Benutzer:HH1946/Ethernetverkabelung

Ethernet Verkabelung

Dieser Artikel ist noch im Entstehen.

Der Artikel Ethernet ist derzeit schon ziemlich gross und enthält dennoch viele wünschenswerte Angaben zum Thema Verkabelung nicht. Um an einigen Stellen den Ethernet-Artikel straffen zu können und andererseits auch Platz für weitere Informationen zu bieten, habe ich diesen Artikel angefangen und hoffe auf tatkräftige Mithilfe.

Coaxial Verkabelung

10BASE5 Yellow Cable

Die ersten 10Mbps Ethernets verwendeten als "Äther" ein dickes, meist gelbes 10BASE5 Koaxialkabel (RG-8) mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm verwendet. Die einzelnen Kabelstrecken durften bis zu 500m lang sein. Mit Repeatern durften bis zu 5 ( Nach Vorgabe von DEC nur 3) solcher Kabel aneinander gereiht werden. Die Endgeräte wurden (mit einem Mindestabstand von 2,5m, insgeamt maximal 100 Teilnehmer) mit einem 10BASE5-Transceiver an diesem Kabel angeschlossen.

10BASE2 Thin Wire

Als billigere Variante beherrschte die Verkabelung mit den dünneren 10BASE2 Coaxial-Kabeln die 10Mbps Ethernets in den Büros. Die einzelnen Kabelstrecken gingen jeweils von Endgerät zu Endgerät. Am Endgerät befand sich ein T-Stück zum Anschluss von zwei Kabeln. Die über die T-Stücke zusammengeschlossene Kabellänge (Segmentlänge) durfte maximal 185 m betragen. Mit Repeatern durften solche Segmente aneinander gereiht werden oder unter Verwendung von Multi-port Repeatern auch zu mehrfach verzweigten Baumstrukturen ausgebaut werden. Auf dem Weg von einem Endgerät zu einem beliebigen anderen Endgerät durften dabei aber nie mehr als drei Repeater liegen.

Twisted Pair Verkabelung

Die Einführung von Bridges oder deren gereifte Nachfolger, Multiport-Bridges bzw Switches, eröffnete die Möglichkeit der Vollduplex-Kommunikation. Jedes Endgerät braucht hierfür ein eigenes Ethernetsegment als Verbindung zum Switch. Bei der Normung für 10Mbps Ethernet wurde als angemessene strukturierte Verkabelung im Stockwerk (=Tertiärbereich) das zumindest in USA vielfach als Telefonkabel verlegte Unshielded Twisted Pair Kabel (mehrere verdrillte Drahtpaare in einem Kabel, keine Abschirmungen) festgelegt. Ethernet verwendete zwei Paare von miteinander verdrillten Leitungen. Als Steckverbindung wurde RJ45 (deutsche Handelsbezeichnung), ein 8P8C-Modularstecker mit acht Kontakten ausgewählt wurde,

Auf diesen preiswerten (Telefon-, CAT-3-)Kabeln konnte die für den Einführungszeitpunkt phantastische Datenübertragungsrate von 10Mbps allerdings nicht über eine grosse Distanz gewährleistet werden. Daher wurden 100m als zulässiger Geräteabstand (= Linklänge, z.B. 5m Endgeräteanschlusskabel + 90m UTP-Kabel + 5m Geräteanschlusskabel zum Switch) festgelegt. Diese Festlegung wurde auch bei den Weiterentwicklungen für höhere Datenraten wenn möglich übernommen.

Bei der Weiterentwicklung von Ethernet für 1000Mbps und darüber hinaus werden die Anforderungen an die Übertragungsqualität in der Geräteverbindung (Link) und/oder die Anzahl der verwendeten Leiterpaare angehoben. Der Kabelaufbau ist nicht im Fokus der Ethernet-Standards. Ethernet fordert bestimmte Eigenschaften für die Signalübertragung (z.B. Link von Gerät zu Gerät in Kategorie 5). Ein Link wird aus Komponenten (Stecker, Kabel) mit der entsprechenden Qualitätskategorie unter Beachtung von (Längen-)Beschränkungen aufgebaut. Ein Cat-5-Kabel ist geeignet um einen Link der Kategorie 5 aufzubauen. Aber das Kabel allein bestimmt nicht die Qualität des Links.

10BASE-T

• 10BASE-T basiert auf AT&T StarLAN-10 und ist in IEEE 802.3 Clause 14 standardisiert. 10BASE-T verwendet für Senden und Empfang jeweils ein verdrilltes Leitungspaar eines CAT-3 oder CAT-5-Kabels. An den beiden Pins eines Paars liegt das Signal mit vertauschter Polarität an. Die Übertragungsrate (Basisband Manchestercode) ist 10 MBit/s. Physikalisch sind die Steckverbindungen als 8P8C-Modularstecker und -buchsen ausgeführt. Es gibt zwei unterschiedliche Pinbelegungen. Ein Endgerät sendet auf dem Paar an Pins 1/2 und empfängt an den Pins 3/6. Ein Netzwerkgerät (Switch oder Hub) verwendet zum Senden das Paar an 3/6 und empfängt auf den Pins 1/2. Dadurch ist für den Anschluss eines Endgeräts an ein Netzwerkgerät ein gerade durchverdrahtetes Kabel erforderlich.

100BASE-T

100BASE-T ist einerseits die Sammelbezeichnung für drei verschiedene Standards, andererseits aber auch das Synonym für den meistverbreiteten Standard 100BASE-TX

• 100BASE-TX ist in IEEE 802.3 Clause xx standardisiert. 100BASE-TX verwendet für Senden und Empfang (wie 10BASE-T) jeweils ein verdrilltes Leitungspaar eines CAT-5-Kabels (Betriebsfrequenz 100MHz). Die Übertragungsrate ist 100 MBit/s. Dieser Standard wurde zur Grundlage fast aller realiserten 100Mbps Ethernets.
• 100BASE-T4 setzt ein vierpaariges Übertragungsverfahren ein, die sog. 4T+-Codierung. Darüber hinaus nutzt es die 8B/6T-Codierung und als Übertragungsmedium UTP-Kabel der Kategorie 3. Dieser Standard hatte wenig Erfolg.
• 100BASE-T2 verwendet zwei Leitungspaare mit CAT-3-Kabels. Dieser Standard konnte sich nicht durchsetzen da 100BASE-TX sich bereits am Markt etabliert hatte.

1000BASE-T

• 1000BASE-T setzt ein vierpaariges Übertragungsverfahren ein und erfordert mindestens die Linkkategorie 5e (sorgfältig verlegte Cat5-kabel erreichen meist die Spezifikationen für 5e). Jedes Leitungspaar wird bidirektional genutzt. Der Sendepegel wird durch eine Kompensationsschaltung vom Empfangspegel abgezogen. So wird das Nah-übersprechen NEXT aus dem eigenen Sendesignal minimiert. Gegenüber sonstigen Störeinflüssen ((Alien Cross Talk) bzw. FEXT ist das Verfahren empfindlich. Die Qualitätsanforderungen sind bei Komponenten und Verlegung strikt einzuhalten. An Verlegung, Kabel und Stecker werden also Anforderungen gestellt, die über Kategorie 5 hinaus gehen! Auch die bei 100Mbps vielfach geübte Praxis den Link gesamten Link nur mit dem flexibleren, dünneren Geräteanschlusskabel aufzubauen, kann bei Längen über 10m problematisch werden. Um Sicherheitsreserven zu erzielen wird vielfach eine Cat6-Verkabelung (Betriebsfrequenz 250MHz) verwendet.
• 1000BASE-TX erfordert die Linkkategorie 6 und konnte sich nicht durchsetzen.
• 1000BASE-CX erfordert ein spezielles Kabel (???) und blieb ein Nischenprodukt

10GBASE-

• 10GBASE-CX4 wurde als Standard bereits 2004 festgelegt. Da der Standard 10GBASE-T erst wesentlich später festgelegt wurde, konnte sich die CX4 Variante zumindest in Rechenzentren erfolgreich etablieren. CX4 verwendet für Empfangen und Senden jeweils 4 verdrille und geschirmte Drahtpaare. IBX4-Kabel und Stecker werden auch für InfiniBand verwendet. Die Reichweite is auf 15m limitiert

• 10GBASE-T 10GBASE-T setzt ein vierpaariges Übertragungsverfahren ein und erfordert die Linkkategorie 6a (Betriebsfrequen 500MHZ) oder 7 (Betriebsfrequen 600MHZ). Geeignete Stecker sind GG45 (mechanisch kompatibel mit RJ45, Qualitätskategorie allerdings nur besser als 6 aber nicht unbedingt 6a) und TERA. Die Kabel sind zur Erreichung der Qualitätskategorie als S/FTP (oder ähnlich) Kabel ausgeführt. Wie bei 1000BASE-T wird jedes Leiterpaar bidirektional genutzt. Mit diesem Standard wird die Ethernet-typische Linklänge von (5+90+5)m erreicht. 2007 noch keine Verbreitung...

Topologie

Am Anfang des Ethernets steht ein Kabel. Mit Repeatern wird daraus eine Aneinanderreihung von Kabeln (Segmenten). Die Einführung von Brücken ändert daran nichts. Eine Brücke verbindet wie ein Repeater zwei Segmente. Allerdings filtert die Brücke dern Datenverkehr - nur Datenpakete die für die jeweils andere Seite bestimmt sind, durchqueren die Brücke. Multiport-Repeater fanden kaum Verbreitung weil Switches erfolgreich waren. Mit Multiport-Bridges oder Switches wird aus der Aneinanderreihung von wenigen Segmenten ein vielfach verzweigter Baum. In jedem Segment ist jetzt, zumindest in der Vollduplex Ausprägung, nur noch ein einziges Endgerät angebunden. Aber ein Switch kann sehr viele Anschlüsse (Ports, Interfaces) haben.

In einer Baumstruktur führt nur jeweils ein festgelegter Weg von einem Endgerät zu einem anderen. Das ist eine Gefahr für die Zuverlässigkeit. Jedes Ethernetsegment und jeder Switch auf diesem Pfad muss funktionieren. Um hier mehr Sicherheit zu schaffen, ist es wünschenswert die Baumstruktur durch eine Vernetzung zu ersetzen. In einer vernetzten Struktur gibt es mehrere Pfade von einem Punkt zu einem anderen. In einem modernen Ethernet ist eine vernetzte Verkabelungs-Struktur möglich. Für eine vernetzte Struktur wird ein Verwaltungsprozess eingesetzt, der in dem tatsächlich vorhandenen Netz solange Verbindungen blockiert bis aus dem Netz ein Baum wird Spanning-Tree-Protokoll. Die Wegewahl ist dadurch wieder eindeutig. Sollte allerdings einer dieser aktiven Wege versagen, wird der Verwaltungsprozess alternative Wege reaktivieren.