Physische Netzwerke

Allgemein zu Kabel

Die Kalbelimpedanz gibt den Wellenwiderstand des Kabels an. Die Dämpfung bezeichnet die frequenzabhängige Abschwächung des Signals im Kabel, wodurch eine Signalverzerrung entsteht (je höher die Frequenzen, desto höher ist die Dämpfung). Mit Signaljitter werden Taktschwankungen des Signals bezeichnet. Sinalrauschen kann durch interne oder externe Störsignale entstehen (dagegen hilft meist eine Abschirmung des Kabels - je besser die Abschirmung ist, desto höher ist der sogenannte "Störabstand").

Allgemein wird zwischen

• Primärverkabelung (Gabäude-, Geländeverkabelung),
• Sekundärverkabelung (zB. Verbindung von Stockwerken) und
• Tertiärverkabelung (Anschluss von Endgeräten)

unterschieden.

Ethernet-Verkabelung

Anwendung finden meist Koaxialkabel (Impedanz 50Ohm), Twiste-Pair(meist 100 Ohm) (beide mit elektrischer Leitfähigkeit) und Glasfaserkabel/Fibre Optic Cable (optische Leitfähigkeit).

Koaxialkabeln

Koaxilakable waren das ursprüngliche Übertragungsmedium. Die Kabeln unterschieden sich in ihrer Qualität und folglich auch in der maximal spezifizierten Bandbreite bzw. Reichweite (Thick Coax 10Base-5 mit 500m VS Thin Coax mit nur 185m, dafür ist Thin Coax auch billiger und wird auch Cheapernet). Als physischer Bus werden die Kabeln z.B. über so genannte BNC-T-Stecker

und Kabel verbunden (British Naval Connector, Anschlussstecker für Koaxialverbindungen).

Die Enden der Verkabelung werden über einen Endwiderstand abgeschlossen (Terminator) um Reflexionen an den Kabelenden, die zu Fehler führen können, zu vermeiden.

Über das Koaxkabel steht nur 1 Übertragungskanal bereit (d.h. es kann immer nur Information in die eine oder andere Richtung fließen - also nicht gleichzeitig, allgemein genannt half-duplex Betrieb).

Twisted Pair

In den 90er Jahren wurde die Ethernetspezifikation für (Unshilded)-Twisted- Pair Kabel (UTP, verdrillte Leitungen) erweitert (8 Adern zu je 4 Paaren sind verdrillt). Die verdrillten Leitungen sind nicht abgeschirmt (unshilded). Die zugehörigen Stecker werden RJ45-Stecker genannt.

Sind wie unten im Bild die Leitungspaare zueinander abgeschirmt, werden die Kabel STP (Shielded TP) genannt. Ist das ganze Kabel abgeschirmt, fügt sich ein "S/" (shielded) vor die eigentliche Bezeichnung, also S/UTP bzw wie hier im Bild ein S/STP Kabel - also sowohl die Leitungspaare als auch das ganze Kabel selbst sind abgeschirmt. Übertragungsgeschwindigkeit, Reichweite und negative Einflüsse von Außen lassen sich durch Abschirmung optimieren. ITP (Industrial Twisted Pair - wie S/STP aber mit nur 2 Adernpaare)

S/STP-Kabel

Mit Twisted-Pair Kabeln stehen für das Senden bzw. Empfangen eigene Kanäle zur Verfügung, d.h., es kann gleichzeitig gesendet und empfangen werden - full-duplex).

Duplex bezeichnet so die Art der Kommunikation. Halbduplex lässt die Kommunikation nur in die eine oder andere Richtung zu einem Zeitpunkt zu. Vollduplex bietet eine gleichzeitige Zweirichtungskommunikation. Dieses Verhalten kann mit früheren Soundkarten verglichen werde, dort war es anfangs auch nur möglich entweder aufzunehmen oder abzuspielen. Heutzutage lässt sich jede billig-Soundkarte im Vollduplex-Modus betreiben - z.B. ist dies ja für Internettelefonie nötig.

(Gerätemanager - ist der Wert auf auto, steht das für auto-sensing, d.h. die Karte handelt sich mit der daran angeschlossenen Komponnente die Geschwindigkeit und den Duplex-Modus eigenständig aus)

Der Sendekanal (transmit - Tx) und der Empfangskanal (receive - Rx) sind also getrennt auf je einem Adernpaar. Kollisionen lassen sich durch gleichzeitige Verwendung der Tx und Rx Leitung erkennen. Verbindet man 2 Rechner direkt miteinander, wird ein Cross-Overkabel verwendet, bei dem die Rx und Tx Leitungen an einem Ende verkreuzt sind. Werden mehrere Rechner miteinander verbunden, wird meist auf eine zentrale Vermittlungsstation in Form eines Hubs oder Switchs zurückgegriffen. Einige Komponenten lassen sich intern kreuzen über die Schalternkombinationen DTE(ein)/DCE(aus) oder MDI(aus)/MDI-X(ein), steht ein "auto" davor, z.B. auto MDI-X, wird dies automatisch erledigt.

Glasfaserkabeln

Die limitierte Reichweite der Kupferkabel führte zur Einführung von Glasfaserkabel. Bei Glasfaserkabeln wird der Strom sozusagen in Lichtimpulse zur Übertragung gewandelt und von außen nicht durch elektrische oder elektromagnetische Störungen beeinflusst. Informationsübermittlung erfolgt über 2 Phasern (Wellenlänge Ethernet: 850, Wellenlänge Fast-Ethernet: 1350)

ST- (Steckverschluss, verbinden jeweils 1 Faser, d.h. zur "bidirektionalen" Übertragung werden 2 Stecker benötigt) und SC-Stecker (Drehverschluss, 1 Stecker verbindet 2 Fasern):

Kabelklassen und Bezeichnungen

Aufgrund der Bandbreite werden Kabeln in unterschiedliche Klassen eingeteilt. Die maximale theoretische Bandbreite beträgt für Binärsignale (Digitalsignale) "2 Bit pro Hertz (hz)".

Je größer die Bandbreite, desto mehr Informationen können übertragen werden. Die Geschwindigkeitsangaben werden meist im "Bit pro Sekunde" angegeben (bps für bits per second bzw Mbps für megabits per second, und gibt die Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde an) - (vgl. 1 Baud entspricht 1er Signaländerung pro Sekunde = Abtastrate, diese muss nicht mit der Bitrate übereinstimmen (nur wenn 1 Bit pro Sekunde übertragen wird, entspricht die Bitrate der Baudrate)).

z.B. Class A: bis 100 kHz, Class B bis 1 MHz, Class C bis 16 MHz, Class D bis 100 MHz (dies hat natürlich nichts mit den IP-Klassen zu tun) und deren Reichweite je nach Kategorie und Bandbreite (in Hz): Die Einteilung aufgrund von Kabel und zugehörenden Steckverbindungen wird Kategorien genannt (cat.):

Aufschlüsselung der Bezeichnungen:

xBASE........ x gibt die mbit an (Megabit per Sekunde), also die Übertragungsgeschwindigkeit
BASE...baseband (Basisband)
F steht für... Fibre (Glasfaser)
T steht für... Twisted Pair, T4... 4 solcher verdrillten Paare
L steht für... long wavelegth (Wellenlänge, also: optisch)
S steht für... short wavelegth (Wellenlänge, also: optisch)
FL... fibre link (also: optisch)
FP/FB (nicht mehr in Gebrauch) P... passive, B... backbone
CX...Copper Twinax

Um nun die verschiedenen Geschwindigkeiten von 10/1000/1000mbit abwärtskompatibel zu machen, wurde die auto-negotation Funktion entwickelt. Bauteile, die diese Funktionalität aufweisen, wählen automatisch die größtmögliche Geschwindigkeit bei der Übertragung über das auto-negotiation-protokoll (ANP). Das Aushandeln der Übertragungsgeschwindigkeit findet am Anfang - bei der Initierung der Übertragung - statt. Wird folglich eine 10/100mbit Netzwerkkarte mit einer 1000mbit Netzwerkkarte verbunden, einigen sich beide auf eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100mbit. Für Gigabit-Ethernet ist auto-negotation verpflichtend vorgeschrieben.

10GE

Das Ende der Fahnenstange ist aber mit 1000mbit (1Gbit) noch nicht erreicht . Standards wie 10GBase-SX und 10GBase-LX - also mit 10.000mbit - sind über Glasfaserkabel möglich. (Ethernet-LAN nun für Ethernet-MANs/Ethernet-WANs voll geeignet (Standard: IEEE 802.3ae)). Auch auf Kupferleitungen laufen mittlerweile (2007)  40GbE, also 40 Gigabit pro Sekunde (Brutto: 5.120 Megabyte pro Sekunde) bzw per Lichtwellen Leiter mit 100 Gigabit pro Sekunde (12 800 Megabyte pro Sekunde): genauer Standard: 802.3ba

RJ45 Stecker für UTP-Kabel

RJ45 Stecker mit 8 Steckkontakten (auch Westernstecker genannt)

Pinbelegung und Adernpaare des RJ-45 Steckers.

Beispiel Pinbelegung Ethernet-10Base T / 100Base TX

1. Transmit Data TX+
2. Transmit Data TX -
3. Receive Data RX +
4. nicht genutzt -
5. nicht genutzt +
6. Receive Data RX -
7. nicht genutzt +
8. nicht genutzt -

Unterschiedliche Technologien nutzen auch unterschiedliche Pinbelegungen:

• Token Ring verwendet die mittleren Paare GRÜN, ROT
• 10BaseT, 100BaseTX GELB, ROT
• 100BaseT4 alle Paare
• ISDN verwendet die mittleren Paare GRÜN, ROT (wie Token Ring )
• ATM verwendet die äußeren Paare GELB und PURPUR