Einführung in die Netzwerktechnik Aufbau, Begriffe. Thorsten Punke Dipl. Ing.

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1 Einführung in die Netzwerktechnik Aufbau, Begriffe Thorsten Punke Dipl. Ing. 1

2 Inhalte Aufbau von Netzen Begriffe und Definitionen Topologien von Netzwerken Standards Übetragungsparameter Kabeltypen Steckverbinder Aktive Komponenten Hinweise 2

3 Begriffe der Netzwerktechnik LAN (Local Area Network) Ein LAN ist ein Netzwerk innerhalb eines Gebäudes oder Raumes. 3

4 Begriffe der Netzwerktechnik WAN (Wide Area Network) Ein WAN ist ein Netzwerk zwischen verschiedenen Standorten, die oft viele Kilometer entfernt liegen WAN-Verbindung X Kilometer Standort A Standort B 4

5 Begriffe der Netzwerktechnik Application (Anwendung) Beispielsweise: Textverarbeitung Tabellenkalkulation CAD (Computer aided design) DTP (Desktop Publishing) Telefonie (analog, ISDN, ADSL) Videokonferenzen CATV 5

6 Begriffe der Netzwerktechnik Protokolle ATM (Asynchronous Transfer Mode) Token Ring Ethernet Übertragungstechnologien 4 Mbit/s, 16 Mbit/s Token Ring 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1000 Mbit/s Ethernet 155 Mbit/s, 622 Mbit/s ATM Ethernet ist heute das bedeutendste Protokoll, ATM wird neben Ethernet in WANs eingesetzt, Token Ring veraltet 6

7 Verkabelungsstandards Überblick IEC International Electrotechnical Commission ISO International Standards Organization ISO / IEC CENELEC European Committee for Electrotechnical Standardization EN DIN/DKE Deutsches Institut für Normung/ Deutsche Kommission Elektrotechnik ANSI American National Standards Institute BSI British Standards Institution TIA Telecommunications Industry Association EIA Electronic Industry Association ETC. TIA / EIA 568A 7

8 Verkabelungsstandards Definition: Internationale Standards für den Entwurf, die Installation und die Administration von Kommunikations-Systemen in Gebäudekomplexen Der nationale amerikanische Standard EIA/TIA 568 A und die europäische Norm EN sind von dem globalen Standard ISO / IEC abgeleitet Aufgabe Schaffung eines einheitlichen Standards mit der Anpassung an nationale Gegebenheiten. Schaffung einer installierten Basis, die zukünftige Anwendungen nutzen können und deren Eigenschaften bekannt sind. 8

9 Verkabelungsstandards Norm für die strukturierte, universelle Gebäudeverkabelung in Deutschland: EN Vorgegebene Struktur (Topologie): sternförmig Bus oder Ring veraltet und nicht normkonform! RING BUS STERN 9

10 Verkabelungsstandards Koaxverkabelungen sind billig, aber veraltet. 100 Mbit/s und mehr nur noch mit Kategorie 5 Komponenten Das bedeutet auch Twisted Pair Kabel! Aktive Komponenten nur noch mit RJ45 Steckverbindern. 10

11 ISO / IEC und EN Tertiäre Verkabelung Etagenverkabelung Horizontalbereich sekundäre Verkabelung Steigbereich Gebäudebackbone primäre Verkabelung Standortbackbone Campusbackbone Struktur: Baum bzw. Sternförmig 11

12 ISO / IEC und EN Gebäude 3 Übergabepunkt Gebäude 2 Gebäudeverteiler Etagenverteiler Campusverteiler Etagenverteiler 12

13 Neue Ausgabe der IS Zentralisierte Verkabelungsstruktur TC? Max 300 m total (fiber) Interconnect / splice Pull Through Max 90 m total (fiber) Equipment Room Server TC = Telecommunications Closet 13

14 Kategorien und Linkklassen Die Leistungsfähigkeit von Komponenten (Patchkabel, Verteilfelder, Kabel, Arbeitsplatzanschlußdosen) wird in Kategorien angegeben: Kategorie 3 bis 16 MHz für Telefonie Kategorie 5 bis 100 MHz Datentechnik & Telefonie Kategorie 6 bis 250 MHz zukünftige Anwendungen Kategorie 7 bis 600 MHz zukünftige Anwendungen und CATV Achtung! Gilt in der Form nur für Kupferkomponenten 14

15 Kategorien und Linkklassen Die Leistungsfähigkeit eines Links wird in Linkklassen angegeben: Linkklasse D bis 100 MHz alle heutigen Dienste Linkklasse E bis 250 MHz mit Zukunftsreserve Linkklasse F bis 600 MHz enorme Zukunftsreserve Achtung! Gilt in der Form nur für Kupferkomponenten 15

16 Kategorien und Linkklassen Kategorie 5 Komponenten 16

17 Kategorien und Linkklassen 17

18 Linkmodelle Permanent Link Permanent Link ist die Strecke von Arbeitsplatzdose zum Verteilfeld im Etagenverteiler ohne die Anschlußkabel (Patchkabel). D.h. die fest verbaute Verkabelungsstrecke, die später mit Patchkabeln beschaltet wird. Verteilfeld Max. 90 Meter Dose 18

19 Linkmodelle Channel Link Channel Link ist die Strecke von Arbeitsplatzdose zum Verteilfeld im Etagenverteiler einschließlich Anschlußkabel (Patchkabel). D.h. die komplette passive Verkabelungsstrecke wie Sie später im Betrieb ist. Verteilfeld Patchkabel 1 Patchkabel 2 Max. 90 Meter Dose 19

20 Kabel - Entfernungen (EN 50173) Die maximale Kabellänge zwischen Etagenverteiler und Arbeitsplatzanschlußdose darf 90 Meter nicht überschreiten. Gesamtlänge beider Patchkabel max. 10 Meter (Patchkabel 1 + Patchkabel 2) Verteilfeld Patchkabel 1 Patchkabel 2 PC Max. 90 Meter Dose 20

21 Übertragungsmedium Der Aufbau von Netzen kann mit Kupfer- oder Lichtwellenleitern erfolgen. Dabei werden LWL Kabel für lange Strecken und hohe Datenraten (10Gigabit/s) eingesetzt. Kupferkabel werden zu 75% vom Etagtenverteiler zum Arbeitsplatz eingesetzt. Zu Hause sind nur Netze aus Kupferkabeln sinnvoll. 21

22 Kupfer/Glas Kosten/Nutzenanalyse zwischen LWL und Kupfer Bei den passiven Komponenten wie Kabel, Anschlusdosen und Verteilfeldern bietet Glas ein besseres Preis/Leistungsverhältnis. Bei den aktiven Komponenten (Switch, Router, NIC) ist Kupfer um den Faktor 2-3 billiger. Ein Grund für eine gemischte Verkabelung. LWL kann keine Energie übertragen! Kann bei VoiP ein Nachteil sein 22

23 Kabel - Konstruktionen EN und ISO/IEC fordern 8-adrige Verkabelung (4 Aderpaare bei PiMF) Drahtquerschnitt AWG (American Wire Gauge) (Durchmesser des Leiters) zulässig AWG AWG 22: 0,64 mm (Mittelwert) AWG 23: 0,57 mm (Mittelwert) AWG 24: 0,51 mm (Mittelwert) Aderdurchmesser bis 1.6 mm Außendurchmesser (Mantel) kleinstmöglich 23

24 Kabel - Installation Einzugskräfte sollten nicht größer sein als 150 Newton (~15 kg) bei UTP bzw. FTP Kabeln 250 Newton (~25 kg) bei STP Kabeln Nicht mehr als zwei 90 Biegungen während des Einzugsvorganges! Kabel nicht länger als 30 Meter an einem Stück in Kanäle einziehen! Hängende Kabel alle 1,5 Meter abstützen Nicht über scharfe Gebäudekanten einziehen Beschädigung der Kabelgeometrie: Probleme bei Dämpfung, Nahnebensprechen, Return Loss 24

25 Kabel - Installation Biegeradien beim Einziehen und im verlegten Zustand unbedingt einhalten UTP, FTP: mind. 8 x Kabeldurchmesser beim Einziehen, 4 x Kabeldurchmesser im verlegten Zustand Beim Bündeln von Kabel mit Kabelbindern zulässigen Querdruck berücksichtigen richtig falsch 25

26 Messgrössen bzw. Störgrössen Messgrössen/Störgrössen bei Benutzung von 2 Paaren Dämpfung Nahnebensprechen Messgrössen/Störgrössen bei Benutzung von 4 Paaren Dämpfung Nahnebensprechen Rückflussdämpfung Power Sum Werte 26

27 Kupfer Verkabelungs Systeme Messgrössen bzw. Störgrössen Refl. TX in RX out Near Far Dämpfung: Verluste auf der Strecke Abschwächung des Signals 27

28 Kupfer Verkabelungs Systeme NEXT & NEXT Loss TX in Near NEXT Loss beschreibt das Übersprechen zwischen zwei Paaren. Im Idealfall findet kein Übersprechen statt. 28

29 Kupfer Verkabelungs Systeme NEXT & NEXT Loss NEXT ist schlecht NEXT muss so klein wie möglich sein NEXT Loss ist gut NEXT Loss muss also so gross sein wie möglich 29

30 Signalübertragung - Crosstalk Öffnen der Verdrillung Zuviel Mantel und / oder Folie entfernt Beschädigung des Kabels Dehnen, Stauchen, Biegen usw. 30

31 Kupfer Verkabelungs Systeme SNR & ACR NEXT Loss & Attenuation 70 Att., (PS) NEXT Loss [db] NEXT, Worst Case PS NEXT, Worst Case NEXT Limit, Class E Attenuation Limit, Class E Attenuation, W orst Case Frequency [MHz] NEXT Loss & Dämpfung. Die Differenz ist ACR 31

32 1 2 3 Kupfer Verkabelungs Systeme PS-Effekte Powersum bedeutet, das Effekte als Summe an einem Paar auftreten Drei Paare senden, das vierte wird von Störgrössen beeinflusst Auch das kann gemessen werden. 32

33 Kupfer Verkabelungs Systeme Skew (i) Skew ist der Unterschied in der Signalverzögerung zwischen den einzelnen Paaren in [ns/m] Die Signalverzögerung beschreibt wie lang ein Signal braucht um von hier nach da zu gelangen (UTPtyp<5,7) Skew ist nur wichtig bei vielpaarigen Übertragungsverfahren wie Gigabit Ethernet Die Unterschiede der Verzögerungen müssen vom Empfänger ausgeglichen werden 33

34 Kupfer Verkabelungs Systeme Return Loss Refl. TX in Reflection = Refl. / TX in Jede Unregelmäßigkeit innerhalb des Channels verursacht Reflektion Connecting hardware Kabel Unregelmäßigkeiten Reflection ( =Refl. / TX in ) ist eine negative Zahl <1 Return Loss [db] = - Reflection [db] um einen positiven Ausdruck zu erzeugen 34

35 Kupfer Verkabelungs Systeme & Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet nutzt volle duplex transmission auf allen vier Paaren gleichzeitig TX, RX TX, RX TX, RX TX, RX Gigabit Ethernet benötigt komplexe Elektronik um die TX und RX Signale zu trennen NEXT, FEXT und Reflektionen wirken alle auf den Empfänger 35

36 Kabel - Konstruktionen UTP unshielded twisted pair ungeschirmtes, verdrilltes Kabel FTP foiled twisted pair Kabel mit Foliengesamtschirm S-UTP screened, unshielded twisted pair Kabel m. Gesamtgeflechtschirm (nur Patchkabel) S-FTP screened, foiled twisted pair wie FTP mit zusätzl. Gesamtgeflechtschirm PiMF Paare in Metallfolie Folienschirm für jedes Kabelpaar, Gesamtgeflechtschirm 36

37 Schirmungstechnologien - Kabeleigenschaften FTP S-FTP PiMF Cat.5/Cat.5e/Cat.6 Cat.5/Cat.5e/Cat6 Cat.6/Cat.7/Cat.8 Cable Immunity LF HF Mag Crosstalk Emmisions UTP FTP S-FTP PiMF 37

38 Kabeleigenschaften Typische Gebäudekabel LWL Kabel unterscheiden sich in zwei Arten: Fasertyp Kabelaufbau Beim Fasertyp unterscheidet man Multimodefasern und Singlemodefasern Der Kabelaufbau ist entsprechend den Umgebungsbedingungen Die Palette reicht von Verbindungskabeln bis hin zu Kabel die unter Wasser oder im Erdreich verlegt werden 38

39 Kupferdatenkabel 100MHz S-FTP Kabel halogenfrei flammwidrig Folien- und Geflechtschirm AWG /600MHz PiMF Kabel Für hohe Leistungsreserven halogenfrei flammwidrig AWG 23 39

40 Kabeleigenschaften Aufbau und Eigenschaften von LWL Kabeln Core (Kern) Fiber (Glasfaser) Strength Members (Zugentlastung) Cladding (Primärmantel) Coating (Schutzlack) Outer Jacket (Kabelmantel) Protective Buffer (Ader / Röhrchen) 40

41 Kabeleigenschaften Typische Gebäudekabel Duplex Breakout Multi-Fiber Distribution (Kabel mit Vielfachader) 41

42 Fiber Optic Verkabelungs-Systeme GLASFASERGRÖßEN MULTI-MODE SINGLE-MODE 62.5/125 50/125 9/125 42

43 Aufbau einer Glasfaser CORE ( Kern ) Transportiert das Licht-Signal Germania dotiertes Glas CLADDING Hält das Licht im Kern Pures Glas COATING Schützt die Glasfaser vor Bruch, Druck und Feuchtigkeit Core Cladding 125 um Coating 250 um 43

44 Steckverbinder in Netzwerken Als Steckverbinder für das Medium Kupfer hat sich der RJ 45 Steckverbinder durchgesetzt Im LWL Bereich gibt es verschiedene Steckverbinder, was historisch bedingt ist. Standard heute: SC, MT-RJ, LC als Massensteckverbinder. Daneben gibt es noch einige, die in Nischen eingesetzt werden. 44

45 Steckverbinder - RJ 45 Kontaktpaare definiert Paare sind 12,36,45,78 EIA/TIA 586 A oder B möglich Die unterschiedlichen Belegungen sind aus der Historie entstanden. Heute sind keine Leistungsunterschiede zu erkennen. Paare im Steckverbinder müssen Paaren im Kabel zugeordnet sein PAAR 2 PAAR 3 PAAR 1 PAAR EIA/TIA 568 A PAAR 3 PAAR 2 PAAR 1 PAAR EIA/TIA 568 B T3 (WHT/GRN) R3 (GRN/ WHT) T2 (WHT/ORG) R1 (BLU/ WHT) T1 (WHT/BLU) R2 (ORG/WHT) T4 (WHT/BRN) R4 (BRN/ WHT) T2 (WHT/ORG) R2 (ORG/ WHT) T3 (WHT/GRN) R1 (BLU/ WHT) T1 (WHT/BLU) R3 (GRN/WHT) T4 (WHT/BRN) R4 (BRN/ WHT) 45

46 Steckverbinder - RJ 45 Die verschiedenen Übertragungstechnologien benutzen unterschiedliche Paare im RJ In den meisten Fällen wird ein Paar zum Senden und eines zum Empfangen benötigt ISDN, ADSL ATM 10/100 Base T 1000 Base T Token Ring 36,45 12,78 12,36 12,36,45,78 36,45 46

47 Steckverbinder - RJ 45 Beispiel für Hochleistungssteckverbinder 360 Schirmung Knickschutz mit "Anti-Tangle"-Funktion in diversen Farben Kurze Signalwege Wenig Reflektion 47

48 Steckverbinder LWL Im LWL Bereich gibt es verschiedene Steckverbinder Die wichtigsten sind ST, SC und MT-RJ Es darf jeder Steckverbinder eingesetzt werden, der die technischen Daten erfüllt Aussnahme: Anschlussdose am Arbeitsplatz! Zur Anwenderseite ist SC genormt Wichtige Daten: Einfügedämpfung (Übergangsverlust) 0,75dB Steckzyklen 1000 Zyklen bei einer Änderung von 0,2dB Rückflussdämpfung (Reflektionen am Übergang) 20dB 48

49 Steckverbinder LWL MT-RJ SC-Duplex 49

50 Aktive Komponenten Was ist eine aktive Komponente? Umgangssprachlich alles, was ein Netzkabel hat oder aktiv mit Strom versorgt wird. Im Netzwerk werden verschiedene Komponten benötigt Netzwerkkarte (Arbeitsplatz) Switch, Router, Hub zur Verteilung im Netz. Früher: Bridges, Transceiver, Ringleitungsverteiler 50

51 Aktive Komponenten Heute kommen nur noch Switche, Router und Netzwerkkarten um Einsatz. Dabei variiert die Grösse der Switche und Router gewaltig, je nach Anforderung und Anzahl der Ports. Im Unternehmen kommen hauptsächlich geswitchte 10/100 Mbit/s zum Einsatz. Die Segmente untereinander sind mehr und mehr mit 1000 Mbit/s verbunden. 51

52 Aktive Komponenten Einsatz von Switchen 52

53 Aktive Komponenten Hubs Werden kaum noch eingesetzt Viel unnötiger Datenverkehr, da der Hub die Daten vom Sender an alle Teilnehmer weiterleitet Bandbreite muss geteilt werden Switche Teilnehmer werden direkt miteinander verbunden Dadurch kein unnötiger Datenverkehr Volle Bandbreite für jeden Teilnehmer 53

54 Aktive Komponenten Router Hat Eigenschaften eines Switches/Bridge + die Möglichkeit verschiedene Protokolle untereinander zu verbinden Wird häufig als Verbindungsglied zwischen LAN und WAN eingesetzt, da dort zwei unterschiedliche Protokolle und Topologien aufeinandertreffen. Begrenzt auch als Filter/Firewall einsetzbar 54

55 Aktive Komponenten Netzwerkkarten Heute 10/100Mbit/s Karten mit RJ45 Schnittstelle 1000 Mbit/s Karten für dedizierte Anwender 1000Mbit/s Karten mit Kupfer oder LWL-Schnittstelle Switche und Router haben Uplink Module mit 100 oder 1000Mbit/s Diese werden ausschliesslich in LWL Ausführung angeboten 55

56 Zusammenfassung Für Netzwerke gibt es nationale sowie internationale Standards. Als Übertragungsmedium werden Kupfer und LWL Leitungen eingesetzt. In Deutschland werden ausschliesslich geschirmte Leitungen eingesetzt. Bei LWL Kabeln werden ausschliesslich 50µm Fasern eingesetzt. Als Protokoll wird das Ethernet Protokoll eingesetzt. Zur Zeit sind 10/100 zum Arbeitsplatz sowie 1000Mbit/s im Backbone Stand der Technik. 56

57 Zusammenfassung Netzwerke für zu Hause benötigen nicht zwingend eine Verkabelung. Bei kurzen Strecken können alle Teilnehmer direkt mit einem Patchkabel an den Switch angeschlossen werden. Auch zu Hause sollten mindestens Kategorie 5 Komponenten eingesetzt werden. Durch modulare Systeme können 2 Dienste über ein Kabel übertragen werden, das spart Kabel und Geld. Auch TV/Video Signale können über Datenverkabelungen übertragen werden. 57

58 Zusammenfassung Noch Fragen? Dann einfach fragen. 58