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NETZAGENTUR NRW
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Projektgruppe im Auftrag des MSWF und der Hochschulen
des Landes NRW
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an der Universität - Gesamthochschule Essen
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Dr. B. Lix (Universität - GH Essen)
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Prof. Dr. H. Obrecht (Universität
Dortmund)
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R. Bauer (Universität Dortmund)
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A. Clauberg (Universität zu Köln)
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H. Herker (Universität - GH Essen)
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F. Klapper (Universität Bielefeld)
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NRWWissWeb
Anbindung von Instituten und Bibliotheken ohne direkte
LWL-Verbindung zum Hochschulnetz
2. Arbeitsbericht der Netzagentur, September 1998
Auf der Grundlage einer Ausarbeitung von A. Clauberg
Abstrakt: In vielen Fällen können Instituts- bzw. Bibliotheksnetze durch nicht zur Verfügung stehende Kabeltrassen nicht per Glasfaserkabel an das Hochschulnetz angebunden werden. Dieses Papier stellt verschiedene alternative Konzepte zur Anbindung dieser Netze an das Hochschulnetz dar. Unter anderem werden die Techniken Modem-Wählzugang, ISDN-Wählzugang, xDSL, Funk, Richtfunk, optischer Richtfunk (Laserlink) vorgestellt, verglichen und Hinweise zum Einsatz gegeben. Die Auswahl der geeigneten Technik muß stets bezogen auf den Einzelfall erfolgen.
1 Einleitung *
2 Technologie *
2.1 Überblick *3 Hinweise zum optimierten Einsatz der Technologien *2.2 Kabel-basierte Lösungen *
2.2.1 Wählverbindungen – Modem, ISDN *2.3 Drahtlose Übertragungssysteme *2.2.2 xDSL *
2.3.1 Funknetze *2.3.2 Richtfunk *
2.3.3 Laserlink *
4 Literatur *
Vorwiegend bei Nicht-Campus Hochschulen, in Einzelfällen auch bei Campus-Hochschulen, scheitert diese Möglichkeit an fehlenden Kabeltrassen bzw. bei großen Entfernungen an zu hohen Kosten zur Errichtung derartiger Trassen. Die Anmietung bzw. der Kauf derartiger Trassen oder Festverbindungen bei Carriern wie der Deutschen Telekom AG, o.tel.o, Arcor oder bei Citycarriern wie Isis oder NetCologne erzeugt laufende Kosten, die in vielen Fällen die Finanzierungsmöglichkeiten der Hochschulen übersteigen.
Dieses Papier beschreibt verschiedene Möglichkeiten zur alternativen Anbindung derartiger Bereiche an das Hochschulnetz. Wegen der höheren Leistungsfähigkeit, Ausbaufähigkeit und Betriebssicherheit ist eine direkte Glasfaseranbindung auf eigenen oder gemieteten Trassen den hier vorgeschlagenen Lösungen im Allgemeinen vorzuziehen.
Empfehlungen zur Gebäudeverkabelung in den betroffenen Bereichen sind im Campus-Online Papier [1] zu finden.
Die in Frage kommenden Technologien decken Bandbreiten
von 33 Kbit/s bis hin zu 622 Mbit/s ab, die dazu notwendigen Investitionskosten
liegen in einem Bereich von wenigen tausend DM bis hin zu mehreren hunderttausend
DM. Tabelle 1 faßt die in Frage kommenden Technologien mit den gebotenen
Bandbreiten zusammen.
| Technologie | Bandbreite | Entfernung | Bemerkungen |
| Kabel-basiert | |||
| Modem Wählzugang | 33,6 bis 56 Kb/s | 5,5 km | |
| ISDN Wählzugang | 64 Kb/s, 128 Kb/s | 5,5 km | |
| ISDN + Router | 64 Kb/s, 128 Kb/s | 5,5 km | |
| HDSL | 2 Mb/s | 4,6 km | Benötigt 2 Adernpaare |
| HDSL-2 | 2 Mb/s | 4,6 km | HDSL mit einem Adernpaar |
| SDSL | 768 Kb/s | 6,5 km | |
| ADSL | 8 Mb/s / 640 Kb/s | 6 km | Asymmetrische Bandbreitennutzung,
verschiedene andere Kombinationen
(je nach Entfernung) möglich |
| VDSL | 25 Mb/s / 1,6 Mb/s | 1 km | Erst ab Mitte 1998 verfügbar |
| Kabel-TV | Bis 25 / 2 Mb/s | 1 km | Asymmetrische Bandbreitennutzung |
| Drahtlos | |||
| Funk | Bis 4 Mb/s | Max. 0,5 km | |
| Richtfunk | 2 bis 622 Mb/s | Mehrere km | Sichtverbindung notwendig, evtl. mit Relaisstation |
| Laserlink | 10 bis 622 Mb/s | Bis zu 3 km | Sichtverbindung notwendig |
Tabelle 1: Technologieübersicht
Tabelle 1 zeigt einen Überblick über die Kabel-basierten Lösungen und ihre mögliche Einbindung in das Hochschulnetz. Die Einbindung via Kabel-TV ist nur interessant, wenn eine entsprechende Kabel-TV Infrastruktur schon installiert wurde. Dies betrifft meist Studentenwohnheime, ist im Bereich der Institute bzw. Bibliotheken jedoch nicht gebräuchlich. Aus diesem Grund werden Kabel-TV Netze hier nicht weiter betrachtet. Die kabel-basierten Lösungen bieten Bandbreiten von 33 Kb/s bis hin zu 25 Mb/s. Die angegeben Entfernungen sind als typisch für die eingesetzte Technologie zu betrachten und können je nach Kabelqualität und spezifischer Erweiterungen der Hersteller stark variieren.
Abbildung 1: Überblick Kabel-basierte Lösungen
Abbildung 2: Modem- und ISDN Wählzugang
An der zentralen Seite wird ein Access-Server über ein ISDN S2m-Primärmultiplexinterface an die TK-Anlage der Hochschule angebunden. Je nach Geräteverfügbarkeit kann dazu auch ein schon im Einsatz befindlicher Access-Server um eine S2m-Schnittstelle und eventuell zusätzliche Modemkarten erweitert werden. Falls ein neuer Access-Server beschafft werden muß, sollte dieser zur Minimierung des Managementaufwands vom gleichen Typ wie bisher schon eingesetzte Geräte sein. Die in den Hochschulen zur Zeit eingesetzten Geräte stammen zumeist von den Herstellern Ascend oder Cisco.
Die Anzahl der parallelen Sitzungen wird von der Anzahl der installierten S2m-Schnittstellen im Access-Server bestimmt (30 ISDN-B-Kanäle pro S2m-Schnittstelle). Sitzungen können mit Nutzern von ISDN-fähigen PCs und per analogem Modem angeschlossenen PCs durchgeführt werden. Für jede mit einem analogen Modem aufgebaute Verbindung wird zusätzlich ein internes Modem, welches sich auf einer Zusatzkarte im Access-Server befindet, belegt. Die Anzahl dieser Zusatzkarten ist entsprechend zu dimensionieren.
Die Kosten für einen kompletten Access-Server des Typs Cisco AS5300 mit 4 Primärmultiplex-Anschlüssen und 60 56K-Modems, sowie einem Ethernet- bzw. Fast-Ethernetanschluß betragen derzeit ca. 60 TDM.
Falls keine Erweiterungseinheit notwendig ist, fallen je nach Typ und Hersteller der TK-Anlage für ein zusätzliches S2m-Interface in der TK-Anlage Kosten zwischen 5 TDM (Bosch, Alcatel) und 20 TDM (Siemens Hicom 300) an. Bei einer notwendigen Erweiterungseinheit für die TK-Anlage müssen die Kosten individuell bestimmt werden, sie liegen zwischen 20 und 100 TDM.
Einzelarbeitsplätze können über eine handelsübliche ISDN-Karte (z.B. Teles, AVM, ...) im PC an einen ISDN-S0-Anschluß an der TK-Anlage oder über ein analoges Modem an eine Analogschnittstelle der TK-Anlage angebunden werden. Die Kosten für ein Modem bzw. für eine ISDN-Karte liegen im Bereich weniger hundert DM. Ein zusätzlicher Analog-Anschluß in der TK-Anlage kostet gleichfalls einige hundert DM, ein S0-Anschluß kostet je nach Hersteller und Typ der TK-Anlage von wenigen hundert DM bis zu ca. 4000,- DM pro Anschluß.
Analoge Anschlüsse bieten eine Kapazität von bis zu 56 Kb/s bei Verwendung der neuesten Modemtechnologie. 56 Kb/s können dabei nur im Optimalfall erreicht werden, realistische Übertragungsraten liegen bei ca. 40 Kb/s. Diese Bandbreite reicht lediglich für den Anschluß von Einzelarbeitsplätzen aus.
ISDN-S0 Anschlüsse bieten eine Bandbreite von 64 Kb/s, bei Kanalbündelung auch 128 Kb/s. Bei geringen Anforderungen kann diese Bandbreite zum Anschluß kleiner Instituts- bzw. Bibliotheksnetze ausreichen. In diesem Fall wird das Institutsnetz über einen Router mit ISDN-S0-Schnittstelle an eine S0-Schnittstelle der TK-Anlage angebunden. Die Kosten für einen Router liegen zwischen 1000,- DM und 4000,- DM. Zur Minimierung des Managementaufwands sollte der Router vom gleichen Hersteller wie die normalerweise im Hochschulnetz eingesetzten Router stammen.
Durch die geringe zur Verfügung stehende Bandbreite
ist die Nutzung moderner multimedialer Applikationen (z.B. Audio-, Videokonferenzen,
Joint Editing) über eine derartige Anbindung nicht möglich, einfache
WWW-Zugriffe ohne Nutzung aufwendiger Grafiken, Dateitransfers oder Dialogsitzungen
sind jedoch möglich. Bei Anbindung von Institutsnetzen sollte der
eingesetzte Router über die Möglichkeit verfügen, bestimmte
Verkehrsklassen zu priorisieren, so daß z.B. Dialogsitzungen vorranging
vor Dateitransfers behandelt werden können.
Das symmetrische HDSL Verfahren verwendet zwei Doppeladern, die anderen Verfahren verwenden eine Doppelader eines normalen Telefonkabels. Das Übersprechen zwischen den beteiligten Adern, sowie mit benachbarten Adern erlangt beim Einsatz der verschiedenen DSL-Techniken durch das große Frequenzspektrum eine besondere Bedeutung. Die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Kabel müssen vor dem Einsatz der Technologie bekannt sein.
Im Bereich der symmetrischen Verfahren hat sich die HDSL-Technik durchgesetzt. Der Anschluß der Endgeräte geschieht über eine serielle Schnittstelle (X.21 oder RS-449) eines Routers, alternativ sind Geräte mit einer integrierten Ethernet-Bridge verfügbar. Die Kosten für ein Gerätepaar betragen ca. 5000,- DM, hinzu kommen eventuell die Kosten für zusätzliche Schnittstellen in den Routern.
Die asymmetrischen Verfahren haben im kommerziellen Bereich eine deutlich höhere Bedeutung gewonnen als die symmetrischen Verfahren. Verschiedene Carrier führen bundesweit ADSL Pilotversuche durch, z.B. das Projekt an der Universität Münster zur Anbindung von Wohnheimen.
Abbildung 3 zeigt das ADSL Referenzmodell. Über einen
Frequenzteiler werden in der Zentrale die Telefonsignale mit auf das ADSL-Signal
gemultiplext. Die Weiternutzung von Telefondiensten zusätzlich zur
Datenanbindung auf derselben Leitung ist daher möglich.
Abbildung 3: ADSL Referenzmodell
Die zur Zeit auf dem Markt erhältlichen Geräte unterstützen zur Zeit lediglich analoge Telefonanschlüsse, die Unterstützung von ISDN-Anschlüssen ist von einigen Herstellern für die 2. Hälfte 1998 angekündigt worden.
Der Anschluß von Endgeräten an die ADSL-Teilnehmerschnittstelle
kann entweder mit Ethernet oder ATM erfolgen, dies ist in den Abb. 4 und
5 dargestellt.
Abbildung 4: ADSL mit Ethernetanschluß
Abbildung 5: ADSL mit ATM-Anschluß
Der Einsatz eines Routers vor Ort ist bei der Ethernet-Variante optional. Zentral wird hier ein per Fast-Ethernet oder ATM an das Hochschulnetz angeschlossener Ethernet-Switch zur Verteilung auf die einzelnen ADSL-Segmente eingesetzt.
Im ATM-Fall ist zum Anschluß von ATM-Endgeräten im Institut bzw. der Bibliothek ein lokaler ATM-Switch notwendig. Die meisten Endgeräte verfügen nicht über eine direkte ATM-Schnittstelle bzw. sind nur unter hohem Kostenaufwand nachrüstbar. Es empfiehlt sich daher vor Ort eine Umsetzung mit Hilfe eines Routers auf Ethernet bzw. Fast-Ethernet. Die Kosten der ATM-Infrastruktur sind deutlich höher als die der Ethernet-Anbindung, sowohl im Institut bzw. der Bibliothek, als auch auf zentraler Seite. Wird als Übertragungsprotokoll hauptsächlich IP eingesetzt, ist der zusätzliche Overhead bei ATM zu berücksichtigen. Die effektiv nutzbare Bandbreite reduziert sich durch ATM um ca. 12%.
Die ersten VDSL-Geräte werden Mitte 1998 verfügbar sein. Die Geräte werden entweder eine 25 Mb/s ATM-Schnittstelle, oder eine Fast-Ethernet-Schnittstelle zum Anschluß von Endgeräten bieten.
Beim Netzdesign sollte auf folgende Punkte geachtet werden:
xDSL funktioniert nur auf galvanisch geschalteten Leitungen.
Diese Leitungen sind zwar in eigenen Telefonnetzen vorhanden, bei anderen
Anbietern aber meist nicht mehr als analoge, galvanisch geschaltete Verbindungen
zu bekommen. Wegen des starken Übersprechens sollten E1- und xDSL-Dienste
nicht in einem Kabel betrieben werden. ADSL sollte nicht gegenläufig
in einem Kabel betrieben werden. Für die Leistungsfähigkeit von
xDSL ist Leitungsdurchmesser und Leitungslänge entscheidend.
Der Anschluß an das Hochschulnetz bzw. Teilnehmernetz geschieht über eine serielle oder Ethernet-Schnittstelle in den Routern.
Die prinzipbedingte Abhörbarkeit dieser Technik erzwingt den Einsatz von Verschlüsselungstechnologie, diese ist in den meisten Geräten integriert. Derartige Funknetze sind in großem Umfang bei der Universität Tübingen im Einsatz.
Die Kosten für die Einrichtung eines Funknetzes ist
abhängig von der Anzahl der eingebunden Geräte liegt für
10-20 Geräte bei 20.000,- bis 30.000,- DM.
Richtfunkstrecken werden an mehreren NRW-Hochschulen eingesetzt (u.a. FH Köln, Uni Bielefeld (34 Mbit/s)).
Die Anbindung an das Hochschulnetz bzw. das Teilnehmernetz vor Ort geschieht über serielle oder E3 bzw. OC-3 Schnittstellen an Switches bzw. Router.
Die Kosten für die Einrichtung einer Richtfunkstrecke
betragen je nach Bandbreite und Entfernung zwischen 30 TDM und mehreren
hundert TDM.
Laserlinks werden mit optischen Schnittstellen an entsprechende Ethernet, Fast-Ethernet, FDDI- oder ATM-Schnittstellen von Routern, Ethernet-Switches oder ATM-Switches angebunden.
Optische Richtfunkverbindungen können durch Witterungsverhältnisse beeinflusst werden. Bei schlechter Sicht durch starken Niederschlag oder Nebel kommt keine Verbindung mehr zustande. Eine Laserlinkstrecke sollte daher auf jeden Fall durch eine ISDN-Anbindung abgesichert werden.
Richtfunkstrecken werden an mehreren NRW-Hochschulen eingesetzt (Uni Duisburg, Uni Essen (100 Mbit/s)).
Die Kosten für die Einrichtung einer Laserlinkstrecke liegen zwischen 20 und 150 TDM.
Die Verwendung von IP Adresspools zusammen mit einer Zeitbegrenzung hat sich bei internen Verbindungen zusätzlich als Problem erwiesen. Nach Unterbrechung bzw. folgendem Wiederaufbau ist nicht mehr garantiert, daß dem einwählenden Klienten dieselbe IP-Adresse zugewiesen wird. Sämtliche bestehenden IP Verbindungen müssen daher neu aufgebaut werden. Bei Nutzung einer Zeitbegrenzung hat sich daher die Verwendung von statischen IP Adressen für interne Nutzer bewährt.
