10BaseT

10BaseT ist der IEEE-Standard für die Bereitstellung von 10-Mbps-Ethernet-Performance und -Funktionalität über universell verfügbare ungeschirmte Twisted-Pair (UTP)-Verkabelung. Dieser Standard ist insofern bemerkenswert, als er eine Sterntopologie spezifiziert, im Gegensatz zu den traditionellen 10Base2 und 10Base5, die eine in einem Bus (Einzelkabel mit geschlossenen Enden) oder einer Ringtopologie angeordnete Koaxialverkabelung verwenden. Die Sterntopologie, bei der einzelne Kabelsegmente an einen Hub angeschlossen sind, ermöglicht eine zentralisierte Netzwerküberwachung, was die Fehlerisolierung und das Bandbreitenmanagement verbessert. Bei Neuinstallationen ist verdrillte Zweidrahtleitung wesentlich kostengünstiger sowie einfacher zu installieren und zu warten als das ursprüngliche "dicke" Koaxialkabel von Ethernet (10Base5) oder die "dünne" Koaxialalternative (10Base2).

Leistung

Traditionell beruht Ethernet auf Koaxialkabel mit Multidrop-Verbindungen zu einem LAN-Backbone. Repeater zwischen den Segmenten sorgen dafür, dass die Signalstärke im gesamten Ethernet auf einem einheitlichen Niveau bleibt. Der Hauptnachteil dieser Bustopologie ist, dass jede Störung der Kontinuität des Kabels an irgendeinem Punkt das gesamte LAN funktionsunfähig macht.

Im Gegensatz dazu ist die Sterntopologie auf einen Hub oder Switch angewiesen, um eine dedizierte Verbindung zu jedem Benutzer zu unterstützen. Sollte eine einzelne Verbindung, ein Port oder eine Arbeitsstation ausfallen, hätte dies keine Auswirkungen auf den Rest des LAN. Genau das ist der Vorteil, den 10BaseT verspricht: Da das Netzwerk eine Fehlfunktion eines beliebigen Endbenutzergeräts oder seiner physischen Verbindung tolerieren kann, wird der Rest des Netzwerks nicht beeinträchtigt, was zu einer verbesserten Netzwerkverfügbarkeit führt. Ermöglicht wird dies durch den Link-Test und die Auto-Partitions-Logik, die der Port-Level-Schaltung eines 10BaseT-Hubs oder -Switch innewohnt.

Mit einem Netzwerkmanagementsystem können Probleme noch einfacher identifiziert werden. Wenn beispielsweise eine vordefinierte Fehlerschwelle überschritten wird, alarmiert das Netzwerkmanagementsystem den LAN-Administrator, so dass ein Techniker entsandt werden kann, bevor der Benutzer überhaupt bemerkt, dass ein Problem besteht. Die Alarmbenachrichtigung erfolgt normalerweise durch eine Bildschirmmeldung oder eine visuelle Anzeige; einige Systeme können den LAN-Administrator sogar per Pager benachrichtigen.

Die 10BaseT- und traditionellen Bus-Ethernet-LANs haben unterschiedliche Entfernungsbeschränkungen: 10BaseT arbeitet zuverlässig über Kabelsegmente, die 100 Meter nicht überschreiten, während herkömmliche Ethernet-LANs, die dicke Koaxialkabel verwenden, zuverlässig über Segmente von bis zu 500 Metern Länge arbeiten, und 10Base2 Ethernets sind bei 200 Metern unter Verwendung von Thin Coax wirksam. Abgesehen von der Kabelbegrenzung von 10BaseT ist die Bitfehlerratenleistung mindestens so gut wie bei 10Base2- und 10Base5-Systemen. Die 10BaseT-Spezifikation erlaubt Bitfehlerraten von nicht mehr als 1 in 100 Millionen Bits. Das für 10BaseT-Systeme verwendete Datenkodierungsschema ist das gleiche wie das für die koaxiale Ethernets-Selbsttaktung mit Manchester-Kodierung.

Die 10BaseT-LANs sind so konzipiert, dass sie die gleichen Anwendungen wie herkömmliche Ethernet-LANs unterstützen. Die relativ kurze Entfernung, über die 10BaseT-LANs arbeiten, ist selten ein Faktor für die Unterstützung dieser Anwendungen.

Während des Standardisierungsprozesses ergab eine Umfrage, dass sich über 99% der Desktops der Mitarbeiter in einem Umkreis von 100 Metern um einen Telefonkabelschrank befinden, in dem alle Verbindungen an einem Patchpanel zusammenlaufen.

Medien

Der 10BaseT-Standard wurde entwickelt, um den Bedarf an abgeschirmter Verkabelung zu eliminieren. Er verlässt sich auf die Verdrillungen in verdrillten Zweidrahtleitungen, um den Frequenzverlust gering zu halten, was wiederum die Integrität des Signals verbessert. Die Verdrillungen minimieren die Auswirkungen dieses Verlusts, indem sie hochfrequente Signalenergie auslöschen, um zu verhindern, dass Signale auf nahegelegene verdrillte Paare abgestrahlt werden und das Signal, das über nahegelegene verdrillte Paare übertragen wird, verfälschen (Übersprechen). Sogar die einzelnen Adernpaare in 25-paarigen Telefonkabeln sind zu diesem Zweck verdrillt. Dieses Kabel ist in großen Installationen weit verbreitet; es ermöglicht es, mehrere 10BaseT-Segmente sauber zu übertragen, zu trennen und zur Verteilung an den Hub auf eine Platte zu patchen.

Medien-Verbindungen

Adapterkarten, auch als Netzwerkkarten (NICs) bekannt, sind Karten, die in einen Erweiterungssteckplatz von PCs und Servern eingesetzt werden. Die Adapterkarte verbindet den Bus des Geräts direkt mit dem LAN-Segment, wodurch ein separater Transceiver überflüssig wird. Je nach Art des Adapters ermöglicht sie Verbindungen mit dicken oder dünnen Koaxialkabeln sowie mit ungeschirmten verdrillten Paaren. Ein Adapter mit einem AUI-Anschluss (Attachment Unit Interface) ermöglicht den Anschluss an einen Transceiver, so dass die Karte mit dicken und dünnen Koaxialkabeln und Glasfaserkabeln verwendet werden kann.

Die 10BaseT-Adapter unterscheiden sich erheblich in ihren Fähigkeiten und Merkmalen zur Meldung des Verbindungsstatus. Einige Adapter benachrichtigen den Benutzer über eine fehlverdrahtete Verbindung zum LAN. Viele verfügen über Leuchtdioden (LEDs), die den Verbindungsstatus nach dem Herstellen der Verbindung zum Hub anzeigen, z.B. Verbindung, Kollision, Senden und Empfangen. Andere liefern minimale Informationen, z.B. ob die Verbindung korrekt verdrahtet ist und funktioniert, während einige nur dann leuchten, wenn etwas nicht stimmt. Wieder andere Karten haben keine LEDs zur Anzeige von Link-Informationen. Einige Karten verfügen über ein menügesteuertes Diagnoseprogramm, das dem Benutzer hilft, Probleme mit den Karten zu isolieren, z.B. herauszufinden, ob der Adapter in der Lage ist, auf Befehle der Software zu reagieren.

Transceiver verbinden PCs und Peripheriegeräte, die bereits mit älteren Ethernet-Karten ausgestattet sind, mit einer 10BaseT-Verkabelung. Typischerweise besteht er aus einer kleinen externen Box mit einer RJ45-Buchse an einem Ende zum Anschluss an das UTP-LAN-Segment und einem AUI-Anschluss am anderen Ende zum Anschluss an die Ethernet-Adapterkarte.

Eine Medium Access Unit (MAU) schließt jedes Ende der 10BaseT-Verbindung ab. Als solche beherbergt sie zwei Leitungspaare: ein Paar zur Übertragung des Ethernet-Signals und ein Paar zum Empfang des Signals. Der 10BaseT-Standard beschreibt sieben Grundfunktionen, die von der MAU ausgeführt werden. Sende-, Empfangs-, Kollisionserkennungs- und Loopback-Funktionen leiten den Datentransfer durch die MAU. Die Funktionen Jabber-Erkennung, Signalqualitäts-Fehlertest und Verbindungsintegrität definieren zusätzliche Dienste, die von der MAU bereitgestellt werden.

Die Jabber-Funktion entfernt Geräte immer dann aus dem Netzwerk, wenn sie kontinuierlich über Zeiträume übertragen, die wesentlich länger sind als für ein Paket maximaler Länge erforderlich, was auf ein mögliches Problem mit der Netzwerkkarte hinweist. Der Signalqualitäts-Fehlertest erkennt stille Ausfälle in der Schaltung, während das Verbindungsintegritätssignal Unterbrechungen in den Adernpaaren feststellt. Beide helfen bei der Fehlerisolierung.

Hubs

Alle 10BaseT-Stationen sind über zwei Twisted-Pair-Drahtpaare mit dem Hub verbunden - eine Zweidrahtstrecke zum Senden und die andere Zweidrahtstrecke zum Empfangen über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Im Wesentlichen fungiert der Hub als Multiport-Repeater. Er enthält die Schaltungen zur Zeitwiederholung und Regenerierung des Signals, das von einem der Drahtsegmente empfangen wird, die am Hub mit jedem der anderen Segmente verbunden sind. Ein 10BaseT-Hub ist jedoch mehr als ein einfacher Repeater; er dient als aktiver Filter, der beschädigte Pakete aussortiert.

Der Multiport-Repeater bietet Paketlenkung, Fragmenterweiterung und automatische Partitionierung. Die Paketsteuerungsfunktion sendet Kopien der an einem Repeater-Port empfangenen Pakete an alle anderen Ports des Repeaters. Die Fragmenterweiterung stellt sicher, dass teilweise gefüllte Pakete an ihr eigentliches Ziel gesendet werden. Die automatische Partitionierung isoliert eine fehlerhafte oder falsch angeschlossene 10BaseT-Verbindung, um zu verhindern, dass sie den Verkehr im restlichen Netzwerk stört.

Es gibt verschiedene Arten von 10BaseT-Hubs. Die gebräuchlichsten sind gehäusebasierte Lösungen und stapelbare 10BaseT-Hubs, die mit entsprechenden Kabelverbindungen kaskadiert werden können. Am unteren Ende gibt es Hubs in verwalteten oder nicht verwalteten Versionen.

Bei den Chassis-Modellen handelt es sich um High-End-Geräte, die eine Vielzahl von Verbindungen zum WAN bieten, mehrere LAN-Topologien und Medien unterstützen und eine erweiterte Netzwerkverwaltung bieten, wobei das Simple Network Management Protocol (SNMP) in der Regel ebenfalls enthalten ist. Dieser Typ von 10BaseT-Hub ist auch der teuerste. Abgesehen davon, dass die Hersteller ihre Produkte mit mehr Schnittstellen und Netzwerkmanagement-Funktionen aufwerten, um sie weiter von den Angeboten der Konkurrenz abzuheben, erhöhen sie kontinuierlich die Port-Kapazität dieser Geräte, um das Preis-pro-Port zu senken und sie für größere Benutzer attraktiver zu machen.

Je nach Port-Kapazität werden stapelbare Hubs verwendet, um die Mitglieder einer Arbeitsgruppe oder Abteilung miteinander zu verbinden. Mit einem Pass-Through- oder Crossover-Kabel können zusätzliche Einheiten in einer Kaskadenanordnung hinzugefügt werden, um Wachstumsanforderungen zu erfüllen oder eine Verbindung zu einem High-End-Hub herzustellen.

Verwaltung

Das Versprechen von 10BaseT-Netzwerken war nicht nur, dass Ethernet über kostengünstige UTP-Verkabelung laufen und eine beispiellose Konfigurationsflexibilität ermöglichen würde, sondern auch, dass es einen überlegenen Ansatz für das LAN-Management bieten würde. Zu den wichtigsten Management-Fähigkeiten, die über den Hub verfügbar sind, gehören:

  • Unterstützung des Repeater-Verwaltungsstandards IEEE 802.3 und der Repeater-Management-Informationsbasis (MIB) des Internets
  • Verwaltbarkeit von entfernten Standorten von einer zentralen Verwaltungsstation aus
  • Bereitstellung von Leistungsstatistiken, nicht nur auf der Hafenebene, wo solche Informationen traditionell verfügbar sind, sondern auch auf der Modul- und Hub-Ebene
  • Autopartitionierung, was die Fähigkeit einschließt, störende Ports automatisch aus dem Netzwerk zu entfernen
  • Die Fähigkeit, Leistungsschwellenwerte festzulegen, die Manager über ein Problem informieren oder automatisch Maßnahmen ergreifen, um das Problem zu beheben
  • Funktionen zur Zuordnung von Portadressen, die die Ethernet-Medienzugriffskontrolladresse eines Geräts mit dem Port verbinden, an den es angeschlossen ist
  • Quell-/Zieladressinformationen, die die Neugestaltung des Netzwerks, die Neuverteilung des Datenverkehrs, die Fehlerbehebung und die Sicherheit unterstützen

Insgesamt bieten 10BaseT-LANs eine solide technische Lösung für die meisten Routineanwendungen. In der Büroumgebung sind der Paketdurchsatz und die Fehlerraten über Twisted-Pair-Verkabelung die gleichen wie bei Koaxialsystemen, aber Ersteres ist auf kürzere Entfernungen beschränkt. Der Standard bietet Schutz vor Geräte- und Medienfehlern, die das Netzwerk potentiell stören können, und die verwendete Signalisierungsmethode ist einigermaßen immun gegen die meisten elektromagnetischen Störquellen, die im Büroumfeld üblich sind. Da Organisationen mehr Anwendungen, mehr Benutzer und mehr Arbeitsstationen hinzugefügt haben, wurde 10BaseT durch 100 Mbps (100BaseT) und 1.000 Mbps (1000BaseT) Ethernet-LANs ersetzt. Um die Migration zu erleichtern, unterstützen die Hersteller 10/100BaseT von der gleichen Netzwerkschnittstellenkarte, und einige unterstützen 10/100/1.000BaseT von der gleichen Karte.

Stand: 11.06.2020