Was sind die verschiedenen Arten von Netzwerkkabeln?

Die Auswahl von Kabeln ist ein entscheidender Bestandteil des Netzwerkdesigns. Erforderliche Datenrate, Kosten und Entfernung bestimmen die Auswahlmöglichkeiten für jede Verbindung. Einige Verbindungen erfordern eine offensichtliche Kabeloption. Andere können jedoch aus einer Reihe möglicher Auswahlen auswählen.

Netzwerkdienste wie Dateifreigabe, Internetzugang, Drucken und E-Mail werden den Endbenutzern über die Netzwerkinfrastruktur bereitgestellt. Diese Infrastruktur umfasst normalerweise Switches, Router und – als Grundlage für alles – Netzwerkverkabelung, eine der ältesten und wichtigsten Komponenten der Netzwerkarchitektur.

Eine kurze Geschichte der Netzwerkkabel

Digitale Kommunikation ist nicht gerade eine neue Idee. Im Jahr 1844 schickte Samuel Morse eine Nachricht 37 Meilen – von Washington, DC, nach Baltimore – mit seiner Erfindung, dem Telegraphen. Dies mag weit entfernt von aktuellen Computernetzwerken erscheinen, aber die Prinzipien sind die gleichen.

Morsecode ist eine Art binäres System, das Punkte und Bindestriche in verschiedenen Sequenzen verwendet, um Buchstaben und Zahlen darzustellen. Moderne Datennetze verwenden Einsen und Nullen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Der große Unterschied zwischen heute und damals ist die Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden. Telegraphenbetreiber der Mitte des 19.Jahrhunderts konnten vielleicht vier oder fünf Punkte und Striche pro Sekunde übertragen. Computer können jetzt mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 Gbit / s kommunizieren – oder anders ausgedrückt, 100.000.000.000 separate Einsen und Nullen pro Sekunde.

Obwohl Telegraph und Fernschreiber die Vorläufer der Datenkommunikation waren, entwickelten sich Computer mit immer höheren Geschwindigkeiten. Dieser Fortschritt trieb die Entwicklung schnellerer Netzwerkgeräte voran. Dabei wurden höherspezifizierte Kabel und Anschlusshardware benötigt.

Lassen Sie uns die wichtigsten Arten der Netzwerkverkabelung und die verschiedenen Optionen für diese Kabel überprüfen.

Koaxialkabel

Koaxialkabel oder Koax ist eine Option für die Netzwerkverkabelung. Ein innerer leitfähiger Kern ist von einer leitfähigen, abschirmenden Schicht umgeben. Diese Abschirmschicht ist dann von einer äußeren Schutzschicht umgeben.

Der Kern, der die Signale trägt, ist festes Kupfer, Kupfer-abgeschirmtes Stahlkabel oder geflochtenes Kupfer. Kern- und leitfähige Abschirmungen arbeiten im Differentialmodus, um sowohl die Emission elektromagnetischer Störungen als auch das Eindringen externer Störungen zu verhindern.

Koax hat eine lange Geschichte. In der Mitte des 19.Jahrhunderts wurde es für die Unterwasserverkabelung verwendet. Heute wird es in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Breitband für Privathaushalte, Telefonleitungen und Verbindungen zu Radio- und Fernsehsendern.

In Rechenzentren wird Coax häufig für Fibre-Channel-Verbindungen zwischen Servern und Laufwerken verwendet. Seine Beständigkeit gegen elektrisches Rauschen macht es in lauten Umgebungen wie Industrieanlagen wertvoll.

Entwicklung von Ethernet

Der erste Ethernet-Standard verwendete Koaxialkabel. Ethernet wurde Mitte der 1970er Jahre von Robert Metcalfe und David Boggs im Palo Alto Research Center von Xerox in Kalifornien entwickelt. 1979 schlossen sich Digital Equipment Corp. und Intel mit Xerox zusammen, um das Ethernet-System zu standardisieren. Die erste Spezifikation der drei Unternehmen, Ethernet Blue Book genannt, wurde 1980 veröffentlicht. Es war auch als DIX-Standard bekannt, nach den Initialen der Unternehmen.

Dieser Standard forderte Geschwindigkeiten von bis zu 10 Mbit / s – 10 Mbit / s entsprechen 10 Millionen Einsen und Nullen pro Sekunde. Der Ethernet-Standard beruhte auf einem großen Koaxial-Backbone-Kabel, das im gesamten Gebäude verlief, wobei kleinere Koaxialkabel in Abständen von 2,5 Metern (m) abgegriffen wurden, um eine Verbindung zu den Workstations herzustellen. Das größere Koaxialkabel, das normalerweise gelb war, wurde als Thick Ethernet oder 10Base-5 bekannt.

Unten finden Sie eine Aufschlüsselung des 10Base-5-Terms:

• 10 bezieht sich auf die geschwindigkeit– 10 Mbps.
• Base bezieht sich auf das Basisbandsystem. Das Basisband verwendet seine gesamte Bandbreite für jede Übertragung. Im Gegensatz dazu teilt Breitband die Bandbreite in separate Kanäle auf, die gleichzeitig verwendet werden.
• 5 bezieht sich auf die maximale Kabellänge des Systems – in diesem Fall 500 m.

1983 veröffentlichte das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) den offiziellen Ethernet-Standard. Es wurde IEEE 802 genannt.3, nach dem Namen der Arbeitsgruppe, die für seine Entwicklung verantwortlich ist.

Version 2, IEEE 802.3a, wurde 1985 veröffentlicht. Diese zweite Version wird allgemein als Thin Ethernet oder 10Base-2 bezeichnet. In dieser Version beträgt die maximale Länge 185 m, obwohl der Hersteller vorschlägt, dass es 200 m sein sollte.Seit 1985 wurden verschiedene Ethernet-Standards eingeführt.

Twinax kabel

Twinax kabel ist ähnlich wie coax, aber anstelle von einem einzigen kern, die twinax core besteht aus zwei drähte. Twinax überträgt Ethernet mit hoher Datenrate zu geringeren Kosten als Glasfaser.

Passive Twinax unterstützt Kurzstreckenverbindungen. Active Twinax enthält Komponenten, die die Signalstärke erhöhen, was Verbindungen über größere Entfernungen ermöglicht.

Triax- und Quadrax-Kabel

Triax- und Quadrax-Kabel ähneln auch Koaxialkabeln. Sie werden am häufigsten für TV-Verbindungen verwendet, können aber auch Gigabit-Ethernet übertragen.

Der Triax-Kern ähnelt dem Koaxialkabel, hat jedoch eine zusätzliche Isolationsschicht und eine Abschirmschicht. Ein Quadrax-Kern hat vier einzelne Drähte. Sowohl Triax als auch Quadrax verfügen über die zusätzlichen Isolations- und Abschirmschichten, die die Übertragung zusätzlicher Signale oder die Leistung ermöglichen.

Twisted Pair

Ursprünglich von Alexander Graham Bell zur Übertragung von Telefonsignalen erfunden, ist die Twisted-Pair-Verkabelung die häufigste Wahl für die Netzwerkverkabelung.

Twisted Pair verwendet Kupferdrähte, die, wie der Name schon sagt, paarweise miteinander verdrillt sind. Der Twist-Effekt jedes Paares in den Kabeln stellt sicher, dass Störungen, die an einem Kabel auftreten oder aufgenommen werden, durch den Partner des Kabels, der sich um das ursprüngliche Kabel dreht, aufgehoben werden. Das Verdrillen der beiden Drähte verringert auch die von der Schaltung emittierte elektromagnetische Strahlung.

Twisted-Pair-Verkabelung gibt es in zwei Ausführungen:

1. abgeschirmtes Twisted Pair (STP)
2. ungeschirmtes Twisted Pair (UTP)

Shielded Twisted Pair

Bei STP werden Kupferdrähte zunächst durch eine Kunststoffisolierung abgedeckt. Ein Metallschild, das aus Metallfolie oder Geflecht besteht, umgibt das Bündel isolierter Paare. Wenn elektromagnetische Strahlung ein ernstes Problem darstellt, kann jedes Drahtpaar zusätzlich zur äußeren Abschirmung einzeln abgeschirmt werden. Dies wird als Foil Twisted Pair (FTP) bezeichnet.

10 Mbit / s und 100 Mbit / s Verwenden Sie zwei Kabelpaare, um Ethernet zu übertragen. Gigabit-Durchsatz erfordert die Verwendung aller vier Paare.

Unshielded twisted pair

UTP kabel ist die beliebteste art von netzwerk kabel. Es ist einfach zu arbeiten, zu installieren, zu erweitern und Fehler zu beheben. UTP-Kabel enthalten typischerweise vier Paare von Kupferdrähten, wobei jedes Paar zwei miteinander verdrillte Drähte enthält. Diese Paare sind durch Kunststoffisolierung abgedeckt. Sie haben keine Abschirmung und nur einen Außenmantel.

Die meisten Kategorien von Twisted-Pair-Kabeln sind als UTP erhältlich. Einige neuere Kategorien sind jedoch auch in Kombinationen aus geschirmt, folienabschirmt und ungeschirmt erhältlich.

Kategorien von Twisted-Pair-Kabeln

Das American National Standards Institute und die International Electrotechnical Commission, Teil der Internationalen Organisation für Normung, haben eine Reihe von Normen oder Kategorien für Twisted-Pair-Kabel festgelegt. Kategorie 1 oder Cat1 und Cat2 waren nicht offiziell standardisiert, sondern de facto Standards, die im Laufe der Zeit entwickelt wurden. Derzeit sind acht Kategorien von Kabeln verfügbar.

Diese Kategorien geben die Art des Kupferdrahtes und der Buchsen an. Die Zahl – 1, 3, 5 usw. – bezieht sich auf die Überarbeitung der Spezifikation und auf die Anzahl der Drehungen innerhalb des Drahtes – d. H. Die Qualität der Verbindung in einer Buchse.

Cat1

Cat1 wird typischerweise für Telefonkabel und Sprachkommunikation verwendet. Dieser Kabeltyp kann den Computernetzwerkverkehr nicht unterstützen und ist nicht verdrillt.

Telekommunikationsunternehmen können Cat1 verwenden, um integrierte Dienste für digitale Netzwerke und öffentliche Telefonnetzdienste bereitzustellen. In solchen Fällen erfolgt die Verkabelung zwischen dem Standort des Kunden und dem Netzwerk des Telekommunikationsbetreibers über ein Kabel vom Typ Cat1. Cat1 wird jetzt auch für einige IoT-Netzwerke mit niedriger Datenrate verwendet.

Cat2

Cat2 kabel sind netzwerk draht spezifikationen, mit vier paare von twisted kupfer drähte. Diese Arten von Kabeln können Computernetzwerk- und Telefonverkehr unterstützen. Cat2 wird hauptsächlich für Token-Ring-Netzwerke verwendet und unterstützt Geschwindigkeiten von bis zu 4 Mbit / s. Für höhere netzwerk geschwindigkeiten — 100 Mbps oder höher — Cat5e oder höher muss verwendet werden.

Cat3

Cat3-Kabel sind vier Paare verdrillter Kupferdrähte. Cat3 wurde verwendet, um das anfängliche 10-Mbit / s-Ethernet zu unterstützen, typischerweise für Token-Ring-Netzwerke. Obwohl 10 Mbit / s-Geschwindigkeiten fast ausgestorben sind, verwenden einige Bereitstellungen immer noch Cat3.

Cat4

Cat4-Kabel sind vier Paare verdrillter Kupferdrähte. Wie bei Cat3-Kabeln wird Cat4 für Token-Ring-Netzwerke verwendet. Während Cat3 bietet unterstützung von maximal 10 Mbps, Cat4 schob die grenze bis zu 16 Mbps. Beide Kategorien haben eine Längenbegrenzung von 100 m. Cat4 ist nicht weit verbreitet.

Cat5 und Cat5e

Cat5-Kabel sind vier Paare verdrillter Kupferdrähte. Cat5 hat mehr Drehungen pro Zoll als Cat3, sodass es mit höheren Geschwindigkeiten und größeren Längen laufen kann.

Die mehr beliebte Cat5 draht hat weitgehend ersetzt durch die Cat5e spezifikation. Cat5e bietet verbesserte übersprechen spezifikation, so dass es zu unterstützung geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbps.

UTP-Cat5e ist eines der beliebtesten UTP-Kabel. Es ersetzte alte Koaxialkabel, die mit dem ständig wachsenden Bedarf an schnelleren und zuverlässigeren Netzwerken nicht Schritt halten konnten. Cat5e ist die weltweit am weitesten verbreitete Art der Netzwerkverkabelung und kostengünstig. Im Gegensatz zu den folgenden Kategoriekabeln ist es fehlerverzeihend, wenn die Richtlinien für den Kabelabschluss und die Bereitstellung nicht erfüllt werden.

Cat5 und Cat5e sind mehr weit verbreitet für sowohl 10 Mbps und 100 Mbps Ethernet.

Cat6 und Cat6a

Cat6 draht wurde ursprünglich entwickelt, um unterstützung Gigabit Ethernet, obwohl andere standards ermöglichen gigabit übertragung über Cat5e draht. Cat6 ist ähnlich wie Cat5e draht, aber es enthält eine physikalische separator zwischen die vier paare weiter zu reduzieren elektromagnetische störungen.

Kein Kabeltyp ist überall geeignet.

Cat6 können unterstützung geschwindigkeiten von 1 Gbps für längen von bis zu 100 m. Es unterstützt auch 10 Gbps für längen von bis zu 55 m. Es verwendet bandbreite frequenzen bis zu 250 MHz.

Bei der Installation neuer Cat6-Kabel ist zu beachten, dass alle Verkabelungskomponenten – Buchsen, Patchfelder, Patchkabel und dergleichen – Cat6-zertifiziert sein müssen. Dies erfordert, dass Netzwerkprofis bei der ordnungsgemäßen Beendigung der Kabelenden besonders vorsichtig sind. Organisationen, die Installationen mit Cat6-Kabeln durchführen, sollten einen gründlichen Testbericht mit einem zertifizierten Kabelanalysator anfordern, um sicherzustellen, dass die Installation gemäß den Cat6-Richtlinien und -Standards durchgeführt wurde.

Im Jahr 2009 wurde Cat6a als Kabel mit höherer Spezifikation eingeführt, das eine bessere Immunisierung gegen Übersprechen und elektromagnetische Störungen bietet. Es bietet eine bessere Bandbreite mit Frequenzen bis zu 500 MHz, unterstützt 10 Gbit / s und hat eine Kabellänge von bis zu 100 m.

Cat7

Cat7 ist eine Kupferkabelspezifikation, die Geschwindigkeiten von 10 Gbit / s bei Längen von bis zu 100 m unterstützt. Um dies zu erreichen, verwendet das Kabel FTP für vier einzeln abgeschirmte Paare sowie eine zusätzliche Kabelabschirmung, um die Signale vor Übersprechen und elektromagnetischen Störungen zu schützen.

Aufgrund der extrem hohen Datenraten müssen alle Komponenten, die bei der Installation einer Cat7-Netzwerkverkabelungsinfrastruktur verwendet werden, Cat7-zertifiziert sein. Dazu gehören Patchfelder, Patchkabel, Buchsen und RJ-45-Steckverbinder. Das Fehlen von Cat7-zertifizierten Komponenten beeinträchtigt die Gesamtleistung und führt zum Scheitern von Cat7-Zertifizierungstests – beispielsweise mit einem Kabelanalysator -, da die Cat7-Leistungsstandards höchstwahrscheinlich nicht erfüllt werden.

Cat7 wird normalerweise in Rechenzentren für Backbone-Verbindungen zwischen Servern, Netzwerkswitches und Speichergeräten verwendet.

Cat8

Cat8 ist eine neuere Kategorie von Twisted-Pair-Kabeln, die besser mit der Geschwindigkeit und dem Umfang von Glasfasern konkurriert. Es hat eine maximale Datenrate von 40 Gbit / s und verwendet RJ-45-Anschlüsse. Es verwendet die 2 GHz – oder 2.000 MHz – Frequenz, eine Steigerung von Cat7s 600 MHz.

Cat8-Kabel werden typischerweise in Rechenzentrumsumgebungen verwendet. Sie sind abwärtskompatibel zu früheren Standards und unterstützen Power over Ethernet (PoE).

PoE macht es überflüssig, ein separates Stromkabel zu Geräten wie an der Decke installierten Access Points zu verlegen. Für niedrige Datenraten liefern PoE-Kabel Strom über die Paare, die von Ethernet nicht benötigt werden. Bei höheren Raten, bei denen alle vier Paare verwendet werden, fügt PoE den das Signal führenden Kabeln Gleichstrom hinzu, ohne die Signale zu stören.

Glasfaserkabel

Die Datenraten haben im gesamten Netzwerk zugenommen, und in einigen Fällen ist Glasfaser die einzige Option. Während Cat8 Twisted-Pair-Kabel bis zu 40 Gbit / s Daten übertragen können, unterstützt Glasfaser Datenraten von bis zu 400 Gbit / s. Derzeit wird daran gearbeitet, 800 Gbit / s zu testen.

Glasfaserkabel bestehen aus einer dünnen optischen Faser, die von einer Ummantelung umgeben ist. Die Umhüllung besteht aus Glas, das weniger rein als der Kern ist und einen niedrigeren Brechungsindex als der Kern aufweist. Der Unterschied in den Brechungsindizes bewirkt, dass Licht an der Grenze reflektiert wird. Zusätzliche Schichten, wie die Pufferschicht und die Mantelschicht, umgeben die Ummantelung, um die Festigkeit zu erhöhen und das Kabel vor Beschädigungen zu schützen.

Faser hat eine niedrige Fehlerrate. Netzwerkdaten werden in einem Lichtstrahl codiert. Anders als bei Twisted-Pair-Kabeln wird der Lichtstrahl weder von elektronischen Störungen erzeugt noch beeinflusst. Zusätzlich können mehrere Frequenzdatenströme über eine einzelne Faser gemultiplext werden, um die Gesamtdatenrate zu erhöhen.

Multimode-Faser vs. Singlemode-Faser

Fasertypen unterscheiden sich durch den Durchmesser der Faser. Multimode-Glasfaser reicht von 50 Mikrometer bis 100 Mikrometer (10-4 m). In einem Monomode–Kabel ist die Glasfaser nur 8 Mikrometer bis 10,5 Mikrometer im Durchmesser.

Multimode kabel ist weniger teuer zu machen und installieren als single-mode, aber es ist begrenzte in daten rate und abstand. Während Multimode 100 Gbit / s für 150 m übertragen kann, kann Singlemode 400 Gbit / s für bis zu 10 Kilometer und niedrigere Raten für zusätzliche Entfernungen übertragen.

Die Leistung variiert zwischen Multimode- und Singlemode-Fasern aufgrund der Lichtdurchlässigkeit. Die größere Faser, die in Multimode verwendet wird, bewirkt, dass der Lichtstrahl von der Faser- und Mantelgrenze in einem steileren Winkel reflektiert wird als der dünnere Kern in Singlemode. Der dünnere Kern des Singlemode bewirkt, dass der Abstand zwischen den Reflexionen kleiner wird. Wenn Reflexionen häufiger sind, sind die Verluste an der Grenze größer.

Keine Wahl ist permanent

Kein Kabeltyp ist überall geeignet. Unterstützte Datenraten, installierte Kosten und zukünftige Angemessenheit müssen für jede Anwendung berücksichtigt werden. Laufende Wartungskosten sollten ebenfalls ein Faktor sein.

Denken Sie daran, keine Wahl ist dauerhaft. So wie Unternehmen regelmäßig Server und Workstations austauschen, können sie ihre Wahl der Verbindungstechnologie für jedes Netzwerk-Upgrade überdenken.