Networking cables and interfaces

Trotz der eigentlich relativ einfachen Verkabelung bei Ethernet, ISDN oder normalen Telefonen ist doch hin und wieder etwas zu beachten. Daher im Folgenden eine kleine Übersicht über verwendete Kabeltypen, Steckerformen, Leitungsbelegungen, Farbcodierungen etc. für den alltäglichen Verkabelungswahnsinn:

Kabel

Im Bereich der Netzwerke werden derzeit die folgenden Mediemtypen verwendet:

• Kupferverkabelung (Copper)
• Glasfaserkabel (Fibrechannel / Optical Media)
• Funkübertragung (Wireless Media)

wobei in diesem Artikel nur die für eine Netzwerkverkabelung aktuell relevanten Medientypen unter Verwendung von RJ45-Steckern und -Kabeln näher betrachtet werden sollen:

RJ-XX Stecker

Bei Ethernet kommen sog. RJ45 Stecker zum Einsatz, wobei RJ-XX eine übliche Abkürzung für von der FCC genormte Steckerverbindungen ist (RJ = Registered Jack, genormte Buchse). Die bekanntesten dieser Westernstecker sind:

RJ-11	4-poliger Westernstecker (6 Kontaktpositionen, Verwendung z.B. als ANschlußkabel analoger Telefone)
RJ-12	6-poliger Westernstecker (z.B. als Anschlußkabel von Modems)
RJ-14	4-poliger Westernstecker (Telefonstecker), findet z.B. Verwendung bei analogen Telefonen (z.B.: Anschluß des Telefonhörers)
RJ-45	8-poliger Westernstecker, Verwendung z.B. bei ISDN (IAE) oder Ethernet (UAE)
DEC	4-poliger RJ-11 Westernstecker, wobei nur 2 Leitungen belegt sind. Verwendung z.B. bei ISDN (vom Hausanschluß zur NTBA) oder DSL (zwischen Splitter und Modem). Die Rastnase ist bei dieser Art RJ-Stecker leicht versetzt angebracht.

Verdrillte Kabeltypen

Bei Ethernet kommen also RJ-45 Stecker zum Einsatz, wobei heute die 8 Adern in Form 4 verdrillter Leitunspaare ausgelegt sind. Bei 1MBit Ethernet genügten dagegen auch 4 adrige Leitungen (mit 2 verdrillten Paaren). Bei der Abschirmung wird unterschieden zwischen 3 Typen:

U-UTP	unshielded/unshielded (gar keine Schirmung)
S-UTP	shielded/unshielded (eine Schirmung außen), wird oft auch als ScTP (Screened Twisted Pair) bezeichnet
U-FTP	unshielded/shielded (Foiled Twisted Pair): eine Schirmung um jedes Adernpaar in Form einer metallischen Folie
S-FTP	shielded/shielded (Foiled Twisted Pair): wie U/FTP, jedoch zusätzlich mit einer Schirmung außen
S-STP	shielded/shielded (eine Schirmung außen, zusätzlich ist jedes Adernpaar einzeln geschirmt) STP = shielded Twisted-Pair

Qualitätsstufen

Abhängig von der Anwendung ist eine bestimmte Kabelqualität vonnöten, von der beispeilsweise die verfügbare Bandbreite abhängt. Derzeit wird zwischen 6 Qualitätsstufen (Kategorien) unterschieden, bei Ethernet kommen im Regelfall Cat-5/Cat-5E Kabel zum Einsatz:

Kategorie	Typ	Bandbreite	max. Kabellänge	Anwendung
Cat 3	UTP	16 MHz	100m	10Base-T, 4Mbps
Cat 4	UTP	20 MHz	100m	10Base-T, 16Mbps
Cat 5	UTP	100 MHz	100m	100Base-Tx, ATM, CDDI1)
Cat 5E	UTP	100 MHz	100m	1000Base-T
Cat 6	UTP	250MHz	100m	-?-
Cat 7	ScTP	600MHz	100m	-?-

¹⁾ CDDI
CDDI ist die kostengünstigere Umsetzung der Übertragungstechnik FDDI durch TP-Kupferkabel. Die Kabellänge ist hier sehr stark vom Kabeltyp abhängig (UTP: ca. 50m, STP: ca. 150m)

Adernpaare

Bei Ethernet werden die Leitungen immer in Form verdrillter Adernpaare ausgeführt, daher die Bezeichnung twisted pair (TP) Verkabelung. Durch die Verdrillung sollen Übersprechungen zwischen den Adernpaaren reduziert werden, eine eventuell vorhandene Schirmung schützt vor elektromagnetischen Störungen von außen.

Bei den meisten Anwendungen (außer z.B. dem analogen Telefon oder 1000Base-T Ethernet) werden nur 2 Adernpaare verwendet, auch wenn alle 4 verbunden sind. Dabei kommt jeweils eines für den Empfang (Rx) und den Versand (Tx) zum Einsatz. Meistens werden jedoch alle Leitungen belegt, damit das Kabel für mehere Einsatzzwecke geeignet ist (z.B. Ethernet, TokenRing, ISDN, ...).

Gigabit Ethernet dagegen benötigt immer 4 Adernpaare, da hier allen 4 Adernpaaren gleichzeitig gesendet und empfangen wird (vollduplex), hier kommen der Standard 802.3ab sowie Kabel der Kategorien 5 oder 6 zum Einsatz.

Belegungen

Je nach Anwendung unterscheidet sich die Belegung der einzelnen Leitungen, im Folgenden daher eine kleine Übersicht der wichtigsten Einsatzgebiete dieser bisweilen recht fragilen (und leider nicht minder überteuerten) Plastikdinger Steckerchen:

Leitunsbelegung

Anwendung	1	2	3	4	5	6	7	8
Telefon (analog)	(Tel)	(Tel)					Tel	Tel
ISDN			Tx+	Rx+	Rx-	Tx-
Ethernet (10/100)	Tx+	Tx-	Rx+			Rx-

Das Kabel sind dabei wie folgt aus:

Leitung	Adernpaar	Farbcode (kann abweichen)
1	2	orange / weiß (gestreift)
2	2	orange
3	3	grün / weiß (gestreift)
4	1	blau
5	1	blau / weiß (gestreift)
6	3	grün
7	4	braun / weiß (gestreift)
8	4	braun

gekreuzte Ethernet-Leitung

Im Gegennsatz zu Ethernet-Verbindungen von Geräten zu Verteilern oder zwischen Verteilern (Hubs / Switches), bei denen direkt verbundene Leitungen (straight) eingesetzt werden, können auch zwei Geräte direkt miteinander Verbunden werden. Hier mmüssen jedoch einige Leitungsbelegungen (Pins) vertauscht werden:

Adernbelegung eines Crossover-Kabels

Für die Belegung der Pins wird von links nach rechts durchgezählt, wobei der RJ-45 Stecker von "unten" her betrachtet wird - also von der Seite ohne Rastnase. Blickt man von der Kabelöffnung her auf den Stecker, wird von rechts nach links durchgezählt.

Verkabelung

Hier noch eine kleine Zusammenfassung der wichtigsten Punkte, die bei der Verkabelung zu beachten sind.

Telefon (analog)

Eigenfertigung von Kabeln

Bei der Selbstanfertigung von Telefonkabeln müssen folgende Punkte beachtet werden:

• Die Impedanz des Kabels beträgt ca. 30 bis 45 Ohm
• Die mittleren Kontakte sind verdreht (TAE-F)
• Die mittlere Frequenz bei dieser Anwendung ist ca. 10 kHz (da auf Sprache ausgelegt)

Belegungen

Bei Telefonkabeln existieren je nach Anwendungszweck 2 verschiedene Belegungen - F (für Telefone) und N (für Modem, Fax, etc.)

• TAE-F
• TAE-N

ISDN

Detailliertere Informationen über den Aufbau und die verwendeten Technologien von ISDN sind im ISDN Artikel zu finden. Bezüglich der Verkabelung sind hier die folgenden Punkte zu berücksichtigen:

• Bei Endgeräten ohne eigene Stromversorgung erfolgt deren Speisung über eine 40V Spannung auf dem S0 Bus - die sog. "Phantomspeisung". Dazu muss die NTBA mit Strom versorgt werden.
• Bei Verwendung von Geräten in Reihenschaltung muss jedes Ende des S0 Busses mit 100 Ohm Widerständen terminiert werden, die jeweils zwischen den Adern a1-b1 und a2-b2 geschaltet sein müssen (also immer Sender-Sender und Empfänger-Empfänger). Diese Dinger kann man sich mit handelsüblichen Billig-Widerständen (induktionsarme wären nicht schlecht) selber basteln, fertig konfektioniert holen sichs die Hersteller mit solchem Zubehör wirklich von den Lebenden ...

Leitungslängen

Außerdem sind noch die maximalen Leitunslängen zu beachten:

• ca. 150 Meter bei Busbetrieb (normaler Betrieb ohne weitere Konfiguration am NTBA)
• ca. 1000 Meter bei Punkt zu Punkt Betrieb (bei Verwendung von Telekommunikationsanlagen)
• ca. 500 Meter bei erweitertem Busbetrieb (von der NTBA aus in beide Richtungen), wobei sich die Endgeräte auf den letzten 30 Metern des Busses befinden müssen

Bei kurzen Strecken ist die Sache dabei relativ fehlertolerant, so arbeitet meine ISDN-Installation hier seit Jahr und Tag ohne einen einzigen Abschlußwiderstand.

Leitungscodierung

Bei ISDN sind 2 Leitungscodierungen gebräuchlich:

NTBA	Funktion	Farbcode	Strichcode
a1	Sender	rot	ohne Ringe
b1	Sender	schwarz	einzelne Ringe
a2	Empfänger	weiss	Doppelringe mit großem Abstand
b2	Empfänger	gelb	Doppelringe mit kleinem Abstand

Daraus wird ersichtlich, das wirklich nur 4 Adern verwendet werden, auch wenn einem gerne 8adrige Kabel verkauft werden ... Oft werden jedoch auch Kabel verwendet, deren 4 Adern in Form eines Sterns angeordnet sind. Dadurch soll die Störungsempfindlichkeit gesenkt werden, was dann beim Blick auf das Kabelende so aussieht:

   o         b1
 o   o    a2    b2
   o         a1

Beschaltung von ISDN-Dosen

Für die ISDN-Dosen werden sowohl IAE-4/IAE-8 als auch UAE-4/UAE-8 Dosen verkauft (alle RJ-45), wobei die Belegung sich dann wie folgt gestaltet:

IAE-4 / IAE-8

o o b2 a2 b1 a1 o o

UAE-4 / UAE-8

      b2  b1  a1  a2
8  7   6   5   4   3   2   1

Ethernet

Auf Coax-Verkabelung - wie sie bei 10BaseT Installationen verwendet werden - soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden, allerdings sind auch bei Twisted-Pair Verkabelungen einige Dinge zu beachten:

Maximallängen

• Die Maximallänge darf bei Ethernet ohne Verstärker 200 Meter auf keinen Fall überschreiten, üblicherweise wird als Maximallänge 100 Meter angegeben (siehe oben).
• Es gilt die im Ethernet Artikel beschriebene Einschränkung von 4 Hubs in Reihe (gilt nicht bei Verwendung von Switches).

Eigenfertigung von Kabeln

Bei der Selbstanfertigung von Ethernet Kabeln müssen folgende Punkte beachtet werden:

• Die Impedanz des Kabels muss 100 Ohm betragen
• Die Adernpaare müssen mindestens 6 Wicklungen pro laufendem Meter haben
• Der Gleichstromwiderstand darf auf 330 m nicht grösser als 28.6 Ohm seim
• Die Maximale Abschwächung darf auf 330 m nicht grösser als 16 db sein (bei 5 Mhz), wobei gilt: 16 db = 1/40 der Ausgangsleistung

Außerdem ist zu beachten, dass bei Patchkabeln neben den Knickradius des Kabels auch die Maximallänge variieren kann, da die Kabel ja frei liegen und daher störanfälliger sind. Kat. 5 Patch-Kabel werden daher in der Regel als UTP nur in einer Länge von bis zu 10 Metern verlkauft, darüber sind es üblicherweise S/UTP oder STP Kabel.

Kabelkategorie für Hausverkabelungen

Für höhere Anforderungen an die Schirmung sind bei größeren Leitungslängen Kabel der Kategorie 6 zu empfehlen, das gilt insbesondere für Gigabit Ethernet.

Bei der Hausverkabelung sind in der Regel größere Strecken zu überbrücken, die Kabelwahl hängt dabei jedoch stark von der Fertigungsqualität und wohl weniger von der Kategorie ab. So können Kat. 5 Kabel durchaus reichen, bieten jedoch für zukünftige Geschwindigkeitssteigerungen (in Richtung Gigabit und 10Gigabit Ethernet) nach oben hin wenig Spielraum.

In dieser Hinsicht empfiehlt sich also die Verwendung von Kabeln der Kategorie 6 oder gar 7. Das muss natürlich auch unter Berücksichtigung der baulichen Gegebenheiten erfolgen, wenn beispielsweise noch weitere singalführende Leitungen im gleichen Rohr liegen, die stark einstreuen könnten (z.B. TV/Radio).

Für die Außenverlegung von Netzwerkleitungen gibt es speziell dafür gefertigte Kabel, hier gilt dasselbe wie oben. Für kürzere Strecken sollten dafür (aus eigener Erfahrung mit 100Base-T) gute Kat. 5 Kabel völlig ausreichen.

1GBit Ethernet

Die Verkabelung in einem Gigabit Ethernet Netzwerk erfolgt üblicherweise (SOHO) ebenfalls als 1000BASE-T in Form von Twisted-Pair Kabeln (8adrig) und ist damit prinzipiell identisch mit der oben beschriebenen Verkabelung von 100MBit Ethernet. Lediglich bei den verwendeten Kabeltypen ist darauf zu achten, Cat6 oder (v.a. für Haus- und Außenverkabelungen) eventuell sogar Cat7 Kabel zu verwenden.

Die maximale Leitungslänge liegt - genau wie auch bei 10BASE-T und 100BASE-TX - bei 100 Metern (ohne Repeater).

Ausblick

Die Ethernet Entwicklung bleibt trotz des Siegeszuges schnurloser Netzwerke mitnichten stehen. Nach der Entwicklung des Gigabit Ethernet schien es zwar so, als ob dies die letzte Entwicklungsstufe unter Verwendung von Kupferkabeln sein würde, allerdings wird derzeit bereits an 10GBit Ethernet gearbeitet - sowohl über LWL als auch über Kupferkabel. und es wird auch schon über die nächste Stufe - 100GBit Ethernet - diskutiert.

Cat5 oder Cat6

Generell gilt: je hochwertiger und störungsunempfindlicher das Kabel ist, desto mehr Luft hat man bezüglich zukünftiger Ethernet Geschwindigkeitssteigerungen. In Anbetracht dessen dass bereits an 10 GBit über Kuperkabel entwickelt wird, würde ich persönlich insbesondere für die Hausverkabelung eher zu einer höheren Kategorie neigen. Für Patchkabel ist das ganze weniger relevant, da diese ja relativ schnell mal ausgetauscht werden können und die Kostenvorteile bei einer höheren Anzahl kurzer Kabel niedrigerer Kategorie (also 5 oder 5e) erfahrungsgemäß heftig sind.

Mehr Informationen dazu auch in obigem Abschnitt "Verkabelung" in diesem Artikel.