Kabeltypen in Computer-Netzwerken

FGT-IT-12Netzwerke planen und installieren

Dr. Hergen Scheck, BBS Lüchow, 2003

MaterialienMaterialien

Elektrisch

Koaxialkabel

Optisch

Kunststoff-faser

GlasfaserVerdrillte

Kupferadern

(Twisted Pair)

Grundsätzliche ProblemeGrundsätzliche Probleme

Signaldämpfung und Dispersion

Übersprechen(NEXT=Near End Crosstalk)

Externe Störeinflüsse

ElektromagnetischeVerträglichkeit (EMV)

Rauschen

Kabel A->B

Kabel B->A

Elektrische LeiterElektrische Leiter

KoaxialkabelKoaxialkabelKoaxialkabel sind Hohlleiter mit einem Kupferkern. Sie sind preiswert und leicht zu verlegen.

Aufgrund des Schirmgeflechts sind sie vor Störeinflüssen gut abgeschirmt.

Die maximale Übertragungsrate beträgt 10 Mbit/s. Sie werden in einer Bustopologie verwendet.

Twisted Pair KabelTwisted Pair KabelTwisted Pair-Kabel sind verdrillte Kupferkabel. Es gibt sie in abgeschirmter (Shielded Twisted Pair = STP) und nicht abgeschirmter (Unshielded Twisted Pair = UTP) Ausführung. Bei STP-Kabeln ist jedes Adernpaar mit einer Folie abgeschirmt.

UTP-Kabel werden auch als Telefonkabel eingesetzt und sind daher in fast allen Gebäuden verlegt. TP-Kabel sind noch kostengünstiger und einfacher zu verlegen als Koaxialkabel.

UTP- und STP-Kabel können bis 100 Mbit/s in Sterntopologie genutzt werden.

UTP

STP

Prinzip der UTP-KabelPrinzip der UTP-Kabel

UTP-Kabel sind nicht abgeschirmte, verdrillte Kupferkabel. Die Verdrillung bewirkt, dass das elektrische Feld (E) der Leitungen begrenzt wird. Dies reduziert die Störeinflüsse der Leitung (elektromagnetische Verträglichkeit EMV).

Prinzip der STP-KabelPrinzip der STP-Kabel

Durch eine Folie können die Kabel noch besser abgeschirmt werden. Insbesondere bei hohen Frequenzen ist die Abschirmung für elektrische und magnetische Felder undurchlässig. Auch äußere Störeinflüsse werden erheblich verringert.

Adern- und KabelschirmeAdern- und Kabelschirme

Zusätzlich zu Adernschirmen (shielded) werden manchmal bei UTP- und STP-Kabeln Kabelschirme (screened) eingesetzt. Die Kabel werden dann als S-UTP und S-STP-Kabel bezeichnet. Eine weitere Verdrillungsart ist die Sternvierer-Verdrillung, bei der zwei Adernpaare miteinander verdrillt werden.

Abbildungen von TP-Kabeln

Abbildungen von TP-Kabeln

U-UTP S-UTP

U-STP S-STP

Abgeschirmte Kabel werden vor allem dort benötigt, wo erhebliche elektromagnetische Störungen auftreten.

RJ45-SteckerRJ45-SteckerBeim RJ45-Stecker werden 4 Kabelpaare angeschlossen. Die meisten Netzwerke benötigen aber nur 2 Paare, d.h. 1 Paar für jede Übertragungsrichtung.

Crossover-KabelCrossover-KabelZur direkten Verbindung zweier PCs oder zweier Hubs werden gekreuzte Kabel verwendet.

Sie sind äußerlich nicht von normalen Kabeln zu unterscheiden.

LinkklassenLinkklassen

Klasse Bandbreite bis Beispielanwendungen

A 100 kHz Telefonetz, ISDN

B 1 MHz ISDN

C 16 MHz ISDN, Ethernet, Token Ring

D 100 MHz Ethernet, GB-Ethernet, ATM

E 200 MHz ATM, GB-Ethernet

F 600 MHz ATM, GB-Ethernet

Linkklassen spezifizieren die Qualität der gesamten Übertragungsstrecke. Hierzu gehören außer Kabeln auch Steckverbinder, Verteiler usw.

KabelkategorienKabelkategorien

Kategorie Bandbreite Max. Dämpfung

1 -

2 1 MHz 2,6 dB/100m

3 16 MHz 13,1 dB/100m

4 20 MHz 10,2 dB/100m

5 100 MHz 22 dB/100m

6 200 MHz 30 dB/100m

7 600 MHz 50 dB/100m

Twisted-Pair-Kabel werden in 7 Kategorien eingeteilt.

Die Kategorien 1 und 2 werden nicht in Computernetzen verwendet.

6 dB bedeuten, dass die Signalstärke halbiert wird.

Heute werden hauptsächlich UTP-Kabel der Kategorie 5 eingesetzt.

Überbrückbare DistanzenÜberbrückbare DistanzenKategorie Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D

3 2 km 500 m 100 m --

4 3 km 600 m 150 m --

5 3 km 700 m 160 m 100 m

6 Nur Klasse E: 100 m

7 Nur Klasse F: 100 m

Standardkabel

Lichtwellenleiter (LWL)Lichtwellenleiter (LWL)

Prinzip eines Lichtwellenleiters

Prinzip eines Lichtwellenleiters

Licht wird an der Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes gebrochen. Ein Teil tritt durch die Grenzfläche hindurch, ein anderer Teil wird reflektiert.

Ab einem bestimmten Winkel wird der Lichtstrahl völlig reflektiert, wenn der Übertritt von einem dichteren zu einem weniger dichten Medium erfolgt.

Kabel und SteckerKabel und Stecker

In Europa werden standardmäßig SC-Stecker verwendet. Das Verlegen von Lichtwellenleitern ist komplizierter als das von Kupferkabeln. Ein Grund ist, dass immer zwei Kabel für eine Verbindung benötigt werden. Die Technologie ist zudem teurer, aber wesentlich weniger anfällig vor elektromagnetischen Störungen.

Aufbau eines LWLAufbau eines LWL

Es gibt sehr viele verschiedene Typen von Lichtwellenleitern. Der Kern besteht in der Regel aus einer oder manchmal auch mehreren Quarzglasfasern. Es wird aber auch Kunststofffaser eingesetzt, die leichter zu verlegen ist, aber eine höhere Dämpfung aufweist.

Kopplung an den PCKopplung an den PCFür LWL gibt es spezielle Netzwerkkarten.

Normale Netzwerkkarten können per Medienkonverter mit LWL-Technologie verbunden werden.

Multimode-FasernMultimode-Fasern

Aufgrund der unterschiedlichen Reflexionswinkel gehen die Lichtstrahlen im LWL unterschiedliche Wege. Diese werden als Moden bezeichnet. Die Laufzeitunterschiede führen dazu, dass sich das Signal mit der Zeit verschmiert (Disperson). (Stufenindexfasern)

Durch ein spezielles Dichteprofil kann der Brechungsindex so verändert werden, dass die Laufzeitunterschiede der Moden nur noch gering sind. Solche Fasern werden als Gradientenindexfasern bezeichnet.

Monomode-FasernMonomode-Fasern

Monomodefasern sind sehr dünne Fasern, bei denen sich praktisch keine Moden und damit Laufzeitunterschiede ausbilden können. Statt normaler Leuchtdioden müssen aber teurere Laserdioden verwendet werden.

Laserdiode

Frequenzbereiche des Lichts

Frequenzbereiche des Lichts

Das in LWL verwendete Licht liegt in drei Fenstern des nahen bis fernen Infrarotbereiches.

LED mit Multimode-Faser

Laserdiode mit Monomode-Faser

Vergleich der KabelartenVergleich der Kabelarten