern, Bridge, Switch (Layer-2-Switch), Router, Gateway), Strukturierte Verkabelung.

  1. Einführung
  2. Kupferkabel
  3. Glasfaserkabel
  4. Repeater, Bridge, Router, Switch, Gateway
  5. Strukturierte Verkabelung

Einführung

Probleme bei LAN

Daher:

Arten von Komponenten

Passive Komponenten:

Aktive Komponenten:

Aufteilung der Medien

Aufteilung der Medien

Bildbeschreibung "Aufteilung der Medien": Zwei Arten. Erdgebunden (terristrisch) und Atmosphäre. Die terristrischen Medien werden weiter unterteilt in Metall und Glasfaser. Im Metall-Bereich wird verwiesen auf Niederfrequenzkabel und Hochfrequenzkabel. Im Glasfaser-Bereich erfolgt eine weitere Unterteilung in Monomodefaser und Multimodefaser. Letzeres kann noch in Stufenprofil und Gradientenprofil unterschieden werden.

Zum Menü Wirtschaftsinformatik | Zum Seitenanfang

Kupferkabel

Niederfrequenzkabel (Cu): Twisted Pair (TP)

Niederfrequenzkabel (Cu)

Bildbeschreibung "Niederfrequenzkabel (Cu)": Darstellung der drei Kabelsorten TP, UTP und STP.

Bauformen:

Die obigen Darstellungen zeigen das Prinzip.
Es sind mehr als die gezeichneten Adernpaare möglich:
So benötigen viele Netze 4 Paare (8 Adern), so dass dafür z.B. ein UTP-Kabel nicht zwei sondern vier Adernpaare haben muss.

Es gibt verwirrend viele Kabelarten, die teilweise Mischungen aus den obigen "Reinformen" sind.

Um Vergleichbarkeit sowie Kompatibilität herstellen, wurden Typen bzw. Kategorien definiert.

Begriffserklärungen:

Ein Verbindungskabel ist ein Kabel zwischen einem Anschluss/Dose und dem Endgerät.

Ein Patchkabel ist ein relativ kurzes Kabel zur Verbindung zweier Kabelenden in Verteilerräumen; die Kabelenden werden in Rangierfeldern (patch panel) mit Dosen versehen, in die zur Verbindung die Patchkabel eingesteckt werden.

In der Praxis werden Patchkabel häufig als Verbindungskabel eingesetzt.

Steckertypen

Hochfrequenzkabel:

Aus der Hochfrequenz-/Antennentechnik

Unterstützt Bandbreiten bis zu 400 MHz.

Arten:

Praktische Relevanz:

Konnektoren (Anschlüsse)

Standard-N-Konnektor:

Vampir-Tap:

Kabel wird zwischen zwei Blöcken fixiert und im 90° Winkel mit einer "Nadel" angebohrt, Nachteil: Korrosion.

Zum Menü Wirtschaftsinformatik | Zum Seitenanfang

Glasfaser

Lichtwellenleiter (LWL), Glasfaser, Fiber

Vorteile:

Nachteile:

Prinzipieller Aufbau einer Verbindung:

Prinzipieller Aufbau einer Verbindung

Bildbeschreibung "Prinzipieller Aufbau einer Verbindung": Quelle, elektrooptischer Wandler, Anschluss, Lichtwellenleiter, optischer Sternkoppler (optional), Lichtwellenleiter, Anschluss, elektrooptischer Wandler, Senke.

Grundprinzip

Reflektion aufgrund unterschiedlicher Brechungsindices zwischen Kern und Mantel.

Mode: einzelner "Lichtstahl" durch den Kern (geometrisch zulässiger Weg durch das Medium)
Multimode: gleichzeitig mehrere Mode möglich
Monomode: Nur eine Mode möglich

Grundprinzip

Bildbeschreibung "Grundprinzip von Glasfaser": Jeder Lichtstrahl, der (innen) auf den Mantel trifft, wird vom Mantel reflektiert und dadurch weitergeleitet.

Reflektionen im LWL:

Reflektionen im LWL

Bildbeschreibung "Reflektionen im LWL": Teile des Lichtes gehen durch Nicht-Reflektion verloren.

Nur ein Teil des Lichts kommt beim Empfänger an. Das Licht strahlt trotz Biegung des LWL immer noch in gerader Richtung.

Faserarten

Faserarten inklusive graphischer Darstellung
Faserarten Indexprofil Profil des Brechungsindex Wellenausbreitung
Stufenprofilfaser:
Bitratenprodukt: 5 MHz km
Länge: 1 km
ca. 1970 		Stufenindexprofil
Stufenprofilfaser: Profil des Brechungsindex
Stufenprofilfaser: Wellenausbreitung
Reflektionen Multimode
Gradientenprofilfaser:
Bitratenprodukt: 1,5 GHz km
Länge: 10 km
ca. 1980 		Gradientenindexprofil
Gradientenprofilfaser: Profil des Brechungsindex
Gradientenprofilfaser: Wellenausbreitung
Reflektionen Multimode
Monomodefaser:
Bitratenprodukt: 250 GHz km
Länge: 50 km
ca. 1990 		Stufenindexprofil
Monomodefaser: Profil des Brechungsindex
Monomodefaser: Wellenausbreitung
Monomode

Daten über Metallleiter und Glasfaser:

Abkürzungen aus der Standardisierung:

EIA/TIA 568 Commercial Building Cabling Std.

Vollständiger Name: Commercial Building Telecommunications Cabling Standard

EIA/TIA 568 Kabelkategorien:

Zusammenhang Kabeltyp und LAN-Typ

Zusammenhang Kabeltyp und LAN-Typ
Kabeltyp 4 Mbit/s
Token Ring		 10 Mbit/s
Ethernet 		16 Mbit/s
Token Ring		 100 Mbit/s
FDDI
Koax Ja Ja Ja Nein
Glasfaser Ja Ja Ja Ja
STP Ja Ja Ja Ja
UTP 3 Ja Ja Ja Nein
UTP 4 Ja Ja Ja Nein
UTP 5 Ja Ja Ja Ja

Terminatoren:

Offene Enden reflektieren die Signale. Dies verhindert ein Widerstand zwischen den Leitungen (Terminator).

Terminatoren

Bildbeschreibung "Terminatoren": An die Enden der Leitung werden sogenannte Terminatoren geklemmt, die einen Widerstand darstellen und somit das Reflektieren von Signalen verhindern.

Kabel, Bandbreiten und Reichweite
Kabel Typische Bandbreite Reichweite
TP 5 10 bis 100 Mbit/s 100 m
Dünnes Koaxialkabel 10 bis 100 Mbit/s 200 m
Dickes Koaxialkabel 10 bis 100 Mbit/s 500 m
Multimode-Faser 100 Mbit/s 2 km
Monomode-Faser 100 bis 2400 Mbit/s 40 km

Zum Menü Wirtschaftsinformatik | Zum Seitenanfang

Repeater, Bridge, Router, Switch, Gateway

Repeater

Multiport-Repeater werden Hub genannt.

Port = Anschluss

Repeater

Bildbeschreibung "Repeater": Mehrere Rechner sind in zwei Segmente unterteilt. Diese zwei Segmente werden durch den Repeater, der als Verstärker dient, miteinander verbunden.

Hubs sind heute häufig komplexe bis zur Ebene 3 gehende Verteilsysteme (siehe Switch).

Hubs

Bildbeschreibung "Hubs": Ein Hub dient als Verteiler. Er verbindet mehrere Rechner oder auch Rechnersegmente sternförmig.

OSI-Einbindung der Repeater:

OSI-Einbindung der Repeater

Bildbeschreibung "OSI-Einbindung der Repeater": Repeater (Verstärker) arbeiten auf unterster OSI-Ebene, der Übertragungsebene.

Hub:

Hub und Crossover-Kabel:

Wenn zwei Computer über ein TP-Kabel verbunden werden sollen, ist ein Crossover-Kabel oder die Benutzung eines Hub erforderlich.

Um zwei Hub zusammenzuschalten, müssen beide über die Uplink-Buchse des einen mit einem Patchkabel verbunden werden. Da diese kurz sind, werden die Hub aufeinander gestellt (gestapelt).

Arten von Applikationen/Rechnern

Server:

Anwendung oder spezieller Rechner, der Dienstleistungen ( Services) für andere Rechner (auch andere Server) anbietet

Client:

Anwendung oder spezieller Rechner (typisch PC oder Terminal), der von Server Dienstleistungen abruft.

Bridge

Zur Performance-Steigerung sollten Server und Clients nach dem Lokalitätsprinzip auf die Segmente verteilt werden:

"Was häufig miteinander kommuniziert, gehört in dasselbe Segment."

OSI-Einbindung einer Brücke:

OSI-Einbindung einer Brücke

Bildbeschreibung "OSI-Einbindung einer Brücke": Eine Bridge (Brücke) verbindet Rechner und Rechnersegmente auf OSI-Ebene 2, der Sicherungsebene.

Lernende Brücke:

Lernende Brücke

Bildbeschreibung "Lernende Brücke": Die Lernende Brücke enthält eine sogenannte Routing-Tabelle, in der sie speichert, aus welchem Segment der jeweilige Rechner zugreift. Sind alle möglichen Quell-/Zieladressen bekannt, kann die Brücke die Weiterleitung von Paketen, die in ein und demselben Segment liegen verweigern. Dadurch wird unnötige Netzlast vermieden. Andersrum weiß die Brücke dann auch, dass Pakete, die an das jeweils andere Segment adressiert sind, weitergeleitet werden müssen.

Lernverfahren:

Initialisierung: Routing-Tabelle löschen.

Alle Datenpakete an allen Ports (Schnittstellen der Brücke) ansehen und vermerken, an welchem Port welche Quell-Adressen beim Senden benutzt werden.

Routing-Tabelle enthält von allen Stationen, die einmal gesendet haben, den Port, über den sie erreichbar sind.

Erreicht ein Paket die Bridge, dessen Ziel-Adresse in der Tabelle enthalten ist, wird das Paket an den Port weitergeleitet, der zur Zielstation führt bzw. nicht weiter geleitet.

Wenn die Zieladresse nicht in der Tabelle enthalten ist, wird das Paket immer weitergeleitet.

Dies lässt sich auch für Multiport-Bridge verallgemeinern:
Ist die Zieladresse unbekannt, wird das Paket über alle anderen Ports gesendet.
Ist sie bekannt, nur über das Port, der mit der Zielstation verbunden ist.

Zum Start arbeitet die Bridge wie ein Repeater, später immer mehr wie eine die Segmente trennende Brücke.

Das Verfahren kommt in Probleme, wenn dieselben Adressen in verschiedenen Segmenten verwendet werden, weil z.B. Stationen im Betrieb die Segmente wechseln.

Alterung/Vergessen:

Switch (Layer-2-Switch)

An jedem Segment braucht nur ein Rechner angeschlossen zu sein; es können auch mehrere sein.

Layer-2-Switch

Bildbeschreibung "Layer-2-Switch": Realisiert sternförmige Verbindung von Rechnersegmenten.

Verknüpfungen zu Netzen: Hierarchie

Verknüpfungen zu Netzen: Hierarchie

Bildbeschreibung "Verknüpfungen zu Netzen: Hierarchie": Vier Switches, die jeweils verschiedene Segmente bedienen, sind hierarchisch angeordnet. Switch A bildet die oberste hierarchische Ebene, Switch B ist ihm hierarchisch untergeordnet. Switch C und D unterstehen wiederum Switch B und bilden somit die unterste Ebene.

Verknüpfungen zu Netzen: Zyklen

Verknüpfungen zu Netzen: Zyklen

Bildbeschreibung "Verknüpfungen zu Netzen: Zyklen": Vier Switches, die jeweils verschiedene Segmente bedienen, sind zyklisch angeordnet. Switch A hat Verbindungen zu Switch B und C, diese sind ebenfalls miteinander verbunden und haben jeweils zu Switch D eine Verbindung. Nun werden zwei Stationen betrachtet. Station 1 hängt an Switch A, Station 2 an Switch D. Die Kommunikation dieser zwei Stationen erfolgt entweder über Switch B oder über Switch C. Beispiel: Station 1 senset Pakete an Station 2. Dazu werden die Pakete über Switch A, dann über Switch B, weiter über Switch D hin zu Station 2 transportiert. Ein anderer, ebenfalls möglicher Verbindungsweg würde von Switch A über Switch C hin zu Switch D sein.

Router

OSI-Einbindung eines Router:

OSI-Einbindung eines Router

Bildbeschreibung "OSI-Einbindung eines Router": Router arbeiten auf OSI-Ebene 3, der Vermittlungsebene.

Gateway

Gateways sind Knoten innerhalb des Netzwerks, die Netze unterschiedlichen Typs miteinander verbinden.

Gateways setzen nicht nur Datenpakete um, sondern transformieren unterschiedliche Adressen (samt Formaten).

Anwendungsbeispiele:

OSI-Einbindung eines Gateway:

OSI-Einbindung eines Gateway

Bildbeschreibung "OSI-Einbindung eines Gateway": Arbeiten auf oberster OSI-Ebene, der Anwendungsebene.

Zum Menü Wirtschaftsinformatik | Zum Seitenanfang

Strukturierte Verkabelung

Logische vs. physikalische Topologie:

In Sterntopologie verlegte Kabel können auch für Ringe oder Busse benutzt werden, indem sie entsprechend am Sternpunkt verbunden werden.

Vorteile der Sterntopologie:

Strukturierte Verkabelung:

Konzept zur Planung komplexer Verkabelungen mit folgenden Zielen:

Grundideen der strukturierten Verkabelung

Primärbereich:

Sekundärbereich:

Tertiärbereich:

Endgeräteanschluss