Aktuelle Entwicklungen bei IEEE 802
Funknetze verändern den Alltag
Derzeit vollzieht sich ein dramatischer Wandel im amerikanischen Standardisierungskomitee IEEE P802: Das Interesse des "LAN & MAN Standards Committee" verlagert sich zunehmend vom Ethernet zu den Funktechnologien. Wireless LANs (802.11) und Wireless MANs (802.16/Wimax) spielen heute eine dominante Rolle in der Arbeit der Normierer. Der Beitrag beschreibt, was sich im vergangenen Jahr bei IEEE 802 getan hat und welche neuen Standards in absehbarer Zeit zu erwarten sind.
Die IEEE-Projektgruppe P802 gliedert sich heute, nachdem bereits die Hälfte der früheren
Arbeitskreise ihre Tätigkeit eingestellt hat, in zwei wesentliche Gruppen: Ethernet und
Funktechnologien. Von ursprünglich 21 Gruppen arbeiten gegenwärtig noch elf Gruppen an mehr als 35
Normierungsprojekten. Dabei zeigt Bild 1 deutlich die Übermacht der Funktechnologien (blaue
Kästen):
802.11: WLAN (Wireless Local Area Networks),
802.15: WPAN (Wireless Personal Area Networks),
802.16: BWA (Broadband Wireless Access),
802.18: RRTAG (Radio Regulatory TAG – Technical Advisory Group),
802.19: CTAG (Coexistence TAG),
802.20: MBWA (Mobile Broadband Wireless Access),
802.21: MIHS (Media Independent Handover Services) und
802.22: WRAN (Wireless Regional Area Networks – TV-Frequenzbereiche für
Datenübertragung).
Natürlich spielt Ethernet (802.3 CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detection) nach wie vor eine entscheidende Rolle, stellt aber bei weitem nicht mehr die dominante
Gruppe, wie es in den 90er-Jahren der Fall war. Die meisten Projekte sind erledigt oder werden in
diesem Jahr noch beendet. Neue große Aufgaben sind derzeit nicht in Sicht.
Bedeutungslos erscheint inzwischen der Arbeitskreis 802.17 (RPR – Resilient Packet Ring) – einst
als Sammelbecken der arbeitslosen Token-Ring-Normierer gegründet. Nach dem Rückzug von IBM findet
sich kaum ein Hersteller, der diesen Standard tatsächlich nutzen will. Jeder hat seine eigene
proprietäre Lösung für das Problem, SDH-Ringe zur Ethernet-Übertragung zu nutzen. Hohe Aktivität
weist dagegen der Arbeitskreis 802.1 (HILI – Higher Layer Interfaces) auf, der besonders aktiv den
Bedürfnissen der Provider nachgeht und damit den traditionellen "LAN-&-MAN"-Rahmen
verlässt.
Funknetze
Die Schwerpunkte der Arbeit im Funknetzbereich liegen im LAN- und im MAN-Segment. Der
LAN-Bereich macht Furore mit 802.11n, das 100-MBit/s-Funknetze definiert. Der MAN-Bereich
konzentriert sich auf mobile Anwendungen. Hier ist gerade der Standard 802.16e verabschiedet
geworden, der das Alltagsleben entscheidend verändern kann: Überall wird in Zukunft Internet zur
Verfügung stehen – auch in Autos oder Zügen, die mit hoher Geschwindigkeit unterwegs sind.
Notwendige Voraussetzung dafür sind die Arbeiten, die die Gruppe 802.21 (Media Independent
Handover Services) leistet. Hier geht es nicht nur um die Übergabe zwischen gleichartigen
Funknetzen, sondern auch um die Übergabe zwischen unterschiedlichen Technologien.
Hoch interessant erscheinen auch die Arbeiten in 802.22 (Wireless Regional Area Networks). Dank
der Digitalisierung des terrestrischen Fernsehens (DVB-T) werden Frequenzbereiche frei, die
natürlich Begehrlichkeiten wecken, diese künftig für die Datenübertragung zu nutzen.
Wireless LANs
Den Funkbereich dominiert nach wie vor die Arbeitsgruppe WLAN 802.11. Hier ist inzwischen der
Standard 802.11e fertig gestellt, der QoS-Funktionen (Quality of Service) unterstützt. Angesichts
der sich rasch füllenden Frequenzbänder im lizenzfreien 2,4- und 5,6-GHz-Bereich erwartet die
Branche diese Funktionen dringend, um höherwertige Dienste wie beispielsweise Voice over IP mit
guter Qualität in Funknetzen anbieten zu können.
Das heißeste Thema im WLAN-Bereich stellt die 100-MBit/s-Technologie (802.11n) dar. Zwar bieten
heute zahlreiche Hersteller Interfaces mit entsprechender Funktionalität an – leider handelt es
sich dabei aber um proprietäre Lösungen. Inzwischen ist es gelungen, die beiden konkurrierenden "
MIMO"-Lager im Standardisierungsgremium ("TGn Sync" und "WWiSE" – siehe LANline 10/2005), die sich
unversöhnlich gegenüberstanden, zu einem Kompromiss zu bewegen. Es existiert ein gemeinsamer
Vorschlag, der endlich die Richtung für die weitere Arbeit vorgibt. Damit ist ein Standard in
diesem Bereich wieder in greifbare Nähe gerückt – allerdings ist fraglich, ob das Ergebnis noch in
diesem Jahr vorliegen wird.
Neue Standards sind aus den Arbeitsgruppen 802.11u bis 802.11w zu erwarten. Diese haben ihren
Normierungsauftrag erhalten und befinden sich auf dem Weg zu ihrem ersten Entwurf. 802.11u
(Wireless Interworking with External Networks) erarbeitet Lösungen der Zusammenarbeit mit
802-externen Netzen wie etwa UMTS. 802.11v (Wireless Network Management) definiert
Netzwerkmanagementfunktionen für Funknetze. Ebenfalls im Managementbereich ist die Gruppe 802.11w
(Protection of Management Frames) angesiedelt, die sich über den Schutz von Managementverbindungen
Gedanken macht.
Eng mit 802.11 zusammen arbeitet die Gruppe 802.15 (Wireless Personal Area Networks), die sich
auf den Bluetooth-Standard bezieht. Schwerpunkt der Arbeiten sind hier höhere aber auch niedrigere
Bandbreiten als bisher. Letztere vor allem deshalb, um den Stromverbrauch zu verringern und damit
die Standzeiten der Geräte (zum Beispiel Sensoren) zu verlängern. In Vorbereitung sind
diesbezüglich Erweiterungen und Verbesserungen des Standards 802.15.4 ("Zigbee").
Wireless MANs
Neben 802.11 ist auch 802.16 (Broadband Wireless Access) im Funkbereich besonders aktiv. Nachdem
bereits im Jahr 2004 der für den Betrieb notwendige "nLoS"-Modus ("non Line of Sight") definiert
wurde, dreht sich heute alles um den Aspekt "Mobilität" (802.16e).
Die Hersteller von 802.16-Geräten (Basisstationen und CPE – Customer Premises Equipment) haben
die Interoperabilität ihrer Geräte beim Wimax-Forum demonstriert, sodass in diesem Jahr auch bei
uns mit der Einführung von 802.16-Netzen gerechnet werden kann. Der Ferne Osten ist bereits
deutlich weiter: Dort lässt sich unter dem Kürzel "Wibro" (Wireless Broadband) ein großflächiger
Rollout der 802.16-Technologie erleben.
Das aktuell zentrale Thema Mobilität (802.16e) läuft allerdings nicht ganz so reibungsfrei ab
wie erhofft, da sich auch 802.20 (Mobile Broadband Wireless Access) diesen Aspekt auf die Fahnen
geschrieben hat. Eigentlich hätte der Arbeitskreis 802.20 angesichts der existierenden
Arbeitsgruppe 802.16e nach den IEEE-802-Statuten gar nicht erst gegründet werden dürfen. Zudem hat
802.16e inzwischen den Standard bereits nahezu fertig gestellt, während 802.20 erst mit der Arbeit
beginnt. So bleibt die Vermutung, dass 802.20 wohl so enden wird wie die Arbeitsgruppe 802.12, die
nicht einmal bis zur fertigen Norm kam.
Ein weiteres Überschneidungsproblem zeichnet sich zwischen 802.16 und 802.22 (Wireless Regional
Area Networks) ab – sind doch beide Gruppen hochgradig an den möglicherweise frei werdenden
TV-Frequenzbereichen interessiert. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass auch noch andere Geräte
wie zum Beispiel drahtlose Mikrofone mit den Fernsehkanälen koexistieren. Diese Geräte dürfen durch
die neuen Funkkollegen nicht gestört werden. Letzteres bedeutet, dass die 802.16-Technologie doch
erheblich zu erweitern wäre, wollte man diese Kanäle nutzen. Als Lösung der gesamten Problematik
zeichnet sich womöglich ab, dass 802.16 den TV-Frequenzbereich der 802.22-Gruppe überlässt, diese
jedoch eine 802.16-kompatible Technologie verwendet.
Erwähnenswert ist im Übrigen eine deutsche Aktivität, die bei IEEE 802 für Furore sorgte: Unter
dem Namen Wigwam (Wireless Gigabit With Advanced Multimedia Support – www.wigwam-project.de) wurde
eine 1-GBit/s-Technologie vorgestellt, die im Jahr 2010 die nächste Stufe der Wireless-Technologie
darstellen könnte. Es ist zum ersten Mal seit langer Zeit, dass Deutschland bei IEEE 802 von sich
reden machte.
Funktechnologien im Überblick
Angesichts der zahlreichen unterschiedlichen Funktechnologien für den täglichen Gebrauch kann
der Überblick leicht verloren gehen. Die Tabelle in Bild 4 vergleicht daher die wesentlichen
Parameter der heute existierenden und demnächst zu erwartenden Funktechnologien.
Unter anderem zeigt die Tabelle deutlich die technischen Probleme auf, mit denen UMTS zu kämpfen
hat: Verglichen mit modernen Technologien liegt die so genannte spektrale Effizienz bei weniger als
einem Zehntel. Auch die nächste UMTS-Generation (HSxPA – High Speed Packet Access) dürfte der
weiteren Entwicklung kaum gewachsen sein. Moderne Verfahren nutzen den (begrenzten) Äther
jedenfalls sehr viel effizienter als beispielsweise UMTS. Fünf Bit pro Hertz sind Stand der
Technik, und das wird auch noch länger so sein. Wie 802.11n und Wigwam zeigen, lassen sich höhere
Übertragungsraten nicht durch weitere Verdichtung – also intelligentere Kodierung – erreichen,
sondern durch die Vergrößerung der verwendeten Kanäle.
Auch bei den Reichweiten hat sich einiges getan: Sind mit den 802.11-Verfahren (und auch bei
UMTS) Zelldurchmesser von 100 Meter typisch, so erreichen die 802.16-Verfahren typische Durchmesser
von 1,5 Kilometer. Zu berücksichtigen ist dabei, dass sich hohe Bandbreiten (Peak Data Rates) immer
nur bei idealen Bedingungen erreichen lassen, das heißt bei kürzester Entfernung. Umgekehrt
bedeutet dies, dass bei großen Entfernungen die Bandbreiten erheblich sinken.
Der wesentliche Unterschied zwischen den 802.11- und den 802.16-Technologien liegt allerdings
darin, dass 802.11 lokale Netze bedient, während der Fokus von 802.16 auf den Stadtnetzen liegt:
802.16 bietet ausgeprägte Sicherheits- und Qualitätsfunktionen, mit denen Provider garantierte
Netzwerkdienste anbieten können.
802.3 Ethernet
Die wesentlichen Arbeiten bei Ethernet sind beendet. 10 Gigabit Ethernet ist fertig gestellt und
auf dem Markt. Eine Bandbreite von 10 GBit/s ist derzeit wohl das Höchste, was im Feld benötigt
wird. Daher sind größere neue Aufgaben für 802.3 derzeit nicht in Sicht.
Die gültige Norm umfasst fünf Säulen, von denen zwei bisher nur amerikanische Norm sind: 10
Gigabit Ethernet und EFM (Ethernet in the First Mile). Die internationalen Standards hinken
gegenwärtig stark hinterher. Erst jüngst abgeschlossen wurde in 802.3ae das Projekt 10GBase-T (10
Gigabit Ethernet über Cat.-6-/Cat.-7-Kabel). Somit existieren derzeit fünf aktive Arbeitsgruppen in
802.3, die an folgenden Projekten arbeiten:
802.3ap: 10GBase-K, 10 GBit/s (beziehungsweise 1 GBit/s) als
Ethernet-Backplane,
802.3aq: 10GBase-LRM, 10 Gigabit Ethernet über klassische
Multimode-Verkabelung,
802.3ar: Congestion Management,
802.3as: Frame Format Extension sowie
802.3at: DTE Power Enhancements.
Die Study Group "Residential Ethernet" wird wohl nach 802.1 abwandern und ihre Aufgabe dort
vollenden. Der einzige "Call for Interest", der neues Leben hätte bringen können, ein
10-GBit/s-Kupfer-Interface für kurze Entfernungen (30 Meter), fand kein Gefallen bei den
Teilnehmern. 10GBase-T hätte sich die ohnehin geringen Stückzahlen mit dieser Kurzstreckentechnik
(SH: Short Haul) teilen müssen.
802.3ap – Backplane Ethernet: Diese Gruppe hat ihren Normierungsauftrag im Sommer 2004 erhalten
und arbeitet an der Spezifikation einer Ethernet-Backplane nach folgenden Vorgaben:
Verwendung des Ethernet- und 802.3-Frame-Formats am "MAC Client Service
Interface",
Erhalt der minimalen und maximalen Frame-Länge des aktuellen
802.3-Standards,
Unterstützung von MDI (Media Independent Interface),
das System arbeitet auf Kupfer bis zu einem Meter (über maximal zwei Stecker)
bei 1 oder 10 GBit/s,
Auto-Negotiation sorgt für eine automatische Anpassung der
Geschwindigkeiten,
die Bitfehlerrate soll nicht schlechter als 10–12 sein.
Dabei sind drei Interfaces definiert:
1000Base-KX: 1 GBit/s, serieller Port (PMD – Physical Medium Dependent),
10GBase-KX4: 10 GBit/s, 4-Leitungs-Port (4-Lane) sowie
10GBase-KR: 10 GBit/s, serieller Port.
Mit dem Abschluss der Arbeiten ist im September 2006 zu rechnen.
802.3aq – 10 GBit/s über klassische Multimode-Verkabelung: Diese Gruppe arbeitet seit 2004 an
einem preiswerten 10-GBit/s-Glasfaser-Interface (10GBase-LRM). Die Arbeiten sollen Mitte des Jahres
abgeschlossen sein.
802.3ar – Congestion Management: Die Gruppe hat im November 2004 ihren Normierungsauftrag
erhalten. Sie spezifiziert ein Verfahren, das für die Verbreitung von Stauinformation sorgt und
gleichzeitig eine Begrenzung des Verkehrs auf Ethernet-Strecken erlaubt, ohne dass sich am
MAC/PLS-Interface (PLS: Physical Layer Signalling) etwas ändert oder der Durchsatz in nicht
überfüllten Bereichen beeinträchtigt wird. Der Standard soll im Dezember 2006 fertig sein, was
sicherlich ein sehr ehrgeiziges Ziel ist.
802.3as – Frame Format Extension: Die Aufgabe dieser Arbeitsgruppe – ebenfalls mit Start im
November 2004 – ist es, eine grundsätzliche Lösung für die Verlängerung der Frames zu finden, wie
es beispielsweise für VLANs notwendig war. Das Ethernet-Paket soll in einen Umschlag variabler
Länge verpackt werden, sodass sich auch künftige Anforderungen befriedigen lassen. Es handelt sich
hier nicht um "Jumbo Frames", sondern lediglich um eine kleine Verlängerung bis maximal 2000 Byte.
Die Vollendung des Standards ist für Ende 2006 geplant.
802.3at – DTE Power Enhancements: Im September 2005 erhielt die Arbeitsgruppe 802.3at ihren
Normierungsauftrag. Im Wesentlichen geht es bei "PoE Plus" (Power over Ethernet Plus) um die
Erhöhung der Leistung, die sich über Klasse-D-Kabel transportieren lässt. Mindestens 30 Watt sind
im Gespräch. Es werden die unterschiedlichsten Verfahren diskutiert, unverzichtbar ist aber die
Kompatibilität zum existierenden Standard.
Ausblick bei Ethernet: Betrachtet man die heute verfügbaren Bandbreiten im Ethernet, so ist
festzustellen, dass der Bedarf nach mehr als 10 GBit/s gegenwärtig nicht sehr ausgeprägt ist, kann
doch eine 10-GBit/s-Leitung bereits eine Großstadt mit Telefon versorgen. Somit stellt eine reine
Steigerung der Bandbreiten nicht mehr den einzigen Ethernet-Entwicklungsweg dar, wie dies in der
Vergangenheit war. Das Verlassen der LAN-Strukturen zum Beispiel durch 10 Gigabit Ethernet oder EFM
erfordert mehr als schiere Bandbreite. Mit 802.3ar (Congestion Management) beschreiten die
Normierer einen Weg, der früher undenkbar war: Die Richtung heißt Quality of Service: Nur so ist
Ethernet im professionellen Bereich konkurrenzfähig einsetzbar. Aber QoS ist nicht die einige
Forderung. Redundanz, Management und Sicherheit sind für Provider-Netze unverzichtbare Funktionen.
Auch da tut sich einiges, dies allerdings im Arbeitskreis 802.1.
802.1 - Architektur
Der Arbeitskreis 802.1 beschäftigt sich mit Architektur- und Bridging-Fragen. Die bekannteste
Arbeit aus dieser Gruppe stellt wohl 802.1D (MAC-Bridges) dar, das die Funktion einer Bridge mit
dem dazugehörigen Redundanzalgorithmus "Spanning Tree" beschreibt.
International ist wenig genormt aus dieser Gruppe. Selbst die MAC-Bridges sind nicht mehr
kompatibel, da IEEE P802 den alten "Spanning Tree" im Jahr 2004 durch den neuen "Rapid Spanning
Tree" ersetzt hat. Die Tätigkeit des Arbeitskreises umfasst heute drei Schwerpunktthemen:
Sicherheit,
Interworking und
Residential Networks.
Das stärkste Betätigungsfeld liefert "Interworking", worunter die Bridge-Aktivitäten
zusammengefasst sind. Neben den Anforderungen "Provider Bridges" und "Provider Backbone Bridges",
die in 802.1ad beziehungsweise 802.1ah angesiedelt sind, liegt ein Schwerpunkt des Bereichs
Interworking auf Redundanzstrukturen, die sich auch in Provider-Netzen einsetzen lassen. Diese
bisher schmerzlich vermisste Funktion behandelt der Arbeitskreis 802.1aq (Shortest Path Bridging).
Neben einem "2-Port MAC Relay", das vor allem Provider als Netzwerkabschluss benötigen (definiert
in 802.1aj), bilden Managementfunktionen ein weiteres Betätigungsfeld der Interworking-Gruppe.
802.1ag behandelt Zugangsfehler ("Connectivity Fault Management), und 802.1ap definiert MIBs für
die VLAN-Bridges.
Die "Sicherheits"-Gruppe hat die Aufgaben übernommen, an denen 802.10 (SILS – Security in LAN
Systems) gescheitert ist. Dabei spezifiziert 802.1ae MAC-Security-Funktionen, 802.1af beschäftigt
sich mit dem "Key Management" und 802.1ar definiert Verfahren für eine sichere Identifikation der
beteiligten Geräte.
Das dritte Betätigungsfeld von 802.1, das gerade gestartet wurde, beschäftigt sich mit Ethernet
im Haus: Es wurde eine Study Group gebildet, die sich mit "Residential Bridging" beschäftigt.
Außerdem wird sich die 802.3-Gruppe "Residential Ethernet" in dieses Betätigungsfeld einreihen.
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