Kabel und Leitungen
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Elektrotechnik
Praxis der Netzverkabelung im Tertiärbereich
ep4/2001, 4 Seiten
Netzwerkvoraussetzungen Um ein LAN aufzubauen, müssen einige Voraussetzungen geschaffen werden. Jeder Computer, oder allgemeiner gesagt, jedes Datenendgerät, benötigt eine Netzwerkschnittstelle, die es ihm ermöglicht, mit den anderen Geräten im Netz zu kommunizieren. In der Regel handelt es sich dabei um Ethernet-Karten, mit denen sich das sogenannte Ethernet-Netzwerk aufbauen lässt. Der Ethernetstandard ist der am weitesten verbreitete Standard für lokale Netzwerke. Dabei gibt es Standards mit Übertragungsraten von 10 MBit/s, 100 MBit/s bis hin zu 1000 GBit/s beim Gigabit-Ethernet. All diese Datenraten lassen sich auf Kupferkabeln realisieren. Die Gründe für diese weite Verbreitung des Ethernet-Standards liegen in dem einfachen und somit kostengünstigen Aufbau, sowie in der Datenübertragungssicherheit bei einer korrekt ausgeführten Netzwerkinstallation. Über ein flexibles Anschlusskabel wird die Ethernetkarte mit einer speziellen Datendose verbunden. Diese Anschlussdosen sind ihrerseits wiederum über fest verlegte Netzwerkkabel mit einem Patchpanel im Etagenverteiler verbunden. Bei dem Patchpanel handelt es sich um eine Art passiven Verteiler. Auf der Frontseite dieser Verteilerfelder befinden sich die gleichen RJ45-Buchsenelemente wie in der Anschlussdose. Mit Hilfe von flexiblen Kabeln, den Patchkabeln, werden dann die Verbindungen zu den aktiven Geräten, wie beispielsweise Hub oder Switch, im Etagenverteiler hergestellt (Bild ). Festlegungen der DIN EN 50173 Damit der Netzwerkplaner oder Installateur ein lokales Netzwerk fachgerecht erstellen kann, gibt die Norm DIN EN 50173 - anwendungsneutrale Verkabelung - wichtige Hinweise. In dieser Europanorm sind verschiedene Begriffsdefinitionen, die Kabelspezifikationen, die Leistungsfähigkeit der Übertragungsstrecke, die Spezifikation der Anschlusstechnik sowie die Prüfverfahren zur strukturierten Verkabelung beschrieben. Daneben werden die Mindestanforderungen an ein universelles Verkabelungssystem und die zur Erstellung zu verwendende Topologie definiert. Darüber hinaus wird ein universelles Verkabelungssystem festgelegt, das innerhalb von Standorten mit ein oder mehreren Gebäuden verwendet wird. Dabei werden drei verschiedene Anwendungsbereiche bestimmt, aus denen sich auch die Netztopologie ergibt. Die Verkabelungen werden dabei sowohl mit symmetrischen Kupferkabeln als auch mit Lichtwellenleitern beschrieben. Darüber hinaus legt sie die Mindestanforderungen der zu verwendenden Komponenten fest, und gibt Hinweise zur Schirmung und Erdung von Netzwerken. Bereiche und Medien Die drei o.g. unabhängigen Verkabelungsbereiche der DIN EN 50173 sind der Primär-, Sekundär- und Tertiärbereich. Der Primärbereich umfasst dabei die Verkabelung verschiedener Gebäude innerhalb eines Geländes durch die Verbindung der einzelnen Gebäudeverteiler und dem Standortverteiler. Die ring- oder sternförmige Primärverkabelung sollte möglichst mit LWL-Kabel erfolgen, da es hohe Datenraten zulässt, abhörsicher und unempfindlich gegen elektromagnetische bzw. elektrostatische Störungen ist, und eine galvanische Trennung zwischen den verschiedenen Gebäudenetzen ermöglicht. Die maximal zulässige Kabellänge zwischen dem Standort- und dem Gebäudeverteiler darf 1500 m nicht überschreiten. Die sekundäre Verkabelungsebene beinhaltet die Steigzonenverkabelung, oder auch Vertikalverkabelung genannt, d. h. sie verbindet die Gebäudeverteiler meist sternförmig mit den Etagenverteilern. Auch im Sekundärbereich sollten LWL-Kabel aus den selben Gründen, wie zuvor für den Primärbereich beschrieben, verwendet werden. Die maximal zulässige Länge zwischen dem Gebäude- und dem Etagenverteiler darf höchstens 500 m betragen. Der Tertiärbereich bezieht sich auf die Horizontalverkabelung, d. h. er umfasst die sternförmigen Verbindungen von den jeweiligen Etagenverteilern zu den einzelnen informationstechnischen Anschlüssen der Arbeitsplätze innerhalb einer Etage. Er ist der aufwendigste und somit auch teuerste Teil der gesamten strukturierten Gebäudeverkabelung und sollte daher flächendeckend und nicht bedarfsorientiert ausgeführt werden. Um die unterschiedlichsten Geräte mit den verschiedensten Schnittstellen anschließen zu können, ist in dem Bereich der Horizontalverkabelung eine besonders hohe Verkabelungsflexibilität gefordert. Diese Installation sollte möglichst den Anschluss von allen LAN-, Modem- und ISDN-Geräten sowie den normalen Telekommunikationssystemen, unterstützen. Aus diesem Grund sind beispielsweise die Ring- oder Busstruktur im Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 4 298 Frank Bünger ist Mitarbeiter für Forschung & Entwicklung bei der Rutenbeck Gmb H in Schalksmühle. Autor Praxis der Netzwerkverkabelung im Tertiärbereich F. Bünger, Schalksmühle Die zunehmende Verbreitung von Computern im privaten und geschäftlichen Bereich zwingt zur effizienteren Nutzung der vorhandenen Ressourcen. Sogenannte LAN (Local Area Network, lokales Netzwerk) lassen sich für unterschiedliche Anforderungen mit wenigen aktiven und passiven Komponenten aufbauen. Aufbau eines Netzwerkes mit Datendosen und Patchpanel Tertiärbereich ungeeignet. Sinnvoll ist in diesem Bereich somit nur die Sterntopologie. Da die Tertiärverkabelung für einen Zeitraum von 10-15 Jahren geplant werden sollte, muss sie auch für zukünftige Dienste ausbaufähig sein. Im Tertiärbereich sollten daher geschirmte, paar-symmetrische oder zu Sternvierern verseilte Kupferkabel der Kategorie 5 verwendet werden, möglichst achtadrig, da das neue Gigabit-Ethernet alle vier Adernpaare benötigt. Für jeden Arbeitsplatz, bzw. je 10 m2 nutzbarer Fläche, sind mindestens zwei informationstechnische Anschlüsse vorzusehen. Der Norm entsprechend muss dabei pro bestehendem Arbeitsplatz mindestens ein informationstechnischer Anschluss mit einem 100 -Kabel, entsprechend der Kategorie 5, bereitgestellt werden. Ein weiterer Anschluss kann dann entweder ebenfalls mit einem Kategorie 5-Kabel oder aber einem LWL-Kabel erfolgen. Bei der Verwendung symmetrischer Kupferkabel müssen zwei oder vier Aderpaare zur Verfügung stehen und alle Adern aufgelegt werden. Sind in dem Kabel weniger als vier Adernpaare verfügbar, so muss der Anschluss eindeutig gekennzeichnet werden. Im Tertiärbereich ist darüber hinaus für je 1000 m2 Bürofläche mindestens ein Etagenverteiler vorzusehen. Kategorien und Klassen Aufgrund steigender Datenübertragungsraten und wachsender Störeinflüsse werden die Anforderungen an die zu verwendeten Komponenten der strukturierten Netzwerkverkabelung immer höher. Aus diesem Grund wurden daher verschiedene Kategorien und Klassen zur Differenzierung eingeführt (Tafel ). Die Übertragungsstrecken werden in die Klassen A-F sowie LWL und die Verbindungstechniken in die Kategorien 1-7 unterteilt. Die Kategorien 6 und 7, sowie die Klassen E und F sind aber derzeit noch nicht spezifiziert. Die Kategorie beschreibt in diesem Zusammenhang also die Leistungsfähigkeit einer einzelnen Komponente, wo hingegen die Klasse die gesamte Übertragungsstrecke qualifiziert. Innerhalb eines Teilsystems dürfen Kabel und Verbindungstechniken mit gleichem Wellenwiderstand verschiedener Kategorien gemischt werden, wobei die schlechteste Komponente jedoch die insgesamt erreichbaren Eigenschaften bestimmt. Wenn also ein Netzwerk einer bestimmten Kategorie/Klassen-Kombination entsprechen soll, so muss jede einzelne Komponente mindestens dessen Anforderungen erfüllen, weil das schwächste Glied in einer Kette die Qualität des Gesamtsystems bestimmt. In der derzeitigen Norm ist die Kategorie 5, Klasse D als der Standard der strukturierten Verkabelung anzusehen. Zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit ist auch oft von Cat.5e die Rede. Das „e“ steht hierbei für den englischen Begriff enhanced, erhöht, und soll die für die Klasse D geforderten Parameter auf allen vier Aderpaaren für das Gigabit-Ethernet garantieren. Kommunikationstechnik Außenmanteltypen: PE: Polyäthylen. Hochwertiges Isoliermaterial für Innen- und Außenkabel PVC: Polyvinylchlorid. Für Innenkabel das am häufigsten verwendete Mantelmaterial FR: Flame retardant, flammwidrig. LS: Low smoke, geringe Rauchentwicklung ZH, OH: Zero halogen oder no halogen, halogenfrei NC: No corrosive, keine korrisiven Brandgase BEGRIFFE Die Datendose Die hohen Datenübertragungsraten und Frequenzen erfordern ebenfalls hohe Schirmdämpfungen. Daher fordert die Norm den Einsatz geschirmter Anschlusskomponenten und Kabel. Als eine konsequente Weiterentwicklung der UAE-Dosen, die im ISDN Verwendung finden, entstanden somit unter anderem die Cat.5 Anschlusskomponenten für Verkabelungs-Strecken nach der Klasse D, die Frequenzen bis 100 MHz fordern. Sie werden für die anwendungsneutralen Netzwerke als einheitliche Endgeräteschnittstelle in der Anschlussdose und in dem Patchpanel für universelle Verwendungsmöglichkeiten eingesetzt. Diese Modularsteckverbinder werden auch als RJ 45- bzw. Westernsteckverbinder bezeichnet und sind nach DIN EN 60603-7 und IEC 603-7 genormt. Als Anschlusstechnik wird grundsätzlich die Schneidklemm-Technik verwendet. Das Netzwerkkabel In der Europanorm wird u.a. die Tertiärverkabelung beschrieben, die als Kabeltypen entweder symmetrische 100 W-Kupferkabel, oder 62,5/125 µm-Mehrmoden-Lichtwellenleiter-Kabel empfiehlt. Als Alternative dürfen auch symmetrische 120 - oder 150 -Kabel bzw. 50/125 µm-Mehrmoden-Lichtwellenleiter verwendet werden. Um mehr als einen informationstechnischen Anschluss zu versorgen, dürfen auch Hybridkabel und hochpaarige Kabel, die jedoch den geforderten Ansprüchen entsprechen müssen, verlegt werden. Für die Verkabelungsstrecken werden dabei ungeschirmte oder geschirmte, symmetrische 4- oder 8- adrige Kupferkabel, sogenannte Twisted Pair oder Sternvierer-Kabel, der Kategorie 5 empfohlen. Diese symmetrischen Kupferkabel sind in den Normen DIN EN 50167, 50168 und 50169 spezifiziert. Dabei handelt es sich um halogenfreie Kategorie 5-Kabel mit einem Gesamtschirm und raucharmen Mantelwerkstoffen, die für alle drei Teilbereiche geeignet sind. Die ungeschirmten UTP-Kabel wurden aber nicht in diese zur Zeit gültigen Normen aufgenommen. Eine vorhandene Kabelschirmung reduziert einerseits elektromagnetische Einstreuungen und Interferenzen auf den signalführenden Leiter und andererseits Streuungen aus dem Kabel heraus in die Umwelt. Um diesen nachteiligen Störungen vorzubeugen, werden üblicherweise Folien- oder Geflechtschirme verwendet, welche die Störeinwirkung von außen und die Störabstrahlung vermindern. Ein wichtiges Maß für die Güte der Schirmung stellt der Kopplungswiderstand dar. Für den Außenmantel dieser Leitungen kommen dabei verschiedene Kunststoffe wie PE oder PVC zum Einsatz. Für die verschiedenen, symmetrischen Kupferkabel im Innenbereich werden üblicherweise englische Abkürzungen verwendet, die nachfolgend kurz erläutert werden: Das „U“ steht für unshielded und bedeutet ungeschirmt, das „S“ wie shielded dementsprechend für geschirmt. Das „TP“ steht für Twisted Pair und bedeutet paarverseilt. „F“ ist die Abkürzung von foil und bedeutet foliengeschirmt. Ein wichtiger Kabeltyp ist beispielsweise das S/STP-Kabel. Es steht demzufolge für Screened Shielded Twisted Pair und ist ein Kupferkabel mit einzeln abgeschirmten Adernpaaren und einem zusätzlichen Gesamtschirm. In Tafel sind die international gebräuchlichsten, jedoch nicht genormten, Abkürzungen für die Schirmungskonzepte symmetrischer Datenleitungen aufgeführt. Für die verschiedenen Manteltypen der Installationskabel existieren verschiedene Begriffsabkürzungen, die im Kasten „Begriffe“ aufgeführt sind. Das Patchpanel Auf der anderen Seite der Installationsstrecke befindet sich das Patchpanel im Etagenverteiler (Bild ). Mit Hilfe dieses Panels kann über flexible Patchkabel sehr einfach und schnell dem informationstechnischen Anschluss ein anderer Dienst zugewiesen werden. Es erfüllt dieselben übertragungstechnischen Anforderungen wie die Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 4 300 Patchpanel Cat 5 Tafel Einteilung nach Kategorie und Klassen Klasseneinteilung der Übertragungsstrecken: Klasse A bis 100 KHz Sprachübertragung Klasse B bis 1 KHz Mittlere Bitrate Klasse C bis 16 KHz Hohe Bitrate Klasse D bis 100 KHz Sehr hohe Bitrate Klasse E bis 200 KHz Sehr hohe Bitrate Klasse F bis 600 KHz Spezielle Netzanwendungen Klasse LWL > 100 KHz Kategorie-Einteilung in der Verbindungstechnik: Kategorie 3 bis 16 MHz Kategorie 5 bis 100 MHz Kategorie 6 bis 200 MHz Kategorie 7 bis 600 MHz Tafel Schirmungskonzepte Abk. Bedeutung Verwendung UTP* „Unshielded Twisted Pair“- ungeschirmtes, lokale Netzwerke im arbeitsplatzpaarverseiltes, symmetrisches Kupferdaten- nahen Bereich, Anschluss- oder kabel mit 2- oder 4 Adernpaaren Installationskabel S/UTP „Screened Unshielded Twisted Pair“ - Installationskabel für Etagen-2- oder 4- paariges, paarverseiltes, sym- verkabelung metrisches Kupferdatenkabel mit einem zusätzlichen Gesamtschirm FTP „Foil Twisted Pair“ - foliengeschirmtes, paar- Installationskabel für Etagenverseiltes, symmetrisches Kupferdatenkabel verkabelung S/FTP „Screened Foil Twisted Pair“ - geflecht- und Installationskabel für Etagenfoliengeschirmtes, paarverseiltes, symme- verkabelung trisches Kupferdatenkabel STP „Shielded Twisted Pair“ - 2- oder 4- paariges, für Datenübertragungsraten symmetrisches Kupferdatenkabel mit einzeln bis 100 Mbit/s abgeschirmten Adernpaaren für den arbeitsplatznahen Bereich, z. B. zwischen Etagenverteiler und informationstechnischem Anschluss S/STP „Screende Shielded Twisted Pair“ - Installationskabel für Etagen-2- oder 4- paariges Kupferdatenkabel mit verkabelung einzeln abgeschirmten Adernpaaren und zusätzlichem Gesamtschirm PiMf „Paar in Metallfolie“ - mit Metallfolie großtechnische Anlagen geschirmtes, verdrilltes Paar eines Kupfer- Übertragung hoher Bitraten datenkabels mit hoher Nahnebensprech- Installationskabel für Etagendämpfung verkabelung ViMf „Vierer in Metallfolie“ mit Metallfolie Installationskabel für Etagengeschirmter Vierer aus vier Adern eines verkabelung Kupferdatenkabels - * Achtung: UTP-Kabel wurden nicht in z. Z. gültigen Kabelnormen DIN EN 50167 - DIN EN 50169 aufgenommen! Anschlussdose. Da die Anschlussdose und das Patchpanel die einzigen fest angeschlossenen Komponenten im Tertiärbereich sind, sollten sie möglichst gut aufeinander abgestimmt und demzufolge am besten von einem Hersteller sein, da sie im nach hinein nur selten verändert werden. Ein Link-Test eines Herstellers zertifiziert dabei das korrekte Zusammenspiel dieser Komponenten. Es ist unbedingt zu beachten, das am Verteilerfeld und der Anschlussdose die gleiche Farbcode-Bezeichnung gewählt ist. Installationshinweise Damit nun ein Netzwerk den geforderten Ansprüchen auch gerecht werden kann, sind neben der theoretischen Kenntnis und Anwendung der Norm auch praktische Erfahrungen notwendig. Nachdem zuerst die geeigneten Komponenten ausgesucht wurden, geht es im nächsten Schritt an die korrekte Ausführung der Installation. Um die verschiedenen, in der Norm geforderten Parameter einhalten zu können, sind einige Installationshinweise zu berücksichtigen: · Für eine fachgerechte Netzwerkinstallation ist stets das geeignete Werkzeug zu verwenden. Gerade im Bereich der LWL-Installationen existieren verschiedene Werkzeuge und Hilfsmittel, die noch vor einigen Jahren unbekannt waren. · Nachdem das Kabel verlegt wurde, wird es auf die richtige Länge abgeschnitten. · Das Installationskabel zum Anschluss von Datendose und Patchpanel darf nur so lang wie nötig abgemantelt werden. Es sollte daher nur die zum Anschluss unbedingt benötigte Länge des Kabelmantels entfernt oder umgeschlagen werden. · Die vorhandene Schirmung, entweder ein Schirmgeflecht oder eine Folienschirmung, wird vorsichtig aufgetrennt und dann bis zum abgemantelten Kabelende zurückgeschoben. · Die Schirmung wird anschließend um die Aderpaare herumgewickelt und zuverlässig an der dafür vorgesehenen Schirmanschlussstelle der Anschlussdose bzw. des Patchpanels kontaktiert. · Ein eventuell vorhandener Beilaufdraht wird ebenfalls mit um die zuvor zurückgeschobene Schirmung herumgewickelt. · Die einzelnen Adernpaare werden, unter Beibehaltung der Verdrillung, sorgfältig separiert. · Die paarweise Verdrillung der einzelnen Aderpaare muss solange wie möglich beibehalten werden und darf nicht mehr als 13 mm aufgetrennt werden. Sie sollte erst kurz vor der Kontaktierungsstelle aufgetrennt werden. Die unverdrillte Länge in einem Verseilelement soll also so kurz wie möglich sein. · Bei einzeln abgeschirmten Aderpaaren oder Sternvierern muss diese Schirmung ebenfalls solange wie möglich beibehalten werden. Auch sie sollte erst unmittelbar vor der Kontaktierungsstelle geöffnet werden. · Beim Anschluss der Dosen und Panel ist unbedingt auf eine einheitliche Anschlussbelegung der Adern nach EIA/TIA 568 A oder B zu achten. · Im Bereich der horizontalen Tertiärverkabelung sollten möglichst S/STP-Kabel verwendet werden, da sie auf Grund der doppelten Schirmung die besten Schirm-und Dämpfungswerte erreichen. · Bei der Verlegung der Kabel sind unbedingt die Mindestbiegeradien (DIN EN 50173: 8xAußendurchmesser) der Kabelhersteller zu berücksichtigen. Diese sind in den Datenblättern der Hersteller angegeben. Dabei gilt der zuerst genannte, größere Wert für das Einziehen und der zweite, kleinere nach dem Einziehen der Kabel. Zu kleine Biegeradien oder gar Leitungsknicke können die Leitungseigenschaften derart erschweren oder verhindern, dass die Kommunikation gestört oder sogar unterbrochen wird. · Geschirmte Leitungsnetze und metallische Komponenten, wie z. B. Datenschränke oder Brüstungskanäle, sind in den Potentialausgleich des Gebäudes einzubeziehen. · Aus Brandschutzgründen sollten nur halogenfreie Kabel verlegt werden. · Die Kabel sollten möglichst direkt von der Rolle verlegt werden, ein Abrollen soll vermieden werden. Nach der Auswahl geeigneter Komponenten, wie Dose, Kabel und Panel, und unter der Berücksichtigung der o.g. Hinweise, steht der fachgerechten und zuverlässigen Funktion des Netzwerkes nichts mehr im Wege. Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 4 Ihre Meinung interessiert uns! Wir bedanken uns herzlich für alle Zuschriften, die uns im vierten Quartal erreichten. Ein Fachbuch bzw. eine Jahrgangs-CD-ROM der Fachzeitschrift ELEK-TROPRAKTIKER haben gewonnen: Matthias Kratz, Hürth Holger Bartsch, Schoenbeck Klaus Rouland, Krefeld Stefan Bosch, Cloppenburg Lektorat Verlag Technik ep-Verlosung 1. Verlosung 2001
Autor
- F. Bünger
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