Twisted-Pair-Kabel
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Als Twisted-Pair-Kabel bzw. verseiltes Kabel werden in der Computertechnik Kabeltypen bezeichnet, bei denen die beiden Adern eines Adernpaares miteinander verseilt sind. Die verseilte Doppelader, die in der Telekommunikationstechnik verwendet wird, wird nicht unter dieser Bezeichnung geführt.
Es wurde ursprünglich für den Parallelanschluss des Druckers (die so genannte Centronics-Schnittstelle) verwendet. Heute werden entsprechende Kabel meistens in der Netztechnik eingesetzt, zum Beispiel bei Ethernet-Kabeln, strukturierten Verkabelungen oder in der Feldbustechnik.
Durch die Verseilung jeweils des Hinleiters mit dem Rückleiter einer Stromschleife (das Adernpaar) ist die Datenübertragung weniger störanfällig.
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[Bearbeiten] Leitungsaufbau
Twisted-Pair-Kabel bestehen aus je zwei miteinander verseilten (engl. twisted) Paar (engl. pair) Einzeladern.
Details:
- Ader: Kunststoffisolierter Kupferleiter. Bei Installations-/Verlegekabeln als starre Ader (Draht) mit einem üblichen Durchmesser zwischen 0,50 mm und 0,65 mm. Bei flexiblen Patchkabeln als Litze mit einem üblichen Durchmesser zwischen 0,40 mm und 0,50 mm. Häufig wird die Stärke des Kupferleiters auch in AWG (American Wire Gauge) angegeben; die üblichen Größen reichen dann von AWG27 bis AWG22 (je kleiner die AWG-Zahl, desto dicker der Leiter).
- Paar: Je zwei Adern sind zu einem Paar verseilt.
- Leiterbündel oder Seele: Bezeichnet die vier miteinander verseilten Paare. Bei mehr als einem Paar werden die Verseilungslängen mit Absicht unterschiedlich gewählt, um das Übersprechen zu verringern.
- Kabelmantel: Umfasst die Seele. Besteht aus PVC oder halogenfreiem Material.
- gegebenenfalls Schirm: Metallische Umhüllung von einzelnen Adernpaaren und/oder der Seele. Der Schirm besteht aus Metallfolie, metallisierter Kunststofffolie, Drahtgeflecht oder Kombinationen daraus.
Zusätzlich zu den Aderpaaren können weitere Elemente im Kabel vorhanden sein, wie zum Beispiel
- Beidraht als elektrische Masseleitung
- Fülladern aus Kunststoff zum Ausfüllen von Hohlräumen zwischen den Paaren
- Trennelemente aus Kunststoff, um die Paare auseinander zu halten
- Ein Kunststofffaden (zum Beispiel aus Nylon) zwischen Gesamtschirm und Kabelmantel, mit dem auf einfache Weise der Kabelmantel entfernt werden kann: Den Faden mit einer Zange festhalten und im spitzen Winkel zurückziehen. Der Faden schneidet dabei die Umhüllung auf, diese kann nun ohne Werkzeugeinsatz entfernt werden.
[Bearbeiten] Schirmung
Twisted-Pair-Kabel gibt es in zwei- und vierpaariger Ausführung. Bei aktuellen Netzinstallationen werden fast nur vierpaarige Kabel verwendet. Da die alten Bezeichnungen oft verwirrend oder sogar widersprüchlich sind, wurde mit der Norm ISO/IEC-11801 (2002)E ein neues Bezeichnungs-Schema der Form XX/YZZ eingeführt. Dabei steht
- XX für die Gesamtschirmung: U = Ungeschirmt, F = Foliengeschirmt, S = Geflechtschirm, SF = Geflecht- und Folienschirm;
- Y steht für die Aderschirmung: U = Ungeschirmt, F = Foliengeschirmt, S = Geflechtschirm;
- ZZ steht immer für TP = Twisted Pair
[Bearbeiten] UTP (Unshielded Twisted Pair)
Neue Bezeichnung nach ISO/IEC-11801 (2002)E: U/UTP
Kabel mit ungeschirmten Paaren und ohne Gesamtschirm. Im deutschsprachigen Raum werden UTP-Kabel kaum eingesetzt, weltweit sind es jedoch die meistverwendeten Kabel für Ethernet-LANs (> 90%). Für Übertragungsverfahren bis Gigabit Ethernet reicht ein UTP-Kabel der Kategorie 5e aus. Erst für zukünftige Technologien werden geschirmte Kabel benötigt (10 Gigabit Ethernet), aber auch hier wird es einen Standard geben, der mit UTP-Kabeln funktioniert - allerdings mit der Einschränkung, dass nur geringere Reichweiten möglich sein werden. Im Gespräch sind bis zu 50 m auf UTP-Kabeln gegenüber 90 m auf STP-Kabeln.
Ein UTP-Kabel ist wegen seines geringen Außendurchmessers und der fehlenden Schirme einfach zu verarbeiten und in der Regel preisgünstiger als STP-Kabeltypen.
[Bearbeiten] FTP (Foiled Twisted Pair)
Neue Bezeichnung nach ISO/IEC-11801 (2002)E: U/FTP
Die Adernpaare sind mit einem metallischen Schirm (meist eine aluminiumkaschierte Kunststofffolie) umgeben. Bei Schirmung jeweils eines Paares spricht man auch von PiMF (Paar in Metallfolie), umfasst der Schirm zwei Paare wird dies auch als ViMF (Vierer in Metallfolie) bezeichnet. Die aktuelle Version der EN50173-1 bezeichnet diese Kabel mit FTP. Durch diese zusätzliche Schirmung besitzt das FTP-Kabel einen geringfügig größeren Außendurchmesser und ist dadurch schlechter zu verlegen (größerer Biegeradius) als UTP-Kabel. Das Übersprechen zwischen den einzelnen Adernpaaren kann jedoch durch die Schirmung verringert werden (siehe auch Elektromagnetische Verträglichkeit).
[Bearbeiten] S/FTP / SF/FTP (Screened Foiled Twisted Pair)
Neue Bezeichnung nach ISO/IEC-11801 (2002)E: S/FTP (Geflecht), F/FTP (Folie), SF/FTP (Geflecht+Folie)
Aufbau wie bei FTP, jedoch mit zusätzlicher metallischer Gesamtschirmung um die Leiterbündel. Der Gesamtschirm kann als Folie oder als Drahtgeflecht oder aus beidem zusammen ausgeführt sein. Gemäß aktueller EN50173 werden diese Kabel mit einem F für einen Folienschirm bezeichnet, ein S steht für einen Kupfergeflechtschirm. Der Bedeckungsgrad des Geflechts sollte über 30% liegen, damit niedrige Frequenzen gut abgeschirmt werden.
[Bearbeiten] S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair)
Neue Bezeichnung nach ISO/IEC-11801 (2002)E: S/UTP
Aufbau wie bei UTP, jedoch mit zusätzlichem metallischen Schirm um die Leiterbündel. Der Gesamtschirm kann als Folie oder als Drahtgeflecht oder aus beidem zusammen ausgeführt sein. Besteht der Gesamtschirm nur aus einer Folie, wird so ein Kabel auch als F/UTP-Kabel bezeichnet; besteht der Gesamtschirm aus Folie + Drahtgeflecht auch als SF/UTP-Kabel.
[Bearbeiten] ITP (Industrial Twisted Pair)
Besonders gut geschirmtes Twisted Pair Kabel für industrielle Zwecke.
[Bearbeiten] Ungeschirmt oder geschirmt?
Bei Verwendung ungeschirmter Kabel oder Steckverbinder besteht wegen der eingesetzten Trenntransformatoren im Signalweg zwischen den Netzgeräten keine Masseverbindung. Bei differenzieller bzw. symmetrischer Signalübertragung ist eine Masseverbindung unerwünscht, da sonst der größte Vorteil der differenziellen Signalübertragung aufgehoben würde: Die hohe Resistenz gegenüber durch Magnetfelder induzierte Störspannungen. Diese wirken zwar auf das verdrillte Leitungspaar, heben sich jedoch auf. Daher beinhalten z. B. Netzwerkkarten im Signalweg immer einen Trenntransformator mit hohem Isolationsvermögen.
In der Realität bilden sich leicht Potenzialinseln, die eine massebezogene, asymmetrische Signalübertragung beeinträchtigen. Dadurch können über die Masseleitung ggf. hohe Ausgleichsströme zwischen den Potenzialinseln fließen und sich zudem (ungünstige) „Erdschleifen“ bilden.
Bei der weit verbreiteten Schutzklasse I ist lokal am Gerät die Gehäusemasse mit dem Schutzleiter verbunden und somit abhängig vom Erdungspotential.
Diese kann zum Beispiel von Gebäude zu Gebäude leicht unterschiedlich sein, weshalb Verbindungen zwischen unterschiedlichen Gebäuden oder Gebäudeabschnitte, die über verschiedene Hauptversorgungen geerdet sind, über potentialfreie (z.B. Lichtwellenleiter, Funk) oder elektrisch symmetrisch ausgeführte Verbindungen (Trenntransformatoren oder Optokoppler auf Empfänger- und Senderseite im Signalweg) ausgeführt werden. Nur so ist ein stabiler Betrieb gewährleistet.
Ist dies nicht der Fall (elektrisch asymmetrische Verbindung), kann es durch die auftretenden Potentialunterschiede (dauernd hoher Ausgleichsstrom, Hochspannung z. B. bei Gewitter) zu Schäden an Switchports und Netzwerkkarten sowie abhängig vom auf dem Schirm anliegenden Störpotential zu transienten Übertragungsproblemen kommen. In diesem Zusammenhang tauchen häufig die Begriffe Schirmung und Erdung auf. Beides sind zwei völlig verschiedene Dinge.
Eine Schirmung dient dazu, die Immunität zu verbessern und die Störaussendung zu unterdrücken. Bei einer Verkabelungsstrecke muss der Schirm auf beiden Seiten an den jeweiligen Komponenten aufgelegt werden. Ideal sind 360° Kontaktierungen. Die Idee ist das Prinzip eines geschlossenen Faradayschen Käfigs.
Der Schirm als solches muss einmal an den Potentialausgleich angeschlossen werden. Das wird in der Regel durch das Patchpanel realisiert, welches an den lokalen Potentialausgleich (im Schrank) angeschlossen ist.
Ein zusätzlicher Potentialausgleich für die Anschlussdosen wird gemäß den zuständigen Normen EN 50310 und EN 50714-2 nicht benötigt. Man kann diesen jedoch z. B. als Teil eines vermaschten Potentialausgleichssystems zusätzlich vornehmen.
Für die Schirmung spricht die wirkungsvolle Dämpfung der emittierten Störabstrahlung. Sie begünstigt die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Somit werden Wechselwirkungen vermindert und die Anlage entspricht eher den gesetzlichen Anforderungen.
Wie wichtig die Schirmung ist, zeigt die Entwicklung bei 10 Gigabit Ethernet über Kupfer (IEE 802.3an). Durch die Erweiterung auf fast 500 MHz findet ein Übersprechen zwischen den einzelnen Kabeln und Komponenten statt. Diese wird mit dem Parameter ANEXT ausgedrückt.
Alle UTP Systeme scheitern bisher daran. Heutige Systeme erreichen ca. 33 im Link und 37 im Channel. Daher müssen alle Systeme erneuert werden. Diese sind aber mit 9mm dicken Kabeln und Patchkabel aus Drähten anstatt Litzen nicht nur sehr „steif“, sondern benötigen auch erheblich mehr Platz.
Das zweite Problem ist das Umgebungsrauschen. Alle Geräte, die im Frequenzbereich des Systems arbeiten, sind potentielle Störer. IEEE 802.3an hat daher eine maximale Background Noise von -150 dBm definiert. Dieser Wert ist nur mit einer Schirmung zu gewährleisten.
[Bearbeiten] Kategorien
Für eine leichtere Klassifizierung der einzelnen Kabel wurden Kategorien definiert, die jeweils einem spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Die Kategorien 1 und 2 sind nur informell definiert; die Kategorien 3 und 4 sind kommerziell nicht mehr relevant (aber in Altinstallationen noch anzutreffen). Im Folgenden finden sich die sieben definierten Kategorien:
[Bearbeiten] Kategorie 1
Cat-1-Kabel sind auf maximale Betriebsfrequenzen bis 100 kHz ausgelegt und sind deshalb für die Datenübertragung ungeeignet. Sie werden zur Sprachübertragung, zum Beispiel bei Telefonanwendungen, verwendet.
[Bearbeiten] Kategorie 2
Cat-2-Kabel sind für maximale Frequenzen bis 1 oder 1,5 MHz geeignet; sie werden zum Beispiel für eine Hausverkabelung beim ISDN-Primärmultiplexanschluss verwendet.
[Bearbeiten] Kategorie 3
Cat-3-Kabel sind ein häufig in den USA verlegter Typ. Cat-3 war in Amerika für lange Zeit der Standardkabeltyp bei allen Telefon-Verkabelungen. Es sind nicht abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel, die auf maximale Betriebsfrequenzen von 16 MHz ausgelegt sind und für Übertragungskapazitäten von bis zu 16 Mbit/s verwendet werden. Cat-3-Kabel haben drei Wicklungen pro Zoll für jedes verdrehte Paar von Kupferleitern. Eine andere Eigenschaft ist, dass die Leitungen mit Kunststoff (Perfluor, FEP) isoliert werden, so dass eine niedrige Streuung auftritt. Dies ist auch wichtig bei der Verlegung des Kabels, so sollte CAT3 bei der Verlegung von Telefonkabel immer gegenüber CAT5 bevorzugt werden, da CAT3 einen höheren Widerstand gegenüber CAT5 vorweisen kann, und damit die Signalübertragung für Telefonanlagen etc. leichter zu identifizieren ist.
Die Kabel sind ISDN-tauglich. 10 MBit Ethernet (10BaseT) kann problemlos auf Cat-3 Kabel betrieben werden, zusätzlich wurde der 100BaseT4 Standard entwickelt. Er ermöglicht 100 Mbit/s auf bestehenden Kategorie 3 Installationen, wobei alle vier Adernpaare verwendet werden - 100BaseT4 hat außerhalb von Amerika praktisch keine Verbreitung.
Cat-3-Kabel werden heute kaum noch im Verkauf angeboten. Meist werden Cat-5-Kabel verwendet.
[Bearbeiten] Kategorie 4
Cat-4-Kabel sind ein häufig in den USA verlegter Typ. Cat-4 bot nur einen kleinen Fortschritt in der Geschwindigkeit im Vergleich zu Cat-3 an und wurde im allgemeinen zugunsten von Cat-5 ignoriert. Über Cat-4-Kabel können 20 Mbit/s übertragen werden.
[Bearbeiten] Kategorie 5
Cat-5-Kabel sind die heute überwiegend anzutreffende installierte Basis; sie werden für Signalübertragung mit hohen Datenübertragungsraten benutzt. Die spezifische Standardkennzeichnung ist EIA/TIA-568. Cat-5-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 100 MHz bestimmt. Wegen der hohen Signalfrequenzen muss bei der Verlegung und Montage, insbesondere bei den Anschlussstellen der Adern, besonders sorgfältig gearbeitet und die Herstellervorgaben eingehalten werden.
Kabel der Kategorie 5 werden häufig bei strukturierten Verkabelungen von Computernetzen wie zum Beispiel Fast- oder Gigabit-Ethernet verwendet. Dies hat die weite Verbreitung von 1000Base-T (Gigabit Ethernet) gefördert, da hierzu lediglich eine Cat-5-Leitung benötigt wird.
Das Cat-5e-Kabel ist eine genauer spezifizierte Version von Cat-5, die hauptsächlich im deutschsprachigen Raum Europas für die Verwendung in Langstrecken-100Base-T-Netzverbindungen zum Tragen kommt. Ordentlich vorgenommene Installationen, die ursprünglich als Cat-5 installiert und abgenommen wurden, erfüllen meist auch die Norm Cat-5e.
Cat-5e-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 100 MHz bestimmt. Sie müssen die Spezifikation EIA/TIA-568A-5 erfüllen, die allerdings mittlerweile durch die Spezifikation EIA/TIA-568B abgelöst wurde. Die Bezeichnungen EIA/TIA-568A und EIA/TIA-568B werden aber auch informell verwendet, um die beiden in diesem Standard festgelegten Zuordnungen der farblich gekennzeichneten Adernpaare zu den Anschlusskontakten des RJ45-Steckers zu bezeichnen; dies sagt in diesem Falle jedoch nichts über die Übertragungsqualität aus.
Die Prüfwerte für Kabel und Stecker Cat-5e EIA/TIA-568A-5 entsprechen den neueren Werten nach Class D aus ISO/IEC 11801:2002 oder EN 50173-1:2002.
Desweiteren gibt es sogenannte fastCat5-e Kabel, die die Leistungsanforderungen der Cat-5 Norm übertreffen.
[Bearbeiten] Kategorie 6
Das Cat-6-Kabel wird durch die EN50288 definiert. Cat-6-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 250 MHz bestimmt. Bei größeren Längen leidet die Übertragungsgeschwindigkeit, geringe Überlängen sind aber je nach Außeneinflüssen unbedenklich. Sicherheit gibt letztlich die Überprüfung mit einem entsprechenden Testgerät, das die Einhaltung der Grenzwerte der aktuellen EN50173-1, IS 11801, bzw. der EIA/TIA 568B2.1 verifiziert.
Anwendungsfelder für Cat-6 sind Sprach- und Datenübertragung sowie Multimedia und ATM-Netze.
Neuer sind Kabel nach CAT6a oder CAT6e.
[Bearbeiten] Kategorie 7
Cat-7-Kabel haben vier einzeln abgeschirmte Adernpaare (Screened/Shielded Twisted Pair S/STP) innerhalb eines gesamten Schirms. Cat-7-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 600 MHz bestimmt. Wie wichtig der Investionsschutz ist, zeigt 10 Gigabit Ethernet. Heutige Cat-7 Kabel erfüllen alle Anforderungen von IEEE 802.3an mit einer erheblichen Marge und sind sofort betriebsbereit.
Die entsprechenden Stecker GG-45 sind abwärtskompatibel zu RJ-45, allerdings wird dann höchstens Cat-6 erreicht. Es gibt auch Cat-7 Stecker, die bis 1,2 GHz ausgelegt sind (TERA).
[Bearbeiten] Siehe auch
- Twisted Quad
- RJ-XX (Steckverbindernorm für Ethernet über Twisted-Pair)
- TERA (einziges Cat. 7 Steckersystem, das nicht auf dem RJ-XX Standard beruht)
- Skew Delay
- Patchkabel
- Crosskabel
- Auflegestandard
- Cat5-Zertifizierung
- IEEE P802.3an (10GBASE-T) Task Force
