Grundlagen Computernetze


Prof. Jürgen Plate

Netzverkabelung und Netzplanung


Grundlegendes

Derzeit rüsten viele Unternehmen ihr Ethernet um. Der erste und meist teuerste Schritt auf diesem Weg ist die Neuverkabelung mit Twisted-Pair-Leitungen. Danach können weitere Maßnahmen ergriffen werden. Die klassische Maßnahme, das 'Bridging', wurde in Koax-Netzen häufig eingesetzt und lebt heute in den 'Switches' weiter. Das Aufteilen eines Netzes in mehrere Teilnetze, auch 'Collision Domains' genannt, läßt nicht mehr jedes Datenpaket zu jeder Station gelangen; es können so viele Transaktionen gleichzeitig stattfinden, wie Collision Domains im Netz vorhanden sind - im Extremfall (Switch) ist jeder Hub-Anschluß einer eigenen Collision Domain zugeordnet. An die Switch-Anschlüsse können in der Regel wieder gewöhnliche Repeating Hubs angeschlossen werden; Switching kann so nach und nach im Netz eingeführt werden, um die Collision Domains immer weiter zu verkleinern - bis im Idealfall jedem Rechner ein privates Segment zur Verfügung steht.

Switches sind heute preiswerter als Hubs, daher spricht alles für eine Strukturierung des Netzes mit Switches. In einem Peer-to-Peer-Netz (z. B. Unix oder auch Windows) ohne zentrale Server genügt meistens ein reiner 100BaseT-Switch. Gibt es einige, wenige Server, so kann der Server über mehrere Ethernet-Segmente parallel mit dem Switch verbunden werden, so daß der Datenverkehr zwischen Server und Netz gebündelt wird. Besser noch ist die Serveranbindung mit Gigabit-Switches (Kupfer oder LWL), die gleichzeitig auch 100-Mbit-Anschlüsse besitzen, um alle Anwender im Netz deutlich schneller mit Daten zu versorgen - ohne daß deren LAN-Adapter auch nur berührt werden müßten. Die Server und zentralen Switches werden am besten in einem 19"-Schrank untergebracht, der zusätzlich noch Belüftung und eine USV (unterbrechungsfrei Stromversorgung) aufnehmen kann. Die Schränke besitzen Einschübe für die Server und sind so gestaltet, daß man von vorne und hinten guten Zugang zu den Rechnern hat. Das Bild rechts zeigt den Blick von hinten auf die Server im Schrank. Die Verschliessbarkeit des Schranks sorgt auch für einen Schutz der Server vor unberechtigtem Zugriff.

Da Twisted-Pair-Kabel heutzutage den Standard darstellen, sollte man auf jeden Fall bei der Neuverkabelung gleich Cat-6-Kabel oder bessere verwenden, um für die Datenrate von 100 MHz gerüstet zu sein. Leider ist der verwendete RJ45-Stecker relativ filigran. Neben der Zerbrechlichkeit der Stecker kommt es bei Hochgeschwindigkeitsnetzen zu Problemen: Die Drähte und Kontakte werden über eine kleine Strecke parallel geführt, wodurch die Wirkung der Twisted-Pair-Kabel aufgehoben wird. Ein weiterer Kritikpunkt an der RJ45-Technik ist die Einheitlichkeit der Dosen. Der Anwender am Arbeitsplatz kann nicht erkennen, welchem Dienst die Dose zugeordnet ist (Netz, analogens Telefon, ISDN, etc.). Selbst Farbkennzeichnung oder Beschriftung hindert viele Leute nicht daran, 'es mal an der anderen Dose zu versuchen'. Und da kann die Rufspannung analoger Telefone schon einmal einen Netzwerkadapter 'killen'.

10 MBit/s (IEEE 802.3) und 100 MBit/s (IEEE 802.3u) verwenden eine Halbduplex-Übertragung über zwei Aderpaare. Bei einer Migration von 10 auf 100 MBit/s bleibt zumindest die Infrastruktur des Kabelnetzes bestehen. Demgegenüber setzt Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3ab) auf eine Vollduplex-Übertragung über alle vier Paare. Zwar ermöglicht diese Technik die Verwendung der eigentlich nur bis 100 MHz spezifizierten CAT-5-Kabel, dazu müssen die Komponenten allerdings anders beschaltet werden.

Strukturen der Gebäudeverkabelung

Früher war eine "Bedarfsverkabelung" üblich. Die Netztechnik bestimmte die Art der Verkabelung (Ethernet: busförmige Koaxverkabelung, FDDI: ringförmig mit Lichtwellenleitern). Die Standorte der Rechner und Terminals bestimmte die Netzausdehnung.

Die Standards für die Übertragungstechnik nach IEEE 802.3 beschreiben, wie die Daten nach dem Ethernet-Standard zu übertragen sind, die sogenannten Verkabelungsstandards beschreiben dagegen die dazugehörige Infrastruktur. Sie beschreibt deren Aussehen sowie die Übertragungseigenschaften, abgeleitet aus den Übertragungsanforderungen der IEEE 802.3. Diese Strukturierte Verkabelung, auch als "Universelle Gebäudeverkabelung (UGV)" bezeichnet, stellt einen einheitlichen Aufbauplan für die Verkabelungen der unterschiedlichen Dienste dar (Sprache, Daten, Video, Steuerungen, etc.). Die strukturierte Verkabelung ist Teil der technischen Infrastruktur einer Liegenschaft und wird in Primär-, Sekundär- und Tertiärbereiche eingeteilt.

Das bedeutet, dass sich die Netztechnik an eine genormte Verkabelung anzupassen hat. Jeder Arbeitsplatz bekommt automatisch eine Datennetzdose. Das bringt anfangs zwar höhere Investitionskosten, ist aber zukunftssicher. Fehler wirken sich nur lokal aus, denn jeder Anschluß hat sein eigenes Kabel.

Basis der heutigen Gebäudeverkabelung von Netzen sind die in den letzten Jahren erarbeiteten Normen auf diesem Gebiet. Dabei gibt es im wesentlichen drei grundlegende Normen, die für bestimmte geographische Regionen von Bedeutung sind:

Die EN 50173 und die ISO/IEC 11801 haben im wesentlichen den gleichen Inhalt und enthalten auch die gleichen Anforderungen an die Kabel und Komponenten. Die EN 50173 ist eine europäische Norm, während die ISO/IEC 11801 weltweit verwendet wird. Die EIA/TIA-568 A/B wurde speziell für den nordamerikanischen Markt von der dortigen Telekommunikationsindustrie entwickelt. Sie ist eigentliche keine Norm, sondern lediglich eine Industrie-Spezifikation. Sie enthält auch geringere Anforderungen bezüglich der übertragungseigenschaften der Kabel als die anderen Bestimmungen. In der EN 50173 wird ebenso wie in der ISO/IEC 11801 die Gebäudeverkabelung in vier Bereiche eingeteilt.

Horizontalverkabelung und Arbeitsplatzbereich

Im Horizontalbereich und für die Arbeitsplatzverkabelung werden zumeist hochwertige, geschirmte symmetrische Kupferkabel und -komponenten eingesetzt, da hier der Anschluß an viele einzelne Schnittstellen vorgenommen wird. Wird auch im Horizontal- und Arbeitsplatzbereich mit Lichtwellenleitern (LWL) verkabelt, stehen damit höhere Bandbreiten zur Verfügung und es lassen sich längere Strecken realisieren. LWL-Verkabelung kann auch dann sinnvoll sein, wenn man einfach die EMV-Immunität und die übertragungssicherheit ausnutzen will. Die Einführung von "Fiber-to-the-desk", der LWL-Verkabelung bis zum Arbeitsplatz, ist wohl bald Realität. Es ist auch möglich, beispielsweise den Steig- und den Horizontalbereich durchgehend mit LWL zu verkabeln, um damit Etagenverteiler einzusparen. Man spricht dann von einer zentralisierten Verkabelung.

Netzstrukturen

Die heutige Verkabelung wird im allgemeinen hierarchisch in einem physikalischen Stern aufgebaut. Der Standortverteiler (auch: Hauptverteiler) als zentrale Schaltstelle ist mit den Gebäudeverteilern in den einzelnen Gebäuden sternförmig verkabelt. In den Gebäuden werden die Etagen- verteiler ebenfalls sternförmig mit dem Gebäudeverteiler verkabelt. In der Horizontalebene schließlich findet eine ebenfalls sternförmige Verkabelung der Anschlußeinheiten wie der Wanddose mit dem Etagenverteiler statt. Als Verteiler zum Abschluß der Kabel werden Schränke und Gestelle in 19"-Technik eingesetzt. 19"-Einschübe übernehmen in diesen Schränken die Kabelbefestigung, die Speicherung einer Reservelänge, die Unterbringung von Spleißkassetten (falls verwendet) und das Montieren der Stecker und Kupplungen bzw. Buchsen auf den Verteilerfeldern. Werden nur kleinere Faserzahlen benötigt, so können statt der 19"-Schränke die kompakteren Wandverteiler eingesetzt werden.

Im Tertiärbereich werden zum Kabelabschluß Wand- und Bodentankdosen verwendet. Diese Anschlußeinheiten übernehmen hier die Kabelbefestigung, die Speicherung der Reservelänge und das Montieren der Buchsen bzw. Stecker und Kupplungen. Sie bilden den Abschluß der diensteunabhängigen Verkabelung. Das Endgerät (der PC, die Workstation, der Drucker, das Telefon, etc.) wird mit konfektionierten Kabeln an die Wanddose oder den Bodentank angeschlossen. Die Verteilung der Switch- oder Routerports auf die Endgerätedosen erfolgt über ein Patchfeld. Es handelt sich dabei um ein Feld mit Netzwerk-Steckdosen (z. B. RJ-45-Dosen), an welche die Kabel zu den Anschlußdosen in den einzelnen Rämen angeschlossen sind. Die Verbindung zu den aktiven Komponenten erfolgt dann über kurze Patchkabel.

Die logische Netzstruktur der Verkabelung hängt davon ab, wie die einzelnen Netzwerkknoten miteinander kommunizieren. Darunter sind die Protokolle, Zugriffsverfahren und Konventionen auf der elektronischen Ebene zu verstehen. Die heute am weitest verbreiteten Standards für solche logischen Netzstrukturen sind:

Für die Umsetzung von der logischen in die physikalische Netzstruktur haben sich Netzwerkkonzentratoren etabliert. Hier werden alle wichtigen Netzwerkaktivitäten zusammengefaßt, was auch die Verkabelung und die Fehlersuche wesentlich erleichtert. Dadurch ist es möglich, beispielsweise das Ethernet 10/100BaseT-Verfahren als logisches Bussystem in einer sternförmigen Verkabelung zu realisieren.

Netzplanung

Aufgaben der Netzplanung

Festlegen der Netzstruktur, die den gewünschten Funktionen des EDV-Systems gerecht wird.

Ein grosses oder mehrere kleine Netze?

Vorteile eines (grossen) zusammenhängenden Netzes:

Nachteile eines zusammenhängenden Netzes:

Vorteile kleinerer Teilnetze:

Nachteile kleiner Teilnetze: Man sollte Netze nicht aufteilen, solange sie überschaubar sind und keine Lastprobleme haben. Die Netze müssen aufgeteilt werden, wenn Last, Sicherheit oder Topologie es erfordern. Beim Aufteilen ist auf möglichst kurze Kommunikationswege zu achten. Die maximale Kabellänge und die Begrenzung der hintereinander schaltbarer Komponenten spielt eine Rolle (max. 4 Hubs hintereinander, max. 7 Bridges/Switches hintereinander).

Auswahl der Verbindungskomponenten

Kabelarten:

Repeater:

Bridges:

Switches:

Router:

Vergabe von IP-Nummern

Soll das Netz (evtl. später) an das Internet angeschlossen werden und die IP-Nummern nach aussen sichtbar sein? Dann müssen global eindeutige IP-Nummern beim Internet-Provider angefordert werden. Ansonsten verwendet man IP-Nummern für ausschließlich interne Verwendung (gem. RFC 1918): 
 10.0.0.0   -  10.255.255.255   (ein Class-A-Netz)
172.16.0.0  - 172.31.255.255    (16 Class-B-Netze)
192.168.0.0 - 192.168.255.255   (256 Class-C-Netze)
Zum Anschluss dieser Netze an das Internet ist ein Router mit NAT und IP-Maskierung nötig. Die interne Adressenverteilung erfolgt in jedem Fall bevorzugt per DHCP-Protokoll (siehe unten), da in diesem Fall alle Clients gleich konfiguriert werden können und nur soviel Adressen gebraucht werden wie Rechner aktiv sind.

Vergabe von Domainnamen

Beantragt wird normalerweise eine Second-Level-Domain unterhalb von .de .com. net .org. Die Vergabe erfolgt in der Regel durch den Provider - sofern die Wunschdomain noch frei ist.

Vergabe von Rechnernamen

Sei netzmafia.de der benutzte Domainname. Dann sind gängige Aliase: 
gate.netzmafia.de
mail.netzmafia.de
news.netzmafia.de
www.netzmafia.de
ftp.netzmafia.de
ns.netzmafia.de
Die Zuordnung der Rechnernamen kann erfolgen als: Die Rechnernamen werden von mindestens zwei Nameservern verwaltet (Ausfallsicherheit).

Beispiel einer Vorgabe zur Netzplanung

Beispiel-Szenario:

Lösung (e pluribus unum):

Eingehende Mail gelangt über einen Mail-Proxy an den Mailserver. Von dort aus erfolgt die Verteilung per IMAP oder POP3. Ausgehende Mail wird direkt über den Mail-Proxy ins Internet verschickt. Der primäre Nameserver steht in Gebäude 2, der Secondary NS beim Provider. In Gebäude 2 ist zur Entlastung der Standleitung jeweils ein DNS- und WWW-Cache installiert. Das Testnetz der Hardwareabteilung ist abgetrennt, aber bei Bedarf manuell zuschaltbar.

An diesem Beispiel lassen sich einige Aufgaben des Netzwerk-Managements feststellen:

Zusammen mit der Planung wird das Netz dokumentiert. Neben Angaben über die Topologie sind auch alle Kabelwege, Standorte von Netzkomponenten (Hub, Switches, Router, usw.), Server und Peripheriegeräten zu dokumentieren. übersichtsgrafiken lassen sich recht schnell mit speziellen Tools wie Visio (Microsoft) oder Acrix (Autodesk) erstellen, für die Grafikbibliotheken mit speziellen Symbolen für die Netzkomponenten erhältlich sind. Unter UNIX gibt es ein Tool namens 'tkinetd', das die Rechner im Netz sucht und automatisch eine Grafik erzeugt. Die Standorte der Komponenten und Dosen trägt man am besten auf der Kopie des Bauplans ein.

Server- und Netzwerkschrank

Auch bei kleinen Netzen sollte ein eigener Serverraum eingeplant werden. Das muss nicht gleich ein eigener Raum sein, sondern es darf sich auch um eine Ecke in einem Abstellraum handeln - sofern für genügend Belüftung für die Wärmeabfuhr gesorgt ist. Schon wegen der Geräuschentwicklung von Servern ist eine Absonderung notwendig (ich kenne Systeme, deren Lüftergeräusch es bestens mit einem Staubsauger aufnehmen kann). Hier findet auch eine eventuell installierte unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Platz.

Der Serverraum sollte so plaziert sein, daß bei Netzerweiterungen die Verkabelung unproblematisch bleibt. Vom Serverraum zu den Verteilern (Switches) sollte aus Gründen der zukunftssicheren Verkabelung redundant ausgelegtes Cat-5-Kabel (optional Glasfaserkabel) verlegt werden. Das folgende Bild zeigt den Schnappschuß eines typischen Schaltschrank, der mit Switches bestückt ist. Ein KVM-Switch (Keyboard, Video, Mouse) erlaubt es, die Server über einen einzigen Monitor mit Tastatur und Maus zu bedienen. Viele KVM-Switches lassen sich per Netzwerkkabel expandieren, der Bedienmonitor kann dann sogar im Nebenzimmer stehen.

Spannt man Kabel kreuz und quer durch einen Serverschrank, kann dies nicht nur schnell unübersichtlich werden, sondern sogar die Klimatisierung der Server und Switche beeinträchtigen. Denn effiziente Kühlkonzepte setzen eine strikte Trennung von kalten und warmen Luftströmen voraus. Die Luftströme können senkrecht oder waagrecht durch das Rack geleitet werden, je nach Art des Belüftungssystems. Transversale Kabelstränge können jedoch Luftverwirbelungen verursachen und damit zu einer Vermischung von kalter und warmer Luft führen.

Den Themen Verkabelung und Stromverteilung schenkt man meist weniger Aufmerksamkeit. Dabei kann auch in diesem Bereich die Auswahl geeigneter Komponenten einen wichtigen Beitrag zum ausfallsicheren Betrieb der IT-Anlagen leisten. Wie so oft ist auch bei der Energieversorgung von Serverracks das Gesamtsystem nur so sicher wie das schwächste Glied. Der Administrator vor Ort sollten daher auch vermeintlich unscheinbaren Dingen wie Steckdosen und Kabeln seine Aufmerksamkeit schenken.

Achten Sie auch auf die Wahl der geeigneten Steckdosenleiste. Obwohl der Schukostecker auch in professionellen IT-Umgebungen sehr beliebt ist, kann es unter Sicherheitsaspekten sinnvoll sein, sich für eine andere Steckverbindung zu entscheiden, beispielsweise C13 (sog. Eurostecker). Schukostecker sind nämlich nicht phasenverdrehsicher. Falsch gesteckte Verbindungen können sich speziell in einem großen Rechenzentrum mit vielen hundert Steckern schnell zu einem echten Problem ausweiten. Ein Rasterschutz wie im Bild kann dabei zusätzliche Sicherheit gegen die Unterbrechung durch lockere Kabel bieten.


Ein Rasterschutz oder ein Bügel stellt sicher, dass sich ein Stromkabel nicht lockert.

Auch die richtige Dimensionierung der Steckerleisten ist von Bedeutung. Auch wenn ein neu aufgestelltes Serverrack nicht von Anfang an voll mit Servern besetzt ist: Den Platz für die Steckdosenleisten, die im Endausbau benötigt werden, sollte man von vornherein mit einplanen. Nur so ist gewährleistet, dass die Sicherungen ausreichend ausgelegt werden. Es versteht sich von selbst, das Qualitäts-Steckdosen für den 19-Zoll-Einbau verwendet werden. Mehrfachsteckdosen aus dem Baumarkt haben im Netzwerkschrank nichts verloren.

Aber auch der Platzbedarf für die Steckdosenleisten spielt eine Rolle. Ein Rack, das man im Lauf der Zeit unkontrolliert überall dort mit Steckdosenleisten und Kabeln zubaut, "wo halt noch Platz ist", wird zunehmend luftundurchlässig. Einer effizienten Kühlung der Server ist das nicht zuträglich.

Kann der Administrator das Rack nicht ständig direkt im Auge haben kann, empfiehlt sich ein professionelles Rack-Management-System (RMS). Solche Systeme messen vor Ort etliche physikalische Größen wie Temperatur, Strombelastung oder Portbelastung und übertragen sie an einen zentralen Rechner, mit dessen Hilfe sie von einem einzigen Arbeitsplatz aus überwacht werden können. Auch eine SMS-Benachrichtigung an den Administrator bei Erreichen kritischer Schwellenwerte ist möglich.

Die Kommunikation zwischen Rack-Management-System und Administrator muss aber keine Einbahnstraße bleiben. Mit entsprechenden Steckdose, die per Ethernet ansprechbar sind, können Systeme manuell oder scriptgesteuert an- oder abgeschaltet werden.

Bei der Planung der Rackbestückung sollten die Aspekte Strom- und Datenverkabelung stets im Zusammenhang gesehen werden. So haben Kupfer- und Glasfaserkabel unterschiedliche Biegeradien. Es muss also auch innerhalb des Racks stets genügend Platz bleiben, um ein Abknicken von Kabeln zu vermeiden. Bei Patchfeldern sollte genügend Platz für das Hantieren mit den Steckern und für die Restkabellängen der Patchkabel vorgesehen werden. Zu enge Portbelegungen erschweren das Rangieren.

Netz-Dokumentation

Bei vielen Administratoren gehört die Dokumentation des Netzwerkes zu den "unangenehmen" und vernachlässigten Aufgaben. Das Verkabelungspläne und Konfigurations-Beschreibungen sehr wichtig sind fällt den meisten erst dann auf, wenn die bestehende Leitungsführung verändert werden soll oder ein Fehler auftritt. Ohne ausreichende Dokumentation wird die Erweiterung und Fehlersuche zu einer sehr kostenintensiven und langwierigen Angelegenheit. Aber die Bedeutung einer kompletten und aktuellen Dokumentation für die schnelle Wiederherstellung des lokalen Netzes nach einem Unglück kann nicht hoch genug bewertet werden.Sie ermöglicht zudem den täglichen Überblick und bietet Hilfen bei der Fehlersuche.

Zusammen mit der Planung wird das Netz dokumentiert. Neben Angaben über die Topologie sind auch alle Kabelwege, Standorte von Netzkomponenten (Hub, Switches, Router, usw.), Server und Peripheriegeräten zu dokumentieren. Die Praxis zeigt leider, daß die Dokumentation bei einer Neuistallation grade noch eben so klappt, nachträgliche Änderungen werden aber meist nicht mehr dokumentiert. Für kleine Netze genügt ein Gebäude- oder Raumplan, in den mit Bleistift und Lineal die Datenleitungen eingezeichnet werden. Dokumentiert werden Kabelführungen, Lage der Anschlußdosen, Standort der Stationen und Komponenten (Hubs, Switches, usw.). Für jedes eingezeichnete Element sollte eine sinnvolle Kurzbezeichnung vergeben werden, die die eindeutige Zuordnung erlaubt. Die Art der Bezeichnung sollte Raum für spätere Erweiterungen bieten. Soll ein bestehendes Netz in naher Zukunft in größerem Umfang erweitert werden, dann sollte der Lageplan mit Hilfe eines einfachen Zeichen-Programmes erstellt werden. Diese Lösung benötigt zunächst mehr Zeit als das einfache Einzeichnen in den Gebäudeplan, ist aber durch die vielfältigen Editiermöglichkeiten flexibler. Übersichtsgrafiken lassen sich recht schnell mit speziellen Tools wie Visio (Microsoft) oder Acrix (Autodesk) erstellen, für die Grafikbibliotheken mit speziellen Symbolen für die Netzkomponenten erhältlich sind. Unter UNIX gibt es ein Tool namen 'tkinetd', das die Rechner im Netz sucht und automatisch eine Grafik erzeugt.

Die Kurzbezeichnungen der Elemente in den oben genannten Netzwerkplänen sind natürlich nur sinnvoll, wenn sie sich auf den entsprechenden Geräten und Anschlußpunkten wiederfinden. Dies wird über selbstklebene Etiketten erreicht. Alle Dosen, Hubs, Switches, Router und andere Geräte erhalten einen solchen Aufkleber. An den Stationen sollte das Etikett neben der Kurzbezeichnung auch den Netzwerk-Namen des Rechners, die Ethernet-(MAC-Adresse) und gegebenenfalls die IP-Adresse aufführen. Für Kabel benötigt man mindestens zwei Beschriftungs-Fahnen: Eine am Anfang und eine am Ende der Leitung.

Es versteht sich von selbst, daß jedes Kabel eindeutig identifizierbar sein muß. Es gibt im Handel genügend Systeme zur Kabelidentifizierung, z. B. kleine Plastikringe mit eingeprägten Nummern, die sich um das Kabel legen und verschließen lassen oder Kabelbinder mit Beschriftungsfahne. Damit ist eine Numerierung mit beliebig vielen Stellen möglich. Man kann aber auch Schlüsselanhänger aus Plastik nehmen, das Schildchen beschriften und den Anhänger mittels eines Kabelbinders am Kabel befestigen. Notfalls kann das Kabel auch mit einem wasserfesten Filzstift markiert werden. Die Kabelsegmente müssen an mindestens zwei Punkten (nämlich an jedem Ende) gekennzeichnet werden. Das Bild links zeigt einen Ausschnitt, bei dem man die weißen Markierungen gut erkennen kann.

Genauso wie die Kabel müssen auch alle Ports von Patchfeldern beschriftet werden. Wenn sich Portzuordnungen häufig ändern, kann man die Ports auch durchnumerieren und in einer Liste die Zuordnung handschriftlich festhalten. Die Liste kommt in eine Prospekthülle, die im oder am Netzwerkschrank befestigt wird. Wenn man dann noch einen Stift an einer Schnur hängt, gibt es auch keine Ausreden mehr für fehlende Einträge.

Zusätzlich zu Plänen und Beschriftungen sind, je nach Netzgröße, Aufstellungen in tabellarischer Form nützlich:

Die Dokumentation des lokalen Netzes legt am besten in Form eines Betriebshandbuches an. Das Betriebshandbuch muß in mehreren Exemplaren vorhanden und dem Systemverwalter, Superusern und dem Benutzerservice sowie deren nächsten Vorgesetzten zugänglich sein. Das Betriebshandbuch sollte enthalten:

Scheinbar unwichtig ist die Dokumentation von aufgetretenen Fehlern und die Maßnahmen, die zur Fehlerbehebung getroffen wurden. Gerade diese Informationen sich jedoch oft äußerst wertvoll. Einerseits kann man später beim Auftreten desselben Fehlers zu einem späteren Zeitpunkt die zu treffenden Maßnahmen nachlesen. Zum anderen kann durch Protokollierung der Fehler das sporadische Auftreten des gleichen Fehlers präventiv gearbeitet werden. Zeigt z. B. ein Fileserver alle paar Wochen defekte Sektoren, dann geht so etwas als Einzelereignis oft im Tagesgeschäft unter. Bei regelmäßiger Dokumentation kann gegebenenfalls rechtzeitig die Festplatte ausgetauscht werden.

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Fehlersuche/Belastungstest

Fehlersuche

Wenn man davon ausgeht, dass die reinen Harwaretest (Kabelanschlüsse, übersprechen, Dämpfung, usw.) erfolgreich verlaufen sind (siehe Fehlerquellen und Fehlersuche bei der Verkabelung), kann man u. a. folgende Massnahmen durchführen um die Funktionsfähigkeit des Netzes zu testen, wobei ich hauptsächlich Möglichkeiten anführe, die ohne besonderes Testequipment durchführbar sind. Entsprechende Test-Hardware leistet ähnliches:
  1. Test aller aktiven Komponenten (Switches, Router, Glasfaser-Modems) auf Funktion (geht - geht nicht). Sind alle Ports eines Switches erreichbar usw.
  2. Überprüfen der Konfiguration managebarer Komponenten (Übertragungsmodus, VLAN-Zuordnung, Aktivierung der Ports etc.).
  3. Die Erreichbarkeit aller Endpunkte auf TCP/IP-Ebene lässt sich mit den Programmen "ping" und "traceroute" (bei Windows "tracert") testen. Hier lassen sich auch grobe Anhaltspunkte für Transferzeiten ermitteln.
  4. Bei managebaren Komponenten lassen sich statistische Daten (Datendurchsatz, Kollisionen etc.) über die Managementfunktion (Webinterface, SNMP) abrufen. Verdächtig ist auf jeden Fall das Auftreten von Kollisionen.
  5. Das Programm "iptraf" ist ein Linux-Programm, das umfassende Netzwerkstatistiken liefert, darunter transferierte Paket und Bytes, Interface-Statistik von IP, TCP, UDP, ICMP. IP checksum errors usw. Dazu gibt es einen Service-Monitor für TCP und UDP, der eine Port-Statistik liefert. Weitherhin liefert das Programm eine Statistik der Aktivitäten der verschiedenen Hosts. Filterfunktionen erlauben das Eingrenzen der Daten. Zu beziehen unter http://iptraf.seul.org/.
  6. Das Programm "netio" ( http://freshmeat.net/projects/netio/) gibt es als Windows- und Linux-Version. Es misst den Netto-Durchsatz auf der Verbindung, also ohne den Overhead, der durch Applikationen wie FTP oder dem für das Filesharing erzeugt wird. Auch hat die Geschwindigkeit der Festplatte keinerlei Einfluss auf die übertragungsraten. Daher liegen die Werte von netio-Messungen immer über den Werten, die in der Praxis erreicht werden, dafür sind sie miteinander vergleichbar. Ein ähnliches Programm ist "iperf". Auch das Microsoft Tool "ttcp" kann verwendet werden (auf der Windows XP CD oder Service Pack CD unter \VALUEADD\MSFT\NET\TOOLS).
Weitere Test sollten im Probebetrieb des Netzes erfolgen (Server sind online, zumindest einige Clients sind vorhanden). Dann können folgende Tools eingesetzt werden.
  1. NTOP ist ein Tool zur Beobachtung und statistischen Auswertung des Netzwerkverkehrs. Interessant ist das Einlesen und Auswerten von gespeicherten Tracefiles mit der Option „-f“. Dann liest NTOP keine Daten von der Netzwerkkarte, sondern erzeugt lediglich Auswertungen für den vorhanden Trace. NTOP arbeitet auch mit NetFlow von Cisco zusammen. Der Zugriff auf NTOP erfolgt über einen Webbroser. NTOP ist auch in Kombination mit Hardware als nBox erhältlich. (http://www.ntop.org)
  2. "Etherape" kann seine Daten sowohl direkt vom Netz als auch aus einem gespeicherten Trace beziehen. Aus diesen Daten erstellt es eine Reihe von grafischen Auswertungen zu Kommunikationsbeziehungen und Protokollverteilung. Etherape befindet sich noch in der Entwicklung und läuft momentan nur unter Linux mit Gnome-Desktop.
  3. SmokePing ist spezialisiert auf die Messung der Round-Trip-Time. Es gibt Probes für eine Reihe von Protokollen (ICMP, TCP, HTTP, etc.). Die Zeiten werden in einer Datenbank festgehalten und können über ein Browserinterface visualisiert werden. SmokePing ist wie MRTG ein Tool zum Baselining eines Netzwerkes. In Problemfällen kann man mit diesen Tools sehr schnell Veränderungen und deren Auslöser erkennen. (http://oss.oetiker.ch/smokeping/)
  4. Für WLAN eignet sich der "network stumbler" ( http://www.netstumbler.com). Mit diesem Windows-Programm kann die Reichweite und die Abdeckung der WLANs abgeschätzt werden.

Belastungstest

Schwieriger sind Sicherheitstests bei den Servern und eine Vorhersage über das Lastverhalten, wenn nicht nur ein paar Clients aktiv sind, sondern das Netz unter Vollast fährt. Ein Beispiel aus der Praxis ist die Notenbekanntgabe am Semesterende, wenn kurz nach Freigabe der Informationen das Netz bzw. die Webserver unter der Last der Anfragen zusammenbrechen.

Das Belastungstest-Tool "Hammerhead" kann mehrere Verbindungen gleichzeitig öffnen und dabei auch Anfragen von verschiedenen IP-Aliasen und bis zu 256 verschiedenen Usern generieren. Nach der voreingestellten Testzeit liefert das Tool einen aussagekräftigen Report. Neben Anzahl der Threads, Timeout-Schwellen, Test-Zeit, Usern lassen sich noch viele weitere Parameter einstellen. Man kann sogar Erwartungswerte für Ergebnisse eingeben, die dann mit den realen Resultaten verglichen werden. Hammerhead wartet bei jedem Request auf Antwort vom Server. Ist der Server schlecht angebunden, kann es vorkommen, daß die voreingestellte Request-Rate unterschritten wird. Auch kann das Programm nur so schnell arbeiten, wie der Computer, auf dem es läuft. (http://hammerhead.sourceforge.net)

Einfacher Hardware-Netzwerktester

Bei größeren Netzen muss man oft prüfen, welche Dose oder welches Kabel mit einem Switch verbunden ist. Dazu genügt eine Netzwerkkarte für wenige Euro, die sich für die Wake-on-LAN-Funktion nicht nur aus dem PCI-Bus, sondern auch über einen dreipoligen Stecker mit Strom versorgen kann. Wenn an den richtigen Pins 5 Volt anliegen, genügt das der Karte, um eine Ethernet-Verbindung aufzubauen und dies mit ihren LEDs "Link-Status" und "10/100 MBit" anzuzeigen. Nur wenn am anderen Ende des Kabels keine aktive Komponente hängt, bleiben die LEDs dunkel. Man kann an den Wake-on-LAN-Stecker einfach Batterien anschließen. Vier Akkus zu je 1,2 Volt liefern 4,8 V, was dem meisten Karten genügt. Oder man nimmt einfach vier Zink-Kohle-Batterien (4 x 1,5 V = 6 V) und schaltet eine Diode zwischen Karte und Batteriebox, dann wird die Karte mit ca. 5,4 V versorgt, was den meisten Karten auch nichts ausmacht. Die ganz edle Variante ist ein 5-V-Low-Drop-Spannungsregler zwischen 6-Volt-Batteriepack und Karte.

Der so entstandene Ethernetport-Tester zeigt zuverlässig an, ob eine Dose oder ein Kabel mit einer Ethernet-Gegenstelle verbunden ist und wie schnell die Verbindung ist. Man darf ihn jedoch nicht mit einem Kabeltester verwechseln, denn ein Link kann durchaus zustande kommen, wenn nicht alle Adernpaare korrekt verbunden sind.

Das Bild zeigt die Pins des Steckers auf der Netzwerkkarte: An Pin 1 müssen 5 Volt anliegen, an Pin 2 Masse. Pin 3 bleibt unverbunden, denn hier meldet die Karte, dass ein Wake-on-LAN-Paket eingegangen ist.


Universal-Netzkabel

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Copyright © FH München, FB 04, Prof. Jürgen Plate
Letzte Aktualisierung: 07. Mär 2012