Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 22

Moderne LAN-Technologien: IEEE 802.3z Gigabit Ethernet

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Standard-Definitionen

Wie nicht anders zu erwarten war umfasst der Standard Definitionen für die unteren zwei OSI-Schichten und darüber hinaus Vorschriften für die Gestaltung der physikalischen Übertragungsmedien.

Man muss auf der physikalischen Schicht jedoch zwischen den Versionen für Fibre Channel Technologie und derjenigen für Kat-5-Verkabelung unterscheiden.

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Das Architekturmodell ist einfach und klar: Wegen der unterschiedlichen physikalischen Varianten benötigt man eine Zwischenschicht für die Aushandlung von Formaten.

Hinsichtlich MAC unterstützt der Standard tatsächlich Shared Medium Gigabit Ethernet neben geswitchten Versionen. Wegen der aus dem CSMA/CD-Algorithmus kommenden Beschränkungen hat dies aber eher akademischen Charakter, wie wir noch sehen werden.

Es ergeben sich drei verschiedene Varianten für Gigabit Ethernet:

  • 1000 BASE-LX: Long Wavelength Laser (1.300 nm) über Multi- oder Monomode-Faser
  • 1000 BASE-SX: Short Wavelength Laser (850 nm) über Multimode-Faser
  • 1000 BASE-CX: Shielded Twisted Pair 150 Ohm

Alle diese Varianten werfen eine Reihe von übertragungstechnischen Problemen auf. Bevor wir jedoch dazu kommen, blicken wir erst auf das sich so ergebende Architekturmodell.

Das Architekturmodell

Ausgehend von der CSMA/CD-MAC ergibt sich die Alternative der direkten Verwendung eines 1000 Base-X 8B/10B Codierers/Decodierers oder die Verwendung des Gigabit Media Independent Interface GMI, welches entweder ebenfalls auf die 1000 BASE-X-Codierung oder auf die 1000 BASE-T-Codierung, auf die wir weiter unten kommen, führt.

Mit der 1000 BASE-X 8B/10B-Codierung können die Elemente betrieben werden, die technisch von einem ganz anderen System abstammen, nämlich dem Fibre Channel – also CX, LX und SX, während mit der 1000 BASE-T-Codierung auf einen 1000 BASE-T-Transceiver für die Übertagung auf Twisted Pair zugegriffen werden muss.

Um diese Alternativen ordentlich in das Schichtenmodell einzugliedern, musste man zu einer ähnlichen Struktur greifen wie bei Fast Ethernet. Eine Reconcilliation-Teilschicht sorgt mit dem Medium Independent Interface dafür, dass alle technischen Varianten gleichermaßen benutzt werden können.

Gigabit Ethernet zeigt, dass auch die Fiber Optic Technologie an ihre Grenzen zu bringen ist, jedenfalls in der minderwertigen Variante, die meist für LANs verwendet wird. Die Gründe dafür sind allerdings von der Übertragungstechnologie unabhängig.

Die billigste Kombination ist die Verwendung einer Leuchtdiode mit einer Multimode Faser. Wie man sich auch anstrengt, eine Leuchtdiode erzeugt immer einen Lichtkegel, nur eine Laserdiode kann monochromatisches kohärentes Licht aussenden. Dieser Lichtkegel führt dazu, dass in die Faser Licht unterschiedlicher Moden eingekoppelt wird und darüber hinaus auch noch ein großer Teil der Lichtleistung verloren geht, weil diese wegen Überschreitung des Akzeptanzwinkels gar nicht in die Faser eingebracht werden kann.

Der Effekt der Modendispersion wurde in einer frühen Folge bereits erklärt. Man hat versucht, den Effekt durch den sog. Conditioned Launch zu kompensieren, bei dem man das Licht ein wenig schräg in den Lichtwellenleiter einspeist.

Die Bandbreite wird durch diesen Effekt jedoch so stark herabgesetzt, dass bei der Short Wave Technologie auf einer Multimode-Faser nicht mehr als 220 m überbrückt werden können. Eine bekannte Lösung besteht nun darin, Laser-Dioden zu verwenden und diese in Monomode-Fasern hineinleuchten zu lassen, weil bei diesen sozusagen nur ein Lichtweg zur Verfügung steht.

Für Gigabit-Ethernet Glasfaseranschlüsse hat man die Verwendung des Duplex-SC-Steckers festgelegt.

Der Sendezweig über Kupferverkabelung mit STP und 150 Ohm ist nicht besonders ernstzunehmen.

Gigabit Ethernet wird nur auf Strecken, wo dies unbedingt nötig ist, z.B. in Rechenzentren, auf der Basis von Glasfasern implementiert. Die wirklich große Akzeptanz für das System kam erst mit der Version 1000-BASE-T, die wir in der nächsten Folge besprechen.