1. Arbeitsschwerpunkte
Im Laufe des Jahres 1996 wurden schwerpunktmäßig die vom Staatshochbauamt veranlaßten Ausbaumaßnahmen fortgeführt und beendet. In den Mitteilungen des URZ 4/95 wurde aus dem Blickwinkel der Planungen kurz über die zu erbringenden Leistungen und die zukünftige Gerätetechnik berichtet. In diesem Beitrag ist es nun möglich, über die neu geschaffene Netzstruktur als Ganzes, die Funktionsprinzipien und die Nutzungsmöglichkeiten zu informieren und auf notwendige Änderungen im kommenden Jahr hinzuweisen.
Bevor dies im einzelnen geschieht, ist aber auch darauf zu verweisen, daß die Investitionen nicht nur in die großen Regelausbauobjekte Weinholdbau und Strana geflossen sind.
Nach aktuellem Bedarf wurden auch Netzerweiterungen in neuen, z.T. erstmalig von Unibeschäftigten genutzten Gebäuden durch vorgezogene Baumaßnahmen bzw. mit Eigeninitiative der Nutzer realisiert. Das betrifft folgende Standorte:
2. Ausbauzustand des neuen Campusnetzes
2.1. Beschreibung des Bauzustandes
Nachdem die Firmen AEG (Frankfurt/M.) und NTG (Chemnitz) ihre Bauarbeiten am Campus abgeschlossen haben (und die Nutzer hoffentlich die Belästigung durch Lärm und Staub verdrängt haben) lohnt es sich, einen kurzen Überblick zu den errichteten Trassen und Kabelwegen zu geben. Wie bekannt ist, hat die Fa. AEG im Weinholdbau und die Fa. NTG in der Strana 62 das passive Datennetz einschließlich der zugehörigen EDV-spezifischen Elektroversorgung installiert.
Dafür wurden vom Staatshochbauamt ca. 1,6 Mio. DM investiert. Für die projektierte Nutzungsdauer von 15-20 Jahren ist das eine sicher vertretbare Größe, wenn man berücksichtigt, daß alle Kabelwege neu ausgebaut werden mußten und innerhalb der Gebäude eine flächendeckende Versorgung erreicht wurde. Am ursprünglichen Projektierungsziel von 1992, alle durchgängig und zeitweise nutzbaren Arbeitsplätze (Büros, Hörsäle, Seminarräume, Labors, Beratungs- und Ausstellungsräume) mit einem strukturierten Datennetz zu erschließen, gab es keine Abstriche. Bei der Projektierung und auch im Realisierungszeitraum sind Nutzerwünsche so weit wie möglich berücksichtigt worden. Die Umstellung auf das neue Netz kann gerade noch rechtzeitig vor dem Kollaps des teilweise gewachsenen ,,Koaxgeflechtes`` durchgeführt werden. Mit Übergabe der Auftragsleistungen an die Uni liegt nunmehr die Betriebsverantwortung für das gesamte Datennetz (vom Backbone bis zur Anschlusdose der Nutzer) in den Händen des URZ, während das Dezernat Technik (Abt. 6.3) die Energieversorgung absichert.
2.2. Struktur- und Funktionsbeschreibung
Im Zuge der genannten Baumaßnahmen wurden, von insgesamt 4 Gebäudeknoten ausgehend, die in Tabelle 1 aufgeführte Anzahl von Etagenknoten und Räumen bzw. Dosen datennetzmäßig erschlossen. Dabei ist die Sekundärverkabelung mit LWL-Leitungen (8, 12 oder 16 Fasern) ausgeführt. Insgesamt wurden ca. 87000 Meter Fasern verlegt, die gigabittauglich sind und damit auch für zukünftige Gerätegenerationen genutzt werden können. Im Tertiärbereich, d.h. auf den Etagen, ist in der Regel hochwertiges Twisted-Pair-Kabel (insgesamt 89 km) sternförmig zwischen Verteilerschrank und Dose gelegt worden. Diese Kabelstrecken sind sofort nutzbar für alle Übertragungstechnologien bis zur Bandbreite von 100Mbps, wobei hier eine Beschränkung auf Ethernet und Fast-Ethernet sinnvoll ist. Die eingesetzten Kabel garantieren einen Netzbetrieb nach den gültigen Europanormen für Störstrahlung bzw. Störfestigkeit. Bezüglich der Anzahl der Anschlusdosen wurde die Verteilung so realisiert, daß eine Anschlußvervielfachung in den meisten Räumen nicht erforderlich ist. In besonders kritischen Versorgungsbereichen (Labors, Werkstätten) wurde auch im Tertiärbereich eine LWL-Verkabelung durchgeführt (siehe Tabelle 1: FO-Dosen).
In den URZ-Mitteilungen 4/95 wurde schwerpunktmäsig über den vierten Bauabschnitt, d.h. die Lieferung und Inbetriebnahme von aktiven Komponenten durch die Fa. Telemation berichtet. Diese Arbeiten sind bis zum vergangenen Monat kontinuierlich fortgeführt und mit einer Teilabnahme vorerst beendet worden. Der erreichte funktionelle Zustand wird in der Abb. Campusnetzstruktur verdeutlicht. Es ist ersichtlich, daß der bisherige FDDI-Backbone erhalten bleibt, und durch einen Hochleistungs-ATM-Backbone (gebäudeübergreifend 622Mbps) ergänzt wurde. Die wichtigsten Etagenknoten (W-Bau: 17, Strana 62: 12) sind über ATM-Uplinks erschlossen. Im Backbonebereich sind aber auch die wichtigsten Änderungen zum Planungsstand des vergangenen Jahres aufgetreten. Einmal hat sich gezeigt, daß der ATM-Switch-Lightstream 1010 optimaler für unsere Aufgaben geeignet ist. Weil das Preis-Leistungsverhältnis und die Portmodularität (1x 622Mbps, 28x 155Mbps) des Gerätes besser sind, wurde das System 2080 aus dem Konzept gestrichen. Weiterhin ist es mit den bisher verfügbaren Versionen der Betriebssoftware der ATM-Komponenten noch nicht möglich, IP over ATM zu fahren. Aus diesem Grund sind alle ATM-Strecken auf Basis LAN-Emulation konfiguriert.
Am ursprünglichen Konzept der Mischung von Switch- und Repeaterknoten wurde festgehalten. Konkret existieren im W-Bau ein solcher Knoten während es im Bereich Strana 27 sind. Die Ursache für diese Bestückung liegt vor allem in den baulichen Gegebenheiten des Objektes, in zweiter Linie am bisher sichtbar gewordenen Bandbreitenbedarf. Im altehrwürdigen Universitätsgebäude gibt es eine ganze Reihe sehr kleiner Versorgungsbereiche, in denen zwischen 5 und 20 Dosenports zu aktivieren sind. Für solch kleine Portzahlen ist es wirtschaftlich nicht vertretbar einen C5000-Switch aufzustellen. Das heist aber nicht, das die Vorteile der Switchtechnologie für die Nutzer in Repeaterknoten verloren gehen. Durch die Anschaltung der Repeater am Gebäudeswitch entstehen im Vergleich zur Koaxverkabelung sehr kleine Kollisionsdomänen. Auserdem ist bei entsprechendem Bedarf durch den Einsatz mehrerer Repeater in einem Knoten auch die subnetzrichtige Anschaltung der Nutzer garantiert.
| Gebäude | versorgte | Gebäude- | Etagen- | Switch- | TP-Dosen | FO-Dosen |
| Räume | knoten | knoten | knoten | |||
| W-Bau | 396 | 1 | 18 | 17 | 724 | 0 |
| Strana 62 | 421 | 3 | 37 | 10 | 629 | 14 |
Tabelle 1: Datennetzausbau, Ausstattungskenngrösen
3. Neue Backbonetechnologien
3.1. Gebäudeübergreifende Technologien
3.1.1. Routing im Backbone
Das in den letzten Jahren gewachsene Campusnetz der TU Chemnitz-Zwickau basiert auf einer Vielzahl von IP-Subnetzen. Dabei kam es zur Ausbildung primärer und sekundärer IP-Subnetze.
Primäre IP-Subnetze werden direkt in der Routertechnik des URZ erzeugt. Sekundäre IP-Subnetze werden überwiegend mit Hilfe von PC's oder Workstations in den Fakultäten selbst erzeugt. Das Routing von sekundären IP-Subnetzen läuft demzufolge (nebenbei) auf Plattformen, die in erster Linie für andere Aufgaben optimiert sind. Auch die Nähe zum Backbone (und damit zu zentralen Diensten) geht durch einen zusätzlichen Router-Hop verloren. Diese für das Management und die Performance nicht optimale Lösung hatte u.a. seine Ursache in der begrenzten Verfügbarkeit von physischen Routerinterfaces im URZ.
Mit dem Einzug der ATM-Technologie besteht nun die Möglichkeit, ausschließlich auf primäre IP-Subnetze zu orientieren. Jedes ATM-Interface (AIP) in den neu installierten Routern (C7000/C7010) bietet die Möglichkeit, logische Subinterfaces zu erzeugen. Unter Beachtung der verfügbaren Bandbreite pro ATM-Interface (155 Mbps) und der real zwischen den Subnetzen erzeugten Last, lassen sich demzufolge eine entsprechende Anzahl primärer Subnetze konfigurieren (ca. 10 ...30).
Zur Zeit erfolgt das Routing der primären IP-Subnetze der Standorte Straße der Nationen und Reichenhainer Str. 70 in den Gebäuderoutern C7000 und C7010. Jeder dieser Router besitzt Subinterfaces in sämtlichen an den beiden Standorten vorkommenden primären IP-Subnetzen. Das dient einerseits zur Optimierung des Zugriffs auf zentrale Dienste im Backbonebereich (Minimierung der Router-Hops), andererseits können die Aufgaben des Subnetz-Routings bei Ausfall eines Routers recht einfach durch den anderen Router übernommen werden.
Die Einbeziehung der Ethernetswitches Catalyst 5000 in das IP-Routing konnte bisher auf Grund funktioneller Probleme nicht realisiert werden und ist Teil des Forderungskataloges an den Lieferanten. Vertragsgemäß wird diese Funktion bis zum Sommer 1997 realisiert.
3.1.2. Nutzung von VLAN's
Mit der Inbetriebnahme von Ethernetswitches (Catalyst 5000, Catalyst 3000) besteht nun die Möglichkeit, die Vorteile von VLAN's (VLAN = Virtual LAN) zu nutzen.
Die VLAN-Technologie erlaubt es, Ethernetswitch-Ports (und damit die daran angeschlossenen Endgeräte) in logisch definierten Bereichen zusammenzufassen. Diese ,,VLAN-Organisationen`` können innerhalb eines Switches, jedoch auch zwischen verbundenen Switches realisiert werden. Die Organisation der VLAN's an der TU Chemnitz basiert auf der IP-Subnetzstruktur. Damit besteht die Möglichkeit, jedes VLAN (und damit jedes IP-Subnetz) auf verschiedenen Etagen eines Gebäudes oder auch gebäudeübergreifend zur Verfügung zu stellen. Der VLAN-Transport über den ATM-Backbone wird über LAN-Emulation realisiert. Die notwendigen Steuerfunktionalitäten (LECS, LES, BUS) für die LAN-Emulation sind redundant auf die Router und Ethernetswitches in den Gebäudeknoten verteilt.
Weiterhin können mehrere VLAN's über eine Fast-Ethernet-Verbindung transportiert werden. Durch diese Trunkfunktionalität des Catalyst 5000 erhalten die Etagenknoten eine zweite Sekundäranbindung, die für Backup und Loadsharing genutzt werden kann. Diese Redundanz von ATM und Fast Ethernet wird über den spanning tree Mechanismus gesteuert.
Mit der VLAN-Technologie gestaltet sich somit neben der Möglichkeit der Performanceoptimierung auch die Realisierung von Endgeräteumzügen sehr flexibel. Dabei ist auch die variable IP-Subnetzzuordnung zu allgemein interessanten Dosenports (Hörsäle, Seminarräume etc.) meist problemlos realisierbar.
3.2. Anschaltung von Endgeräten
3.2.1. Bandbreitenaspekte
Netzwerkanwendungen erfordern heute zum Teil erhebliche Bandbreiten, um Nutzerakzeptanz bezüglich Reaktionszeit und Qualität der Informationsübertragung zu erlangen. Besonders im Multimediabereich hält der Aufwärtstrend bei Sprach- und Bildinformationen weiter an.
Besonders die in den letzten Jahren gewachsene Koax-Infrastruktur stößt wegen der sharedmedia-Nutzung und der gestiegenen Leistungsfähigkeit der Endgeräte-Hardware schnell an ihre Grenzen. Verschärft wird diese Tendenz noch durch die Beibehaltung der Nutzung von Multiportrepeatern. Da nach Cheapernetnorm 30 Teilnehmer an einem Koaxsegment arbeiten können, dürften im W-Bau bisher einige Hundert Endgeräte an einem 12-Port-Repeater gearbeitet haben. Bei gleichzeitigem Kommunikationswunsch in Richtung Backbone oder zu einem fakultätseigenen Server führt das unweigerlich zu einer Netzüberlastung durch Kollisionen, insbesondere dann, wenn nur ein 10Mbps-Uplink genutzt werden kann.
Die Anwendung der Switchingtechnologie führt aus dieser Misere heraus. Da der Ethernetswitch C5000 eine Multiportbridge mit max. 72 Standard-Ethernet-Ports darstellt, werden Kollisionen nur noch von den Geräten produziert und bemerkt, die auf den gleichen Bridgeport zugreifen. Die Anzahl bewegt sich zwischen 1 und 8 und liegt bei Repeaterknoten bei max. 12 oder 24. Die neue Kollisionsdomäne reduziert sich also auf diese wenigen, am einzelnen Switchport angeschlossenen Endgeräte. Die Kommunikation innerhalb des Versorgungsbereiches ist wegen der hohen Übertragungsrate auf der Backplane des Gerätes (1,2 Gbps) ohne gegenseitige Beeinflussung möglich. Auch die gleichberechtigten Zugriffe vom Etagenknoten zum Backbone stellen keinen spürbaren Flaschenhals dar. Sowohl bei ATM- als auch Fast-Ethernet-Uplinks werden Lastspitzen durch dynamisch von einzelnen Ports belegbaren RAM-Puffern innerhalb der Übertragungstechnik kompensiert. So können keine fehlerhaften Datenpakete mehr entstehen, die erst im Endgerät oder Router erkannt und durch Gegenmaßnahmen in höheren Protokollen kompensiert werden müssen. Das Netz als Ganzes hat also mit der breiten Nutzung von Switches statistisch gesehen weniger wertlose Informationen zu transportieren und zu verarbeiten. Es ist weniger mit `sich selbst' beschäftigt und arbeitet somit aus Nutzersicht wesentlich effizienter.
3.2.2. Anschaltung von Endgeräten
Die Anschaltung von Endgeräten an das neue Netz erfolgt unter Berücksichtigung der Erfordernisse sowie der vorhandenen Möglichkeiten (Abhängigkeit von der gerätetechnischen Ausstattung der Etagenknoten).
Die Anschaltung erfolgt überwiegend über Twisted-Pair an 10Mbps-TP-Ports der Gerätetechnik in den Etagenknoten. Wo die Notwendigkeit besteht (Labors, Werkstätten), existiert eine alternative Anschlußvariante über Lichtwellenleiter an 10Mbps-Fiberoptic-Ports (s.Tabelle 1: FO-Dosen).
Zentrale Server des URZ sind entweder über Fast-Ethernet oder ATM angebunden, um der Vielzahl der Klientenzugriffe gerecht zu werden. Diese Server können demzufolge intensiv genutzt werden. Anschaltwünsche mit einer Bandbreite größer 10Mbps (z.B. für dezentrale Serverintegration) sind prinzipiell mittels Fast-Ethernet möglich. Das erfordert jedoch eine besondere Abstimmung (finanziell, technisch) mit dem URZ.
Übersteigt die Anzahl der anzuschliesenden Endgeräte die Anzahl der Dosenports pro Raum, kann eine Anschlußvervielfachung mit Hilfe von Repeatertechnik realisiert werden. Dabei erfolgt die Anschaltung des Repeaters an einem Dosenport des betreffenden Raumes. Über das URZ stehen folgende Varianten zur Verfügung:
Die Umsetzung von Twisted-Pair auf Koax erfolgt nur in begründeten Ausnahmefällen, wobei das Koax-Segment die festen Raumgrenzen nicht überschreiten darf.
4. Ausblick
Auf der Grundlage der vorgestellten Gerätetechnik und der beschriebenen Netzstruktur, sowie durch Anwendung der möglichen Betriebs- und Managementtechnologien ist an zwei wesentlichen Standorten am Campus der TU Chemnitz-Zwickau ein modernes und leistungsfähiges Datennetz entstanden, mit dem gegenwärtige und künftige Nutzeranforderungen direkt oder nach Geräteumsetzungen befriedigt werden können, das aber auch offen ist für die Integration neuer Hardware und die Nutzung neuer Technologien. Es bleibt zu wünschen, das für die restlichen Objekte die bewilligten Finanzmittel recht rasch bewirtschaftet bzw. die beantragten Mittel noch bewilligt werden, um einen einheitlichen Ausrüstungsstand am Campus zu erreichen.