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Netzwerkanalyse

Verkabelung von Netzwerken

Auf dem Layer 1 des OSI-Modells finden wir die Netzwerkkabel und Steckverbinder. Die Datenübertragung kann entweder über elektrischen Strom (Kupferkabel) oder über Licht (Glasfaserkabel) erfolgen.

Bei der Verkabelung sollte die Fehlersuche beginnen. Stecken alle Stecker richtig? Sind die RJ45-Stecker wirklich, mit einem „Klick“, eingerastet? Wurden die richtigen Kabel verbaut?

Kupferkabel

Kupferkabel hat eine weite Verbreitung in Sprach- und Datennetzen. Es ist preiswert und robust. Da die Adern im Kabel paarweise miteinander verdrillt sind, wird dieser Kabeltyp auch Twisted Pair-Kabel genannt. Für Ethernet (10 MBit/s bis Gigabit) darf die Länge des Kabels 100 Meter nicht überschreiten. Für die strukturierte Verkabelung wird von 90 Metern Verlegekabel und je 5 Metern Patchkabel an jeder Seite ausgegangen. Längere Strecken benötigen Glasfaserkabel.

Kabel und Verkabelungsstrecken - Kategorien und Klassen

Kabel werden nach ISO/IEC 11801 in verschiedene Kategorien eingeteilt. Nahezu identische Angaben enthält auch der CENELEC Standard EN 50173-1.

Verkabelungsstrecken (Verlegekabel, Panel, Dose, Patchkabel) werden nach CENELEC EN 50173-1 in Klassen eingeteilt.

Kategorie Klasse Frequenz Verwendung
Cat1 Class A 100 kHz "Klingeldraht"
Cat2 Class B 1 oder 1,5 MHz
Cat3 Class C 16 MHz 10BaseT und Telefonie
Cat4 Class C 20 MHz selten im Einsatz
Cat5 Class D 100 MHz 100BaseT, FDDI
Cat5e Class D 100 MHz Kabel bis 350 MHz verfügbar, 1000BaseT
Cat6 Class E 250 MHz Kabel bis 450 MHz verfügbar
Cat7 Class F 600 MHz PiMf
Cat8 Class G 1200 MHz PiMf

Die Frequenz (z.B. 100 MHz) die ein Kabel übertragen kann, ist nicht gleich der Übertragungsrate im Netz (z.B. 1000 MBit/s). Durch Kodierverfahren (z.B. MLT-3 und PAM5) wird die benötigte Frequenz stark reduziert. Dadurch ist es möglich Gigabit Ethernet über ein Cat5e-Kabel zu übertragen.

Aber auch 10 Gigabit können in einer Sekunde über ein Kupferkabel übertragen werden. Der kommende Standard IEEE 802.3ae sieht 10GBaseT vor. Von einigen Hersteller gibt es schon Kabel nach Kategorie 6a (Cat 6a) an. Von Krone kommt das Kabel CopperTen.

Kupferkabel nach ihrem Aufbau

Es gibt viele unterschiedlich aufgebaute Kabeltypen. Sie unterscheiden sich vor allem in der Art der Schirmung.

Unshielded Twisted Pair (UTP)

Ungeschirmtes, paarverseiltes Datenkabel ist preiswert und sehr flexibel. Mit UTP können die Anforderungen der Kategorie 5e (Cat5e) erfüllt werden.

UTP-Kabel

UTP-Kabel

Screened Unshielded Twisted Pair (S/UTP)

Geschirmtes, paarverseiltes Datenkabel. Die Schirmung umschließt alle Adernpaare und kann aus Folie oder Drahtgeflecht bestehen. Einige Hersteller setzen auch beide Materialien in einem Kabel ein.

Foiled Twistet Pair (FTP)

Foliengeschirmtes, paarverseiltes Datenkabel.

Screened / Foiled Twisted Pair (S/FTP)

Geflecht- und foliengeschirmtes, paarverseiltes Datenkabel.

S/FTP-Kabel

Kerpen special MegaLine 526 SC flex 4P *H*

Shielded Twisted Pair (STP)

Paargeschirmtes Datenkabel. Jedes Adernpaar ist einzeln geschirmt.

Screened Shielded Twisted Pair (S/STP)

Geflecht- und paargeschirmtes Datenkabel. Die Adernpaare sind einzeln geschirmt, zusätzlich ist das gesamte Kabel geschirmt.

Paare in Metallfolie (PiMf)

PiMf ist die deutsche Bezeichnugn für ein Kabel mit einer paarweisen Schirmung aus Metallfolie.

Patchkabel vs. Verlegekabel

Bei Kupferkabeln wird zwischen 2 Kabelarten unterschieden. Beim Patchkabel bestehen die Leiter aus vielen dünnen Einzeldrähten (Litze). Das Kabel ist flexibel und wird zur Verbindung zwischen Wanddose bzw. Bodentank und Endgerät eingesetzt. Die Stecker werden am Patchkabel mittels crimpen befestigt. Dabei werden mit einer speziellen Crimpzange die kleinen Schneiden des Steckers in die Litze gedrückt.

LSA-Plus Anlegewerkzeug

Anlegewerkzeug für das LSA-System

Beim Verlegekabel bestehen die Leiter aus einem einzelnen Draht und das Kabel ist recht starr. Das Kabel wird mittels Schneidklemmtechnik auf die Dosen bzw. Buchsen aufgelegt. Dazu wird ein spezielles Anlegewerkzeug benötigt. Dieses Werkzeug wird umgangssprachlich auch als Knacke bezeichnet. Verbinder in Schneidklemmtechnik gibt es von verschiedenen Anbietern (LSA, System 71, System 5000). Jedes System erfordert ein spezielles Werkzeug zum Auflegen der Kabel. Wer nur ein oder zwei Dosen anschließen möchte, kann sich zum Beispiel bei Conrad für 3,55 Euro ein Anlegewerkzeug aus Plaste kaufen.

Auf Verlegekabel können keine Stecker gecrimpt werden. Patchkabel kann nicht auf Schneidklemmleisten aufgelegt werden. Diese Verbindungen funktionieren manchmal kurzzeitig. Ein stabiler Betrieb ist mit solchen Lösungen allerdings nicht möglich.

Das Kreuz mit dem Kreuzkabel

Bei Ethernet 10BaseT und 100BaseT müssen bei der Verbindung von zwei Geräten die Sende- und Empfangsadern gekreuzt werden. Das kann entweder in einem Gerät (Hub, Switch) oder im Kabel erfolgen. Kabel bei denen die Adernpaare 1/2 und 3/6 gekreuzt sind werden als Kreuzkabel oder Cross Cable bezeichnet. Wenn man bei einem Patchkabel die beiden RJ45-Stecker nebeneinander legt und die Adern nicht in der gleichen Farbfolge angeschlossen sind, handelt es sich vermutlich um ein Kreuzkabel.

Generell gilt: Gleiche Geräte werden mit einem Kreuzkabel verbunden.

Die Tabelle stellt die für die wichtigsten Situationen im Ethernet die benötigten Kabel dar. NIC steht dabei für Netzwerkkarte (PC, Server, Laptop). Switch und Hub haben in der Regel gekreuzte Ports. Diese sind dann oft mit einem X für Cross gekennzeichnet.

Gerät A Gerät B Benötigtes Kabel
NIC Switch 1:1-Kabel
Router Switch 1:1-Kabel
NIC NIC Kreuzkabel
Switch Switch Kreuzkabel

Tabelle 2 Benötigte Kabeltypen

Mit einem falschen Kabel leuchten die Link-LED’s an beiden Seiten des Links nicht. Allerdings führt auch eine falsche Einstellung der Geschwindigkeit zum gleichen Fehlerbild.

Einige Hersteller bieten auch Switche und Netzwerkkarten mit Auto-MDI-MDIX an. Diese Ports erkennen selbstständig den Kabeltyp. An diesen Geräten funktionieren also 1:1-Kabel und Kreuzkabel.

Gigabit-Ethernet über Kupfer (1000BaseT) benötigt normalerweise keine Kreuzkabel oder Crossover Cable. Hier wird die Konfiguration in der Regel automatisch vorgenommen. IEEE 802.3 beschreibt die automatische Erkennung (Auto MDI/MDI-X) als optional, aber fast alle Hersteller implementieren diese Funktion.

Fehlersuche Twisted Pair

Wackelkontakte in der Verkabelung führen typischerweise zu CRC-Fehlern an den betroffenen Switchports. Bei der Fehlersuche sollten immer die Link-LED's an beiden Seiten des Links überprüft werden. Ein defektes Kabel kann dazu führen, das nur an einer Station der Link angezeigt wird. Cisco hat für die Erkennung von einseitigen Links extra ein Verfahren namens UniDirectional Link Detection (UDLD) entwickelt. Wenn Sie Switche von Cisco einsetzten, könnte der Artikel show interface auf Cisco Switchen verstehen für Sie von Interesse sein.

Für eine erste Diagnose reicht bei Kupferkabeln ein einfacher Durchgangsprüfer oder ein Digitalmultimeter. Für eine qualifizierte Messung von Dämpfung, Nahnebensprechen (Near End Crosstalk, NEXT) und Attenuation to Crosstalk Ratio (ACR) wird allerdings ein "richtiges" Meßgerät benötigt. Diese erkennt dann auch Fehler wie "Split Pairs".

Wird im Netzwerk "Power over Ethernet" eingesezt, sollte das bei der Messung von Kabeln besonders berücksichtigt werden. Oft werden bei Twisted Pair-Kabeln nur die Adernpaare 1/2 und 3/6 gemessen. Lesen Sie hierzu den Artikel Power over Ethernet (PoE) nach IEEE 802.3af.

Lichtwellenleiter

Der Einsatz von Lichtwellenleitern (LWL) zur Datenübertragung hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen fällt die Begrenzung auf 100 Meter, zum anderen ist Glasfaserkabel unenpfindlich gegen Störeinstrahlungen. Power over Ethernet (PoE) funktioniert mit Glasfasern natürlich nicht.

Fasertypen

In Abhängigkeit von der Lichtausbreitung in der Faser, werden zwei Kabeltypen unterschieden. Die verwendeten Fasern müssen zu den Sendern und Empfängern passen. Eine Kombination aus Monomode-GBIC und Multimode-Kabel funktioniert nicht.

Singlemode, Monomode

Im Singlemode-Kabel wird nur eine Lichtwelle (Mode) zur Übertragung genutzt. Singlemode-Fasern haben einen Kerndurchmesser von 9 µm. Singlemode ist für den Einsatz im MAN und WAN geeignet. Mit dem Cisco 1000BASE-ZX GBIC (WS-G5487) können 70 bis 100 Kilometer mit einer Singlemode-Faser überbrückt werden.

Multimode

In der Multimode-Faser breiten sich mehrere Moden des Lichts aus. Multimode wird mit Kerndurchmessern von 50 µm und 62,5 µm angeboten. Heute wird hauptsächlich die Variante mit 50 µm eingesetzt.

Lösungen mit Multi-Mode-Fasern sind recht preiswert und weit verbreitet. Mit dem Cisco 1000BASE-SX GBIC (WS-G5484) können Entfernungen bis zu 550 Metern überbrückt werden.

Steckertypen

Beim Kupferkabel ist der RJ45-Stecker der Standard. Bei der Glasfaser ist es nicht ganz so einfach. Viele Hersteller haben eigene Systeme entwickelt und versuchen diese am Markt zu etablieren. Die verschiedenen Systeme sind untereinander nicht kompatibel. Zur Verbindung zwischen den Systemem können LWL-Patchkabel mit den entsprechenden Steckern genutzt werden.

Mini-BNC

Mini-BNC ist ein kleiner Stecker mit Bajonett-Verriegelung. Er wurde im IBM-Verkabelungssystem (IVS) verbaut.

ST-Stecker (Straight Tip)

Der ST-Stecker ist der Klassiker unter den LWL-Steckern. Er wurde von AT&T entwickelt und eignet sich für Single- und Multimode-Fasern.

ST-Stecker

ST-Stecker mit Schutzkappen

Der Stecker wurde in vielen älteren Installationen und im Token Ring verwendet. Der ST-Stecker verfügt über eine Bajonett-Verriegelung (kleine Eselsbrücke: T wie turn).

SC-Stecker

Der SC-Stecker hat ähnliche Abmessungen wie der ST-Stecker. Der Stecker ist rechteckig und rastet mit einem Klick ein (C wie Click).

SC-Duplexstecker

SC-Duplex-Stecker

SC wird häufig für Gigabit Ethernet (1000BaseSX, 1000BaseLX) verbaut. Auch in Gebäudeverkabelungen wird SC gerne eingesetzt. SC gibt es als Einzel- und Duplexstecker.

E2000-Stecker

Die Firma Diamond entwickelte das E2000-System. Die Stecker haben eine integrierte Schutzkappe und ermöglichen eine hohe Packungsdichte.

LC-Stecker

Ein weiterer kompakter LWL-Stecker ist der LC-Stecker. Das System wurde von der Firma Lucent entwickelt.

3M Volition VF-45

Das Volition-System wurde von 3M entwickelt. Der Stecker ähnelt einem RJ45-Stecker und hat einen integrierten Staubschutz. Der VF-45-Stecker ist ein Duplexstecker.

3M Volition VF-45 Stecker

3M Volition VF-45 Stecker

3M bietet für Volition auch die passenden Kupplungen und Bodentanks an.

MTRJ, MT-RJ

Wie der Name vermuten lässt, ähnelt auch der MTRJ-Stecker dem bekannten RJ45. MTRJ wurde von mehreren Firmen wie AMP und HP entwickelt und soll SC ablösen. MTRJ ist ein Duplexstecker.

MIC-Stecker

MIC ist ein relativ großer Stecker mit einer Rastung.

ESCON

Relativer großer Glasfaserstecker. ESCON stammt von der IBM und wird im Großrechnerbereich eingesetzt.

FC/PC-Stecker

Kleiner LWL-Verbinder mit Schraubverriegelung.

FSMA-Stecker

Der FSMA-Stecker ähnelt dem FC/PC-Stecker und hat ebenfalls keinen Verdrehschutz.

Fehlersuche LWL

Lichtwellenleiter sind empfindlich gegen mechanische Beanspruchung. Also auf jeden Fall den vom Hersteller angegebenen Biegeradius nicht unterschreiten und keine Knoten in LWL-Patchkabel machen. Die Stecker und Buchsen müssen vor Staub und anderen Verunreinigungen geschützt werden. Nicht auf die Stirnflächen der Stecker fassen und bei Nichtbenutzung unbedingt die Staubschutzkappen wieder aufstecken. Das gilt natürlich auch für die Buchsen den an den Netzwerkkomponenten und die GBIC's.

Für das Auffinden einzelner Faser und eine einfache Ja/Nein-Prüfung eignet sich ein einfacher Tester im Format eines Kugelschreibers. Dieser speist sichtbares Licht in ein Ende der Faser ein. Zur Messung der Dämpfung wird ein Pegelmessgerät benötigt. Dieses aus zwei Teilen bestehende Gerät speist auf einer Seite der Faser Licht mit einem definierten Pegel ein. Die Gegenstelle ermittelt den ankommenden Pegel und so die Dämpfung der Faser.

Zur Fehlersuche und Längenmessung eignet sich ein Optical Time Domain Reflectometer (OTDR). Mit einem OTDR kann zum Beispiel die Entfernung bis zu einem Faserbruch genau bestimmt werden. Diese Geräte sind recht teuer und erfordern einige Erfahrung in der Bedienung.

Empfehlungen

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aktualisiert am 22.03.2012