Kapitel V: Übertragungsmedien - Kabel

1. Grundlegende Systematik der Übertragungskabelmedien Datenrate in Mbit/s Übertragungsverfahren Max. Länge in 100m z.B. 10 Base 2 Erläuterung: Maximale Übertragungsrate 10 Megabit pro Sekunde Base = Datenübertragungsart Basisband (auf dem Kabel wird lediglich ein Frequenzbereich genutzt im Gegensatz zu broad für Breitbandübertragung). 2 = Maximale Länge des Kabelsegments in 100 m, d.h. hier Segmentlänge 200 m.

1.1 Überblick über Kabelstandards 10-Base-5 Thick-Net-Ethernet im Backbone-Bereich 10-Base-2 Thin-Ethernet = Cheapernet, 10 Mbit/s Übertragungsrate 10-Base-T UTP/STP-Verkabelung, 10 Mbit/s Übertragungsrate 100-Broad-F Lichtwellenleiterverkabelung für den Einsatz von FiberDistributedDataInterface (FDDI) 1000-Base-T Verkabelungsform mit mindestens Kat5e-Kupferkabel und Übertragungsrate von 1 Gbit/s 1000-Base-SX Lichtwellenleiterverkabelung mit 1000-Base-LX 1 Gbit/s Übertragungsrate

2. Standard-Ethernet-Verkabelung 10Base5 - meist aus Kupfer heutzutage veraltet Maximallänge eines Kabelsegments 500 m Mindestabstand zwischen MAUs (= Media-Attachement-Units 2,5 m voneinander wobei maximal 100 Stationen mit jeweils einem maximal 50 m langen Transceiverkabel Mindestbiegeradius des 10Base5-Kabels 20 cm Terminierung der Kabelenden mit zur Vermeidung von Signalreflexionen

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10Base2 (= Cheapernet) 50-Ohm-Kabel RG58A/U oder RG58C/U maximale Segmentlänge 185 Meter bis zu 30 Stationen in einem Mindestabstand von 50 cm anschließbar dünner, billiger, leichter verlegbar, keine MAUs (Transceiver) nötig Geringe Reichweite - Anschlussart: BNC-Stecker (BNC = Bayonet-Neill-Concelmann) Kabelenden mit mit einem 50-Ohm-Abschlusswiderstand terminiert werden - Verlängerung des Netzes nur über Repeater möglich

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10Base2 (= Cheapernet) Überblick über Typen von Koaxialkabeln und ihre Einsatzgebiete Kabelbezeichnung Übertragungsart Einsatzgebiet RG-11 Basisband Thick Ethernet RG-58 Thin Ethernet RG-59 Breitband Kabel-TV RG-62 ARC-Net

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10Base2 (= Cheapernet) Überblick über Bauformen von Koaxialkabeln Kabelbezeichnung Übertragungsart Einsatzgebiet RG-58/U 50 Ohm Solider Kern RG-58 A/U Kern m. verdrillten Adern RG-59 A/C Kern m.verdr. Adern, bess. Geschirmt RG-59 A/U 75 Ohm Kabel-TV, Breitbandkabel, verdr. Adern RG-62 A/U 90 Ohm ARCNet, verdr. Adern

4. Twisted-Pair-Verkabelung 10BaseT vieradriges, paarweise verdrilltes Kupferkabel - Nutzung jeweils eines Adernpaares für jede Übertragungsrichtung maximale Übertragungslänge i.d.R. 100 m - Bis zu 1024 Stationen durch Kopplungselemente (z.B. Hubs) Twisted-Pair-Kabelvarianten z.B. hinsichtlich des Aufbaus: UTP, FTP, S/UTP, ITP hinsichtlich der Kabel und Steckverbinder: CAT-1 bis CAT-5 hinsichtlich der Übertragungsbandbreite Kabelklasse A bis F

4.1 Überblick über die Kabelvarianten hinsichtlich ihres Aufbaus UTP-Kabel (unshielded-twisted-pair-Kabel) verdrillte Leitungen, die nicht abgeschirmt sind, bis CAT-5 verbreitet, nur in Bereichen mit geringen Datenübertragungsraten möglich. - Wellenwiderstand 100 Ohm, maximale Kabellänge 100 m S/UTP-Kabel (screened/unshielded-twisted-pair-Kabel) Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung aus Kupfergeflecht zur Reduktion der äußeren Störeinflüsse. - Wellenwiderstand 100 Ohm FTP-Kabel (foileshielded-twisted-pair-Kabel) - Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung

4.1 Überblick über die Kabelvarianten hinsichtlich ihres Aufbaus S/FTP-Kabel (screened/foileshielded-twisted-pair-Kabel) Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung aus alukaschierter Polyesterfolie mit darüberliegendem Kupfergeflecht. STP-Kabel (shielded-twisted-pair-Kabel) - Gesamtabschirmung ohne näher festgelegte Spezifikationen - Wellenwiderstand 150 Ohm S/STP-Kabel (screened-shielded-twisted-pair-Kabel) Abschirmung für jedes Kabelpaar und zusätzliche Gesamtabschirmung zur optimalen Störleistungsunterdrückung und Übersprechunterdrückung zwischen den einzelnen Adernpaaren. ITP-Kabel (industrial-twisted-pair-Kabel) - von vier auf zwei Adernpaare reduzierte industrielle Variante von S/STP

5. Lichtwellenleiter 5.1 Funktionsprinzip von Lichtwellenleitern 5.2 Prinzipieller Aufbau von Lichtwellenleitern 5.3 Probleme bei Lichtwellenleitern

5.4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Multimode-Stufenindex-Faser Merkmale: - Multimodefaser mit Stufenprofil - Durchmesser 200 um, Stufenprofil - gleichzeitiger Transport mehrerer Lichtwellen - harte Reflexion des Signals an den Wänden - Verbreiterung durch große Laufzeitunterschiede der Lichtstrahlen je nach Einfallswinkel und Bedämpfung des Ausgangssignals - Bandbreite-Reichweite-Produkt < 100 MHz*km - Dämpfung 20 db/km bei 900 nm Licht - maximale Länge ohne Repeater 1 km - Anwendung: z.B.: Verbindungskabel beim Patchfeld

5.4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Multimode-Gradienten-Faser Merkmale: - Multimodefaser mit Gradientenprofil - Durchmesser 50 um oder 62,5 um - gleichzeitiger Transport mehrerer Lichtwellen - weiche Reflexion des Signals an den Wänden -Geringe Verbreiterung des Ausgangssignals, nur geringe Bedämpfung - Bandbreite-Reichweitenprodukt ca. 1GHz*km - Dämpfung 3 db/km bei 850 nm bzw. 1300 nm Wellenlänge (=Lambda) des Lichts - maximale Länge ohne Repeater 10 km - Anwendung: z.B. Verbindungen von Gebäuden oder Etagen

5.4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Monomode-Stufenindex-Faser Merkmale: - Monomodefaser (Singlemode-Fasern) - Durchmesser 8 um bis 10 um, daher aufwendige Anschlusstechnik. - gerade Hindurchleitung der Lichtwellen, d.h. nur Lichtstrahlen mit einem ganz bestimmten Einfallswinkel werden übertragen und damit die Dispersion minimiert. - Keine Signalverbreiterung, keine Laufzeitunterschiede, formtreue Impulsübertragung und nur sehr geringe Bedämpfung - Bandbreite-Reichweitenprodukt > 10 GHz*km - Dämpfung 0,1 db/km bei 1300 nm bzw. 1500 nm Lichtwellenlänge - maximale Länge ohne Repeater 50 km - Anwendung: Verbindungen über weite Strecken

5.5. Sender für Lichtwellenleiter-Übertragung hierfür werden Leuchtdioden (LEDs) im Wellenlängenbereich von 850/860 nm und Laserdioden (LDs) im Wellenlängenbereich von 1300 nm eingesetzt.

5.6. Vor- und Nachteile von Lichtwellenleitern 5.6.1. Vorteile von Lichtwellenleitern als Netzwerkleitungen gegenüber metallischen Leitungsmedien: - hohe Übertragungskapazität (Gigabytebereich) - Unempfindlich gegen elektrische/elektromagnetische Störungen, dadurch Parallelverlegung zu anderen Versorgungsleitungen problemlos möglich - keine Störstrahlungen, Keine Kontaktprobleme, keine Masseprobleme - keine entfernungsbedingten Signalverluste aufgrund Leitungsinduktivitäten, Leitungskapazitäten und Leitungswiderständen - weitgehend frequenzunabhängige Leitungsdämpfung der zu übertragenden Signale - Übertragungsraten sind erweiterbar durch mehrere Trägerwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzspektrum)

5.6. Vor- und Nachteile von Lichtwellenleitern 5.6.2. Nachteile von Lichtwellenleitern gegenüber metallischen Leitungsmedien: - Höhere Materialkosten - Höherer Verlegeaufwand - Hoher Aufwand beim Verbinden verschiedener Leitungsstücke, dem „Spleißen“ (=splicing), da die Glasfasern genau in der optischen Achse plan miteinander verschweißt werden müssen , die Kontaktflächen ohne Verunreinigungen und Kratzer sein muss und die Kontaktflächen sauber geschliffen werden müssen.

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken 6.1. Stecker, Buchsen & Beschaltung bei Twisted-Pair- Ethernetverkabelung 6.1.1 Stecker - RJ-45 Steckverbinder, geschirmt oder ungeschirmt - nur vier der acht Leitungen des RJ-45-Steckers werden verwendet

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Signalbelegung des RJ-45-Steckers bei Twisted-Pair-Ethernetverbindung für Verbindung zwischen zwei Rechnern oder Vernetzung von Switches (Kaskadierung) untereinander (sog. Crossover-Kabel = gekreuzte Verbindung) STECKER1 STECKER2 Pin1 - Pin3 Senden(+) auf Empfangen (+) Pin2 - Pin6 Senden(-) auf Empfangen (-) Pin3 - Pin1 Empfangen(+) auf Senden(+) Pin6 - Pin2 Empfangen(-) auf Senden(-) oder: STECKER1 STECKER2 Pin1 Signal TX+ ------------- Pin3 Signal RX+ Pin2 Signal TX- ------------- Pin6 Signal RX- Pin3 Signal RX+ ------------- Pin1 Signal TX+ Pin6 Signal RX- ------------- Pin2 Signal TX-

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Konfektionierung der RJ-45-Stecker eines typischen Patchkabels zwischen PC und Datendose: (= symmetrisches Kabel = 1:1 aufgelegtes Kabel) Pin1 (Weiß/Orange) Sendesignal+ Pin2 (Orange/Weiß) Sendesignal- Pin3 (Weiß/Grün) Empfangssignal+ Pin4 (Grün/Weiß) Empfangssignal- Signalbelegung des RJ-45-Steckers bei Twisted-Pair-Ethernetverbindung für direkte Verbindung zwischen Rechnern und Kaskadierung von Hubs STECKER1 STECKER2 Pin1 Signal TX+ ------------- Pin3 Signal RX+ Pin2 Signal TX- ------------- Pin6 Signal RX- Pin3 Signal RX+ ------------- Pin1 Signal TX+ Pin6 Signal RX- ------------- Pin2 Signal TX-

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Steckerbelegung und Adernfarben für Kupferkabeln in Netzen - Standard DIN EN 50173 - vier Kabelpaare möglich: Paar 1 Pin 4, 5 Paar 2: Pin 1, 2 Paar 3: Pin 3, 6 Paar 4: Pin 7, 8 - Verbreitung der Adernpaare erfolgt folgendermaßen: - 10BaseT: Paare 1, 2, 3, 6 (genutzt 2, 3) - 100BaseT4+ , 1000BaseT u. VG-Anylan: alle Paare - ISDN: Paare 1, 2 - ATM: Paare 2, 4 - Token-Ring: Paare 1, 3

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Farbbelegung nach zwei Belegungsstandards möglich: Standard EIA/TIA-T-568A Standard EIA/TIA-T-568B PIN Farbe Farbe 1 Weiß/Grün Weiß/Orange 2 Grün Orange 3 Weiß/Orange Weiß/Grün 4 Blau Blau 5 Weiß/Blau Weiß/Blau 6 Orange Grün Weiß/Braun Weiß/Braun Braun Braun 6.1.2 RJ-45-Buchsen - in Ihnen sind Übertrager, Drosseln und Widerstände integriert zur Verbesserung der EMV-Eigenschaften, Einsparung von Leiterplattenplatz und Vermeidung von Layoutfehlern. - Übertrager sorgen für eine Potentialtrennung zwischen Buchse und Restschaltung sowie Störungsausblendung.