Netzwerke 2 Praktikumsversuch Datenverkabelung

Transkript

1 Netzwerke 2 Praktikumsversuch Datenverkabelung Kabelaufbau und -test

2 Zielsetzung Kennenlernen von Kenngrößen und Aufbau von Datenkabel Datenkabelanalyse mit Hilfe des Kabeltesters LT 8600 /Wavetec Wandel Coltermann Aufgabenstellung Eigenbau eines Patchkabels und Überprüfen auf Funktion Kabeltester justieren (Nullabgleich) Überprüfen von Patchkabel mit Hilfe des Kabeltesters und Erkennen von Fehlern Literatur Empfehlung Jens Dittrich, Uwe von Thienen - Moderne Datenverkabelung (ISBN )

3 Einführung Grundlegend wird zwischen Lichtwellenleitern und stromleitenden Kabeln unterschieden. In diesem Praktikumsversuch wird auf symmetrische Kupferkabel wie Sternvierer- und Twisted-Pair Kabel eingegangen, welche besonders für die Tertiärverkabelung (Verkabelungen in einem Raum) eine wichtige Rolle spielen. Sie unterscheiden sich im Aufbau wo im Sternvierer jeweils 4 Kupferadern zu einem Stamm verseilt werden und im Twisted-Pair Kabel immer 2 Adern zu einem Paar und mehrere Paare wiederum zu einem Kabel verseilt werden. Dennoch ist der allgemeine gebräuchliche Name für beide Kabel Twisted Pair (TP). Für die Bezeichnung symmetrisches Kupferkabel ist nicht wie man am ehesten annehmen würde der Kabelaufbau Grund. Bei einer Datenübertragung besteht ein symmetrischer Leiter immer aus 2 Adern und der Bezugserde (Bei TP der Schirm), welche durch aktive Netzwerk Komponenten so angesteuert werden damit sich die Signalamplituden eines Adernpaars gegenüber der Bezugserde zu 0 Volt addieren. Grundvoraussetzung dafür sind enge Toleranzen in der Fertigung der Kabel und exakte Ansteuerung durch aktive Komponenten, die im Idealfall den Leiter und somit die Datenübertragung unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen aus der Umwelt machen.

4 Aufbau von Twisted-Pair Kabeln Twisted-Pair-Kabel gibt es in zwei- und vierpaariger Ausführung. Bei aktuellen Netzwerkinstallationen werden fast nur vierpaarige Kabel verwendet. UTP (Unshielded Twisted Pair): Kabel mit ungeschirmten Paaren und ohne Gesamtschirm. Einsatz vorzugsweise bei der Etagen- und Endgeräteverkabelung. Das Hauptproblem ist das Übersprechen, d. h. die übertragenen Signale beeinflussen sich gegenseitig. Das Kabel ist jedoch wegen seines geringen Außendurchmessers und der fehlenden Schirme einfach zu verarbeiten und zeichnet sich durch geringe Kosten aus. STP (Shielded Twisted Pair): Die Adernpaare sind mit einem metallischen Schirm (üblicherweise eine Alu-kaschierte Kunststofffolie) umgeben. Bei Schirmung jeweils eines Paares spricht man auch von PiMF (Paar in Metallfolie), umfasst der Schirm zwei Paare wird dies auch als ViMF (Vierer in Metallfolie) bezeichnet. Durch diese zusätzliche Schirmung besitzt das STP-Kabel einen größeren Außendurchmesser und ist dadurch schlechter zu verlegen (größerer Biegeradius) als UTP-Kabel. Das Übersprechen zwischen den einzelnen Adernpaaren kann jedoch durch die Schirmung verringert werden (EMV- Verträglichkeit). S/STP (Screened Shielded Twisted Pair): Aufbau wie bei STP, jedoch mit zusätzlicher Gesamtschirmung um die Seele. Der Gesamtschirm kann als Folie oder als Drahtgeflecht oder aus beidem zusammen ausgeführt sein. S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair): Aufbau wie bei UTP, jedoch mit zusätzlicher Gesamtschirmung um die Seele. Der Gesamtschirm kann als Folie oder als Drahtgeflecht oder aus beidem zusammen ausgeführt sein. Besteht der Gesamtschirm nur aus einer Folie, wird so ein Kabel auch als FTP-Kabel bezeichnet; besteht der Gesamtschirm auf Folie + Drahtgeflecht auch als S/FTP-Kabel.

5 Weitere Eigenschaften Auch der Aderdurchmesser spielt bei der Wahl der Kabel eine wichtige Rolle. Umso größer der Querschnitt der einzelnen Adern desto geringer die Dämpfung. Gegensätzlich vergrößert sich dadurch der vom Hersteller angegebene Biegeradius des Kabels, der nicht unterschritten werden darf um eine Beschädigung der Adern zu verhindern. Heutzutage wird hauptsächlich Kupfer als Material für Datenkabel verwendet da Kupfer ein gutes Verhältnis von Preis und Leistung aufweisen kann. Dennoch gibt es noch den Unterschied zwischen Adern die aus einem Kupferdraht bestehen und denen die aus mehreren Kupferlitzen verseilt sind, diese finden Anwendung in Patchkabeln. Für Festinstallationen eignen sich die das massive Kupferkabel das einen höheren Biegeradius hat aber dafür eine geringere Dämpfung. Ein weiteres sicherheitstechnisches Kriterium könnte sein, dass manche zur Schirmung verwendete Materialen die nicht Halogen frei sind, im Brandfall giftige Gase bilden. Auch wichtig kann es sein wie leicht entflammbar die Kabel sind oder welchen mechanischen Belastungen sie standhalten können.

6 Steckverbindung und Verkabelung RJ-45 Steckverbindung Ursprünglich in den 80ern Jahren für Telefonanwendungen im amerikanischen Markt entwickelt ist die RJ-45 heute eine der weitverbreitetsten Steckverbindungen im EDV Netzwerkbereich. Bis heute wurden von den Herstellern die Steckverbindungen immer weiter verbessert, heutige Verbindungen verfügen über vergoldete Kontakte und Schirmungen die eine hochfrequente Datenübertragung garantieren. Verdrahtung Straight Ethernet Kabel Belegung für RJ-45-Stecker (beidseitig): Signal Pin Farbe TX+ 1 weiß/orange TX- 2 orange RX+ 3 weiß/grün 4 blau 5 weiß/blau RX- 6 grün 7 weiß/braun 8 braun Anwendung: Zum Verbinden einer Netzwerkkarte mit einem Hub/Switch. RJ-45-Stecker Belegung für Crossover Kabel (Ein Stecker gleich wie Patchkabel (siehe oben), der zweite überkreuzt) Pin Farbe 1 weiß/grün 2 grün 3 weiß/organe 4 blau 5 weiß/blau 6 orange 7 weiß/braun 8 braun Anwendung: Zum Verbinden zweier Netzwerkkarten, Hubs oder Switches.

7 Straight Ethernet Cable Cross-Cable Kategorien bei Twisted Pair nach EIA/TIA-568: Category Type Spectral B/W Length LAN Applications Notes Cat3 UTP 16 MHz 100m 10Base-T, 4Mbps Telephone Cables Cat4 UTP 20 MHz 100m 16Mbps Rarely Used Cat5 UTP 100MHz 100m 100Base-Tx,ATM, CDDI LAN Cat5e UTP 100MHz 100m 100Base-T LAN Cat6 UTP 250MHz 100m 1000Base-T LAN Cat7 ScTP 600MHz 100m 1000Base-T LAN CAT 5, 5e, 6 Detailiert: CAT 5 CAT 5e CAT 6 Frequency 100 MHz 100 MHz 250 MHz Attenuation (Min. at 100 MHz) 22 db 22 db 19.8 db Characteristic Impedance 100 ohms ± 15% 100 ohms ± 15% 100 ohms ± 15% NEXT (Min. at 100 MHz) 32.3 db 35.3 db 44.3 db PS-NEXT (Min. at 100 MHz) no specification 32.3 db 42.3 db ELFEXT (Min. at 100 MHz) no specification 23.8 db 27.8 db PS-ELFEXT (Min. at 100 MHz) no specification 20.8 db 24.8 db Return Loss (Min. at 100 MHz) 16.0 db 20.1 db 20.1 db Delay Skew (Max. per 100 m) no specification 45 ns 45 ns

8 Kurze Übersicht über das Testgerät

9 Praktikumsaufgaben: Der Feld-Nullabgleich Um bei dem Tester eine optimale Messgenauigkeit zu gewährleisten, sollte täglich ein Feld- Nullabgleich durchgeführt werden. Nehmen Sie den Nullabgleichsadapter und verbinden Sie das Handgerät, wie in der untenstehenden Abbildung gezeigt, mit dem Endgerät. Durchführung des Feld-Nullabgleichs: Zuerst müssen Sie das Handgerät (FE) und das Endgerät (NE) einschalten. Wählen Sie nun im Bereitschaftsbildschirm mit Hilfe der Cursor- und der Enter-Taste die Option Nullabgleich. Es erscheint der Nullabgleich-Bildschirm. Durch Drücken der linken Funktionstaste starten Sie den Nullabgleich. Während der Ausführung des Nullabgleichs wird die Meldung Bitte Warten eingeblendet. In etwa 1 Minute ist der Nullabgleich abgeschlossen.

10 Ein erfolgreicher Nullabgleich wird durch die Meldung Nullabgleich vollständig signalisiert. Durch das Drücken der Escape-Taste kehrt der Tester in den Bereitschaftsbildschirm zurück.

11 Anleitung zum Bau eines Patchkabels Hilfsmittel Kabelschneider, Abisolierzange, Flachzange, Crimpzange. Material ca. 1m STP Kabel Kat. 5e. 2x RJ-45 Buchse, 2x Aderkamm, 2x Knickschutz. Vorgehensweise Aufstecken des Knickschutzes auf das Kabel. Abisolieren des Mantels etwas länger als das rechteckige RJ-45 Gehäuse. Wichtig: Adernpaare und Schirmdraht dürfen nicht verletzt werden. Entfernen der Metall- und Folienschirmung. Schirmdraht nach hinten umlegen und Adernpaare straff ziehen. Einfädeln der Adern in den Kunststoffkamm, angefangen mit Pin 1, in folgender Reihenfolge: Weiß-Orange, Organe, Weiß-Grün, Blau, Weiß-Blau, Grün, Weiß-Braun, Braun. Möglichst ebenes ablängen der Kabel auf Länge des rechteckigen Gehäuses. Einführen des Kabels in das RJ-45 Steckergehäuse. Weiß-Orange Ader muss sich auf Pin 1 befinden. Alle Adern müssen gleichmäßig ohne starken Druck vorne am Steckergehäuse anliegen. Schirmdraht muss die Metallklemmen berühren. Metallklammern zum festklemmen des Kabels mit Flachzange leicht zusammendrücken. RJ-45 Stecker mit Stecker in die Crimpzange stecken und soweit wie möglich zusammendrücken, bis die Crimpzange wieder frei gibt. Dabei ist darauf zu achten, dass das Kabel nicht verrutscht und auch nicht zu fest das Kabel in das Gehäuse gedrückt wird. Entnehmen des Kabels aus der Zange. Überprüfen ob alle Adern immer noch gleichmäßig vorne anliegen und auch alle Metallkontakte gleichmäßig in die Adern gedrückt worden sind. Knickschutz auf Gehäuse schieben und wiederholen des Vorgangs auf der anderen Seite. Anschließendes Kontrollieren des Kabels auf richtige Verkabelung der Adern und des Schirms und der Funktion mit Hilfe des Kabeltesters.

12 Prüfen von Patch- und Crossoverkabeln Die ausgehändigten Patch- und Crossoverkabel sind zu prüfen. Ob es sich bei einem Kabel um ein Patch- oder Crossoverkabel handelt kann man beispielsweise durch das Ergebnis der Verkabelung, welche grafisch angezeigt wird, feststellen. Manche Kabel sind fehlerhaft. Ihre Aufgabe ist es, den Fehler mithilfe des Prüfgeräts zu finden und zu beschreiben. Hierbei sollten Sie sich auf die Eigenschaften Verdrahtung, NEXT und Dämpfung konzentrieren, welche auf den folgenden Seiten beschrieben werden. Ebenfalls sollte die Länge mit einem etwas längerem Kabel gemessen werden, da das Messgerät die exakte Länge erst ab 5 Metern angibt. Die anderen Werte sollen in diesem Versuch ausser Acht gelassen werden, da diese 3 genannten Eigenschaften die wichtigsten im Kabelbau sind. Die restlichen Kabeleigenschaften sind aber dennoch wichtig und sind deshalb ebenfalls in den unteren Erklärungen aufgeführt. Voreinstellungen Schalten Sie das Handgerät mit Display mit der On/Off-Taste ein. Hinweis: Das Endgerät wird bei Testbeginn automatisch vom Testgerät eingeschaltet. Die im Display sichtbaren Symbole lassen wir dabei außer Acht, da wir diese für unsere Testzwecke nicht benötigen. Einstellen des Kabeltyps Zuerst sollte überprüft werden ob die Einstellungen des Testgeräts mit unserem zu prüfendem Kabeltyp übereinstimmt. Um dies zu prüfen drücken Sie bitte die Kabelauswahltaste (Taste 10). Danach gelangen Sie in ein Menü mit verschiedenen Kabel- Hauptgruppen. In diesem Menü angelangt, müssen Sie mithilfe der blauen Cursor-Tasten (Tasten 4) auf den Menüpunkt TWISTED PAIR BASIC wechseln und danach zur Bestätigung die Enter-Taste (Taste 7) drücken. So gelangen Sie wiederum in ein weiteres Menü. Hier müssen Sie mit den Cursor-Tasten auf Cat 5E STP Link wechseln und mit der Enter-Taste bestätigen. Anschließend erscheint kurz auf dem Display das der Kabeltyp gewechselt wurde. Wenn dies geschehen ist gelangen Sie durch einfaches Drücken der Escape-Taste (Taste 9) wieder in das Hauptmenü. Durchführung des Tests Als erstes müssen die RJ45-Adapter bzw. die so genannten Channel-Adapter an das Handund Endgerät angeschlossen werden. Danach kann das Patch- bzw. Crossoverkabel in die Adapter eingesteckt werden. Ist dies geschehen, kann der Prüfvorgang im Hauptmenü durch das Drücken der Autotest-Taste (Taste 3) durchgeführt werden. Dieser Vorgang dauert einen kleinen Moment. Danach gelangen Sie automatisch in ein Menü, in dem Sie jedes einzelne Ergebnis abfragen können. Ist das Kabel fehlerhaft, wird dies durch ein X angezeigt. Auch in der Liste mit den einzelnen Eigenschaften wird einzeln angezeigt ob ein Fehler vorliegt oder nicht. Ist das Kabel andererseits in Ordnung erscheint rechts oben sowie bei jeder Eigenschaft in der Liste ein Häkchen.

13 Fehlererkennung Die Fehlererkennung bei der Verkabelung ist durch die grafische Darstellung sehr einfach. Das Handgerät zeigt mögliche Fehler wie folgt an: 1. Die Position einer offenen Stelle wird als unterbrochene Linie gekennzeichnet, die mit zwei X abgeschlossen ist. 2. Ein Kurzschluss zwischen zwei Adern wird durch eine die betreffenden Adern senkrecht verbindende Leitung angezeigt. 3. Nicht überprüfte Anschlüsse erscheinen als sehr kurze durch ein X abgeschlossene Leitungen. 4. Querverbundene Adernpaare werden als einmal überkreuzte Leitungen dargestellt. 5. Aufgetrennte Adernpaare (Split Pairs) werden am unteren Bildschirmrand aufgelistet. Der Leitungsplan erscheint korrekt. Die Fehlererkennung bei der Dämpfung und den NEXT-Werten ist bei diesem Messgerät auch einfach zu bestimmen. Durch das Einstellen des Kabeltyps, was am Anfang beschrieben wurde, speichert das Messgerät die jeweiligen Grenzwerte für die verschiedenen Eigenschaften. Wird der Test durchgeführt, überprüft das Messgerät nun, ob das Kabel bzw. die Adernpaare diese gespeicherten Grenzwerte einhält. Ist dies der Fall, wird dies jeweils mit einem Häkchen bestätigt. Wird der Grenzwert überschritten, wird das Adernpaar mit einem X gekennzeichnet. Messung der Länge Um die Länge eines Kabels mit dem Messgerät zu messen liegt ein etwas längeres Kabel bei. Da dieses bewusst eine Länge von über 5 Metern hat ist die Messung der Länge möglich. Die Messung kann wie gewohnt durchgeführt werden. Die Messung kann oft von der tatsächlichen Länge abweichen. Der Grund dafür ist das die Kabelpaare, wie der Name schon sagt, verdrillt sind.

14 Die Kabeleigenschaften - Beschreibung Verdrahtung Überprüfung der Adern und der Abschirmung auf Durchgang. Mit diesem Test kann man Kurzschlüsse, Unterbrechungen und falsche Anschlüsse feststellen. Zum leichteren Erkennen von Störungen werden die Testergebnisse grafisch dargestellt. Länge Die Länge wird auf Grundlage der Zeit ermittelt, die ein Signal benötigt, um vom Kabelende reflektiert zu werden. Für eine präzise Messung muss der Nennwert der Ausbreitungsgeschwindigkeit (AVP-Wert) des betreffenden Kabels bekannt sein. NEXT ( Near End Crosstalk ) = Nahnebensprechen Im NEXT-Test sendet das Messgerät jeweils auf ein Paar ein Signal und misst wie viel davon in die verschiedenen benachbarten Paare eingekoppelt wird. Bei einem 4-Paar-Kabel ergeben sich so sechs Aderpaar-Kombinationen, nämlich 12-36, 12-45, 12-78, 36-45, und 45-78, Entsprechend ergeben sich sechs Frequenzgangkurven. Da das NEXT von beiden Seiten der Leitung gemessen werden muss, erhält man insgesamt 12 Kurven. Starkes Übersprechen (niedriger Zahlenwert!) ist eine der häufigsten Ausfallursachen bei Abnahmemessungen. Gute Kabelscanner zeigen das NEXT im Abstand vom Messpunkt so, dass man Aufschluss darüber erhält, wie viel NEXT an den Steckverbindungen oder auf der eigentlichen Kabelstrecke auftritt. Dämpfung Die Dämpfung eines Kabels beschreibt das Verhältnis einer am Anfang eingespeisten Leistung zu der am Ende herauskommenden Leistung. Also: - Verluste auf der Strecke - Abschwächung eines Signals Je länger ein Kabel ist desto größer ist auch seine Dämpfung. Mit anderen Worten beeinflusst also die Dämpfung die zulässige maximale Länge einer Verkabelungsstrecke. Die Dämpfung eines Kabels ist aber nicht nur längenabhängig, sondern auch frequenzabhängig. Sie nimmt bis ca. 50 MHz mit der Wurzel der Frequenz zu. Bei Frequenzen über 50 MHz steigt die Dämpfung noch stärker an. Wie der genaue Verlauf der Dämpfung auch immer aussieht, es gilt, dass mit der Frequenz auch die Dämpfung wächst. ACR (Attenuation Crosstalk Ratio) Dies ist die Differenz von Dämpfung und NEXT und gibt Auskunft über den Störabstand zwischen dem (gedämpften) Nutzsignal und dem Störsignal NEXT. Der ACR wird nicht direkt gemessen, sondern auf Grundlage der gemessenen Dämpfungs-und NEXT-Werte vom Tester errechnet. Rückflussdämpfung (Return Loss, RL) Impedanzvariationen (Impendanz = Scheinwiderstand) entlang der Verbindung führen zu Signalreflexionen, die einerseits das zum anderen Ende gelangende Signal schwächen (Anteile die reflektiert werden dringen nicht bis zur anderen Seite durch), andererseits aber auch vom anderen Ende ankommende, entsprechend gedämpfte Signale stören könnten. Speziell die Steckverbindungen sind, ähnlich wie beim NEXT, für RL kritisch. Allerdings können auch schlechte oder bei der Installation beschädigte Kabel RL-Probleme

15 verursachen. Ein häufig unterschätztes Problem sind außerdem Impedanzsprünge zwischen Installations- und Patchkabel. Auch RL wird von beiden Seiten gemessen und in db angegeben. Je größer der Zahlenwert, umso besser. Ausnahmeregel: Liegt die Dämpfung der gemessenen Strecke unter 3dB, wird das RL nicht bewertet, sondern nur informativ angegeben. Bei kurzen Strecken "sieht" der Kabelscanner nämlich nicht nur die Reflexion vom Anfang der Strecke, sondern teilweise auch vom anderen Ende (auf längeren Kabeln wird das vom fernen Ende reflektierte Signal auf dem Rückweg zum Scanner so stark gedämpft, dass es keine nennenswerte Rolle mehr spielt). Diese dann fast doppelt so starken Reflexionen können bei Messgeräten, die diese normgemäße Ausnahmeregel nicht berücksichtigen, zu Fehlbewertungen führen. Laufzeit & Laufzeitdifferenz Die Laufzeit ist der Zeitraum, den ein Signal benötigt, um das Kabel vom einen Ende zum anderen zu durchlaufen. Die Laufzeitdifferenz stellt die Differenz zwischen der kleinsten und größten gemessenen Laufzeit zwischen den Adernpaaren dar. Reserve Bei dieser Messung handelt es sich um die Summe der Grenzwertreserven (ACR) der Verkabelung und der zusätzlichen Reserve zwischen dem schlechtesten NEXT-Wert und dem NEXT-Grenzwert. Die Berechnung erfolgt mit einer Power-Sum-ACR-Messung am schlechtesten Adernpaar, nachdem die Dämpfung für dieses Paar auf 100 Meter normiert wurde (328 Fuß). ELFEXT (Equal Level Far End CrossTalk) ELFEXT, gleichpegliges Übersprechen am fernen Ende, ermittelt den an die Dämpfung angepassten Rauschpegel zwischen Paaren am empfangenden Ende der Übertragungsstrecke. Diese Rauschpegelmessung ist für die Übertragungsleistung neuerer Anwendungen von Bedeutung, die mehrere Adernpaare nutzen (z.b. GigaBit). Power Sum NEXT / Power Sum ACR / Power Sum ELFEXT Jede der an den Paar-zu-Paar-Kombinationen ausgeführten Messungen kann aufsummiert werden. Da ein ausgewähltes Adernpaar in Kombination mit den drei anderen Paaren eines Vier-Paar-Systems gemessen wird, ist der Power Sum-Wert eines ausgewählten Adernpaares die mathematische Summierung einer jenen Paarkombination, wie sie für die Messung erscheint. Im allgemeinem ergibt sich Dämpfungsgrenzwert von etwa 3 db.