Kapitel V bertragungsmedien Kabel 05 12 2020 Kai

Kapitel V: Übertragungsmedien - Kabel 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 1

1. Grundlegende Systematik der Übertragungskabelmedien z. B. Datenrate in Mbit/s Übertragungsverfahren Max. Länge in 100 m 10 Base 2 Erläuterung: Maximale Übertragungsrate 10 Megabit pro Sekunde Base = Datenübertragungsart Basisband (auf dem Kabel wird lediglich ein Frequenzbereich genutzt im Gegensatz zu broad für Breitbandübertragung). 2 = Maximale Länge des Kabelsegments in 100 m, d. h. hier Segmentlänge 200 m. 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 2

1. 1 Überblick über Kabelstandards 10 -Base-5 Thick-Net-Ethernet im Backbone-Bereich 10 -Base-2 Thin-Ethernet = Cheapernet, 10 Mbit/s Übertragungsrate 10 -Base-T UTP/STP-Verkabelung, 10 Mbit/s Übertragungsrate 100 -Broad-F Lichtwellenleiterverkabelung für den Einsatz von Fiber. Distributed. Data. Interface (FDDI) 1000 -Base-T Verkabelungsform mit mindestens Kat 5 e-Kupferkabel und Übertragungsrate von 1 Gbit/s 1000 -Base-SX 1000 -Base-LX 05. 12. 2020 Lichtwellenleiterverkabelung mit 1 Gbit/s Übertragungsrate Kai Volker Liebig 3

2. Standard-Ethernet-Verkabelung 10 Base 5 - meist aus Kupfer - heutzutage veraltet - Maximallänge eines Kabelsegments 500 m - Mindestabstand zwischen MAUs (= Media-Attachement-Units 2, 5 m voneinander wobei maximal 100 Stationen mit jeweils einem maximal 50 m langen Transceiverkabel - Mindestbiegeradius des 10 Base 5 -Kabels 20 cm - Terminierung der Kabelenden mit zur Vermeidung von Signalreflexionen 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 4

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10 Base 2 (= Cheapernet) - 50 -Ohm-Kabel RG 58 A/U oder RG 58 C/U - maximale Segmentlänge 185 Meter - bis zu 30 Stationen in einem Mindestabstand von 50 cm anschließbar - dünner, billiger, leichter verlegbar, keine MAUs (Transceiver) nötig - Geringe Reichweite - Anschlussart: BNC-Stecker (BNC = Bayonet-Neill-Concelmann) - Kabelenden mit einem 50 -Ohm-Abschlusswiderstand terminiert werden - Verlängerung des Netzes nur über Repeater möglich 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 5

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10 Base 2 (= Cheapernet) Überblick über Typen von Koaxialkabeln und ihre Einsatzgebiete Kabelbezeichnung Übertragungsart Einsatzgebiet RG-11 Basisband Thick Ethernet RG-58 Basisband Thin Ethernet RG-59 Breitband Kabel-TV RG-62 Basisband ARC-Net 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 6

3. Thinwire-Ethernet-Verkabelung 10 Base 2 (= Cheapernet) Überblick über Bauformen von Koaxialkabeln Kabelbezeichnung Übertragungsart Einsatzgebiet RG-58/U RG-58 A/U 50 Ohm RG-59 A/C 50 Ohm RG-59 A/U 75 Ohm RG-62 A/U 90 Ohm Solider Kern m. verdrillten Adern Kern m. verdr. Adern, bess. Geschirmt Kabel-TV, Breitbandkabel, verdr. Adern ARCNet, verdr. Adern 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 7

4. Twisted-Pair-Verkabelung 10 Base. T - vieradriges, paarweise verdrilltes Kupferkabel - Nutzung jeweils eines Adernpaares für jede Übertragungsrichtung - maximale Übertragungslänge i. d. R. 100 m - Bis zu 1024 Stationen durch Kopplungselemente (z. B. Hubs) - Twisted-Pair-Kabelvarianten z. B. hinsichtlich des Aufbaus: UTP, FTP, S/UTP, ITP hinsichtlich der Kabel und Steckverbinder: CAT-1 bis CAT-5 hinsichtlich der Übertragungsbandbreite Kabelklasse A bis F 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 8

4. 1 Überblick über die Kabelvarianten hinsichtlich ihres Aufbaus UTP-Kabel (unshielded-twisted-pair-Kabel) - verdrillte Leitungen, die nicht abgeschirmt sind, bis CAT-5 verbreitet, nur in Bereichen mit geringen Datenübertragungsraten möglich. - Wellenwiderstand 100 Ohm, maximale Kabellänge 100 m S/UTP-Kabel (screened/unshielded-twisted-pair-Kabel) -Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung aus Kupfergeflecht zur Reduktion der äußeren Störeinflüsse. - Wellenwiderstand 100 Ohm FTP-Kabel (foileshielded-twisted-pair-Kabel) - Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 9

4. 1 Überblick über die Kabelvarianten hinsichtlich ihres Aufbaus S/FTP-Kabel (screened/foileshielded-twisted-pair-Kabel) -Kabel mit Gesamtschirm zur Abschirmung aus alukaschierter Polyesterfolie mit darüberliegendem Kupfergeflecht. STP-Kabel (shielded-twisted-pair-Kabel) - Gesamtabschirmung ohne näher festgelegte Spezifikationen - Wellenwiderstand 150 Ohm S/STP-Kabel (screened-shielded-twisted-pair-Kabel) - Abschirmung für jedes Kabelpaar und zusätzliche Gesamtabschirmung zur optimalen Störleistungsunterdrückung und Übersprechunterdrückung zwischen den einzelnen Adernpaaren. ITP-Kabel (industrial-twisted-pair-Kabel) - von vier auf zwei Adernpaare reduzierte industrielle Variante von S/STP 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 10

5. Lichtwellenleiter 5. 1 Funktionsprinzip von Lichtwellenleitern 5. 2 Prinzipieller Aufbau von Lichtwellenleitern 5. 3 Probleme bei Lichtwellenleitern 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 11

5. 4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Multimode-Stufenindex-Faser Merkmale: - Multimodefaser mit Stufenprofil - Durchmesser 200 um, Stufenprofil - gleichzeitiger Transport mehrerer Lichtwellen - harte Reflexion des Signals an den Wänden - Verbreiterung durch große Laufzeitunterschiede der Lichtstrahlen je nach Einfallswinkel und Bedämpfung des Ausgangssignals - Bandbreite-Reichweite-Produkt < 100 MHz*km - Dämpfung 20 db/km bei 900 nm Licht - maximale Länge ohne Repeater 1 km - Anwendung: z. B. : Verbindungskabel beim Patchfeld 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 12

5. 4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Multimode-Gradienten-Faser Merkmale: - Multimodefaser mit Gradientenprofil - Durchmesser 50 um oder 62, 5 um - gleichzeitiger Transport mehrerer Lichtwellen - weiche Reflexion des Signals an den Wänden -Geringe Verbreiterung des Ausgangssignals, nur geringe Bedämpfung - Bandbreite-Reichweitenprodukt ca. 1 GHz*km - Dämpfung 3 db/km bei 850 nm bzw. 1300 nm Wellenlänge (=Lambda) des Lichts - maximale Länge ohne Repeater 10 km - Anwendung: z. B. Verbindungen von Gebäuden oder Etagen 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 13

5. 4. Aufbau der verschiedenen Arten von Lichtwellenleiterkabeln Monomode-Stufenindex-Faser Merkmale: - Monomodefaser (Singlemode-Fasern) - Durchmesser 8 um bis 10 um, daher aufwendige Anschlusstechnik. - gerade Hindurchleitung der Lichtwellen, d. h. nur Lichtstrahlen mit einem ganz bestimmten Einfallswinkel werden übertragen und damit die Dispersion minimiert. - Keine Signalverbreiterung, keine Laufzeitunterschiede, formtreue Impulsübertragung und nur sehr geringe Bedämpfung - Bandbreite-Reichweitenprodukt > 10 GHz*km - Dämpfung 0, 1 db/km bei 1300 nm bzw. 1500 nm Lichtwellenlänge - maximale Länge ohne Repeater 50 km - Anwendung: Verbindungen über weite Strecken 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 14

5. 5. Sender für Lichtwellenleiter-Übertragung hierfür werden Leuchtdioden (LEDs) im Wellenlängenbereich von 850/860 nm und Laserdioden (LDs) im Wellenlängenbereich von 1300 nm eingesetzt. 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 15

5. 6. Vor- und Nachteile von Lichtwellenleitern 5. 6. 1. Vorteile von Lichtwellenleitern als Netzwerkleitungen gegenüber metallischen Leitungsmedien: - hohe Übertragungskapazität (Gigabytebereich) - Unempfindlich gegen elektrische/elektromagnetische Störungen, dadurch Parallelverlegung zu anderen Versorgungsleitungen problemlos möglich - keine Störstrahlungen, Keine Kontaktprobleme, keine Masseprobleme - keine entfernungsbedingten Signalverluste aufgrund Leitungsinduktivitäten, Leitungskapazitäten und Leitungswiderständen - weitgehend frequenzunabhängige Leitungsdämpfung der zu übertragenden Signale - Übertragungsraten sind erweiterbar durch mehrere Trägerwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzspektrum) 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 16

5. 6. Vor- und Nachteile von Lichtwellenleitern 5. 6. 2. Nachteile von Lichtwellenleitern gegenüber metallischen Leitungsmedien: - Höhere Materialkosten - Höherer Verlegeaufwand - Hoher Aufwand beim Verbinden verschiedener Leitungsstücke, dem „Spleißen“ (=splicing), da die Glasfasern genau in der optischen Achse plan miteinander verschweißt werden müssen , die Kontaktflächen ohne Verunreinigungen und Kratzer sein muss und die Kontaktflächen sauber geschliffen werden müssen. 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 17

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken 6. 1. Stecker, Buchsen & Beschaltung bei Twisted-Pair. Ethernetverkabelung 6. 1. 1 Stecker - RJ-45 Steckverbinder, geschirmt oder ungeschirmt - nur vier der acht Leitungen des RJ-45 -Steckers werden verwendet 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 18

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Signalbelegung des RJ-45 -Steckers bei Twisted-Pair-Ethernetverbindung für Verbindung zwischen zwei Rechnern oder Vernetzung von Switches (Kaskadierung) untereinander (sog. Crossover-Kabel = gekreuzte Verbindung) STECKER 1 Pin 2 Pin 3 Pin 6 - STECKER 2 Pin 3 Pin 6 Pin 1 Pin 2 Senden(+) auf Empfangen (+) Senden(-) auf Empfangen (-) Empfangen(+) auf Senden(+) Empfangen(-) auf Senden(-) oder: STECKER 1 Pin 2 Pin 3 Pin 6 05. 12. 2020 Signal TX+ Signal TXSignal RX+ Signal RX- ------------- Kai Volker Liebig STECKER 2 Pin 3 Pin 6 Pin 1 Pin 2 Signal RX+ Signal RXSignal TX+ Signal TX 19

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Konfektionierung der RJ-45 -Stecker eines typischen Patchkabels zwischen PC und Datendose: (= symmetrisches Kabel = 1: 1 aufgelegtes Kabel) Pin 1 (Weiß/Orange) Sendesignal+ Pin 2 (Orange/Weiß) Sendesignal. Pin 3 (Weiß/Grün) Empfangssignal+ Pin 4 (Grün/Weiß) Empfangssignal. Signalbelegung des RJ-45 -Steckers bei Twisted-Pair-Ethernetverbindung für direkte Verbindung zwischen Rechnern und Kaskadierung von Hubs STECKER 1 Pin 1 Signal TX+ Pin 2 Signal TXPin 3 Signal RX+ Pin 6 Signal RX 05. 12. 2020 ------------- Kai Volker Liebig STECKER 2 Pin 3 Signal RX+ Pin 6 Signal RXPin 1 Signal TX+ Pin 2 Signal TX 20

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Steckerbelegung und Adernfarben für Kupferkabeln in Netzen - Standard DIN EN 50173 - vier Kabelpaare möglich: Paar 1 Pin 4, 5 Paar 2: Pin 1, 2 Paar 3: Pin 3, 6 Paar 4: Pin 7, 8 - Verbreitung der Adernpaare erfolgt folgendermaßen: - 10 Base. T: Paare 1, 2, 3, 6 (genutzt 2, 3) - 100 Base. T 4+ , 1000 Base. T u. VG-Anylan: alle Paare - ISDN: Paare 1, 2 - ATM: Paare 2, 4 - Token-Ring: Paare 1, 3 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 21

6. Stecker, Buchsen, elektrische Beschaltung in Netzwerken Farbbelegung nach zwei Belegungsstandards möglich: Standard EIA/TIA-T-568 A Standard EIA/TIA-T-568 B PIN Farbe 1 Weiß/Grün Weiß/Orange 2 Grün Orange 3 Weiß/Orange Weiß/Grün 4 Blau 5 Weiß/Blau 6 Orange Grün 7 Weiß/Braun 8 Braun 6. 1. 2 RJ-45 -Buchsen - in Ihnen sind Übertrager, Drosseln und Widerstände integriert zur Verbesserung der EMV-Eigenschaften, Einsparung von Leiterplattenplatz und Vermeidung von Layoutfehlern. - Übertrager sorgen für eine Potentialtrennung zwischen Buchse und Restschaltung sowie Störungsausblendung. 05. 12. 2020 Kai Volker Liebig 22