Netzwerkkabel

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Ein Überblick über Netzwerkkabel

Netzwerkkabel können, wie ihr Name schon sagt, eine Verbindung zwischen netzwerkfähigen Geräten bzw. zwischen verschiedenen Computern und einem Scanner, Drucker oder ähnlichem Gerät herstellen. Dabei sind Netzwerkkabel in verschiedenen Ausführungen für die unterschiedlichsten Anwendungen erhältlich: manche von ihnen eignen sich besser für relativ kurze Übertragungswege und eine geringe Anzahl an Geräten, während manch andere für lange Übertragungswege und eine besonders hohe Anzahl an Geräten geeignet sind. Das Protokoll und die Topologie (d. h. der physische Aufbau vor Ort und die logische Datenfluss-basierte Struktur) eines jedes Netzwerks bestimmen ebenso, welche Kabel und Leitungen verwendet werden können.

Während die drahtlose Netzwerktechnologie mit großen Schritten an Bedeutung gewinnt und womöglich bereits in nicht allzu ferner Zukunft Kabel und Leitungen ersetzen könnte, werden die Letzteren noch immer weitläufig eingesetzt, um Daten und Signale von einem Ort und Gerät zu einem anderen zu übertragen.

Zu den wichtigsten Kategorien an Netzwerkkabeln zählen heutzutage Koaxialkabel, sogenannte Twisted-Pair-Kabel, Glasfaserkabel sowie Ethernet-Crossover-Kabel. Im Abschnitt „Technische Aspekte“ werden diese Kabel allesamt genauer beschrieben.

 

Die Geschichte der Netzwerk- und Wireless-Technologie

Die Geschichte der Netzwerk-Technologie geht zurück bis in das Jahr 1844, als es Samuel Morse (Erfinder der berühmten Morse-Zeichen) mit seiner neuen Erfindung – dem Telegrafen – gelungen ist, eine Nachricht von Washington nach Baltimore (immerhin ca. 60 km) zu verschicken. Das Morse-Alphabet, eine binäre Sprache mit verschiedenen Kombinationen aus Strichen und Punkten, ist der Vorgehensweise zur Übertragung von Daten zwischen modernen Computern im Grunde genommen sehr ähnlich. Die Technologie von damals war natürlich bedeutend langsamer: lediglich zwei oder drei Punkte und Striche konnten pro Sekunde übertragen werden, während Computer heutzutage ihre Punkte und Striche (bzw. Einsen und Nullen) mit deutlich höheren Geschwindigkeiten übertragen können (ca. 1.000.000.000 pro Sekunde bzw. 1 Gigabit pro Sekunde).

Vom achtzehnten bis ins frühe zwanzigste Jahrhundert experimentierten noch weitere Erfinder mit Codes, die aus mehreren Zeichen bestehen sollten; insbesondere zu erwähnen ist der französische Telegrafenbauer Émile Baudot mit seinem Fünf-Bit-Code und einer Art Schreibmaschinentastatur. Dieser Code wurde von dem neuseeländischen Techniker Donald Murray technisch verfeinert und anschließend an Western Union verkauft. Mit dieser Entwicklung wurden Morse-Maschinen durch das neue Funkfernmeldesystem ersetzt.

Angesichts des neuen Bedarfs an fortschrittlicheren Lösungen zur Übertragung von Daten entwickelten zahlreiche Kommunikationsunternehmen aus den USA gemeinsam einen neuen Code: den sogenannten „American Standard Code for Information Interchange (ASCII)“ mit 7 Bit und 128 Zeichen. Dieser Code wurde ohne zu zögern von sämtlichen Computer- und Kommunikationsunternehmen rund um den Globus übernommen – bis auf IBM, die erst nach dem Scheitern ihres eigenen Codes an Bord gekommen sind (jedoch mit einer etwas überarbeiteten Version namens „Extended ASCII“).

Als Mitte der 1970er-Jahre die Nachfrage nach noch schnelleren und technisch ausgereifteren Lösungen zur Übertragung von Daten erneut stark anwuchs, entwickelte das Unternehmen Xerox die sogenannte Ethernet Technologie, die im Jahre 1979 mit Unterstützung von Intel und DEC standardisiert wurde. Mit diesem neuartigen System waren plötzlich Übertragungsraten von bis zu 10 Megabit pro Sekunde möglich – eine bis dahin unerreichte Geschwindigkeit. Dieses System erforderte jedoch ausgesprochen dicke Koaxialkabel, die durch das ganze Gebäude verlaufen mussten, in dem die verschiedenen Geräte über ein Local Area Network (LAN) miteinander verbunden waren. Ein solches Kabel, besser bekannt als 10Base5 (bzw. einfach „Thick koax“), erlaubte eine Geschwindigkeit von 10 Mbps, stellte stets seine gesamte Bandbreite für den Datentransfer bereit und konnte maximal 5 Dezimeter (d. h. 500 mm) lang sein. Im Gegensatz zu Basisbandkabeln können Breitbandkabel ihre Bandbreite in zahlreiche verschiedene Kanäle aufteilen, sodass mehrere Datenströme gleichzeitig übertragen werden können.

Das sogenannte „Thin-Ethernet“ (auch: 10base2) trat das erste Mal 1985 in Erscheinung – gleichwohl die „2“ etwas irreführend sein kann, da die maximale Länge dieser Kabel genau 1,85 dm (185 mm) betrug. Zwei Jahre später wurden Twisted-Pair-Kabel immer öfter für Ethernet-Verknüpfungen eingesetzt, woraufhin das Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) im Jahre 1990 einen neuen Ethernet-Standard festlegte: 10baseT (dabei steht das „T“ für Twisted-Pair).

Strukturierte Kabelsysteme auf der Grundlage ungeschirmter Twisted-Pair-Kabel (UTP; siehe unten) sind seit 1991 erhältlich, während höherwertige UTP-Kabel mit Datenraten zwischen 20 MHz und 100 MHz seit dem Jahr 2000 eingesetzt werden.

Stark vereinfachte Funktechnologie, darunter Rauch-, Feuer- und Flaggenzeichen gehen bereits bis auf das erste Jahrhundert nach Christus zurück. Als erstes drahtloses Kommunikationsgerät ging jedoch der optische Telegraf von Claude Chapp aus dem achtzehnten Jahrhundert in die Geschichtsbücher ein. Im Jahre 1936 wurde eine Sprach- und Videorundfunkverbindung zwischen den Städten Berlin und Leipzig eingerichtet; „echte“ Wireless-Technologie mit modulierten elektromagnetischen Wellen wurde jedoch erst eine ganze Zeit nach der Entdeckung der Letzteren durch Michael Faraday und Joseph Henry im Jahr 1831 entwickelt. 1886 gelang es Heinrich Hertz, die Wellenform elektrischer Übertragungen durch den Raum hindurch zu belegen. Der wichtigste Name im Zusammenhang mit Funktechnologie ist jedoch der von Guglielmo Marconi, der im Jahre 1895 als erster Mensch einen Beleg für drahtlose Telegrafie fand. Die weltweit erst transatlantische Übertragung erfolgte 1901, nur 5 Jahre später waren bereits kommerzielle transatlantische Verbindungen eingerichtet.

1911 wurde der erste mobile Sender an Bord eines Zeppelins installiert, 1915 stand bereits die erste drahtlose Sprachübertragungsverbindung zwischen New York und San Francisco. Marconis Entdeckung von Kurzwellen für Funkanwendungen machte einen gewaltigen Unterschied aus, da diese an der Ionosphäre reflektiert werden. 1933 hielt die sogenannte FM-Funkübertragung Einzug und glänzte von Beginn an mit deutlich höherer Qualität als die vorherige AM-Technologie.

1971 entwickelte Norman Abramson von der „University of Hawaii“ das erste Wireless Local Area Network mit sieben verknüpften Computern (daher auch der Name – das „Alohanet“). Derzeit erfindet sich die WLAN-Technologie zum dritten Mal neu – mit Geschwindigkeiten von bis zu 2 Mbps.

Die Mobilfunkkommunikation erlebte 1982 einen gewaltigen Schub nach vorn, als die Mitgliedsstaaten der Europäischen Union einen neuartigen, EU-übergreifenden und vollständig digitalen 900 MHz Standard für Mobiltelefone entwickelten.

 

Technische Aspekte

Die Installation und Entwicklung strukturierter Netzwerkkabel zur Sprach- und Datenübertragung wird von einer ganzen Reihe an technischen und qualitätsbezogenen Standards beherrscht: Dabei ist beispielsweise zu berücksichtigen, ob das System in Wohneinheiten, in Bürogebäuden oder in Datenzentren installiert wird. Am weitesten verbreitet sind dabei Twisted-Pair-Kabel der Kategorie CAT-5e (Kategorie 5e, Leistung von bis zu 100MHz) oder CAT-6 (Kategorie 6, Leistung von bis zu 250 MHz). Doch auch LWL-Kabel halten immer weiter Einzug. Alle acht Leiter innerhalb dieser Kabel sind miteinander verbunden, sodass keiner von ihnen zwei Aufgaben auf einmal übernehmen muss (z.B. Sprach- und Datenübertragung).

Diese Standards bestimmen zudem die Topologie der Kabelverlegung und sehen in aller Regel den Einsatz eines zentralen Patchfeldes vor, an das die verschiedenen Module angeschlossen werden. Jeder Ausgang eines solchen Feldes ist entweder mit einem Netzwerk-Switch, einem Internet-Provider oder einer Nebenstellenanlage eines Telefonanbieters verbunden.

Patchfeldkabel sind zur mühelosen Erkennung meist farblich gekennzeichnet.

 

Inwiefern unterscheiden sich Netzwerkkabel von anderen Kabeln? Und worin liegen die Unterschiede zwischen den verschiedenen Netzwerkkabeln?

Koaxialkabel bestehen aus einem zentralen Kupferleiter in Form eines einzelnen Drahtes, der von einer elektrisch isolierenden (dielektrischen) Kunststoffhülle umschlossen wird, die wiederum über die gesamte Länge des Kabels hinweg in einem metallischen Abschirmgeflecht eingebunden ist. Zu guter Letzt wird das gesamte Kabel von einer äußeren Schicht – dem sogenannten Kunststoffmantel – umschlossen. Diese Schicht kann entweder relativ dick oder vergleichsweise dünn sein. In gewissem Maße können diese Kabel ohne Schäden gebogen und verdrillt werden, wenngleich zu beachten ist, dass Kabel mit dickerer Hülle weniger biegsam sind als solche mit dünnerer Hülle. Kabel dieser Art werden in aller Regel für Signale verwendet, die Bandbreiten von mehreren MHz benötigen, darunter Fernsehsignale und ähnliches.

Twisted-Pair-Kabel bestehen aus zwei Leitern, die im wahrsten Sinne des Wortes in einer Doppelspirale verdrillt (d. h. „twisted“) sind. Sie eignen sich besonders gut für Anwendungen im Bereich Telekommunikation, da sie aufgrund ihrer Bauart besonders gut elektromagnetische Störungen von anderen Geräten ausblenden können und unerwünschte Effekte, darunter sogenanntes Übersprechen beim Telefonieren, verhindern können. Twisted-Pair-Kabel sind in drei verschiedenen Ausführungen erhältlich – mit Folie, geschirmt und ungeschirmt. Ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel (UTP) werden hauptsächlich in Ethernet-Netzwerken eingesetzt.

Der zentrale Glasfaden in sogenannten LWL-Kabeln wird von mehreren Materialschichten geschützt, bevor eine letzte Schicht aus PVC oder Teflon hinzukommt, um Interferenzen aller Art zu minimieren. Ungeachtet der relativ hohen Kosten besteht ihr wichtigster Vorteil daraus, dass sie dank bedeutend höherer Bandbreiten besonders hohe Datenmengen über weite Entfernungen transportieren können.

Mit Ethernet-Crossover-Kabeln werden Router und Netzwerk-Switches zur Verknüpfung mehrerer Computer überflüssig. Somit können die verschiedenen Computer einfach über ihre integrierten Netzwerk Schnittstellenkarten (NICs) miteinander verbunden werden.