Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 11 Standards für die Inhouse-Verkabelung lokaler Netze im Überblick

Autor / Redakteur: Dr Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

In den USA und in Europa haben sich unterschiedliche Standards für die Verkabelung entwickelt. Innerhalb dieser Grundlagenserie müssen beide Gruppen eingehend behandelt werden, denn beide werden immer wieder referenziert.

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Auch bei der Netzwerkverkabelung gilt es, Standards zu beachten
Auch bei der Netzwerkverkabelung gilt es, Standards zu beachten
( Archiv: Vogel Business Media )

Geht man von einer angestrebten zehnjährigen Lebensdauer eines Verkabelungssystems aus, so ist es wichtig, mit einem Verkabelungssystem nicht nur alle aktuellen, sondern auch alle künftigen, also die so genannten „Emerging“-Standards und Anforderungen abdecken zu können.

Der EIA/TIA 568-Standard

Der Standard EIA/TIA 568 geht von einer strukturierten Verkabelung aus, die zwischen unterschiedlichen Verkabelungsstufen unterscheidet. Gebäude werden untereinander durch die so genannte Geländeverkabelung verbunden. Innerhalb des Gebäudes gibt es Etagen. Die Etagen werden untereinander durch die so genannte Verkabelung im Steigbereich verbunden. Innerhalb der Etagen gibt es Technikräume, die die gesamten Komponenten der strukturierten Verkabelung enthalten müssen und darüber hinaus für den LAN-Betrieb wichtige Geräte wie Bridges, Router oder Server enthalten können.

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Die Technikräume heißen im Englischen Wiring Closet. Untereinander sind die Wiring Closets üblicherweise mit der Steigbereichstechnik verbunden. Das Massenproblem tritt erst bei der Verkablung zwischen Endgeräten oder Datensteckdosen und Wiring Closets auf. Während man in allen anderen Bereichen ruhig eine etwas aufwändigere Technologie, wie z.B. Fiber Optic, verwenden kann, muss die Endsystemverkabelung sorgfältig überlegt werden, da eine unvorteilhafte Entscheidung hier richtig ins Geld geht.

Der EIA/TIA 568 Commercial Building Wiring Standard schlägt vier grundsätzliche Arten von Kabel vor, die zwischen den Endgeräten (in Work Areas) verwendet werden können: Koaxialkabel, STP, UTP (unterteilt in fünf Kategorien, davon drei für die Datenübertragung akzeptable Kategorien) und die 62,5/125 Mikron Multimode-Gradientenindexprofilfaser.

Der Standard sieht vor, dass es grundsätzlich zu jedem Arbeitsplatz zwei kupferbasierte Informationswege geben muss: einen für Telefon, den anderen für Datenübertragung. Jedes Fiber-Optic-Kabel muss in Ergänzung zu diesen beiden Wegen installiert werden, nicht als Substitution.

Die im Standard vorgeschlagene Strategie entspricht durchaus der Sachlage, vor allem, da es in den vergangenen zehn Jahren nicht gelungen ist, die LAN-Standards und ISDN in irgendeiner Weise zu harmonisieren. Außerdem wird auch die Integration auf der anwendungsorientierten Seite gegebenenfalls noch lange auf sich warten lassen.

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Level-Definitionen für Niederfrequenzkabel

Für Niederfrequenzkabel hat der Standard die Level bzw. Kategorien eins bis sieben definiert.

Level/Kategorie 1:

Billigkabel für analoge Sprachübertragung und Datenübertragungen mit Bitraten von wesentlich weniger als 1 Mbit/s. Kabel dieser Kategorie werden für Neuinstallationen nicht mehr empfohlen. Die Leistungen eines Kabels dieser Kategorie entsprechen den Leistungen, die man von einem konventionellen Telefonkabel, auch Sternvierer, erwarten kann.

Level/Kategorie 2:

Kabel zum Ersatz von Level/Kategorie-1-Kabel. Übertragungen von Bitraten bis 4 Mbit/s über mittlere Entfernungen, z.B. für kleine Token-Ring-Netzwerke und ISDN. Die Leistungen entsprechen denen höherwertiger Telefonkabel, auch Sternvierer, wie sie z.B. im ISDN-Bereich eingesetzt werden.

Level/Kategorie 3:

UTP/STP-Kabel für Übertragungen von Bitraten bis 10 Mbit/s einschließlich Level 1/2-Anwendungen, Leistung z.B. Ethernet 10Base-T bis 100 m.

Level/Kategorie 4:

UTP/STP-Kabel für Übertragungen von Bitraten bis 20 Mbit/s über größere Entfernungen als Level 3 (10Base-T und Token Ring).

Level/Kategorie 5:

Extended Frequency für Übertragungen von Bitraten mit mehr als 20 Mbit/s oder Frequenzen bis ca. 100 MHz (z.B. für die Übertragung von Fast oder Gigabit Ethernet) über Entfernungen bis 100 m.

Level/Kategorie 5E:

Enhanced Extended Frequency ebenfalls bis 100 MHz, aber mit einigen Verbesserungen.

Level/Kategorie 6:

Enhanced Extended Frequency für Übertragung von Bitraten bis zu 10 Gbit/s oder Frequenzen bis ca. 200 MHz. Diese Kabel wurden im Hinblick auf 10 Gigabit Ethernet entworfen.

Level/Kategorie 7:

Definition bis zu 600 MHz. Bis heute ist noch kein System bekannt, welches dieses Kabel wirklich ausnutzen könnte.

weiter mit: Der Unterschied zwischen Level und Kategorie

Der Unterschied zwischen Level und Kategorie

In der Spezifikation sind bestimmte Werte für Dämpfung und Nebensprechdämpfung sowie weitere Charakteristika bezogen auf bestimmte Frequenzen angegeben. So muss die Dämpfung bei einem Level-5-Kabel bei 20 MHz kleiner als 8,4 dB/100m und bei 100 MHz kleiner als 20 dB/100m sein. Konkrete Zwischenwerte beispielsweise für 65 oder 87 MHz werden vom Standard jedoch nicht ausgewiesen.

Bei einem „Kategorie“-Kabel dürfen die Werte jedoch zwischen zwei vorgegebenen Frequenzen nicht schlechter sein als jene auf einer gedachten Linie zwischen den beiden angegebenen Werten. Ein „Level“-Kabel bezeichnet ein Medium, für das diese erhöhte Qualitätsanforderung nicht gilt; ein „Level“-Kabel darv also auch schlechtere Zwischenwerte aufweisen.

Die magischen 100 m sind die maximal im Rahmen des Standards angenommene Distanz zwischen Endgeräteanschluss und Verteilerraum. Die Tabelle in Abbildung 3 zeigt die wichtigsten Charakteristika der Kabel. Die in der Tabelle auftretende Bezeichnung NEXT ist die US-Bezeichnung für Nahnebensprechdämpfung.

Weitere Probleme ergeben sich hinsichtlich einer einheitlichen Impedanz. Die Impedanz ist, wie in einem vorausgegangenen Beitrag bereits ausgeführt, der Wellenwiderstand des unendlich langen Kabels. Sender und Empfänger müssen an die Impedanz des Kabels angepasst sein, da falsche Impedanzen zu Empfängerreflexionen und einer höheren Dämpfung führen.

Der ISO/IEC-Standard 11801

Der EIA/TIA-568-Standard ist sehr stark auf US-Verhältnisse zugeschnitten, was in der Praxis immer wieder zu Detailproblemen führt. Außerdem ist immer noch strittig, ob die Kabel nach EIA/TIA-Klassifikation den ab 1.1.1996 verschärften europäischen EMV-Vorschriften genügen. Zu diesem Datum sind nämlich die bis dahin geltenden Übergangsbestimmungen abgelaufen und für Kommunikationsanlagen gilt seither die Norm EN 55022, Grenzwertklasse B, in der die Abstrahlung von Funkstörstrahlung im Frequenzbereich zwischen 150 kHz und 1000 MHz definiert wird.

ISO/IEC DIS 11801 „Generic Cabling for Customer Premises“ gibt Empfehlungen zum generellen Aufbau eines Verkabelungssystems, zu den einzusetzenden Kabeltypen, zu den Anforderungen an Kabel und Steckverbinder der Kategorien 3 bis 5 und eine Ende-zu-Ende-Spezifikation mit so genannten Link-Klassen. Für Anwender, Architekten und die Industrie sollen Richtlinien gegeben werden, die zu einem offenen, flexiblen Verkabelungssystem der erwarteten Lebensdauer von zehn Jahren führen.

Diese Grundstruktur sieht das übliche dreistufige Verkabelungskonzept vor. Es werden folgende Empfehlungen für die maximalen Entfernungen gegeben: vom Hauptverteiler (Campus Distributor, CD) bis zum Gebäudeverteiler (Building Distributor, BD) 1.500 Meter, vom BD bis zum Etagenverteiler (Floor Distributor, FD) 500 Meter und schließlich vom FD bis zur Anschlussdose (Telecommunication Outlet, TO) 90 Meter.

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Stecker und Link-Level

Die im Verkabelungssystem verwendeten Stecker müssen die in der jeweiligen Kategorie (3, 4 oder 5) festgelegten Leistungen erfüllen. Diese Kategorien haben jedoch nur wenig mit den EIA/TIA-Kategorien zu tun. Im Standard werden zudem die Link Level definiert, auf die wir gleich noch kommen.

Ein Gesamtsystem muss aus Komponenten bestehen, die einen bestimmten Link Level erreichen. Dies kann entweder dadurch erreicht werden, dass Komponenten bestimmter Qualitätsstufen nach im Standard angegebenen Regeln verarbeitet werden, was dann hinterher nicht mehr geprüft werden muss, oder dass man durch das Gesamtdesign eines Systems einen bestimmten Link Level sicherstellen kann, was allerdings erst durch eine Prüfung nachgewiesen werden muss.

Kabelempfehlungen

In der Tertiärebene sollte die Verkabelung für alle Anwendungen mit symmetrischen Kabeln erfolgen. Lediglich in Ausnahmefällen, z.B. bei Forderung nach erhöhter Abhörsicherheit, kann eine Installation von Glasfaserkabeln in Frage kommen.

Als bevorzugter Typ wird das Kabel mit 100 Ohm genannt, alternativ sind aber auch Kabel mit 120 und 150 Ohm zugelassen und mit elektrischen Spezifikationen versehen worden. In der Sekundärebene können ebenfalls symmetrische Kabel für Sprache und Daten langsamer bis mittlerer Geschwindigkeit verwendet werden. Die Glasfaser wird für die Datenübertragung mittlerer bis hoher Geschwindigkeit empfohlen.

In der Primärebene werden schließlich symmetrische Kabel nur in Ausnahmefällen gesehen, z.B. dort, wo die Übertragungskapazität von Glasfaserkabeln nicht benötigt wird, also bspw. bei reinen Telefonnetzen. Ansonsten wird auch wegen der Überwindung von Erdpotentialunterschieden und anderen Störquellen hier immer Glasfaser bevorzugt. Im Standard sind hier Multimode-Gradientenindexprofilfasern mit 62,5/125 mm und alternativ mit 50/125 mm vorgesehen.

Link-Klassen

Die Link-Klassen sind der eigentliche Kern des Standards, da hierüber sichergestellt werden soll, dass nicht eine unglückliche Mischung von Komponenten zu einer schlechten Gesamtleistung führt. Dies ist auch nötig, da in der Vergangenheit immer wieder irre Kombinationsmöglichkeiten auftauchten.

Die Link-Klassen A bis D, die für Verbindungen mit symmetrischen Kabeln angegeben sind, und der so genannte Optische Link schaffen hier Klarheit. Unsymmetrische Übertragung wird aufgrund von Nebensprechen, Erdpotentialunterschieden und EMV nicht empfohlen.

Die Link-Klasse A ist für Sprach- und andere Niederfrequenzübertragung einschließlich des Geländebereiches mit Frequenzen bis maximal ca. 100 kHz gedacht.

Die Link-Klasse B ist für Anwendungen mit mittleren Datenraten einschließlich des Geländebereiches gedacht und bis maximal 1 MHz Bandbreite spezifiziert.

Die Link-Klasse C ist für Anwendungen hoher Bitraten bei kurzen Entfernungen mit einer maximalen Frequenz von bis zu 16 MHz spezifiziert.

Die Link-Klasse D schließlich ist für Anwendungen sehr hoher Bitraten bei kurzen Entfernungen mit einer maximalen Bandbreite von bis zu 100 MHz definiert.

Die Link-Klasse E spezifiziert Bandbreiten bis zu 200 MHz.

Die Link-Klasse F legt einen ACR-Wert von 4dB bei 600 MHz Bandbreite fest. Sowohl die Klasse E als auch die Klasse F benötigt heute niemand wirklich.

Der Optische Link wird als unkritisch angesehen, da beim heutigen Stand der Technik die optische Leitung für konventionelle Anwendungen nicht der limitierende Faktor ist.

Ein weiteres in die Standardisierungsempfehlung einfließendes Maß ist das Dämpfungsverhältnis in Relation zum Nahnebensprechverhältnis, ACR. Neben den Werten für Dämpfung und NEXT muss auch der ACR-Wert stimmen, damit eine Kabelanlage einer bestimmten Link-Klasse entspricht.

Über den ACR-Wert wird festgelegt, ob das Signal/Rauschverhältnis des Gesamtsystems für die erforderliche Bitrate ausreicht. Dass die Empfängerempfindlichkeit von standardkonformen Geräten ausreicht legt der Parameter „maximale Link-Dämpfung“ fest, und dass die maximalen Rauschbeiträge bei jitterempfindlichen Anwendungen nicht zu hoch werden kann über den Parameter NEXT gesteuert werden.