Kabeltypen in Computer-Netzwerken FGT-IT-12 Netzwerke planen und installieren Dr. Hergen Scheck, BBS Lüchow, 2003

Verdrillte Kupferadern Materialien Elektrisch Optisch Verdrillte Kupferadern Koaxialkabel Glasfaser Kunststoff- faser (Twisted Pair)

Grundsätzliche Probleme Signaldämpfung und Dispersion Kabel A->B Übersprechen (NEXT=Near End Crosstalk) Rauschen Kabel B->A Externe Störeinflüsse Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Elektrische Leiter

Koaxialkabel Koaxialkabel 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 Kabel Twisted 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-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-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 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 U-UTP S-UTP S-STP U-STP Abgeschirmte Kabel werden vor allem dort benötigt, wo erhebliche elektromagnetische Störungen auftreten.

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

Crossover-Kabel Zur direkten Verbindung zweier PCs oder zweier Hubs werden gekreuzte Kabel verwendet. Sie sind äußerlich nicht von normalen Kabeln zu unterscheiden.

Linkklassen Klasse Bandbreite bis Beispielanwendungen A 100 kHz Linkklassen spezifizieren die Qualität der gesamten Übertragungsstrecke. Hierzu gehören außer Kabeln auch Steckverbinder, Verteiler usw. 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

Kabelkategorien Twisted-Pair-Kabel werden in 7 Kategorien eingeteilt. 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 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 Distanzen Kategorie Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D 3 2 km 500 m 100 m -- 4 3 km 600 m 150 m 5 700 m 160 m 6 Nur Klasse E: 100 m 7 Nur Klasse F: 100 m Standardkabel

Lichtwellenleiter (LWL)

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 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 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 PC Für LWL gibt es spezielle Netzwerkkarten. Normale Netzwerkkarten können per Medienkonverter mit LWL-Technologie verbunden werden.

Multimode-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-Fasern Laserdiode 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.

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 Kabelarten