Netzwerke

Planerisches
Planerische Aspekte von
Netzwerken
Stand : Juli 2006
Grundsätze
Any-to-Any-Beziehung, d.h. jedes Mitglied des Netzes hat Kontakt
zu jedem anderen Netzteilnehmer
Vermeidung von Medienbrüchen
Gemeinsame Nutzung von Ressourcen, Drucker, Internet, E-Mail
Architekturprinzipien
Client/Server
Server = Diensteanbieter ~ Kellner
Client = Dienstenehmer ~ Gast
Peer-to-Peer
Alle Netzteilnehmer sind gleichberechtigt
Client/Server-Paradigma
Der Server ist ein zentralisierte Ressource, die ständig verfügbar
ist, d.h. die entsprechenden Dienste nach dem 24x7 Schema
anbietet. Server arbeiten nach dem 1:n-Prinzip, „bedienen“ also
viele Clientanfragen.
Bevor ein Client die Serverressourcen nutzen kann, muss er sich
authentifizieren.
Client-/Server Paradigma
Server
bietet Clients einen bestimmten Dienst an
wartet auf eingehende Requests von Clients
beantwortet eingehende Requests durch Reply oder Response
Beispiele: WWW-Server, FTP-Server, Mailserver, Streaming
Server
Anmerkung: ein Host kann mehrere Dienste gleichzeitig
anbieten
Client
ruft durch einen Request einen Dienst vom Server ab
wartet nach Senden eines Requests auf Reply/Response vom
Server
Beispiele: WWW-Browser, FTP-Client, Mailreader
Client/Server – Vor- und
Nachteile
Die Konzentration von Netzwerkressourcen hat mehrere
Vorteile:
konsistentes Back-up
keine redundanten Datenbestände
leichtere Zugriffsteuerung
gute Skalierbarkeit (d.h. leichte Integration neuer Clients)
flexible Architektur
Nachteile:
Ein Server ist ein single point of failure
Server verlangen ein spezielle, ausfallsichere, performante
Hardware
Netzwerkkomponenten
Netzwerkkomponenten cont.
Verbindung eines PC an ein LAN: Netzwerkkarte
Verbindung von PCs zu einem LAN: Switch
Verbindung eines LAN an ein WAN wie Internet: Router
Komponentenklasse
Aktive Komponenten
Switch
Router
Netzwerkmanagement
Passive Komponenten
Anschlussdose
Datenkabel
Verteiler-, Patchfeld
Schaltschrank
Normen für Verkabelung
Die Anforderungen an eine zukunftssichere und flexible
strukturierte Verkabelung werden im Wesentlichen durch
drei grundlegende Verkabelungsnormen, die für bestimmte
geographische Regionen von Bedeutung sind, festgelegt:
Normen - Geltungsgebiet
Normen, Entfernungen und
Medien
Normen: Fazit
Verkabelungsnormen wachsen zusammen
Dennoch: einige Normaspekte sind oft nicht umsetzbar – Erdung
von Dosen
Normen sind für Lieferant und Kunde wichtige Leitparameter
einer ordnungsgemäßen Ausführung - Messprotokolle
Strukturbereiche
In der EN 50173-1 wird, ebenso wie in der ISO/IEC 11801, die
Gebäudeverkabelung in drei 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 (z.B. Wanddose mit dem Etagenverteiler)
Ziele der strukturierten Verkabelung
Gestaltung einer dienstneutralen und topologieunabhängigen
Verkabelung
Unterteilung des Gebäudes/Campus in Abhängigkeit von
physikalischen Gegebenheiten wie Längenrestriktionen für
verwendete Kabel
Eine zutreffende Abschätzung des Wachstumspotenzials erfordert
die Berücksichtigung genügender Reserven für Anschlüsse und
Kabel
Primärbereich
Die Campusverkabelung (Backbone) verbindet die einzelnen
Gebäude eines Standortes miteinander. Das Zentrum der
Primärverkabelung bildet der Standortverteiler. Aufgrund der
relativ großen Übertragungsstrecken kommt für den
Primärbereich ausschließlich eine Lichtwellenleiterverkabelung in
Frage.
Für den Campusbereich werden hauptsächlich
Singlemodefaserkabel verwendet, die sich durch ihre geringe
Dämpfung und hohe Bandbreite auszeichnen. Ein weiteres
Argument für LWL-Kabel in diesem Bereich ist ihre
elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).
Primärverkabelung
Sekundärbereich
Die Verbindung zwischen dem Gebäudeverteiler und den
verschiedenen Etagenverteilern wird als Sekundärbereich oder
Gebäude-Backbone bezeichnet. Aufgrund des erhöhten
Bandbreitenbedarfs ist auch in diesem Bereich, für eine größere
Zukunftssicherheit, der Einsatz von LWL-Kabeln (hier in der Regel
Mehrmodenfaserinnenkabel) zu empfehlen.
Im Steigbereich können aber auch „high-end“ Kupferdatenkabel
(mit Bandbreiten bis zu 1500 MHz) eingesetzt werden
Sekundärverkabelung
Tertiärbereich
Im Tertiärbereich werden heute hauptsächlich symmetrische
Kupferdatenkabel eingesetzt. Die Verkabelung erfolgt sternförmig
vom Etagenverteiler aus zu den einzelnen Anschlussdosen. Die
Entfernung sollte hierbei allerdings 90 m nicht überschreiten, da
die Verkabelung sonst nicht mehr normkonform ist.
Eine weitere, zukunftsweisende Variante der Etagenverkabelung
dagegen ist „fiber-to-the-desk“, d.h. eine LWL-Verkabelung bis
zum Arbeitsplatz. Diese wird verwendet, bei sehr hohem
Bandbreitenbedarf oder bei großen Entfernungen. Als weiterer
Vorteil der LWL-Verkabelung ist auch hier die EMV-Verträglichkeit
zu nennen.
Tertiärverkabelung
Tertiärbereich
Backbonekonzepte
Distributed Backbone bildet die Anforderungen der
strukturierten Verkabelung in seiner 3-Stufen-Gliederung ab.
Collapsed Backbone verzichtet auf die Sekundärebene und
verdichtet das Etagennetz auf einen leistungsfähigen Knoten.
Distributed Backbone
der Aufbau der Ringstruktur ermöglicht eine gute
Fehlerredundanz
geringer Verkabelungsaufwand reduziert die Investitionskosten
Übergänge in andere Segmente verlangen das Passieren vieler
Koppelungskomponenten
Mehrere Kopplungskomponenten steigern die Komplexität und
stellen jeweils einen „Point of Failure“ dar
Dezentrale Strukturen erfordern Stromzuführungen und
gesonderte Klimaanlagen
Collapsed Backbone
neue Techniken sind leicht integrierbar
zum Übergang in andere Segmente wird allenfalls die Hälfte der
Kopplungselemente des Distributed Backbones benötigt.
durch die Zentralisierung entsteht erheblicher
Verkabelungsaufwand
die Anzahl der benötigten Anschlussports in der zentralen
Komponente entspricht der Anzahl anzuschließender Geräte
die Sternstruktur ermöglicht eine Fehlerredundanz nur mit
erheblichem Aufwand
Fragen zum Netzlayout
Welche Netzwerkprotokolle werden verwendet?
Ist bekannt, welche IT-Anwendungen und Betriebssysteme auf
der Netzplattform arbeiten?
Ist das Gebäude/der Campus für die geplante Kabelinfrastruktur
geeignet?
Sind Restriktionen bezüglich Kabellängen und Topologien
berücksichtigt?
Ist ausreichend Verteilerraum vorhanden?
Shielded Twisted-Pair (STP)
Eigenschaften:
• Geschwindigkeit und Durchsatz 10 – 100 MBit/s
• mittlere bis große Medium und Steckergröße
• preiswert
• maximale Kabellänge 100m
Unshielded Twisted Pair (UTP)
Eigenschaften:
• Geschwindigkeit und Durchsatz 10 – 100 – 1000 MBit/s
• kleine Medium und Steckergröße
• billig
• maximale Kabellänge 100m
Screened UTP
Ein neuer Typ verbindet UTP mit dem
herkömmlichen STP zu Screened UTP (ScTP)
oder Foil Twisted Pair (FTP).
ScTP besteht im Wesentlichen aus UTP mit einem
Metallschirm oder –geflecht.
Aufbau eines TP-Kabels
UTP vs. STP/ScTP
STP/ScTP besitzt einen besseren Schutz gegen alle Arten
von Interferenzen als UTP - Reduzieren elektrisches
Rauschen und Nahnebensprechen
STP/ScTP-Kabel sind teurer und schwieriger zu verlegen als
UTP
STP/ScTP-Kabel müssen geerdet werden
UTP Belegung
Ein Ethernet (10 Base-T or 100Base-TX) cross-connect
Kabel besitzt nur vier aktive Adern : 1, 2, 3 und 6
Steckertypen
RJ-45
Bewertung: Kupferkabel
Flexible und Handliche Kabel, die eine einfache Verlegung
ermöglichen
Leichtes Anbringen von Steckern
relativ dicke, schwere Kabel, nicht besonders platzsparend ->
Schwierigkeiten beim Management mit Patchfeldern
höherer Aufwand durch aufwendigere bautechnische
Maßnahmen. Kupfer mit seiner EMV-Anfälligkeit muss gesondert
verlegt und gegen Stromleitungen abgesichert werden.
Brandschutzmaßnahmen verursachen weit hohe Kosten
Bewertung: Kupferkabel cont.
bei Ethernet-Installationen unterstützt der AutosensingMechanismus die Erkennung der Übertragungsgeschwindigkeit.
geringe Bandbreite
hohe Signaldämpfung und damit ein Leistungsverlust durch eine
schlechte Leitfähigkeit
aktive und passive Beeinflussung der Übertragung durch
elektromagnetische Störungen möglich
Übertragungsgeschwindigkeiten über 10 Gbit/s sind mit
Kupferkabeln nicht mehr zu realisieren.
Kupferkabel: Bewertung cont. 2
geringe Kosten des Kabels und der aktiven Komponenten
Stromversorgung der Endgeräte, z.B. IP-Telefone, Access-Points
keine zusätzlichen Medienkonverter bei Einsatz von Druckern
oder Notebooks
Investitionssicherheit der Verkabelung
Längenrestriktion erfordert auf jeder Gebäudeebene
Etagenverteiler
Lichtwellenleiterarten
Multimode Fiber: Aufbau
Singlemode Fiber: Aufbau
LED versus Laser
Ein erheblicher Unterschied bei der Verwendung von LEDs und
Lasern ist ihre entsprechende Einkopplung in den Faserkern.
LEDs regen alle im gesamten Faserkern vorhandenen Moden an
und erzeugen so eine „Vollanregung“. Die selbe Faser kann
jedoch ein gänzlich anderes Verhalten haben, wenn weniger
angeregt werden.
Im Gegensatz zu LEDs regen Laser nur eine begrenzte Anzahl
von Moden an -> nicht für alle Technologien verwendbar
LEDs sind kostengünstiger als Laser
Glasfaser: Bewertung
In Europa dominiert die Gradientenprofilfaser mit einem
Kerndurchmesser von 50 µm und einem Manteldurchmesser von
125 µm.
In Amerika herrscht die Faser des Typs 62,5/125 µm vor.
Glasfaser: Bewertung cont.
mechanische Aspekte
kleine Kabeldurchmesser und daher platzsparend bei
geringem Gewicht.
flexible und handliche Kabel, die eine einfache Verlegung
ermöglichen
aufwendiges Anbringen von Steckern und Spleißen.
Bewertung: Glasfaser cont. 2
übertragungstechnische Aspekte
große Bandbreite bei gleichzeitig hoher Signaldichte
geringe Signaldämpfung und damit ein geringer
Leistungsverlust des Lichtes entlang des Kabels, so dass
wesentlich größere Übertragungsdistanzen als bei Kupfer
möglich werden.
keine Etagenverteiler und damit auch keine Investition in die
Ausstattung entsprechender Technikräume
keine aktive und passive Beeinflussung der Übertragung
durch elektromagnetische Störungen und damit niedrige
Fehlerraten und hohe Netzverfügbarkeit.
hohe Abhörsicherheit
Bewertung: Glasfaser cont. 3
wirtschaftliche Aspekte
geringe Maßnahmen und Kosten für Brandschutz und
Trassierung
durch die größere zulässige Bandbreite und die wachsende
Übertragungsdistanz steigt die Flexibilität bei der Gestaltung
des Netzaufbaus
die Fähigkeit der Glasfaser hohe Datenraten ohne
Neuverkabelung zu unterstützen, verlängert den Lebenszyklus
einer Verkabelung.
höherer Investitionsbedarf durch gesonderte Adapter
Konfektionierungsaufwand abhängig vom Steckertyp
aufwendige Bestimmung des Dämpfungsbudgets
Planung passiver Komponenten
Die Komponenten eines oder mehrer Hersteller müssen
füreinander zertifiziert sein, d.h. Kabel, Anschlussdosen, und
Patchfelder müssen aufeinander abgestimmt sein.
Verteilerräume müssen vorhanden sein und derart konzipiert,
dass sie aktive und passive Komponenten aufnehmen
Organisation
Häufig sind IT-Management, Telekommunikationsverwaltung und
Netzwerküberwachung eigene Organisationseinheiten, die
unterschiedlichen Abteilungen zugeordnet sind
Besser: Zusammenfassen dieser Felder, da Informations- und
Kommunikationstechnik zusammenwächst
Kostenkennzahlen
Gesamtkosten pro Port: 100 – 400 €
Kosten pro Kupferport: 150 €
Kosten pro LWL-Port: 250 €
Investitionskosten aktiver und passiver Komponenten zu gesamten
IT-Kosten: 5-10%
Kosten für externe Planung und Projektierung 8-25% des
Investitionsbetrages
Kosten pro Mitarbeiterumzug (Netzwerk und Telefon): 100 - 300 €
Kosten des Netzbetriebs
Fehlerursachen