Kabeltypen und -kategorien für Ethernet

Die ersten beiden Kategorien sind höchstens über kurze Distanzen etwa als Patchkabel geeignet und werden hier nicht weiter betrachtet. Flachkabel kommen in Privathaushalten dann zum Einsatz, wenn es installationsseitig keine andere Möglichkeit gibt, etwa bei Verlegung unter einem Spannteppich. Koaxialkabel sind in der Regel bei Kabelanschlüssen anzutreffen, etwa zwischen Koaxbuchse und Kabel-­Empfänger oder auch zwischen DAB-­Antenne und -Empfänger. Glasfaser-Kabel sind vergleichsweise teuer sowie aufwendig zu verlegen und kommen nur in ausgewählten Umgebungen zum Einsatz, etwa in EMV-kritischen Umgebungen oder bei extrem hohen Übertragungsgeschwindigkeiten (Grossrechner, Serverfarmen etc.). Somit bildet die dritte Kategorie den Schwerpunkt dieses Beitrags.

 

Ethernet-Kabel mit verdrillten Adernpaaren

Ein erster Unterschied bei diesen Ethernet-­Kabeln besteht darin, ob für das Kabel feste Drähte oder nur Litzen verwendet werden. Bei beiden Typen variiert zudem der Leiterquerschnitt. Wie aus der Kabelspezifikation hervorgeht, verwendet ein festes Kabel ein einzelnes, gezogenes Stück Kupfer für jeden Draht des Kabels. Dieser Kabeltyp ist deutlich robuster und haltbarer, aber auch weniger gut zu biegen bzw. zu verlegen und etwas teurer. Der Litzendraht hingegen bedient sich einer Reihe von miteinander verdrillten Kupferlitzen, ist flexibler und daher einfacher zu verlegen, aber auch deutlich weniger haltbar. Sollen solche Kabel über längere Distanzen eingezogen werden, muss zwingend ein Zugseil im Kabel vorhanden sein, um das Risiko für Beschädigungen an Drähten / Litzen zu minimieren.

Bei der Planung und besonders vor der Installation kann somit die Wahl (etwa bei langen Kabelstrecken) wichtig sein, da jeder Typ für verschiedene Anwendungen optimiert wurde:

Litzenkabel: Diese Art von Kabel ist flexibler und eignet sich besser für Ethernet-Kabel, bei denen das Kabel Bewegungen ausgesetzt ist. Litzenkabel sind vorteilhaft an Schreibtischen und Verbindungen zu PCs oder in engen Kabelkanälen, wie man sie oft in Wohnungen oder Altgebäuden antrifft.

Massivkabel: Massivkabel sind nicht so flexibel wie Litzen, aber auch langlebiger. Einsatzgebiete sind permanente Installationen wie z. B. die Verlegung unter Fussböden, Einbettung in Wände und dergleichen.

 

Professionelle Installationen

Ethernet-Kabel für professionelle Büroumgebungen basieren üblicherweise auf verdrillten Adernpaaren mit massiven Kupferdrähten innerhalb eines Gesamtkabels (vier- oder achtpaarig). Aufgrund der gewünschten Bitraten werden Distanzen von weniger oder deutlich weniger als 100 m zwischen Endgerät und Switch eingeplant. Doch warum die Verdrillung?

Im Ethernet-Kabel können sich die elektromagnetischen Felder, welche beim Stromfluss physikalisch bedingt entstehen, durch Verdrillen der Drähte ausgleichen. Das Prinzip dabei: In einem Draht des Paares bewegt sich der Strom in die eine, im anderen Draht in die andere Richtung. Dadurch heben sich die Gesamtfelder um das verdrillte Paar auf. Auf diese Weise werden Signale über grössere Längen in der Regel möglichst störungsfrei übertragen.

Deutlich bessere Ergebnisse liefern natürlich Glasfaser-basierte Kabel, die in der Praxis aber eher selten anzutreffen sind. Meist stehen extrem hohe Anforderungen an Datenübertragungsraten und an die Sicherheit im Vordergrund. Der Installationsaufwand ist jedoch deutlich höher und die Endgeräteauswahl beschränkt.

 

Mögliche Störungen

Minderwertige Ethernet-Kabel auf Kupferbasis sind leider anfällig für äussere elektromagnetische Störungen, besonders wenn die Kabel im Freien, in der Nähe von Hochspannungsgeräten, Stromkabeln oder anderen Kommunikationskabeln verlegt sind. Hier sorgt eine gut gefertigte und isolierende Abschirmung z. B. aus Metallfolie für Abhilfe. Sie stellt aber kein Alibi dar, um stromführende Kabel aus Kostengründen im selben Kabelkanal hineinzuquetschen, was man in der Praxis leider immer wieder sieht oder nach einer zeitaufwendigen Fehlersuche findet.

Besonders elektronische Geräte mit hohem Softwareanteil reagieren bisweilen sehr empfindlich auf elektromagnetische Felder. Diese können je nach lokaler Situation Unterbrechungen bewirken, welche nur sehr schwer einzugrenzen sind, denn oftmals treten sie nur temporär auf, was im einfacheren Fall zum Abbruch oder akustischen Störungen von Telefongesprächen oder schlechter Qualität von Videokonferenzen führen kann. Werden dann noch minderwertige, oft nicht abgeschirmte Endgeräte mit wenig einstrahlfesten Netzteilen verwendet, wird es oft kritisch bis emotional.

 

Kennzeichnung der Abschirmung

Daher ist eine seriös ausgeführte Abschirmung essenziell. Ihre Art lässt sich dank Codes auf dem Ethernet-Kabel schnell herausfinden:

U/UTP: Ungeschirmtes Kabel mit ungeschirmten, verdrillten Paaren

F/UTP: Foliengeschirmtes Kabel mit ungeschirmten, verdrillten Paaren

U/FTP: Ungeschirmtes Kabel mit foliengeschirmten, verdrillten Paaren

S/FTP: Geflochtenes, abgeschirmtes Kabel mit foliengeschirmten, verdrillten Paaren

ASTP: Explosionssichere und nagetiergeschützte Kabel  ??

Die Abkürzungen bedeuten Folgendes:

«TP» steht für «Twisted Pair» (verdrilltes Paar)

«U» steht für «Unshielded» oder «Unscreened» (ungeschirmt oder abgeschirmt)

«F» steht für «Foil Shielding»(Folienabschirmung)

«S» steht für «Braided Shielding»(geflochtene Abschirmung)

«A» steht für «Armour» (Armierung)

 

Die Abschirmung im Detail

Ein «F» bedeutet, dass eine Folienabschirmung vorhanden ist. Dabei handelt es sich um eine Schicht aus Metallfolie, Kupfer oder Aluminium mit einem Polyesterüberzug für längere Haltbarkeit. Dies sind zwar kostengünstige und effektive Mittel zur Abschirmung von Ethernet-Kabeln, welche jedoch leicht reissen und besonders in rauen Umgebungen schnell wirkungslos werden können.

Ein «S» steht für einen geflochtenen Schirm, einem Geflecht aus sehr dünnem Kupfer- oder Zinndraht. Dieses Geflecht ist gegen physische Schäden zwar widerstandsfähiger als Folie, deckt das Kabel aber nicht ganz vollständig ab.

Ein «F», gefolgt von «TP», bedeutet, dass das Kabel selbst mit einer Folie ummantelt ist, die verdrillten Adernpaare (TP) im Inneren jedoch einzeln ungeschirmt sind. Manchmal wird «STP» («Shielded Twisted Pair») verwendet, um anzuzeigen, dass das Kabel in irgendeiner Form abgeschirmt ist, ohne jedoch genauere Angaben zu machen.

Bei Ethernet-Kabeln mit «PIMF»-Kennzeichnung sind die Adernpaare jeweils mit einer Metallfolie abgeschirmt.

 

Besonderer Schutz

Bei einigen Kabeln wird ein Separator im Kabel selbst verbaut. Er besteht aus Kunststoff, Papier oder Gummi und trennt die verdrillten Paare physisch voneinander, um das Übersprechen von Signalen zu verhindern. Es macht die Kabel auch widerstandsfähiger gegen Kompression und steifer, was aber das Verlegen um enge Ecken erschwert.

So genannte panzergeschützte Kabel mit der Kennzeichnung «A» trifft man fast ausschliesslich im Aussenbereich und/oder in äusserst rauen Umgebungen oder unter entsprechenden Einsatzbedingungen an.

In professionellen Verkabelungen sind ungeschirmte Kabel kaum noch anzutreffen und eignen sich höchstens für Patchkabel mit gewollt beschränkter Lebensdauer oder für einfache Heimanwendungen über kurze Distanzen, solange die Kabel nicht mit anderen Kabeln im selben Kanal verlegt werden oder sich in der Nähe grosser Elektrogeräte befinden, welche starke und wechselnde Magnetfelder erzeugen (z. B. Elektromotoren). Diese stören die Daten-, Sprach- und Videoübertragung empfindlich.

 

Kabelkategorien für Ethernet

Mit Blick auf die Installationspraxis wurden so genannte «Kategorien» definiert. Innerhalb dieser Kategorien müssen alle und wirklich alle angeschlossenen Geräte dieses Format verwenden. Gängige Kategorien sind Cat. 5, Cat. 6, Cat. 7/7a und Cat. 8.

 

Cat.-5-Kabel: Etwas langsamer, aber zuverlässig

Cat.-5-Kabel sind seit vielen Jahren die zuerst sichtbare Wahl für LAN- und Internetverbindungen. Wenn man sich daheim am Router oder im Büro am LAN befindet, ist das Kabel auf der Rückseite vom PC zum Netzanschluss sehr wahrscheinlich ein Cat.-5-Netzwerkkabel. Cat.-5-Kabel bestehen aus vier verdrillten Kupferdrahtpaaren mit RJ45-Steckverbindern. Es hat eine Bandbreite von bis zu 100 MHz und unterstützt Geschwindigkeiten von 10 oder 100 Mbit/s. Unter günstigen Verhältnissen, etwa bei kurzen Distanzen, kann man mit einem Cat.-5-Kabel durchaus Übertragungsgeschwindigkeiten im Bereich einiger Gbit/s erreichen. Als maximale Länge wird im Standard jedoch 100 m festgelegt, der dann auch die Bitraten sicherstellt.

 

Cat.-5e-Kabel: Schneller, aber weniger Störungen

Die Cat. 5e stellt eine verbesserte Version von Cat. 5 dar und ist eine rauschärmere Version mit reduziertem Potential für Übersprechen. Weil das Kabel durchschnittlich zwei Verdrillungen pro cm und somit eine deutlich enger ausgeführte Verdrillung aufweist, treten weniger Störungen auf. Dadurch kann ein Cat.-5e-Kabel Daten schneller und ohne nennenswerte Signalverschlechterung übertragen.

Dabei gibt es zwei Hauptunterschiede zwischen Cat.-5- und Cat.-5e-Netzwerkkabeln. Einerseits ermöglicht ein Cat.-5-­Ethernet-Kabel Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s, während Cat.-5e-Netzwerke bis zu 1 Gbit/s unterstützen – also das Zehnfache. Andererseits bieten geschirmte Varianten eine deutlich bessere Rauschunterdrückung mit weniger Störpotential.

 

Cat.-6-Kabel: Noch schneller, nochmals bessere Leistung

Ein Cat.-6-Kabel hat eine Bandbreitenkapazität von 250–500 MHz und ermöglicht Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s. Ähnlich wie das Cat.-5e-Kabel besteht auch das Cat.-6-Kabel aus vier verdrillten Kupferdrahtpaaren, weist jedoch strengere Spezifikationen für Übersprechen und Systemrauschen auf. Es ist jedoch zu beachten, dass die vollmundig angepriesenen Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s nur bei Kabellängen von 37–55 m möglich sind. Bei Kabellängen von 100 m bleibt es bei den bekannten 1 Gbit/s.

 

Cat.-6a-Kabel: Stärkere Ummantelung für industrielle Anwendungen

Das kleine «a» in Cat. 6a steht für «Augmented» (erweitert). Cat.-6a-Kabel sind in der Lage, höhere Übertragungsgeschwindigkeiten über grössere Netzwerkkabellängen beizubehalten. Dank stärkerer Ummantelung ist die Cat.-6a-Verkabelung besser für industrielle Umgebungen geeignet. Bei Planung und Installation ist jedoch zu beachten, dass Cat.-6a-Kabel im Vergleich zu Cat.-6-Kabeln dicker und weniger flexibel sind.

 

Cat.-7-Kabel: «Neue Klasse F»

Unter den Ethernet-Kabeln mit Eignung für Segmente von bis zu 100 m stellen die Cat.-7-Kabel eine Art «High End» dar. Denn sie bestehen aus vier einzeln abgeschirmten Paaren innerhalb einer zusätzlichen Gesamtabschirmung, die als «Shielded/Foiled Twisted Pair» (S/FTP) oder «Foiled/Foiled Twisted Pair» (F/FTP) bezeichnet wird. Cat.-7-Kabel verringern die Signaldämpfung signifikant, sind im Vergleich zu älteren Versionen wie Cat.-5e- oder Cat.-6a-Kabeln jedoch relativ steif. Dabei ermöglichen sie Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s bei bis zu 100 m Kabellänge (oder mehr bei kürzeren Distanzen).

 

Cat. 8.1 und 8.2: Fortschritt in Sachen Datenrate und Bandbreite

Cat.-8-Kabel entsprechen dem neuesten Stand für kupferbasierte Ethernet-Kabel. Bei dieser Kategorie wird jedes einzeln und eng verdrillte Kabelpaar nochmals mit Folie umwickelt. Damit wird das Übersprechen praktisch vollständig eliminiert, was nochmals gesteigerte Datenübertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht – allerdings nur über deutlich verkürzte Distanzen. Dies prädestiniert Cat.-8-Kabel als Patch- oder lokale Verbindungskabel. Sie erlauben Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 25 Gbit/s (Cat. 8.1) und 40 Gbit/s (Cat. 8.2), was eine erhebliche Steigerung gegenüber Cat. 7 bedeutet. Dass Cat.-8-Kabel teurer als Cat.-7-Exemplare sind, überrascht kaum.

 

Schlüsselfaktoren zur Auswahl und Unterscheidung

Manche Elektroplaner und Installateure werden sich fragen, welche Kabelkategorie sie für eine konkrete Aufgabe verwenden sollen. Dabei sind folgende Schlüsselfaktoren entscheidend:

Bandbreite: Wenn ein Kabel höhere Frequenzen übertragen kann, läuft die Datenübertragung schneller und effizienter ab.

Geschwindigkeit: Die Übertragungsgeschwindigkeit ändert sich je nach Kategorie und wird durch die mögliche Bandbreite des Kabels bestimmt.

«Crosstalk»: Aufgrund unerwünschter elektromagnetischer Einflüsse kann ein «Übersprechen» von Signalen von einem Kabel auf ein anderes auftreten. Dies führt zu Signalstörungen und tieferen Übertragungsgeschwindigkeiten im Netzwerk. Im Extremfall kann es die gesamte Signalübertragung blockieren.

 

Kabel für Spezialanwendungen

In einem einzelnen Netzwerkkabel sind mehrere verdrillte Paare enthalten, wobei die Anzahl der Verdrillungen pro Längeneinheit für jedes Paar unterschiedlich angeordnet sind. Die Rate basiert auf Primzahlen, sodass sich niemals zwei Verdrillungen angleichen, was als positiven Nebeneffekt die Überschneidung von Frequenzen innerhalb eines Kabels reduziert.

Ethernet-Kabel sind in verschiedenen Längen auch als Patchkabel erhältlich. Solche Kabel können in Systemen, Gebäuden oder Racks (Datencenter, Labors etc.) integriert werden. Die Kabelenden werden dabei mit einem s.g. «Crimp-Werkzeug» mit dem erforderlichen Anschluss verbunden. Die Netzwerkkabel sind in verschiedenen Längen von bis zu 100 m erhältlich.

Zunächst ungeschirmt, wurden Kabel später jedoch abgeschirmt, um Störungen zu minimieren und die Leistung zu verbessern. Beispielsweise kann ein ungeschirmtes Twisted-Pair-Kabel (UTP) für einen kurzen Lauf zwischen einem Computer und einem Router zufriedenstellend sein. Für längere Entfernungen ist jedoch ein foliengeschirmtes Kabel (FTP) besser geeignet, vor allem dann, wenn ein Ethernet-Kabel durch Bereiche mit grossen elektrischen Feldern verläuft.