PCs werden im Local Area Network (LAN) zu Kommunikations-Netzwerken. Infos zu Datenübertragungsverfahren Ethernet, Fast-Ethernet, Giga-Ethernet, Token Ring.
Die Einführung der PCs am Arbeitsplatz brachte neben viel Individualität auch Nachteile mit sich: Statt Rechenleistung an einer zentralen Stelle zu haben, war diese nun verteilt. Benutzer von Standalone-PCs im sog. „Turnschuh-Netz“ mussten ganz real von einem zum anderen Kollegen laufend Daten per Diskette übermitteln. Der nächste Schritt der EDV-Entwicklung war daher klar: Ein Gewebe aus Kabeln überzog die Büros, um diese Lauf- und Kopierarbeit zu beenden: Die PCs wurden im Local Area Network (LAN) vernetzt. Abbildung 1 unten zeigt das Schema eines LANs (Abb. 1).
Was ist ein LAN?
Ein LAN ist ein lokal angelegtes Netzwerk, im Gegensatz zu WAN-Netzwerken, die überregional verbunden sein können. Lokal bezieht sich hier auf einen gemeinsamen Standort der beteiligten Rechner, beispielsweise ein Firmengelände. DAs LAN ist also die räumlich begrenzte Vernetzung von Computern, das sich organisatorisch gegenüber der „Außenwelt“, z.B. dem Internet, abgrenzt.
Ethernet
Das Datenübertragungsverfahren Ethernet wurde entwickelt zur Ausdehnung der Technologie lokaler Netzwerke (LAN) für einen größeren geografischen Raum. Es ist ein sog. Standard für lokale Netzwerke, der in den siebziger Jahren von Xerox in Palo Alto am Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt und in den Achtzigern insbesondere über Intel und DEC in den Massenmarkt eingeführt wurde. Ethernet ist derzeit die populärste LAN-Technologie, nicht zuletzt, weil neben einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis Installation und Wartung relativ einfach sind. Außerdem unterstützt Ethernet alle gängigen Protokolle. Ethernet wurde vom Institut für das elektrische und elektronische Ingenieurwesen (IEEE) als Standard IEEE 802.3 definiert, wobei auch noch ältere Normen unterstützt werden. Danach beträgt die Übertragungsgeschwindigkeit bis zu mehreren Gigabit/Sekunde, wobei der reale Datendurchsatz bei ca. 60 – 70% der physikalischen Bandbreite liegt. Das Herz des Ethernet-Systems ist das Ethernet-Datenpaket (Ethernet-Frame) mit 46 bis 1500 Bytes. In diesem Paket sind auch die Sender- und Empfängeradressen enthalten. Zur Vernetzung der Rechner werden dabei vorrangig Koaxialkabel (Thin Ethernet), sog. Twisted-Pair-Leitungen und mittlerweile auch Glasfaserkabel eingesetzt.
Ein Nachteil von Ethernet ist, dass sich alle angeschlossenen Rechner die verfügbare Bandbreite teilen müssen. Wenn ein Knoten gleichzeitig mit mehreren anderen Rechnern „sprechen“ will, steht jedem Kommunikationskanal nur noch ein Bruchteil der Bandbreite zur Verfügung. Abhilfe lässt sich durch mehrere Netzwerkkarten pro Knoten schaffen: Bei drei Netzwerkkarten kann ein Knoten über einen Switch gleichzeitig mit drei anderen Maschinen Daten auf voller Bandbreite austauschen.
Was sind Switches und Hubs?
Ein Switch ist ein Gerät, das zwischen verschiedenen Netzwerkprotokollen und -komponenten umschaltet. Hubs (oder auch: Repeater, Ringleitungsverteiler, Concentrator, Verstärker oder Verteiler) werden immer eingesetzt, wenn ein Kabel verlängert werden soll. Wenn ein Hub Bits empfängt, verstärkt er das Bit-Signal und sendet es auf allen anderen aktiven Anschlüssen weiter. Hubs sind auf dem OSI-Layer 1 (Physical) angesiedelt. Sie sind der Mittelpunkt des sternförmig verkabelten Netzwerkes 10BaseT, 100BaseT. Viele Hubs lassen sich kaskadieren, um mehr Stationen anschließen zu können. Beim Kaskadieren werden Geräte gleichen Typs hintereinander geschaltet, um deren Leistungsfähigkeit insgesamt zu erhöhen. Switches oder Hubs werden z.B. kaskadiert, um mehr Anschlussmöglichkeiten und besseren Datendurchsatz zu bekommen.
Ethernet-Typen: 10Base2, Fast Ethernet, Gigabit-Ethernet
- 10Base2: 10-Mbit-Ethernet mit Busverkabelung auf Koaxial-Basis. Ein Segment darf bis zu 185m lang sein, mehrere Segmente lassen sich mit einem Repeater verbinden. Der Anschluss der PCs erfolgt über T-Stücke, die Kabelenden sind terminiert. Das Kabel weist einen Wellenwiderstand von 50 Ohm auf.
- 10BaseT: Ebenfalls 10Mbit/s schnelles Ethernet, allerdings sternförmig aufgebaut. Die PCs sind über ein maximal 100 Meter langes Twisted-Pair-Kabel mit einem zentralen Hub verbunden.
- 100BaseT: Ähnlich zu 10BaseT, allerdings 100MBit/s schnell. Voraussetzung sind Kategorie-5-Kabel.
- Fast Ethernet: Bezeichnung für ein 100MBit/s schnelles Netz.
- Gigabit-Ethernet: Letzter Stand der Entwicklung; Bandbreite von 1024 MBit/s und mehr möglich.
- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Zugriffsverfahren von Ethernet: Es gibt keine Reihenfolge im Netz, jede Station darf senden, wenn gerade kein Signal auf dem Bus liegt. Senden zwei oder mehr Stationen gleichzeitig, kommt es zur Kollision der Signale. Daraufhin hören alle Stationen auf zu senden und versuchen es nach einem mit einer Zufallskomponente ermittelten Intervall neu.
Fast-Ethernet stellt eine Erweiterung des ursprünglichen Ethernets dar, wobei die Übertragungsleistung auf 100 Mbit/s erhöht wurde ohne die grundlegende Struktur zu ändern. Festgelegt wurde dies im Fast-Ethernet-Standard IEEE 802.3u. Gigabit-Ethernet zeichnet sich durch Erhöhung des Datendurchsatzes auf über 1000 Mbit/s (1 Gbit/s) aus. Diese Technologie baut vor allem auf Lichtwellen-Leiter bzw. Glasfaser auf (1000BaseX).
Token Ring
Für Token Ring steht der Standard IEEE 802.5. Token Ring wurde von der Firma IBM Mitte der 80er Jahre entwickelt. Das Token-Ring-Netz ist ringförmig aufgebaut. Die Abbildung unten verdeutlicht das Funktionsprinzip schematisch (Abb. 2). Die Datenübertragungsrate beträgt 4 Mbit/s oder 16 Mbit/s, die auch bei starker Belastung nicht sinkt.
Die Token-Ring-Technologie arbeitet, ähnlich wie die Ethernet-Technologie, auf Basis kleiner Datenpakete, den so genannten Tokens. Jedes Token ist ein Bitmuster von drei Byte Länge. Wenn von keiner Station Daten gesendet werden, wird dieses Token ständig im Ring von einer Station an die andere übertragen. Möchte eine der Stationen Daten senden, ändert sie an diesem Token ein Bit. Dadurch wird das Token dieser Station zugeordnet. Sie wandelt dieses Token in die Startsequenz des Datenpaketes um, das sie senden möchte, und unmittelbar danach sendet sie den übrigen Teil der Daten. Andere Stationen senden während dieser Datenübertragung keine Daten. Wenn die Datenübertragung abgeschlossen ist, sendet die betroffene Station wieder ein Token ins Netz.
Vorteil ist, dass keine Konflikte und dadurch entstehende Wartezeiten bei hohem Verkehrsaufkommen auftreten, weil nur ein Computer zu einer Zeit das Token besitzt. Die Token-Ring-Technologie wird heute immer mehr von der Ethernet-Technologie verdrängt. Sie hat zwar viele Vorteile (wenn z.B. Kabel beschädigt werden, fällt nicht sofort das ganze Netz aus wie beim Ethernet), aber die Installationen sind viel aufwändiger und die Übertragungsgeschwindigkeit wird von Fast-Ethernet bei weitem übertroffen.
Überblick LAN-Technologien (I)
- Ethernet: populärste LAN-Technologie, arbeitet mit Datenpaketen, gutes Preis-Leistung-Verhältnis, einfache Installation und Wartung, Unterstützung aller gängigen Protokolle. Nachteil: alle angeschlossenen Rechner müssen sich die verfügbare Bandbreite teilen, falls nicht mehrere Netzwerkkarten zum Einsatz kommen.
- Fast-Ethernet: 100 Mbit/s Bandbreite.
- Gigabit-Ethernet: 1 Gbit/s Bandbreite.
- Token-Ring: arbeitet auf Basis von Tokens (=Datenpaket). Vorteil: keine Konflikte und Wartezeiten bei hohem Verkehrsaufkommen, weil nur ein Computer zu einer Zeit das Token besitzt. Wird durch Ethernet abgelöst, da Token-Ring-Installationen aufwendiger und geringere Übertragungsgeschwindigkeit als bei Fast-Ethernet.