Anwendungshinweise für Glasfaserkonverter in Ethernet-Netzwerken

Ethernet-zu-Glasfaser-Konverter (Medienkonverter) sind recht einfache Geräte ohne komplexe zusätzliche Einstellungen. Dennoch haben sie ihre eigenen Anwendungsspezifika, die beim Aufbau eines Netzwerks berücksichtigt werden müssen.

Dieser Artikel enthält Empfehlungen zur Anwendung und Auswahl von Medienkonvertern, Funktionsprinzipien der Funktionen „Link Fault Pass-through“ und „Far End Fault“ sowie das Verhalten von Konvertern in redundanten Netzwerken.

LFP und FEF

Man könnte meinen, dass der einzige Zweck eines Medienkonverters darin besteht, ein Signal von einem Übertragungsmedium (Kupferdraht) in ein anderes (Glasfaser) umzuwandeln. Das ist zwar richtig, aber moderne Medienkonverter unterstützen auch Funktionen, die bei korrekter Anwendung die Netzwerksicherheit erhöhen können.

Es versteht sich von selbst, dass die Grundfunktion eines Medienkonverters im Datentransfer zwischen zwei Geräten liegt, die nicht direkt miteinander verbunden werden können. Der Konverter muss für die Netzwerkgeräte unsichtbar bleiben. Im Grunde muss ein Medienkonverter ein Kabel „simulieren“. Das mag ziemlich einfach klingen, aber wenn sie zusammen verwendet werden, besteht ein solches „Kabel“ tatsächlich aus zwei Kupferkabeln und zwei Glasfaserkabeln (siehe Abb. 1 unten). Aus diesem Grund gibt es Funktionen wie „Link Fault Pass-through“ und „Far End Fault“.

Die Funktion Link Fault Pass-through (LFP) dient dazu, einen benachbarten Konverter über einen Bruch des Kupferkabels zu informieren. Betrachten wir, was passiert, wenn ein Kupferkabel, das den linken Konverter verbindet, versehentlich bricht (siehe Abb. 2). In diesem Fall erfährt der rechte Konverter nichts von dem Ausfall, und trotz der Verbindungsunterbrechung wird das Netzwerk weiterhin Nachrichten ins „Nichts“ senden, da es annimmt, die Verbindung sei noch aktiv. Hier kommt die Funktion Link Fault Pass-through (LFP) ins Spiel. Die detaillierte Funktionsweise von LFP ist in Abb. 2 unten dargestellt.

• Abbildung 1: Normaler Betrieb von zwei Medienkonvertern.
• Abbildung 2: Kupferkabel zu Konverter A ist unterbrochen. Konverter A sendet eine spezielle LFP-Nachricht an Konverter B.
• Abbildung 3: Konverter A trennt die Verbindung zu Konverter B.
• Abbildung 4: Konverter B trennt die Kupferverbindung.
• Abbildung 5: Konverter B trennt die Verbindung zu Konverter A.

Die Funktion Far End Fault (FEF 802.3u) dient dazu, einen Ausfall eines der Glasfaserkabeladern zu melden (!).

Betrachten wir, was passiert, wenn eine der Glasfaserkabeladern, die den linken Medienkonverter mit dem rechten verbindet, bricht.

In diesem Fall kann der linke Konverter keine Daten an den rechten Konverter übertragen. Wenn jedoch die andere Glasfaserader noch intakt ist, wird der Switch auf der rechten Seite weiterhin Daten an den Switch auf der linken Seite übertragen, was zu Übertragungsfehlern im gesamten Netzwerk führen kann. Hier kommt die Funktion Far End Fault ins Spiel. Die detaillierte Funktionsweise von FEF ist in Abb. 3 unten dargestellt.

• Abbildung 1: Normaler Betrieb von zwei Medienkonvertern.
• Abbildung 2: Eine der Glasfaseradern von Konverter A zu Konverter B ist unterbrochen.
• Abbildung 3: Konverter B trennt die Kupferkommunikation.
• Abbildung 4: Konverter B trennt die zweite Glasfaserader zu Konverter A.
• Abbildung 5: Konverter A trennt die Kupferverbindung.

Hinweis: Medienkonverter paarweise verwenden

Die obigen Abbildungen zeigen, dass Medienkonverter paarweise verwendet werden. Viele Konstrukteure ignorieren diese Bedingung und verwenden nur einen Ethernet-zu-Glasfaser-Konverter. Das Problem bei der Verwendung von nur einem Konverter besteht darin, dass die Funktionen „Far End Fault“ oder „Link Fault Pass Through“ bei Aktivierung nicht ordnungsgemäß funktionieren. Medienkonverter müssen nicht nur paarweise eingesetzt werden, sie sollten idealerweise auch vom selben Hersteller und vom selben Modell stammen. Dies liegt daran, dass verschiedene Hersteller möglicherweise proprietäre Protokolle für die Funktionen „Far End Fault“ und „Link Fault Pass Through“ verwenden. Außerdem kann ein Hersteller in verschiedenen Modellen unterschiedliche Mikrochips verwenden, was zu Inkompatibilitäten zwischen verschiedenen Modellen führt.

Betrachten wir, was passiert, wenn nur ein Konverter mit LFP-Funktion verwendet wird (siehe Abb. 4 unten). Es ist leicht zu erkennen, warum die Anwendung der LFP-Funktion in dieser Situation Probleme verursacht. Erstens sollte man bedenken, dass LFP eine Funktion ist, die innerhalb eines Medienkonverters implementiert ist. Wenn die Verbindung über ein Kupferkabel zwischen dem linken Switch und dem Medienkonverter unterbrochen wird, sendet der Medienkonverter eine Nachricht an den rechten Switch und teilt mit, dass die Übertragung fehlgeschlagen ist. Das Problem ist, dass der Switch eine LFP-Nachricht nicht versteht und sie daher ignoriert. Aus diesem Grund wird der Switch weiterhin Daten an den Medienkonverter senden, in der Annahme, dass die Daten an den linken Switch übertragen werden. Dass dies nicht geschieht, kann zu einem Netzwerkfehler führen.

Betrieb von Medienkonvertern in redundanten Netzwerken

Wie der Betriebsmodus des Medienkonverters die Funktion eines redundanten Netzwerks beeinflusst

Redundanz ist ein wesentlicher Aspekt jedes Netzwerks und für industrielle Netzwerke von entscheidender Bedeutung. Viele Ethernet-Switches unterstützen STP/RSTP-Protokolle sowie proprietäre Protokolle, zum Beispiel Moxa Turbo Ring.

Wie wir wissen, tauschen die Switches spezielle Servicemeldungen – BPDU – aus, um den Betrieb von Redundanzprotokollen zu gewährleisten.

Einige Medienkonverter-Modelle, die im Store-and-Forward-Modus arbeiten, sind nicht in der Lage, BPDU-Pakete von Redundanzprotokollen zu übertragen. Dieses Problem kann gelöst werden, indem die Konverter in den "Pass-through"-Modus geschaltet werden, da in diesem Modus die Glasfaserleitung eine transparente Kommunikationsleitung gewährleistet.

Wie der Medienkonverter die Wiederherstellungszeit des Netzwerks beeinflusst

Bei der Verwendung von Medienkonvertern in einem Ethernet-Netzwerk, das STP/RSTP- oder Turbo Ring-Redundanzprotokolle anwendet, sollte man berücksichtigen, wie die Konverter die Wiederherstellungszeit beeinflussen.

Lassen Sie uns jeden Fall einzeln betrachten:

• Die Wiederherstellungszeit für STP/RSTP ist relativ lang, und selbst wenn das Einschalten von Medienkonvertern den Betrieb etwas verlangsamt, wird dies die Wiederherstellungszeit nicht wesentlich beeinflussen.
• Proprietäre Protokolle sind viel schneller als STP/RSTP. Zum Beispiel bietet Turbo Ring von Moxa eine Wiederherstellungszeit von unter 20 ms. Wenn Sie also Medienkonverter in einem solchen Netzwerk verwenden, sollten Sie mit einer erheblichen Verlängerung der Wiederherstellungszeit rechnen.