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Echtzeit-Ethernet mit Standardtechnik

1. Oktober 2014, 11:35 Uhr | Von Prof. Dr. Jörg Wollert

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Topologien und Technologien

Im Laufe der Geschichte von Ethernet haben sich unterschiedliche topologische und technologische Varianten der IEEE-802.3-Norm herausgebildet.

10Base5 beschreibt die Thick-Ethernet- bzw. Yellow-Cable-Verkabelung. Diese Kabel waren für die 10-Mbit/s-Backbone-Verkabelung mit einer Segmentlänge von bis zu 500 m gebräuchlich. Mit der Hilfe von bis zu vier Repeatern konnten maximale Segmentlängen von 2,5 km erreicht werden. Heute spielt diese Form keine Rolle mehr und ist ein Relikt aus der Frühzeit des Ethernet.
10Base2 beschreibt das Thin Ethernet bzw. das Cheapernet. Hierbei handelt es sich beim Übertragungsmedium um ein dünnes 50-Ohm-Koaxialkabel (RG 58). Der Kabelanschluss erfolgt über passive BNC-Stecker, die direkt über T-Stücke oder EAD-Dosen mit speziellen Verbindungskabeln an die jeweilige Netzwerkkarte angeschlossen werden. Der Transceiver liegt auf der Netzwerkkarte und ist nicht als getrennte Komponente ausgelegt. 10Base2 ist die kostengünstige Alternative zu Base5 für Segmentlängen bis zu 200 m. Base2 hat in den 1980er und 1990er Jahren wesentlich zum Erfolg von Ethernet beigetragen.
BaseF beschreibt ganz allgemein die Glasfaseralternative (F – Fibre) von Ethernet. Die Spezifikation beschreibt Varianten von 10 Mbit/s (10BaseF), 100 Mbit/s (100BaseF) bis hin zu 10 Gbit/s (10.000BaseF). Glasfasernetze werden heute typischerweise für die Backbone-Verkabelung eingesetzt. In industrieller Umgebung können Glasfasernetze ihre Vorteile durch eine optimale Störunanfälligkeit hinsichtlich elektrischer und magnetischer Störimpulse und Bursts ausspielen.
xBaseT ist heute Stand der Technik. Die T-Varianten beschreiben eine Netzwerkverkabelung mit Twisted-Pair-Kabeln unterschiedlicher Spezifikation. 10BaseT (10 Mbit/s) und 100BaseT (100 Mbit/s) verwenden dieselbe Infrastruktur und Anschlusstechnik. Fast Ethernet (100BaseT) wurde 1995 als IEEE 802.3u offiziell verabschiedet. Bei den 100-Mbit/s- Versionen unterscheidet man zwischen 100BaseTX und 100BaseT4. Die letztere Variante begnügt sich mit UTP-Kabeln der Kategorie 3, d.h. einer Bandbreite von 25 MHz, was die Übertragung der Daten über ungeschirmte Leitungen ermöglicht. Der Tribut an diese Technik ist die Verwendung aller vier Kabelpaare. 100BaseTX verwendet Kabel der Kategorie 5 und ermöglicht die Full-Duplex-Übertragung über zwei verdrillte Kabelpaare, wobei ein Kabelpaar für das Senden und eines für das Empfangen genutzt wird. Die Gigahertz-Variante 1000BaseT(X) (Gigabit Ethernet) verwendet zwar von der Anschlusstechnik her dieselben Kabel und Stecker, entspricht aber vom Anschluss her 100BaseT4, wobei hierbei Vollduplex über ein Kabelpaar gefahren wird.

Mit der BaseT-Technik verließ Ethernet die Linien-Topologie und ermöglichte wesentlich robustere und fehlertolerantere Stern-Strukturen, die jedoch Sternkoppler notwendig machen. Als Sternkoppler können unterschiedliche Technologien eingesetzt werden. Man spricht hier von Hubs, Switches oder Switching Hubs. So unterschiedlich die Namen sind, so unterschiedlich ist auch das Innenleben, was für die Bewertung der Performance und damit des Echtzeitverhaltens von Bedeutung ist.