Fachbeitrag «Ethernetverkabelung»

Netzwerktheorie

Dieser Fachbeitrag ist eine Einführung in die Ethernet-Netzwerktechnik-Grundlagen. Mit Ethernet meint man Hardware wie Kabel, Kopplungselemente etc. Software wie z.B. Protokolle. Ethernet ermöglicht den Datenaustausch in Form von Datenpaketen zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten wie PC, Server, Drucker etc. Derzeit sind Übertragungsraten von 10 Mb/s, 100 Mb/s (Fast Ethernet), 1000 Mb/s (Gigabit-Ethernet), 10, 40 und 100 Gb/s spezifiziert.

1. Simplex - Halfduplex - Duplex

Damit werden die drei verschiedene Arten der Punkt-zu-Punkt Datenübertragung und Richtungsabhängigkeit von Kommunikationskanälen beschrieben:

2. Netzwerktopologien

Die Topologie bezeichnet bei einem Computernetz die Struktur der Verbindungen mehrerer Geräte untereinander, um einen gemeinsamen Datenaustausch zu gewährleisten. Es fehlen in dieser Aufzählung die vermaschten Netzte (wie z.B das Internet) und baumartige Strukturen.

3. Leiterarten

Draht

  • Starr, bricht bei mehrmaligem Biegen
  • Billiger in der Produktion
  • Stabiler beim Verlegen durch Kabelkanäle
  • Lässt sich nicht crimpen (Siehe RJ45-Steckerherstellung)
  • Verwendung in UGV-Verkablungen: Universelle Gebäudeverkabelung = Strukturierte Verkabelung

Litze

  • Flexibel, bricht nicht bei mehrmaligem Biegen
  • Aufwändiger und darum teurer in der Produktion
  • Verlegen durch Kabelkanäle kaum möglich
  • Lässt sich crimpen (Siehe RJ45-Steckerherstellung)
  • Verwendung bei Patch-Kabeln

Glasfaser

  • Starres Kabel das bei zu engem Biegeradius bricht
  • Billiger in der Produktion aber teuer in der Weiterverarbeitung (Stecker)
  • Lässt eine hohe Datenübertragung zu

4. Kabel vor Störungen schützen

  • Abschirmung: [Shielding/Screening] Der Faradaysche Käfig ist eine allseitig geschlossene Hülle aus einem elektrischen Leiter (z. B. Drahtgeflecht oder Blech), die als elektrische Abschirmung wirkt.
  • Verdrillte Leitungspaare: [Twisted Pair] Störungen wirken auf beide Drähte gleichzeitig und heben sich dank der verdrillten Paar-Anordnung gegenseitig auf.
  • U=Unshielded (Ungeschirmt)
  • S=Shielded oder Screened (Geflechtschirm, gegen niederfrequente Störungen)
  • F=Foiled (Folienschirm, gegen hochfrequente Störungen)
  • SF=Screened & Foiled
  • TP=Twisted Pair (Verdrillte Aderpaare)

Screened: Schirm über das ganze Kabel
Shielded: Schirm über die verdrillten Aderpaare

Beispiel:

  • S/STP = Screened / Shielded Twisted Pair
  • SF/STP = Screend-Foiled / Shielded Twisted Pair

5. Verdrahtung von Ethernetkabel

Gezeigt wird das sog. Farbschema T568B. Alternativ gibt es auch das Farbschema T568A, auf das hier nicht weiter eingegangen wird.

  • 100 BASE TX besteht aus TX-Leiterpaar (T=Transmit) und RX-Leiterpaar (R=Receive)
  • 1000 BASE T besteht aus 4 Leiterpaaren D1+, D1-, D2+, D2-,D3+, D3-,D4+, D4-

Eine kleine Anekdote zu der etwas eigenartigen Verdrahtung des RJ45-Steckers
Wie aus dem obigen Bild ersichtlich, schiebt sich das blaue Aderpaar zwischen das Grüne. Elektrisch gesehen sicher kein Mehrwert. Woher kommt es dann? Wie oft bei solchen Dingen, ist dies mit einer historischen Entwicklung zu erklären:
Es war einmal die Telefon-Zweidrahtleitung. Beim Verdrahten des 2-poligen Telefonsteckers bzw. genormten Buchse oder auf Englisch Registered Jack, kurz RJ, musste der Elektriker sich nicht allzusehr darum kümmern, welche Drähte in welche Buchsen gestopft werden – es funktionierte immer. Als man dann zwei Telefongespräche über ein einziges Kabel schicken wollte, musste man nur um zwei Drähte aufstocken. Um sich nicht plötzlich über Falschverpolung zu sorgen, wurden die beiden Drähte einfach ausserhalb des ursprünglichen Kabelpaars angeordnet und man konnte den Stecker sozusagen unbeschwert auch verkehrt einstecken.  Als dann Ethernet in den Büros Einzug hielt, damals nur auf zwei Aderpaare beschränkt, wollte man Telefon und Ethernet über dieselbe Leitung betreiben, also fügte man links und rechts der bestehenden vier Verbindung je ein Aderpaar hinzu. Der 8-polige Stecker war erfunden und ist auch heute noch unter der Bezeichnung RJ45 bekannt. Dank der speziellen Verbindungsanordnung ist aber immer noch der «alte» Telefonstecker RJ11 ohne Probleme in eine RJ45-Buchse «mittig» einsteckbar. Das analoge Telefon hat ja bekanntlich zugunsten der IP-Telefonie ausgedient, die schräge Kabelanordnung ist aber geblieben und wenn sie nicht gestorben sind, dann leben sie noch heut‘

6. RJ45-Steckerherstellung

  • Die Kabel müssen aus Litze sein, sonst funktioniert das Crimpen nicht
  • Beim Einführen der Litzenkabeln unbedingt die Farbreihenfolge beachten
  • Die Litzen werden nicht abisoliert
  • Das fertige Kabel vor dem Einsatz testen

Geschirmte Kabel wie z.B. das S-UTP-Kabel (Screened Unshielded Twisted Pair) benötigen RJ45-Stecker mit Abschirmung. Man erkennt diese an den spiegelnden Oberflächen.
Bei ungeschirmten Kabeln wie das UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair) genügen RJ45-Stecker ohne Abschirmung. Man erkennt diese an ihren Oberflächen aus durchsichtigem Kunststoff.

7. RJ45-Steckdosenherstellung

Die RJ45-Steckdosen oder Buchsen sind Teil der Universellen Gebäudeverkabelung UGV, die mit Ethernet-Drahtkabel ausgeführt wird. Je nach Anwendung sind verschiedene Ausführungen erhältlich:

  • Leiterplattenmontage, Lötpins/fahne
  • Schraubverbindungen
  • IDC-Schneidklemmen (Insulation Displacement Connector / Isolierungsverdrängungsverbinder) bei Gerätebuchsen für Fronteinbau in Patchpanels

8. Straight Through oder Crossover

  • Kabel 1:1 (Straight Through) verdrahtet (PC zu Switch) bedeutet:
    Transmit-Pair: Senden mit Senden verbunden
    Receive Pair: Empfangen mit Empfangen verbunden
  • Kabel ausgekreuzt (Crossover) verdrahtet(Uplink oder PC zu PC) bedeutet:
    Senden verbunden mit Empfangen
    Empfangen verbunden mit Senden

9. Ethernet-Medientypen

Die verschiedenen Ethernet-Varianten unterscheiden sich in Übertragungsrate, den verwendeten Kabeltypen und der Leitungskodierung:

10 Universelle Gebäudeverkabelung

Die UGV (Universelle Gebäude Verkabelung) bzw. «Strukturierte Verkabelung» stellt einen einheitlichen Aufbauplan für Verkabelungen dar und ist Teil der technischen Infrastruktur einer Liegenschaft.

  • Der Primärbereich ist die Verkabelung der Gebäude eines Standortes untereinander und wird auch als Campusverkabelung bezeichnet.
  • Der Sekundärbereich ist die vertikale Stockwerkverkabelung, also die Verkabelung der Stockwerke eines Gebäudes untereinander und wird auch als Steigbereichverkabelung oder als Gebäudeverkabelung bezeichnet.
  • Der Tertiärbereich ist die horizontale Stockwerkverkabelung, also die Verkabelung innerhalb der Stockwerke eines Gebäudes und wird auch als Etagenverkabelung bezeichnet.
  • Patchpanels für Kupfer- und Glasfaserkabel sind verschieden grosse Verteilerfelder und stellen je nach benötigter Menge entsprechend viele Anschlüsse (Anschlussdosen) zur Verfügung.
  • Patchkabel für die Rangierungen zwischen Patchpanels oder Patchpanel und Switch's oder Anschlusssteckdose und Endgerät.

11. Das Logisches Layout und der Verkabelungsplan

In der Netzwerktechnik unterscheidet man zwei Arten von Topologien:  Die logische und physische Topologie. Man spricht auch von logischem Layout und physikalischem Layout (=Verkabelungsplan).
Das logisches Layout hat mehr den Aspekt eines logischen Aufbaus und soll aufzeigen, welche Komponenten (PC, Server, Switch, Router) wie miteinander verbunden sind. Die Kabelführung, UGV (Universelle Gebäudeverkabelung) oder Patchkabel ist hier nicht von Bedeutung. Anders sieht das beim Verkabelungsplan aus. Hier ist die Verkabelung anhand eines Gebäudegrundrisses dokumentiert. Es soll daraus auch ersichtlich sein, ob die Verbindung als UGV oder Patchkabel realisiert wird. Generell gilt: Festinstallationen werden als UGV ausgeführt und zwar von Netzwerksteckdose zu Netzwerksteckdose. Die Komponenten werden mit Patchkabeln an die Netzwerksteckdosen (oder Patchpanels) angeschlossen. Der Gebäudeverkabelungsplan soll dem Installateur aufzeigen, wie er das Gebäude zu verkabeln hat. Wichtig ist, dass logisches Layout und Verkabelungsplan übereinstimmen bezüglich Anschluss und Beschriftung der Komponenten.
Im folgenden  nun ein Beispiel:

Das logische Layout

Das entsprechende physikalische Layout:

Und der Verkabelungsplan (Auftrag für den Elektroinstallateur)