10 Gigabit Ethernet – Standard für die Zukunft

Neue Netzwerktechniken wie 10 Gigabit-Ethernet stellen sehr hohe Anforderungen an die Netzwerkverkabelung in den Gebäuden. Hat man zuerst geglaubt, die Übertragung von 10 Gigabit-Ethernet-Daten wäre nur noch über Glasfaserkabel möglich, ist nun klar: 10 Gigabit geht auch über Kupferverkabelungen.

Die Normungsgruppe IEEE 802.3an wird den Ethernet-Standard 10G Base-T bis Mitte 2006 verabschieden. Damit geht die Ära von Kat. 5-Produkten endgültig dem Ende zu.

Bei Neuinstallationen erwartet der Endkunde einen Nutzungszeitraum für seine Netzwerkverkabelung von mindestens 10 bis 15 Jahren. Um diese Anforderungen zu erfüllen, muss der Installateur Kat. 6- oder Kat. 7-Produkte einsetzen.
Bei der Wahl des geeigneten Datenkabels wird in Deutschland bereits heute überwiegend auf geschirmte Kat. 7-Kabel gesetzt. Diese paarig geschirmten Kabel (S/FTP oder PiMF) bieten ausreichende Reserven für 10 Gigabit Übertragungen. Bei einfacheren Kat. 6 Kabeln ohne Paarschirmung (F/UTP) können dagegen Probleme auftreten, da sich die einzelnen Aderpaare untereinander stören (Nahnebensprechen, NEXT). Die größten Probleme sind bei Verwendung von ungeschirmten Kabeln zu erwarten. Hier tritt ein bisher unbekanntes Phänomen auf, das Alien Crosstalk. Hierbei stören sich benachbarte Kabel untereinander. Diese sogenannten U/UTP-Kabel sind daher für eine 10 Gigabit Übertragung nicht zu empfehlen.

10 Gigabit Ethernet Betrieb über 100 Ohm Twisted Pair Kabel

  • 10 Gigabit werden aufgeteilt auf vier Aderpaare
  • Je Adernpaar werden 2,5 Gbit/s mit einer Frequenz von ca. 400 MHz übertragen
  • Die Übertragung erfolgt bi-direktional und voll-duplex

10gb Ethernet Die maximale Länge der Übertragungstrecke ist abhängig von der verwendeten Kabeltype.

Bitrate Linklänge Kabeltype
10 Gbit/s 100 m Kat. 7, S/FTP
10 Gbit/s 100 m Kat. 6, S/FTP
10 Gbit/s 60 m Kat. 5, SF/UTP
10 Gbit/s 55 m Kat. 6, U/UTP
10 Gbit/s 22 m Kat. 5, U/UTP

Bei der Anschlusstechnik haben sich in den letzten Jahren bereits die Kat. 6-Produkte gegenüber Kat. 5 durchgesetzt. Die aktuelle Norm für Kat. 6-Produkte wurde aber nur für eine maximale Bandbreite von 250 MHz ausgelegt. Die 10 Gigabit-Technik wird aber mit Frequenzen von ca . 400 MHz über die Verkabelung betrieben. Daher müssen die Normen für die Produkte und für die Verkabelungssysteme überarbeitet werden.

Die Normungsgremien arbeiten bereits an den Änderungen für die Verkabelungsnorm ISO/IEC 11801 und werden zwei neue Klassen Ea und Fa festlegen. Die Norm wird künftig daher folgende Klassen beinhalten:

  • Klasse D bis 100 MHz
  • Klasse E bis 250 MHz
  • Klasse Ea bis 500 MHz
  • Klasse F bis 600 MHz
  • Klasse Fa bis 1000 MHz
Topnet 6000 TX-Modul Alle Klassen ab Ea aufwärts sind ohne weitere Maßnahmen zur Übertragung von 10G-BASE-T geeignet.

Im ersten Schritt werden nur die Eigenschaften der Übertragungsstrecke (Channel-Link) behandelt. Anforderungen an die Installationsstrecken und an die Komponenten Kabel, Steckverbinder und Patchkabel folgen in einem zweiten Schritt. Für künftige Komponenten-Kategorien wird die Bezeichnung Kategorie 6a bzw. 7a vergeben.

Dieselben Themen werden parallel bei CENELEC/TC 215 für die Normenreihe EN 50173-X behandelt.

Topnet 6000 TX-Modul Auch bei den Verteilerfeldern und Anschlussdosen ist das Problem des "Alien Crosstalk" nicht zu unterschätzen. Wir empfehlen daher für 10 Gigabit-Systeme die einzeln geschirmten, modularen Anschlusssysteme.

Diese Entwicklung wird dazu führen, dass Bestandsverkabelungen mit Kat. 5-Komponenten in den nächsten Jahren durch neue Produkte ersetzt werden müssen.
Eine hohe Investitionssicherheit kann ein Installateur seinem Endkunden nur bieten, wenn er bereits heute auf Qualitätsprodukte von Markenlieferanten setzt.

 

Power over Ethernet (PoE)

Mit Power over Ethernet können Endgeräte wie z.B. VoIP-Telefone, IP-Kameras oder WLAN-Access-Points ihre Versorgungspannung über das Netzwerkkabel beziehen. Die Ethernet-Geräte werden über ein Kabel und einen RJ45-Anschluß mit Daten und Energie versorgt. Die separate Installation einer Spannungsversorgungsleitung entfällt. Das spart Installationskosten und ermöglicht den Einsatz einer zentralen USV zur Erhöhung der Ausfallsicherheit.

Die Norm IEEE 802.3af

In dem aktuellen PoE-Standard (IEEE 802.3af) sind energiespeisende Geräte (PSE, Power Sourcing Equipment) und energieaufnehmende Geräte (PDs, Powered Devices) definiert. Die maximale Ausgangsleistung eines PSE-Gerätes ist auf 15,4 W bei 48 V (DC) je Anschluss festgelegt. Durch den Spannungsabfall auf der bis zu 100 m langen Verkabelungsstrecke (Installationskabel, Patchkabel, Anschlussdose und Panel) darf das Endgerät nur maximal 12,95 W Leistung aufnehmen. Daraus ergibt sich eine Stromaufnahme von 350 mA im Dauerbetrieb und bis zu 400 mA Einschaltstrom.

Energieeinspeisung

Die Ethernet-Geräte werden über vierpaarige Kabel und RJ45-Steckverbinder angeschlossen.
Bei 10 und 100 Mbit-Ethernet werden nur zwei Leiterpaare (1,2 und 3,6) für die Datenübertragung verwendet. Die 1 Gigabit- und 10 Gigabit-Anwendungen nutzen alle vier Leiterpaare für die Datenübertragung.
Es werden zwei Varianten für die Energieeinspeisung unterschieden:

  • 1. Midspan-Technik
  • 2. Endspan-Technik

Midspan Poe Ms Bei der Midspan-Technik werden die zwei ungenutzten Aderpaare (4,5 und 7,8) zur Energieversorgung verwendet. Die Midspan-PSEs stehen als Standalone-Geräte oder als eine Kombination aus Patchpanel mit integrierter Stromversorgung zur Verfügung. Die Energieeinspeisung erfolgt zwischen Switch und Verkabelung am Beginn des Permanent-Link. Die Midspan-Geräte können nur in 10/100Mbit-Umgebungen eingesetzt werden und eignen sich besonders für die Nachrüstung bestehender Netze, die mit Ethernet-Switchen ohne PoE-Funktion arbeiten.

Midspan Poe Es Bei der Endspan-Technik ist die Energieversorgung direkt in den Ethernet-Switch integriert. Die Spannungsversorgung der Endgeräte erfolgt entweder über die Paare 1,2 und 3,6 oder über 4,5 und 7,8 (Inline-Power oder Phantom-Power). Diese PSEs können in 10 Base T, 100 Base TX oder 1000 Base T Netzen eingesetzt werden.

Pinbelegung und Polarität bei PoE

  • Mode A MDI-X: mit (+) über Pin 3,6 und (-) über Pin 1,2
  • Mode A MDI: mit (-) über Pin 3,6 und (+) über Pin 1,2
  • Mode B: mit (-) über Pin 7,8 und (+) über Pin 4,5

Erkennung von PoE-Geräten

Um Ethernet-Geräte zu schützen, die nicht über eine PoE-Funktionalität verfügen, wird bei jeder Inbetriebnahme ein "Power-Sensing" durchgeführt. Das energiespeisende Gerät schaltet in Abständen von 2 Millisekunden eine Spannung von ca. 10 V auf die Leitung und erkennt dabei, ob und auf welchen Paaren ein Endgerät über einen 25 kOhm-Widerstand verfügt. Wenn die Prüfung erfolgreich ist, wird die Versorgungsspannung von 48 V angelegt.

Anforderungen an die Verkabelung

In der PoE-Norm werden mindestens Komponenten der Kategorie 5 gefordert. Auch wenn die Normanforderungen hier nicht sehr hoch sind, ist eine hohe Qualität der Produkte besonders wichtig. Die RJ45-Steckverbindungen lassen sich auch bei aufgeschalteter Stromversorgung trennen. Dabei entsteht ein Lichtbogen, der einen Abbrand auf den Kontakten zur Folge hat. Dadurch verringert sich die Lebensdauer der Steckverbindung. Der Einsatz von hochwertigen Markenprodukten bringt zusätzliche Funktionssicherheit und Investitionsschutz für zukünftige Anwendungen.

Ausblick

Die Normungsgremien arbeiten aktuell an einer Erweiterung der PoE-Norm. Der zukünftige Standard, PoE+, soll dann auch Geräte mit höherem Leistungsbedarf unterstützen. Geplant sind Leistungsklassen von 30 W und 60 W. Bisher ist PoE nur für Ethernet-Netze mit 10 und 100 Mbps definiert, zukünftig werden dann auch 1 Gigabit- und 10 Gigabit-Netze unterstützt.

 

Das Netzwerkprotokoll TCP/IP

Durch die weite Verbreitung des Internets, hat sich das TCP/IP-Protokoll (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) als der Standard für eine moderne Kommunikation durchgesetzt. Ohne Unterstützung des TCP/IP-Protokolls ist eine Internetanbindung nicht möglich. Auch die Konfiguration moderner Endgeräte wie Switche, Router oder TK-Anlagen läuft heutzutage WEB-basierend über eine TCP/IP-Kommunikation. Einige Informationen zur IP-Adressierung sind daher unverzichtbar!

Neben der MAC-Adresse (Hardwareadresse eines Netzwerkgerätes) wird dazu eine erweiterte Form der Identifikation genutzt, um Netzwerkpakete verwaltungstechnisch effizient adressieren zu können. Unter Verwendung des TCP/IP-Protokolls bedient man sich einer IP-Adresse und eines Ports, um eine eindeutige Adresse zu bilden.
In der Version 4 (IPv4) besteht eine Adresse aus einer 32 Bit großen Dualzahl. Zur besseren Strukturierung dieser Adresse werden diese 32 Bit in 4 Bytes zu je 8 Bit zerlegt. Werden anstatt der Dualwerte Dezimalzahlen benutzt, dann werden diese durch einen Punkt voneinander getrennt (z.B.: 192.168.2.10).

Umrechnungstabelle (Wertigkeit jedes einzelnen Bits in einem Byte):

Umrechnungstabelle

Schreibweise von IP-Adressen z.B. 192.168.2.10:

Schribweise Ip

Zur weiteren Strukturierung bestehen IP-Adressen aus zwei verschiedenen Adressbereichen, einem Netzwerkbereich (Netz-ID) und einem Rechnerbereich (Host-ID). Diese beiden Adressbereiche sind vergleichbar mit dem Straßennamen und der entsprechenden Haus-Nr. einer Postadresse. Die Aufteilung der Adressen in Netzwerk- und Rechnerbereich wurde durch 5 verschiedene IP-Adressklassen (Klasse A – E) realisiert, wobei die Klassen D und E für den Anwender nicht relevant sind.

IP-Adressklassen

Ip-klassen
*nd = „nicht definiert“

Subnetzmaske

Die Subnetzmaske, auch Netzmaske genannt, legt fest, welcher Bereich der IP-Adresse zum Netzwerkbereich gehört. Dies wird durch auf „1“ gesetzte Bits in der Netzmaske definiert. Der Rest der IP-Adresse bildet den Rechnerbereich, welcher den möglichen Bereich von adressierbaren Rechnern/Endgeräten angibt.
Eine Subnetzmaske von „255.255.255.0“ bestimmt nun, dass die ersten drei Byte (also die ersten drei Ziffernblöcke) komplett den Netzwerkbereich bilden. Bei dem unten genannten Beispiel, handelt es sich hierbei bildlich gesehen also um die 192.168.2'te Straße (Netzwerk-ID), Hausnummer 10 (Rechner-ID), Raum 80 (Portnummer). Hätte man in dem Netz eine Subnetzmaske von "255.255.0.0" festgelegt, so würde die Straßennummer 192.168 lauten und die Hausnummer wäre nun 1.10!
Je größer die Subnetzmaske ist, umso weniger Rechner lassen sich pro Subnetz erfassen (bei 255.255.255.0 sind es „nur“ 254 Rechner pro Subnetz, was in der Regel aber ausreichen sollte; bei 255.255.0.0 sind es immerhin schon 65.536 mögliche Rechner pro Subnetz). Und je kleiner die Subnetzmaske ist, desto weniger Subnetze lassen sich definieren.

Ports

Der Port, auch Anschlussnummer genannt, funktioniert sinnbildlich gesehen wie ein Namensschild an einem Hauseingang. Der Hauseingang (die Netzwerkkarte) hat eine Adresse (die IP-Adresse). Über die zusätzlich angegebene Port-Nummer weiß das Betriebssystem, für welches Programm „im Haus“ das Netzwerkpaket bestimmt ist.

Beispieladresse mit Portangabe (hier http-Port 80): 192.168.2.10:80

Hinweis: Diese Konstellation (Angabe der IP Adresse und des Ports, getrennt durch einen Doppelpunkt) nennt man Socket.

Adressen für private Netze:

Für den Gebrauch in privaten Netzen hat die IANA (Internet Assigned Numbers Authority) drei Adressbereiche reserviert, die im öffentlichen Internet nie vergeben werden. Diese werden im Internet auch nicht geroutet – und sind damit von dort aus auch nicht sichtbar! Es handelt sich dabei um folgende Adressbereiche:

1. Klasse A: 10.x.x.x
Für ein privates Klasse A Netz ist der Adressbereich von 10.0.0.0 bis
10.255.255.254 reserviert.

2. Klasse B: 172.16.x.x bis 172.31.x.x
Für die private Nutzung sind 16 Klasse B Netze reserviert.

3. Klasse C: 192.168.0.x bis 192.168.255.x
256 Klasse C Netze stehen zur privaten Nutzung zur Verfügung.

 

Kommunikationsverkabelung in Wohnungen

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Tyco ACO Einsatz Triple play
Die schnelle Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik stellt immer neue Anforderungen an eine Kommunikationsverkabelung in Wohnungen. Eine zeitgemäße Elektroinstallation in einem modernen Wohngebäude bietet mehr als nur eine Antennendose im Wohnzimmer und einen Telefonanschluss im Flur. Der Nutzer einer Immobilie, ob Mieter oder Eigentümer, erwartet heute, dass er in allen Räumen einen Zugang zum Internet findet. Dies wird besonders wichtig, da sich eine Entwicklung abzeichnet, die Sprach-, Daten- und Fernsehdienste über ein Zugangsnetz anbietet. Die Bezeichnung dafür lautet „Triple Play“.

Die Grundvoraussetzung für das einheitliche Übertragungssystem auf Basis des TCP/IP-Netzwerkprotokolls ist eine flächendeckende Verfügbarkeit von schnellen DSL-Anschlüssen. Die Bundesregierung will bis Ende 2010 die nicht versorgten Gebiete mit leistungsfähigen Breitbandanschlüssen abdecken.

Außerdem sieht das Konjunkturpaket vor: Bis 2014 sollen dreiviertel und bis 2018 alle Haushalte einen 50 Megabit-Anschluss bekommen.

xDSL-Anschluss Übertragungsgeschwindigkeit
ADSL bis 6 Mbit/s
ADSL2+ bis 25 Mbit/s
VDSL bis 52 Mbit/s
VDSL2 bis 100 Mbit/s

Trendkom-13-verkabelung-210 Chance für das Elektrohandwerk
Schätzungen zufolge waren Anfang 2008 erst 1 % der Haushalte strukturiert verkabelt. Das macht deutlich, welches enorme Potenzial hier noch erschlossen werden kann. Auch in den Verkabelungsnormen wird dieser Anwendungsbereich nun berücksichtigt. Im Dezember 2007 wurde eine spezielle Norm DIN EN 50173-4 mit dem Titel „Informationstechnik – Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen Teil 4: Wohnungen“ veröffentlicht. Diese Norm beschreibt anwendungsneutrale Verkabelungen für Einfamilien- und Mehrfamilienhäuser.

Die Norm beschreibt drei Anwendungsbereiche:

  • Informations- und Kommunikationstechnik (IuK)
  • Rundfunk- und Kommunikationstechnik (RuK)
  • Steuerung, Regelung und Kommunikation in Gebäuden (SRKG)

Struktur des Verkabelungssystems
Die Verkabelung basiert auf einer sternförmigen Struktur, ausgehend von einem zentralen Wohnungsverteiler (WV). Die Anzahl und die Verteilung der Anschlussdosen hängt von der Größe und der Funktion der Räume ab. Grundsätzlich sollen Räume mit einem informationstechnischen Anschluss (TA) und einem Rundfunkanschluss (RA) je 3,75 m Raumumfang versorgt werden. Darüber hinaus ist auch ein informationstechnischer Mehrdienstanschluss (TARA) definiert. Die Anschlussdosen sollten gleichmäßig entlang des Raumumfangs verteilt werden.

IuK-Anschluss (TA): Je RJ45-Buchse ein 4-paariges, symmetrisches Kabel mit einer Übertragungsstreckenlänge bis max. 100 m (Empfehlung: Kat. 6-Anschlussdose 2 x RJ45 und Kat. 7-Installationskabel).

RuK-Anschluss (RA): Bei Verwendung von Koaxialkabeln (RuK-K) ist eine maximale Länge von 100 m möglich (75 Ohm-Kabel, 3 GHz). Bei Verwendung von symmetrischen Kabeln (RuK-S) ist eine maximale Länge von 50 m möglich (Empfehlung: Kat. 7-Anschlussdose z. B. Tera und 1 GHz Multimediakabel, Kat. 7A).

Fazit
Eine strukturierte Gebäudeverkabelung bietet ein Höchstmaß an Flexibilität bezüglich der Nutzung von Multimediadiensten in allen Räumen. Die Elektroinstallateure sollten sich intensiv mit diesem Thema auseinandersetzen. Das Potential ist groß. Berücksichtigen Sie bei der Planung und Beratung die strukturierte Kommunikationsverkabelung bei Renovierung und Neubau.