Schnelle Netzwerke sind bis auf weiteres auf ein Kabel als Übertragungsmedium angewiesen. Auch wenn Koaxialkabel dabei keine Rolle mehr spielen: Auf den ersten vier Seiten dieses Beitrags gehen wir noch kurz auf den Urvater der Netzwerkverkabelung ein. Anschließend behandeln wir die Gruppe der Twisted-Pair-Kabel, wobei auch die Zukunftssicherheit für 10 Gbit über Kupferverkabelung besprochen wird. Speziell die Abschirmung und die verschiedenen Störparameter spielen beim anspruchsvollen 10Gbase-T eine entscheidende Rolle.
Koaxialkabel
Das Koaxialkabel ist nicht nur in der LAN-, sondern auch in der Hochfrequenz- (HF) und Antennentechnik ein häufig verwendetes Medium. Dabei werden im Wesentlichen drei Typen unterschieden: 50-Ohm-Koaxialkabel nach dem IEEE 802.3-Standard (CSMA/CD) für 10Base2- (RG58) und 10 Base5-Verbindungen; 75-Ohm-Koaxialkabel nach dem IEEE 802.7-Standard für Breitbandnetze; 93-Ohm Koaxialkabel (RG 62) für IBM-Terminal-Verbindungen.
Für LANs ist im Grunde genommen lediglich das Koaxialkabel mit einer Impedanz von 50 Ohm (+/- 2 Ohm) von Bedeutung, welches es in einer unterschiedlichen Ausführung für 10Base5 und für 10Base2 gibt. Das ursprüngliche LAN-Koaxialkabel laut 10Base5 hat eine ungefähre Dicke von 10 mm und wird in gelber Farbe geliefert, woher auch seine übliche Bezeichnung (Yellow Cable) stammt.
Mit einer Signalfrequenz von 10 MHz über eine Länge von 500 m betrieben, darf es eine Dämpfung von maximal 8,5 dB aufweisen. Das Gleiche gilt für das dünnere Koaxialkabel (RG58, ca. 5mm Dicke), allerdings sind dann als maximale Länge nur noch 185 m zulässig. Hieraus resultiert also letztendlich die maximale Länge eines Ethernet-Segments.
Dieser Beitrag basiert auf dem Buch „Lokale Netze – Handbuch der kompletten Netzwerktechnik“ von Klaus Dembowski. Dieses Grundlagenwerk der Netzwerktechnik können Sie hier in unserem Partner-Bookshop online erwerben.
Verstärkungen
Die folgende Tabelle zeigt einige gebräuchliche dB-Angaben für Verstärkungen; für die Dämpfung ist jeweils der Kehrwert des Faktors zu nehmen (z.B. -3dB bei Spannungen entspricht einem Verhältnis von 0,707).
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Dezibel |
Spannungs- und Stromverhältnis (Faktor) |
Leistungsverhältnis (Faktor) |
|
0 dB |
x1 |
x1 |
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3 dB |
x1,413 |
x2 |
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6 dB |
x2 |
x4 |
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10 dB |
x3,16 |
x10 |
|
20 dB |
x10 |
x100 |
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40 dB |
x100 |
x10000 |
|
60 dB |
x1000 |
x1000000 |
|
80 dB |
x10000 |
x1000000000 |
|
100 dB |
x100000 |
x10000000000 |
|
120 dB |
x1000000 |
x1000000000000 |
Koaxialkabel für Netzwerkverbindungen gibt es im Computer- und Elektronikfachhandel - je nach Länge - ab ca. 2,50 €. Wo die Längen der fertig konfektionierten Koaxialkabel bei einer Installation ausreichen, sollte nicht versucht werden, die Verbindungsleitungen selbst herzustellen, also Kabel und Stecker einzelnen zu erwerben und die Stecker selbst anzulöten oder auch aufzuquetschen (crimpen). Das erscheint zunächst zwar preiswerter, ist jedoch oftmals für Netzwerkfehler verantwortlich.
Die Einheit Dezibel - dB - ist nach Alexander Graham Bell, dem Erfinder des Telefons benannt und eine Maßeinheit für das Verhältnis zweier absoluter elektrischer Größen wie Strom, Spannung und Leistung. Das Verhältnis wird logarithmisch (lg = log10, zur Basis 10) und nicht linear ausgedrückt, damit auch große Unterschiede im absoluten Wert der Größen mit kleinen Zahlen angegeben werden können, wie es etwa in der Nachrichtentechnik üblich ist. Des Weiteren gibt es noch weitere vom Dezibel abgeleitete Messgrößen, die jedoch als Absolut- und nicht als Relativwerte zu verstehen sind, wie der absolute Spannungs- (dBu) und der absolute Leistungspegel (dBm), auf die man sich per Definition (0,775 V, 1 mW) bezieht. Spannungsverhältnis: a = 20 lg U1/U2 dB a: Dämpfungsmaß, U1: Eingangsspannung, U2: Ausgangsspannung v = 20 lg U2/U1 dB v: Verstärkungsmaß, U1: Eingangsspannung, U2: Ausgangsspannung Leistungsverhältnis: a = 10 lg P1/P2 dB a: Dämpfungsmaß, P1: Eingangsleistung, P2: Ausgangsleistung v = 10 lg P2/P1 dB v: Verstärkungsmaß, Eingangsleistung, P2: Ausgangsleistung Absoluter Spannungspegel: Lu = 20 lg Ux/0,775 V dBu Lu: absoluter Spannungspegel, Ux: Eingangsspannung Absoluter Leistungspegel: Lp = 10 lg Px/1 mW dBm Lp: absoluter Leistungspegel, Px: Eingangsleistung.
Cheapernet
Das bei 10Base2, der üblichen Installationsart (Cheapernet), zu verwendende Koaxialkabel wird einfach von PC zu PC geführt, mittels T-Stücken zu einem Bus verbunden und an den beiden Enden jeweils mit einem Terminierungswiderstand (50 ) abgeschlossen. Das Koaxialkabel ist dabei vom Typ RG58 und besteht aus einem Innenleiter, der das Datensignal führt, und dem Außenleiter, einer Abschirmung, die sich auf Massepotential befindet. Auf Grund der Tatsache, dass die Abschirmung als Geflecht das Datensignal nach außen hin schützt (abschirmt), ist die Störanfälligkeit dieser Verbindung relativ gering.
Der Nachteil von 10Base2 und auch 10Base5 per AUI-Anschluss mit externem Transceiver ist zweifellos der, dass es bei einer Verkabelung mit Koaxialkabel keine Möglichkeit gibt, hiermit im Bedarfsfall eine Steigerung der Datenübertragungsrate auf 100 MBit/s (Fast Ethernet) oder höher vornehmen zu können, denn dies ist nur mit Hilfe von Twisted Pair-Kabeln möglich.
Mit dem dünnen Koaxialkabel (Cheapernet) darf die maximale Netzwerksegmentlänge 185 m nicht überschreiten. Es sind maximal 30 Stationen möglich, zwischen denen ein Mindestabstand von 0,5 m Kabel notwendig ist, und es sind nicht mehr als vier Repeater zulässig.
Überprüfung des Netzwerks
Wenn sich ein PC in einem Netzwerk nicht ansprechen lassen will, sollte nach der Kontrolle der Einstellungen die Aufmerksamkeit auf die korrekte Verkabelung gerichtet werden. Die Überprüfung eines Netzwerk(-segments) mit Koaxialkabel (Cheapernet) lässt sich relativ einfach mit einem üblichen Multimeter im Widerstandsmessbereich durchführen.
Zuerst zieht man die T-Stücke (mit den Kabeln) bei allen an diesem Segment angeschlossenen PCs ab und an einem Ende auch den einen Widerstand, woraufhin sich von der anderen Seite des Segmentes her mit dem Messgerät ungefähr 50 Ohm messen lassen sollten, eben der Wert des Abschlusswiderstandes. Ein besonders Augenmerk ist dabei stets dem Signalkontakt in der Mitte des BNC-Stecker (BNC: Bayonet Neill Concelmann) zu widmen, da dieser durch mechanische Beschädigung oder auch nachlässige Konfektionierung häufig zu weit hinten liegt, wodurch kein Kontakt gegeben ist.
Danach wird der Abschlusswiderstands abgezogen, woraufhin der Wert unendlich angezeigt werden sollte, da es jetzt keinerlei Verbindung zwischen der Signal- und der Masseleitung geben kann und darf. Wenn dieser einfache Test nicht diese beiden Ergebnisse liefert, stimmt mit der Verkabelung etwas nicht, d.h., es sind nunmehr alle Anschlüsse sowie auch die Kabel auf ihre Unversehrtheit hin zu überprüfen.
Für die weitere Fehlereingrenzung geht man am besten Schritt für Schritt vor, d.h., man wiederholt diese Messung, indem das Segment verkürzt wird. Dazu wird der Abschlusswiderstand auf das T-Stück des benachbarten PCs gesteckt, gemessen, abgezogen, wieder gemessen, dann das nächste Teilstück hinzugenommen usw., bis man die schadhafte Stelle ermittelt hat. Bei diesem »Durchgangstest« ist es wichtig, dass die T-Stücke nicht an den PCs angeschlossen sind, weil man sonst in die Netzwerkkarten hinein misst, was keinerlei Aufschluss bietet.
Twisted Pair-Kabel
Ursprünglich wurde Twisted Pair-Kabel im Fernmeldebereich verwendet. In den 80er Jahren wurde es dann zunehmend für die LAN-Verkabelung eingesetzt und den steigenden Anforderungen entsprechend laufend technisch verbessert, was zu immer höheren Übertragungsraten geführt hat. Für die Klassifizierung von verdrillten Leitungen (Twisted Pair) sind erstmalig im Jahr 1994 von den amerikanischen Normungsinstituten EIA/TIA insgesamt sieben maßgebliche Kategorien definiert worden, für die teilweise noch einige Unterkategorien existieren.
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Kategorie |
Bedeutung/Daten |
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1 |
Leistung eines konventionellen Telefonkabels mit einer maximalen Datenratevon 1 MBit/s. Wird nicht für Datenübertragungen verwendet. |
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2 |
Kabel als Ersatz/Nachfolger des Kategorie-1-Kabels. Datenraten von bis zu 4 MBit/s sind über mittlere Entfernungen möglich. Wird für ISDN eingesetzt. |
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3 |
Nicht abgeschirmte Kabel für Datenraten von bis zu 10 MBit/s bei einer Kabellänge von bis zu 100 m. Insbesondere für Telefonanlagen in den USA sowie für 100BaseT4 und Token Ring. Ist für maximal 16 MHz spezifiziert. |
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4 |
UTP/STP-Kabel (20 MHz) für größere Entfernungen als mit Kategorie-3-Kabel bei einer Datenrate von maximal 20 MBit/s. Dieser Typ ist nur in den USA gebräuchlich. |
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5 |
Kabel für einen erweiterten Frequenzbereich (100 MHz). Gilt als Standardkabel und wird beispielsweise für CDDI und Fast-Ethernet verwendet. Cat5e liegt eine genauere Spezifikation (EIA/TIA-568B) zugrunde, und es kommt insbesondere für längere 100BaseT-Strecken in Deutschland sowie für 1000BaseT zum Einsatz. |
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6 |
Frequenzbereich bis 250 MHz, wird durch EN 50288 definiert und für ATM-Netze empfohlen. Leitungsfähigere Varianten sind Cat6a bis 625 MHz und Cat6e bis 500 MHz, die 10GBaseT ermöglichen. |
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7 |
Frequenzbereich bis 600 MHz. Geringeres Nebensprechen und geringere Dämpfung als Kategorie-6-Kabel mit vier einzelnen abgeschirmten Adernpaarenplus Gesamtschirm. |
Link-Klassen
In der Tabelle 2 sind die wichtigsten Daten für die TP-Kabel-Standards angegeben, die für Deutschland und Europa nur bedingt als verbindlich - im Sinne von zugesicherten Eigenschaften, die etwa eine Installationsfirma garantieren kann - anerkannt sind. Stattdessen sind erstmalig 1995 verschiedene Link-Klassen (Tabelle 3), etwa in DIN EN 50173 und in ISO/IEC 11801, spezifiziert worden, die nicht nur das Kabel selbst, sondern auch die Verbindung einschließlich der Anschlussdose verbindlich spezifizieren und somit das Gesamtsystem mit genauen Übertragungseigenschaften (Klasse A-G) beschreiben.
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Link-Klasse |
Max. Frequenz |
Anwendungen |
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A |
100 kHz |
Telefon, ISDN |
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B |
1 MHz |
ISDN |
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C |
16 MHz |
10BaseT, Token Ring |
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D |
100 MHz |
100BaseTX |
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E |
250 MHz |
1000BaseT |
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F |
600 MHz |
10GBaseT |
|
G |
1 GHz |
10GBaseT |
Die Twisted Pair-Kabel sind für Ethernet standardisiert und werden teilweise auch für andere Implementierungen (Token Ring, 100VGAnyLAN) verwendet, wobei insbesondere das Twisted Pair-Kabel der Kategorie 5 (Cat 5) universell einsetzbar und demnach sehr verbreitet ist. Hierfür ist ein Western-Stecker gemäß RJ45 als Standard anzusehen. Je nach LAN-Typ werden nur vier (z.B. Fast-Ethernet) oder auch alle acht Adern eines Cat5-Kabels (z.B. 100VGAnyLAN Gigabit-Ethernet) verwendet.
Steckverbindungen
Als Anschlussstecker ist für Twisted Pair-Kabel meist ein Western-Stecker vorgesehen, wobei es unterschiedliche Typen gibt, die sich sowohl in mechanischer als auch elektrischer Hinsicht - in der Verwendung der einzelnen Adern - voreinander unterscheiden. In der Abbildung 5 sind die in Europa wichtigsten Western-Stecker mit ihren gebräuchlichsten Anwendungszwecken gezeigt.
Das Format der Western-Steckverbindung ist zwar international genormt, nicht jedoch die Kontaktbelegung. Falls aus dem Kabelaufdruck oder der Beschreibung nicht hervorgeht, um welchen TP-Kabeltyp und für welchen Einsatzzweck es sich handelt, sollte man Vorsicht walten lassen, denn auch falls der Stecker passen sollte, können Signale im Kabel »gebrückt« oder »verdreht« sein, so dass die Steckerbelegung eben nicht 1:1 ist und es zu elektrischen Beschädigungen der damit verbundenen Geräte kommen kann. Insbesondere sehr kostengünstige Restbestände unbekannter Herkunft aus dem Elektronik- Versandhandel können hier für unangenehme Überraschungen sorgen, auch wenn sie als TP-Netzwerkkabel bezeichnet werden.
Insbesondere Kabel mit RJ11-Stecker gibt es in zahlreichen unterschiedlichen Belegungen für viele verschiedene Geräte, was letztendlich Geräte- und /oder Hersteller-abhängig ist. Außerdem ist es wichtig, dass das Differenzsignal stets auf einem Adernpaar liegt, damit sichergestellt werden kann, dass sich äußere Störungen auf das Kabel kompensieren können. Wie die Adernpaarzuordnung tatsächlich realisiert ist, kann aber nicht ohne weiteres, etwa mit einem Multimeter im Widerstandsmessbereich oder einem einfachen Kabeltester, festgestellt werden. Hiermit ist nur ein Signaldurchgang detektierbar, der aber auch bei einer falschen Adernpaarzuordnung vorliegt.
Letztendlich wird die Adernpaarzuordnung durch die jeweilige Adapterschaltung wie etwa eine Netzwerkkarte bestimmt, die entsprechend ausgeführte Übertrager einsetzt. Diese Zuordnung darf dann natürlich nicht durch ein falsch verdrahtetes Netzwerkkabel aufgehoben werden, was immer wieder bei selbst angefertigten Twisted Pair-Kabeln passiert.
Die Verbindungen am Western-Stecker werden häufig falsch hergestellt, indem die korrekte Zuordnung der Leitungspaare nicht beachtet wird, was sich insbesondere bei verhältnismäßig hohen Übertragungsraten und Distanzen als Netzwerkfehler äußert.
Ethernet
Bei einem Ethernet-Anschluss müssen zwei Adernpaare verbunden werden, die eben nicht nebeneinander liegen. Eine Verdrehung der Paarzuordnung hat bei Ethernet u.U. fatale Folgen. Es kommt dann zu langsamen Netzwerkverbindungen oder der Datenstrom reißt ab, was mit Fehlermeldungen einhergeht, die keineswegs auf ein fehlerhaftes Kabel hinweisen.
Beim Einstecken eines RJ45-Steckers ist darauf zu achten, dass der Plastikhebel (Retention Clip) des Steckers an der Buchse einrastet, denn nur so ist eine stabile Verbindung möglich. Für das Herausziehen eines Western-Steckers aus einer Buchse ist demnach der Plastikhebel (mit dem Daumen) herunterzudrücken, damit der Stecker wieder freigegeben wird.
Aus Unkenntnis über die Existenz dieser Stecksicherung am Western-Stecker wird immer wieder versucht, den Stecker mit einem hohen Kraftaufwand aus der Buchse zu ziehen, wobei mechanische Beschädigungen wie das Abbrechen des Plastikhebels die Folge sein können. Anschlusskabel mit abgebrochenem Plastikhebel sollten keinesfalls mehr verwendet werden, weil der Stecker durch geringe mechanische Beanspruchung aus der Buchse herausrutscht, wodurch dann gar keine oder nur eine sporadische elektrische Verbindung gegeben ist.
Der RJ45-Stecker (IEC 60603-7) hat für alle üblichen Ethernet-Realisierungen die gleichen mechanischen Abmessungen, was demnach auch für Gigabit-Ethernet gilt. Für Kabel ab der Kategorie 6 und somit bereits für 10GBaseT wird als RJ45-Verbinder eine geschirmte Ausführung (IEC 60603-7-5) empfohlen, bei der die Verdrillung der Adernpaare soweit wie möglich erhalten bleibt. Äußerlich ist dabei jedoch keine Veränderung gegenüber dem bisherigen RJ45-Stecker erkennbar.
Für Kabel der Kategorie 7 ist ein neuer Steckverbinder definiert worden: GG45 der Firma Nexan. Er ist rückwärtskompatibel zu Cat6- und Cat5-Verbindungen, und der RJ45-Steckverbinder ist um vier neue Kontakte erweitert worden, die durch einen mechanischen Schaltmechanismus in der Buchse aktiviert werden.
Kabelaufbau und Spezifikationen
Die Einzeladern, wovon maximal acht in einem LAN-TP-Kabel möglich sind, werden jeweils zu einem Paar verdrillt (Abbildung 8) und sind als isolierte Kupferleiter ausgeführt. Die Impedanz (Wellenwiderstand) beträgt typischerweise 100 Ohm +/-15%, wobei bei einigen zumeist älteren Kabeltypen (z.B. Cat3) der Wellenwiderstand 120 oder 150 Ohm beträgt.
Bei Patchkabeln sind die Leitungen als Litze mit einem typischen Durchmesser von 0,4- 0,5 mm ausgeführt und bei Kabeln für die feste Verlegung als Draht mit einem Durchmesser von jeweils 0,5-0,65 mm. Die Stärke des Kupferleiters wird oftmals als American Wire Gauge (AWG) angegeben; dabei ist die Drahtdicke bei einem höheren AWG geringer. Die typischen TP-Verlegekabel der Kategorien Cat5-Cat7 werden als AWG24 spezifiziert, während AWG22- AWG27 im LAN-Bereich gebräuchlich sind.
Wie bereits beim Koaxialkabel erläutert, bewirkt die Dämpfung (in dB) eine Reduzierung der Signalamplitude in Abhängigkeit von der jeweiligen Leitungslänge. Die korrekte Erkennung einer Signalamplitude, die im schlimmsten Fall im Rauschen untergehen kann, wird durch ein vorgegebenes Signal-Rausch-Verhältnis (Signal to Noise Ratio, SNR) spezifiziert. Wie die anderen wichtigen Parameter auch, wird diese Größe in dB (Dezibel) angegeben.
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Standart |
Kabel |
Dämpfung |
Max. Länge |
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10Base2 |
Koax, RG58 |
8,5 dB |
185 m |
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10Base5 |
Koax, Yellow Cable |
8,5 dB |
500 m |
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10BaseT |
TP, Cat3 |
13,1 dB |
100 m |
|
100BaseTX |
TP, Cat5 |
10,7 dB |
100 m |
|
1000BaseTX |
TP, Cat5 |
22 dB |
100 m |
Homogenitäten
Auf Twisted Pair-Kabeln findet eine differentielle Datenübertragung (symmetrisch) statt, es gibt daher mindestens zwei Sendeleitungen (TXD+, TXD-) und auch zwei Empfangsleitungen (RXD+, RXD-). Die Datensignale werden hier nicht wie bei einer Koaxialleitung auf die Masse bezogen, sondern das Nutzsignal liegt zwischen TXD- und TXD+, was dementsprechend auch für das Empfangssignal auf den RXD-Leitungen gilt.
Dadurch werden Störsignale weitgehend unterdrückt, da sich ein äußeres Störsignal auf die beiden komplementären Signaladern auswirkt und das hieraus resultierende Differenzsignal idealerweise wieder zu Null wird. Voraussetzung ist hierfür, dass die Leitungen eines Adernpaares exakt gleich lang und zudem absolut homogen miteinander verdrillt sind.
Fatal ist es, wenn die Paarzuordnung nicht korrekt ist. Selbst wenn ein TP-Kabel die genannten Bedingungen prinzipiell erfüllt, kann es bei der Verlegung des Kabels und den Anschlüssen (wieder) zu Inhomogenitäten kommen, weil das Kabel zu stark gequetscht wird oder die Anschlussdosen nicht optimal konfektioniert worden sind. Dies kann zur Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften führen, was dann insbesondere bei Gigabit-Ethernet gravierende Auswirkungen hat: keine LAN-Verbindung.
Die Bandbreite
Ein häufiges - eher grobes - Unterscheidungsmerkmal bei den verschiedenen Kategorien für TP-Kabel ist die Bandbreite. Laut den zugrunde gelegten Kabel-Standards wird nicht direkt auf eine bestimmte Netzwerk-Implementierung Bezug genommen, sondern es stellt sich gewissermaßen erst durch die Art der zu übertragenden Daten heraus, welches Medium geeignet ist und welches nicht. Dabei geht man von einem typischen Datenaufbau, -volumen und Transferverhalten aus und schlägt noch eine Sicherheitsreserve dazu, was dann zu den für diese oder jene Netzwerk-Implementierung empfohlenen Kabeltypen mit entsprechender Bandbreite (Tabelle 5) führt.
Zu den genaueren Spezifizierungsdaten gehört das Übersprechen (Cross Talk), was beim TP-Kabel bedeutet, dass sich die Signale der Adernpaare durch induktive und kapazitive Kopplungen der Leitungen im Kabel gegenseitig stören können.
Das Near End Crosstalk (NEXT, Nahnebensprechen) ist ein derartiger unerwünschter Effekt, der die elektrische Beeinflussung von einem Leitungspaar zum anderen beschreibt und von der Frequenz abhängig ist. Je höher der NEXT-Wert ist, desto besser sind die Leitungspaare gegeneinander abgeschirmt, so dass sich die Signale möglichst nicht gegenseitig stören können. Insbesondere bei Gigabit-Ethernet mit TP-Kabel, wo die gleichzeitige Verwendung aller vier Leitungspaare im Gleichtakt praktiziert wird, kann dieser Effekt, der sich nur durch ausgeklügelte Kodierungen (Trellis) vermeiden lässt, stark zum Tragen kommen.
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Kategorie |
Bandbreite |
Dämpfung |
NEXT |
|
3 |
16 MHz |
17 dB bei 4 MHz 30 dB bei 10 MHz 40 dB bei 16 MHz |
32 dB bei 4 MHz 26 dB bei 10 MHz 21 dB bei 16 MHz |
|
4 |
20 MHz |
13 dB bei 4 MHz 22 dB bei 10 MHz 25 dB bei 16 MHz |
47 dB bei 4 MHz 41 dB bei 10 MHz 38 dB bei 16 MHz |
|
5 |
100 MHz |
13 dB bei 4 MHz 47 dB bei 10 MHz 44 dB bei 16 MHz 32 dB bei 100 MHz |
53 dB bei 4 MHz 20 dB bei 10 MHz 25 dB bei 16 MHz 67 dB bei 100 MHz |
NEXT, NEXT-a, FEXT, ELFEXT und AXTLK
Für Cat5-Kabel ist laut der EN 50173-Norm bei 100 MHz ein Wert von 67 dB für das NEXT gefordert, wie es auch in der Tabelle 5 angegeben ist. Diese Werte sind mittlerweile (ab Cat5e) strenger gefasst, so dass bei Cat7 der Klasse F bei einer Frequenz von 100 MHz die maximale Dämpfung nur noch 19,2 dB betragen darf. Bei der Maximalfrequenz von 600 MHz sind 50 dB erlaubt.
Mit dem Cat5-Kabel sind für alle Ethernet-Standards bis hin zu 1000BaseT maximale Segmentlängen von 100 m möglich, wobei man von 90 m fest verlegtem Kabel und 10 m Patch-Kabel (von der Anschlussdose zum Gerät) ausgeht.
Der Parameter für das Nahnebensprechen wird mitunter auch mit NEXT-a umschrieben, wobei das »a« für die Dämpfung steht (Attenuation). Näherungsweise kann man S/N (dB) = NEXT (dB) - a (dB) setzen. Das Signal-Rauschverhältnis (S/R) entspricht demnach ungefähr dem Wert für das Nahnebensprechen minus der Dämpfung, womit man die wichtigsten Parameter im Zusammenhang hat. NEXT-a wird auch als Attenuation to Crosstalk Ratio (ACR) bezeichnet und beschreibt genau genommen eben nicht nur das Kabel allein, sondern die Beschaffenheit einer gesamten Übertragungsstrecke.
Das Fernnebensprechen ist die ungewollte Übertragung von Energie auf benachbarte Adern am Ende des Leitungswegs, was als Far End Crosstalk (FEXT) spezifiziert wird. Die Leitungslänge hat hierauf einen maßgeblichen Einfluss, und deshalb wird am Leitungsende gemessen, wie stark ein Sendesignal auf dem Adernpaar 1 die anderen drei beeinflusst. Die relative Größe, die das Verhältnis von NEXT zum (gedämpften) Nutzsignal beschreibt, wird als ELFEXT ausgewiesen.
Für die Beeinflussung zwischen den Aderpaaren einer Strecke ist oftmals ein Wert definiert worden, der als Powersum der Summe aus NEXT, FEXT und ELFEXT entspricht. Bei der Datenübertragung über das Netzwerkkabel wird ein kleiner Teil des Nutzsignals als Echo reflektiert, was als Return Loss bezeichnet wird. Der Wert in dB gibt somit einen Wert für den Anteil der reflektierten und somit verlorenen Signalenergie an. Reflexionen treten insbesondere an Störstellen (Knick) und an Steckverbindern auf.
Mit 10GBaseT ist noch ein weiteres Kriterium hinzugekommen, und zwar Alien Crosstalk (AXTLK), was als Fremdnebensprechen verstanden wird. Hiermit wird der Kopplungseffekt ausgewiesen, der sich zwischen Twisted Pair-Kabeln auswirkt, wenn die Kabel gebündelt werden.
Schirmung
Ein Twisted Pair-Kabel besteht - wie erläutert - aus mehreren, miteinander verdrillten Leitungen. Diese Kabel sind in unabgeschirmter (UTP, Unshielded Twisted Pair) und abgeschirmter (STP, Shielded Twisted Pair) Ausführung erhältlich. UTP-Kabel werden in Deutschland selten verwendet, obwohl weltweit über 90% aller LANs damit arbeiten.
Stattdessen wird hier vorwiegend ein STP-Kabel verwendet, welches unempfindlicher gegen Störungen ist, weil hier ein Metallmantel in das Kabel eingearbeitet ist. Dieser wirkt einerseits gegen äußere Störungen als Abschirmung, andererseits begrenzt er aber auch das vom Kabel ausgehende elektrische Feld und somit die Abstrahlung des Kabels.
Eine weiteres Unterscheidungsmerkmal ist die jeweilige Art der Abschirmung. STP-Kabel gibt es mit einer gemeinsamen Abschirmung (S-UTP), die als Mantel (Geflecht, Metallfolie) um alle Leitungen geführt ist, und in einer Auslegung, bei der jedes Aderpaar einzeln (STP) abgeschirmt ist. Außerdem ist noch eine Variante mit der Bezeichnung S-STP erhältlich, bei der die Adern einzeln abgeschirmt sind und zusätzlich eine Gesamtabschirmung um alle Leitungen herum realisiert wird. Dieses gilt als das störungssicherste Netzwerkkabel und wird beispielsweise für 10GBaseT verwendet.
Normen
Die Begriffe UTP, STP, S-UTP sowie S-STP sind allerdings nicht genormt, so dass nicht selten auch andere Bezeichnungen für diese vier grundlegenden Kabeltypen verwendet werden. Bei einem FTP-Kabel (Foiled Twisted Pair) handelt es sich beispielsweise um ein STP-Kabel, bei dem die Adernpaare von einer Metallfolie umgeben sind.
Zur deutlichen Unterscheidung wird die Gesamtschirmung üblicherweise mit Screened und die Adernschirmung mit Shielded ausgewiesen, wie es auch der Tabelle 6 zu entnehmen ist.
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Typ |
Gesamtschirmung |
Adernschirmung |
|
U-UTP |
Unscreened |
Unshielded |
|
S-UTP |
Screened |
Unshielded |
|
U-STP |
Unscreened |
Shielded |
|
S-STP |
Screened |
Shielded |
|
FTP |
Unscreened |
Shielded |
-
Ältere Spezifikationen der verschiedenen TP-Kabeltypen sind nicht selten unklar oder sogar widersprüchlich, und dem wird in der Norm ISO/IEC 11801 E aus dem Jahre 2002 mit einem einheitlichen Bezeichnungsschema in der Form xx/yzz begegnet:
-
xx steht für die Gesamtschirmung: U = ungeschirmt; F = Folien-geschirmt; S = Geflechtschirm; SF = Geflecht + Folienschirmung
-
y steht für die Adernpaarschirmung: U = ungeschirmt; F = Folien-geschirmt; S = Geflechtschirm
-
zz steht für Twisted Pair
Fazit
In diesem Teil der dreiteiligen Artikelserie wurden die wichtigsten Kabeltypen und deren Parameter behandelt. Teil zwei geht auf die Verlegung der Kabel ein. Zudem behandelt er die häufigsten Fehlerquellen und wie sich diese mit Messgeräten aufspüren lassen. (ala)
Dieser Beitrag basiert auf dem Buch „Lokale Netze – Handbuch der kompletten Netzwerktechnik“ von Klaus Dembowski. Dieses Grundlagenwerk der Netzwerktechnik können Sie hier in unserem Partner-Bookshop online erwerben.