Keine Garantie für die Verträglichkeit von EN bis Cat 7

Noch regeln Kategorien für Kupferkabel den Datenverkehr im LAN

09.07.2007 | Autor / Redakteur: Andreas Beuthner / Ulrike Ostler

Wenn Netzwerkstationen ihre Datenpakete verschicken, geht in den Leitungen die Post ab. Sie horchen nach Besetztzeichen, schütteln Hände, schicken Daten mit Kurs auf Router und Switches ab und quittieren den Paketempfang. Damit alles kollisionsfrei stattfindet, gibt es verbindliche Übertragungsprotokolle und Standards für die Übertragungsmedien.

Die Geschichte der Kabelsysteme ist eng mit der Entwicklung des Ethernet verbunden. 13 Jahre nach dem Entwicklungsbeginn 1972 bei Xerox verabschiedete 1985 das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) den Standard IEEE 802.3, in dem das noch heute gültige Format der Ethernet-Datenpakete festgelegt wurde. Seitdem folgten eine Reiher weiterer Standards. Die jüngste Veröffentlichung „IEEE 802.3an“ ist für das 10 Gigabit-Ethernet (10GBase-T) gedacht.

Für strukturierte Verkabelungssysteme gilt seit der Veröffentlichung im Jahr 1995 zudem der internationale Standard ISO/IEC 11801. Im selben Jahr hat das Europäische Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC) die Europäische Norm EN 50173 für anwendungsneutrale Verkabelungssysteme verabschiedet.

Die Norm ist weitestgehend an den Verkabelungsstandard ISO/IEC 11801 angelehnt und definiert die Topologie und die übertragungstechnischen Kenndaten für ein offenes, herstellerneutrales Local Area Network (LAN). Die Spezifikationen umfassen die Gelände-, die Gebäude- und die Etagenverkabelung.

Dreierlei Träger

Die Kabel selbst lassen sich in drei Gruppen einteilen: Koaxialkabel, verdrillte Kabel (Twisted Pair) und Lichtwellenleiter.

Die einadrigen Koaxialkabel haben ihren Stammplatz bei Kabel-Radio und -Fernsehen sowie bei anderen hochfrequenten Übertragungen. Das meist vieradrige Twisted Pair (TP) und die Glasfaserkabel hingegen dominieren in der Sprach- und Datenkommunikation.

Ethernet arbeitet derzeit in der Regel noch mit 10 Megabit pro Sekunde. Allerdings treiben leistungsfähigere Hardware, die Zunahme von Kommunikationsdiensten und immer datenintensivere Applikationen den Bedarf an höherer Bandbreite. 100 Megabit oder 1 Gigabit pro Sekunde. Auch hier werden ausschließlich Twisted-Pair-Kabel eingesetzt. Die Antwort der Kabelhersteller auf die steigenden Anforderungen sind strukturierte und vorkonfektionierte Kabelsysteme.

Blick ins Lehrbuch

Auch dafür gibt es Kategorien und Standards. Die amerikanische Electronics Industry Association/Telecommunication Association EIA/TIA teilt die Kabel anhand ihrer Übertragungseigenschaften. Wichtige Faktoren für den ungestörten Bitstrom sind etwa Rauschfestigkeit im Kupferkabel, Bandbreite, Dämpfungsverhalten und Übersprechen zwischen den Leitungskanälen.

  • Kategorie 1 (CAT 1): Für heutige Installationen uninteressant. Meist handelt es sich um Billigkabel, die Daten im Bereich von mehreren 100 Kilobit pro Sekunde übertragen. Die Obergrenze des Frequenzbereichs liegt bei 100 Kilohertz (kHz).
  • Kategorie 2 (CAT 2): Kabel zum Ersatz von Kategorie-1-Kabel. Die Übertragungsrate liegt bei maximal 4 Megabit pro Sekunde über mittlere Entfernungen bei Frequenzen von bis zu 1 MHz. Kommt bei Telefonleitungen (ISDN) und bei kleineren Token-Ring-Netzwerken noch vor.
  • Kategorie 3 (CAT 3): Ebenfalls vornehmlich in älteren Netzinstallationen zuhause. Unterschieden wird zwischen geschirmten STP-Kabeln (Shielded Twisted Pair) und einfachen, ungeschirmten UTP-Kabeln (Unshielded Twisted Pair), die Übertragungen von Bitraten bis 10 MBit/s einschließlich Kategorie 1/2-Anwendungen ermöglichen.
  • Kategorie 4 (CAT 4): UTP- und STP-Kabel für Übertragungen von Bitraten bis 20 Megabit pro Sekunde über Entfernungen von mehr als 100 Metern.
  • Kategorie 5 (CAT 5): Verfügt vor allem über einen höheren Frequenzbereich von bis zu 100 MHz und kann bis zu 20 Megabit pro Sekunde über Entfernungen bis 100 m übertragen.
  • Kategorie 5e (CAT 5e): Die Erweiterung von CAT5 (e steht für „enhanced“) gilt für Gigabit-Ethernet bis 1 Gigabit pro Sekunde. Der Frequenzbereich bleibt mit 100 MHz gleich.

Keinen international abgesegneten Standard gibt es bei den Kategorien sechs und sieben. Die im europäischen Standard E DIN 44312-5 vorliegenden Spezifikationen haben bis dato Entwurfstatus.

Demnach gelten für die Kategorie 6 Übertragungsfrequenzen bis zu 250 MHz, für die Kategorie 7 bis zu 600 MHz. Daneben hat sich in Verbindung mit dem 10-Gigabit-Ethernet die vergrößerte Link-Klasse D mit der Kategorie 6a (augmented) mit einer Grenzfrequenz von 625 MHz und einer Reichweite von 100 Metern ausgebildet. Eine weitere Variante nennt sich CAT 6e und endet bei 55 Metern.

Am ehesten lässt sich über die Grenzfrequenzen erschließen, was – im Idealfall – durch den Kabelkanal durchgeht. Generell gilt: Höhere Bitraten benötigen ein breiteres Frequenzspektrum. Bessere Kodier- und Modulationsverfahren, die beispielsweise mehr Bits pro Übertragungsschritt auf die Reise schicken, setzen einen Kabelkanal, der höhere Frequenzen (bei 10 Gigabit-Kanälen mindestens 500 MHz) zulässt, voraus.

Diesseits und jenseits des Atlantiks

Die Link-Klassen A, B, C und D sind vom ISO/IEC-Gremium bestätigt, während es die zwei neuen Link-Klassen E und F bisher nur als DIN-Norm 44312-5 gibt. Die Link-Klassen sind eine Art Gütesiegel für End-to-End-Verbindungen, denn die Spezifikationen berücksichtigen nicht nur das Kabel, sondern auch Steckerelemente, Patchpanel und Anschlussdosen.

Irritationen gibt es angesichts unterschiedlicher Normungsaktivitäten diesseits und jenseits des Atlantiks immer wieder. Unstrittig ist in puncto Bezeichnung und Geltungsbereich die Klasse D für Sprach- und Datenübertragungen mit Frequenzen bis 100 MHz. Abweichungen von der amerikanischen EIA/TIA-Spezifikation lassen sich bei der Klasse E und vor allem bei der Klasse F (betrifft Sprach-, Datenübertragung und Multimedia-Anwendungen mit Frequenzen bis 600 MHz) feststellen.

Bei Bandbreiten im Gigabit-Bereich treten in den übertragenden Kupferkabeln zusätzliche Störeinflüsse auf. Neben den bekannten Parametern wie Dämpfung, Near End Cross Talk (NEXT) oder Equal Level Far End Cross Talk (ELFEXT) spielen elektromagnetische Felder aus der Umgebung (Alien Crosstalk) eine Rolle.

Um die technischen Anforderungen von CAT 7 (bis 600 MHz) zu erfüllen, haben Hersteller neue Stecker entwickelt: Den GG45-Stecker mit zwölf Kontakten und die Steckerform Tera in zwei- und vierpaariger Ausführung.

Doch sollten Netzplaner bei einer 10GBit Ethernet-Variante generell darauf achten, dass die Anschlussmodule rückwärtskompatibel zu der gängigen RJ45-Anschlusstechnik sind. So gibt es vereinzelt Two-in-one Steckverbindungen, die sowohl RJ45-Stecker als auch GG45-Stecker unterstützen. Auf jeden Fall aber müssen die Signal-Rauschabstände zwischen den Adern und den Steckerpins groß genug sein, damit Abstrahlungen und Crosstalk den Bitstrom nicht beeinflussen.

Richtig brenzlig wird es bei der 10GBase-T-Installation. 10GBase-T nutzt alle vier Adernpaare des Twisted-Pair-Kabels. Dabei wird die Bitrate von 10 Gigabit pro Sekunde auf vier Adernpaare aufgeteilt, so dass über jeden Kabelkanal 2,5 Gigabit pro Sekunde fließen.

Somit sind mindestens paarweise abgeschirmte Kabeladern erforderlich; Kabelbinder zum Abbinden der Kabelstränge hingegen sind tabu.

Angesagt ist zudem eine erhöhte Sorgfalt beim Verlegen und Anschließen. So darf auch der Biegeradius beim Verlegen und bei der festen Installation nicht unterschritten werden.

... oder doch lieber Glas?

Mit 802.3an hat die IEEE dem Kupferkabel das Tor in die High-Performance-Welt der Gigabit-Übertragung aufgestoßen. Damit spielen Kupferkabel in verschiedenen Varianten in derselben Liga wie die Glasfaserleitungen, vorausgesetzt die Netzingenieure bekommen die speziellen Störphänomene bei Maximalfrequenzen um die 600 MHz in den Griff. Zwar werden mit 10GBase-T kaum Arbeitsplatzrechner ans Netzwerk angebunden, doch lässt sich mit 10GBase-T eine schnelle Netzwerk-Infrastruktur aufbauen, die ganz ohne Glasfaserkabel auskommt.

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