Lokale Computernetze — LAN: Technologische Grundlagen, Architektur, Übersicht und Anwendungsbereiche

259 Pages·1986·12.91 MB·German

by  Dipl.-Ing. Dr. techn. Karl Heinz Kellermayr (auth.)

Springers
Angewandte Informatik
Herausgegeben von Helmut Schauer
Lokale Computemetze
-LAN
Technologische Grundlagen,
Architektur,
Ubersicht und Anwendungsbereiche
Karl Heinz Kellermayr
Springer-Verlag Wien New York
Dipl.-Ing. Dr. techno Karl Heinz Kellermayr
Institut fUr Systemwissenschaften
Johannes Kepler Universitat Linz
Osterreich
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© 1986 by Springer-VerJag/Wien
Mit 116 Abbildungen
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Kellermayr, Karl Heinz:
Lokale Comp')lternetze - LAN : techno log. Grundlagen,
Architektur, Ubersicht u. Anwendungsbereiche /
Karl Heinz Kellermayr. - Wien ; New York:
Springer, 1986.
(Springers Angewandte Informatik)
ISBN-13: 978-3-211-81964-7 e-ISNB-13: 978-3-7091-8885-9
DOl: 10.1007/978-3-7091-8885-9
ISSN 0178-0069
ISBN-13: 978-3-211-81964-7
Vorwort
Gegenwartig ist ein starker Trend zu Informationsverbundsyste
men zu beobachten, die einen von Hardwaretechnologie, Betriebs
systemen und herstellerspezifischen Architektureigenschaften unab
hangigen Informationsaustausch iiber genormte Protokolle und
Schnittstellen ermaglichen.
Lokale Computemetze (LANs - Local Area Networks) verdie
nen in diesem Zusammenhang eine groBe Beachtung. Ihre rasante
Entwicklung und die groBe Vielfalt vorhandener Altemativen brin
gen Probleme der Auswahl und der Optimierung mit sich. Bei ihrer
Behandlung, bei ihrem Studium ergeben sich jedoch auch noch an
dere, grundsatzliche Schwierigkeiten aufgrund ihres interdisziplina
ren Charakters. Lokale Computemetze sind nicht eindeutig der
Kommunikationstechnik, der Informatik, der Elektronik, der Orga
nisationstechnik oder der Automatisierungstechnik zuzuordnen. Je
doch: fUr alle diese Gebiete besitzen sie eine groBe Bedeutung, und
Entwicklungen in nahezu allen diesen Bereichen pragen umgekehrt
ihre Evolution. Urn die Technologie der lokalen Computemetze und
deren praktische Bedeutung fUr potentielle Anwendungsbereiche
adaquat darzustellen, reicht es nicht, sich auf die Fiille relevanter
Details zu konzentrieren. Vielmehr ist ein systemtechnischer, ein
strukturierter Top-down-Zugang angebracht, ja erforderlich.
Das vorliegende Buch will zu einem gerade rechten Zeitpunkt
den interessierten Lesem einen derartigen Zugang anbieten. Der
Zeitpunkt erscheint mir deshalb als giinstig, da die erste Euphorie
urn verschiedene inkompatible Herstellerkonzepte und illusionisti
sche Idealvorstellungen nahezu verflogen ist. Auch potentielle An
wender machen sich bereits emsthafte Gedanken iiber Implementie
rungen. Die namhaften Normungs- und Standardisierungsgremien
haben iiberdies bereits sehr vielbeachtete Referenzmodelle sowie
Standards und Standardentwiirfe erarbeitet. GroBe Anwender dieser
Technologie wie General Motors und Boeing haben richtungswei
sende M ulti-Vendor-Projekte eingeleitet, sodaB zukunftssichere
Konzepte erahnbar und somit planbar sind. Die Vielfalt technologi
scher Varianten und Komponenten mage nicht als das Primare
VI Vorwort
gelten, sie sollen vielmehr an Hand systemtechnischer Strukturmo
delle (ISO 7-Schichtenmodell, IEEE Referenzmodelle) den Stand
der Technik darbieten und die Ordnung technologischer Alternati
yen anwendungsbezogen erleichtern.
Dem Springer-Verlag in Wren und Herrn Professor Dr. Helmut
Schauer mochte ich danken, daB sie mir die Moglichkeit boten, mei
ne Erfahrungen und Erkenntnisse als Buch dem interessierten
Leserkreis naherzubringen.
Bei der Vorbereitung dieses Buches waren mir die Diskussionen
mit zahlreichen Fachkollegen sehr wertvoll. Ein Simulationsprojekt
zur Leistungsbewertung lokaler Computernetze fUr die Firma Sie
mens (Munchen-Perlach) hat meine Auseinandersetzung mit dem
Thema intensiviert. Fur wichtige Ratschlage und hilfreiche Kritik
danke ich insbesondere Herrn Professor Dr. Franz Pichler. Frau
Erika Draxler danke ich fUr die engagierte und muhevolle Rein
schrift und den Studenten Franz Zellinger, Helmuth Waldl und
Friedrich Stallinger fUr Korrekturlesen. Die Druckvorlage zu diesem
Buch wurde auf einem Siemens Burosystem 5800 camera-ready er
stellt. Dieses System wurde aus Mitteln einer Forschungskoopera
tion des Institutes fUr Systemwissenschaften (Universitat Linz) mit
der Firma Siemens AG (ZTI-Munchen-Perlach) angekauft.
Vor allem gilt mein besonderer Dank noch meinem Bruder und
meiner Frau fUr die muhsame Arbeit des Korrekturlesens und die
vielen daraus entstandenen wertvollen Anregungen.
AbschlieBend bleibt mir noch der Wunsch, mit diesem Werk den
geschatzten Lesern fUr die Losung ihrer Probleme eine wertvolle
und hilfreiche Unterstutzung anzubieten. Moge dieses Buch eine
breit gestreute Beschaftigung mit lokalen Computernetzen unterstut
zen und durch die gebotene Information die fachliche Auseinander
setzung befruchten.
Linz, im September 1986 Karl Heinz Kellermayr
Inhalt
1. Zielsetzung und Aufbau des Buches . . . . . . . . . . . 1
2. Bedeutung und Einsatzbereiche lokaler Computernetze 7
3. Technologische Grundbegriffe . . . . . . . . . . . 23
3.1 Die Evolution der Kommunikationstechnik . 23
3.2 Die Evolution der Computertechnik . . . 27
3.3 Computernetze . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4. Die Architektur von lokalen Computernetzen . . . 43
4.1 Protokollhierarchie: Dienste, Protokolle und Schnitt-
stellen . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.2 Das 7-Schichtenmodell der ISO 54
4.3 Kopplung von Netzen . . . . . . 59
4.4 IEEE 802 - Referenzmodelle . 63
5. Obermittlungstechnik in lokalen Computernetzen 71
5.1 Physikalische Kommunikationsmedien 71
5.1.1 Drahtgebundene Leitungen 72
5.1.2 Lichtleitende Glasfasern 80
5.2 Obertragungstechnik ....... 87
5.2.1 Basisbandverfahren . . . . . 87
5.2.2 Breitbandverfahren . . . . . 91
5.3 Topologien und physikalische Signalankopplung 96
5.3.1 Sterntopologie . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.3.2 Bustopologie . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.3.3 Ringtopologie . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.3.4 Baumtopologie .............. 102
5.4 Mehrfachnutzung und Netzzugriffsverfahren . 104
5.4.1 Buszugriffsverfahren . . . . . . . . . 108
5.4.2 Ringzugriffsverfahren. . . . . . . . . 116
5.5 Lichtwellenleiter LANs . . . . . . . . . . . 123
5.6 DatenfluBsteuerung - Leitungssicherung 125
VIII Inhalt
6. Ausgewiihlte lokale Computernetze 133
6.1 Ethernet, IEEE 802.3 ..... 133
6.2 Token-Bus, IEEE 802.4 . . . . 141
6.3 PDV-Bus, DIN 19241, Proway 147
6.4 Arcnet . . . . . . 151
6.5 Wangnet ............ 153
6.6 Cambridge-Ring . . . . . . . . 156
6.7 IBM Token-Ring, IEEE 802.5 158
6.8 Hasler-SILK . . 160
7. Nebenstellenanlagen ........ 163
7.1 EinfUhrung . . . . . . . . . . . 163
7.2 Ubertragungstechnik in Nebenstellenanlagen . 167
7.3 Vermittlungstechnik in N ebenstellenanlagen . 174
7.4 Datenkommunikation und Dienstintegration in
Nebenstellenanlagen ............... 177
7.5 ISDN-PBX: Integrated Services Digital Networks fUr
den Privatbereich .......... 181
8. Lokale PC-Netze . . . . . . . . . . . . . 187
9. LAN Planungs- und Bewertungsaspekte . 193
9.1 Anforderungen an lokale Netze .. 195
9.2 Leistungsverhalten aus Obermittlungstechnischer Sicht 197
10. Lokale Computernetze und die Biiroautomation ..... 205
10.1 Die Automation der Arbeit im BOro ........ 206
10.2 BenutzeroberfHiche moderner BOro-Informations-
systeme ...................... 211
10.3 Anforderungen an BOro-Informationssysteme. . 214
10.4 Das BOrosystem 5800 der Firma Siemens .... 219
10.4.1 Die Komponenten des BOrosystems 5800 220
10.4.2 EMS-Busnetz . . . . . . . . . . . . . 223
10.4.3 Dienstleistungen im EMS-Busnetz . 224
10.5 Computerieistung fUr das technische BOro . 227
11. Lokale Computernetze fiir Automatisierungs- und
Haustechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
11.1 Automatisierungstechnik - Leittechnik . . 231
11.2 Manufacturing Automation Protocols - MAP 233
11.3 Kommunikationsanforderungen in der Automatisie-
rungstechnik ................ 236
11.4 Haustechnik - Gebaudeautomatisierung 239
12. Normung und Standardisierung 241
Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
1. Zielsetzung und Aufbau des Buches
Seit einigen Jahren spielen lokale Computernetze (LANs , Local
Area Networks) eine immer groBere Rolle bei der Fortentwicklung
leistungsfahiger, integrierter, dezentral organisierter Informations
systeme in raumlich zusammenhangenden Gebaudekomplexen. Vor
allem die Kostendegression fur Mikroelektronik-Komponenten hat
dazu gefnhrt, daB sich GroB- und Kleinrechner, Mikroprozessor
systeme, Personal Computer sowie intelligente mikroprozessor
gesteuerte Gerate in noch standig wachsender Zahl im Haus-,
Buro-, Produktions- und Datenverarbeitungsbereich der ver
schiedensten Institutionen und Betriebe angesammelt haben.
Vielfach entstand der Wunsch und die Notwendigkeit, besonders
solche Gerate, die in einem Gebaude oder zusammenhangenden
Gebaudekomplex installiert sind, zum Austausch von Infor
mationen und zur gemeinsamen Nutzung verschiedener Ressourcen
(Laserdrucker, Spezialprozessoren, Datenbanken usw.) miteinander
zu verbinden. Zur Deckung des damit verbundenen Kommuni
kationsbedarfs im ortlichen Bereich sind 10k ale Computernetze (mit
hohen Obertragungsraten und dezentralen Obertragungssteuer
mechanismen) besonders gut geeignet. Ihre Ausdehnung ist auf
wenige Kilometer beschrankt. Die kurzen Obertragungszeiten
ermoglichen in verschiedenen Bereichen eine enorme Steigerung
des Leistungsverhaltens, in anderen fuhren sie zu ganzlich neuen
Anwendungen.
N eben heute als klassisch zu bezeichnenden Telefonneben
stellenanlagen dehnen sich in den letzten J ahren Herstellernetze
aus dem Computerbereich fur die distribuierte Datenverarbeitung,
die Automatisierungstechnik, die Haustechnik und die Buro
automation in verschiedenen Betrieben und Institutionen mit
beachtlicher Dynamik aus. Die groBe Bedeutung, die der
innerbetrieblichen Informationsverarbeitung und Kommunikation
2 1. Zielsetzung und Aufbau des Buches
zukommt, die rasante technologische Entwicklung auf diesen
Gebieten und nicht zuletzt das groBe damit verbundene
Marktpotential hat die Entwicklung einer groBen Vielfalt von
Systemen fur die innerbetriebliche Kommunikation gefordert.
Diese beschranken sich heute noch vorwiegend auf spezifische
Dienste (Fernsprechen, Fernschreiben, Datenverarbeitung) sowie
auf geschlossene Systeme, d.h. auf Anwendungen innerhalb
geschlossener organisatorischer Einheiten sowie auf weitgehend
herstellerspezifische Systemfamilien und Architekturen.
Besonders Probleme bei der Errichtung neuer Burohauser und
Produktionsstatten sowie die Einfuhrung neuer Systeme fur die
Text-, Bild- und Datenverarbeitung gaben AnlaB zur Suche nach
langfristigen Konzepten fur die Kommunikation im lokalen
Bereich. Homogene Herstellernetze und moderne digitale Telefon
nebenstellenanlagen (Private Branche Exchange-PBX) kann man
als klassische L6sungsansatze betrachten. Heterogene 10k ale
Computernetze sind die Alternative. Erste Entwicklungen wurden
Mitte der 70-er Jahre eingeleitet, und bereits zu Beginn der 80-er
Jahre war der Siegeszug der Technologie der lokalen Computer
netze absehbar. LAN s sind daher ein sehr interessantes und
aktuelles, aber auch vielschichtiges Thema der Computer- und
Kommunikationstechnik. Diesem kann man sich auf sehr
verschiedenen Wegen nahern, viele verschiedene Aspekte konnen
und mussen betrachtet werden. Als Ergebnis von Untersuchungen
findet man in den meisten Fallen (in der Regel unvollstandige)
Listen, Tabellen und Graphiken, gefullt mit mehr oder weniger
zufallig ausgewahlten technischen Daten uber derzeit verfugbare
bzw. in Entwicklung befindliche Systeme.
Eine groBe Fulle verschiedener LANs existiert. Mehr als 150
sind weltweit bekannt und standig kommen trotz erfolgreicher
Standardisierungsbestrebungen neue hinzu. Fur eine Anwendung
ist es heute moglich, je nach dem vorliegenden funktionellen,
quantitativen und qualitativen Anforderungsprofil aus einer Viel
zahl von Netzprodukten zu wahlen. Eine Ubersicht, eine Gegen
uberstellung der wesentlichen Merkmale, Leistungs- und Quali
tatskriterien ist daher durchaus wichtig, jedoch nicht ausreichend.
Solides Grundwissen uber die Thematik ist fur deren optimalen
Einsatz ebenso notwendig.
Mit der sturmischen Entwicklung der LAN-Technologie, die