IT-GSHB 2000 - Auswahl geeigneter Kabeltypen aus kommunikationstechnischer

M 5.3 Auswahl geeigneter Kabeltypen aus kommunikationstechnischer Sicht

Verantwortlich für Initiierung: Leiter IT

Verantwortlich für Umsetzung: Netzplaner, Leiter Haustechnik

Die Auswahl des Kabels aus kommunikationstechnischer Sicht wird u. a. durch die erforderliche Übertragungsrate (Bandbreite) und durch die Entfernungen, die ohne Verstärker zu überwinden sind, bestimmt. Bei der Auswahl sind zusätzlich die Anforderungen durch die baulichen Gegebenheiten zu beachten. Vor- und Nachteile werden nachfolgend unter IT-Sicherheitsgesichtspunkten beschrieben.

Für die kabelgebundene Kommunikation können derzeit zwei Übertragungsmedien unterschieden werden: Kommunikation über Kupferkabel oder über ein optisches Medium (Lichtwellenleiter, LWL). Bei beiden Medientypen lassen sich wiederum verschiedene Unterkategorien unterscheiden. Die wichtigsten Vertreter für das Medium Kupfer sind das Koaxialkabel (ein Mittelleiter mit einer Gesamtabschirmung) und das mehradrige Kupferkabel mit paarweise verdrillten Adern (Twisted-Pair-Kabel, TP-Kabel). Diese werden im folgenden näher erläutert.

Twisted-Pair-Kabel

Twisted-Pair-Kabel gibt es in vielen Ausführungen. Sie unterscheiden sich zum einen in der Art ihrer Abschirmung und zum anderen in der möglichen Bandbreite. An Abschirmungsklassen gibt es derzeit

das ungeschirmte (unshielded , UTP),
das ungeschirmte mit einer Gesamtabschirmung (screened-unshielded , S/UTP),
das geschirmte, bei dem die einzelnen Aderpaare abgeschirmt sind (shielded , STP), und
das geschirmte TP-Kabel mit einer zusätzlichen Gesamtabschirmung ( screened-shielded , S/STP).

Zusätzlich den Bezeichnungen der Abschirmung werden TP-Kabel bezüglich der Bandbreite und anderer elektrischer Eigenschaften in Kategorien von derzeit 1 bis 5 eingeteilt. Ein Normentwurf für die neuen Kategorien 6 und 7 liegt vor. Hierbei gilt, um so höher die Kategorie umso höher ist auch die mögliche Bandbreite. Die Bandbreite bestimmt sich hierbei aus verschiedenen physikalischen Eigenschaften des Kabels.Mit den üblichen Kabeln der Kategorien 3 bis 5 in UTP oder STP-Ausführung lassen sich mit Ethernet bzw. Fast-Ethernet zwischen 10 und 100 MBit/s bei einer maximalen Länge von 100 m übertragen, mit ATM lassen sich auf Kategorie 5-Kabeln bis zu 155 MBit/s übertragen. Kabel der Kategorie 6 werden eine Bandbreite von 600 MHz besitzen und ermöglichen damit Übertragungsraten bis 1 GBit/s.

Das TP-Kabel wird heute vor allem für Sternverkabelungen und zum Teil auch für Ringverkabelungen eingesetzt.

Die Vorteile:

TP-Kabel, insbesondere deren Konfektion, sind bei geringerem Bandreitenbedarf im Vergleich zu LWL relativ billig.
TP-Kabel bis zur Kategorie 5 lassen sich relativ einfach verlegen und konfektionieren.
TP-Kabel können als Universalverkabelung angesehen werden, da andere Dienste ohne größeren technischen Aufwand hierüber genutzt werden können (z. B. Telefonie). Bei geringerem Bandbreitenbedarf können vorhandene Telefonnetze auf TP-Basis auch als Datennetze genutzt werden.
Bestehende Installationen können meßtechnisch leicht überprüft werden.

Die Nachteile:

Je nach Ausführung des Kabels (UTP bis S/STP) wird das Kabel durch ein mehr oder weniger starkes elektrodynamisches Feld umgeben. Hierdurch besteht sowohl die Gefahr einer Wechselwirkung mit anderen Feldern (z. B. benachbartes Kabel oder von Starkstrominstallationen) als auch die Möglichkeit des Abhörens.
Die maximale Kabellänge ist bei den heute üblichen Anforderungen auf 100 m (inkl. der notwendigen Anschluß- und Patchkabel) beschränkt (vgl. untenstehende Tabelle).
Bei ungeschirmtem Installationskabel (UTP) mit vielen Paaren kann es zum Übersprechen zwischen einzelnen Paaren kommen.

Koaxial-Kabel

Koaxial-Kabel werden vor allem für Busverkabelungen oder z. B. zur Verbindung der Netzknoten in Baumstrukturen eingesetzt. Durch die Gesamtabschirmung des Mittelleiters kann hier im allgemeinen von einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ausgegangen werden.

Die Vorteile:

Die Bandbreite und die unverstärkte Übertragungsstrecke sind höher als beim TP-Kabel. Für die beiden Kabeltypen, die für das Ethernet-Protokoll eingesetzt werden können, liegen die maximalen Obergrenzen je nach Kabeltyp bei 185 bzw. 500 m (Thin- bzw. Thick-Ethernetkabel).
Die Gefahr des Übersprechens ist bei Koaxialkabeln kleiner als bei TP-Kabeln.

Die Nachteile:

Koaxialkabel sind im allgemeinen teurer als TP-Kabel.
Trotz der Koaxialbauweise ist das Kabel abhörbar und empfindlich gegenüber Störungen.
Abhängig vom verwendeten Koaxialkabel haben diese relativ große Biegeradien und sind damit schwieriger zu verlegen als beispielsweise TP-Kabel.
Für Koaxialkabel sind nur wenige Netzzugangsprotokolle definiert. Beispielsweise kann Fast-Ethernet nicht über Koaxialkabel betrieben werden.

Lichtwellenleiter (LWL)

Lichtwellenleiter verwenden Licht im sichtbaren bis zum stark infraroten Bereich zur Signalübertragung. Ein Lichtwellenleiter ist ähnlich wie ein Koaxialkabel aufgebaut. Um den eigentlichen Lichtwellenleiter in der Mitte ist ein Mantel gelegt, der andere optische Eigenschaften als der Kern hat. Um diese Gesamtheit ist ein weiterer Mantel zum Schutz vor mechanischen und optischen Einflüssen gelegt. LWL gibt es in zwei verschiedenen Ausführungen: als Multimode- und als Singlemode-LWL. Diese beiden Typen unterscheiden sich vor allem in der möglichen Bandbreite und der maximalen Länge, die ohne zusätzliche Verstärker erreicht werden können.

LWL werden im allgemeinen zur Überbrückung von großen Distanzen (z. B. Verbindungen zwischen Gebäuden oder Stockwerken) in einem Backbone und zum Teil in Doppelringsystemen eingesetzt.

Die Vorteile:

Die Bandbreite und die unverstärkte Reichweite ist höher als bei Kupferkabel .
Abhören ist nur mit hohem technischen Aufwand möglich.
Unzulässige Umrangierungen sind durch verfügbare Technik einfach zu erkennen.
LWL sind unempfindlich gegenüber allen nicht zerstörenden Umfeldbedingungen, insbesondere gegenüber elektromagnetischen Feldern.
LWL benötigen relativ wenig Platz.
Ein Übersprechen oder eine Beeinflussung zwischen verschiedenen LWL oder einem LWL und TP-Kabeln findet nicht statt.
Die Brandlast ist bei LWL im Vergleich zu Kupferkabeln geringer, da sie weniger bzw. eine andere Ummantelung besitzen und in der Regel weniger Kabelmaterial auf einer Strecke benötigt wird.

Die Nachteile:

Der Installationspreis für LWL liegt vor allem durch die notwendigen Spleißarbeiten sehr viel höher als bei Kupferkabel.
Die Koppel-Komponenten zum Betrieb von LWL, insbesondere für Singlemode-LWL, sind teurer als solche für Kupferkabel.
Die Verlegung und Konfektion von LWL erfordert Spezialkenntnisse, Sonderwerkzeuge und besondere zusätzliche Komponenten (z. B. Spleißboxen).
LWL können nicht in jedem beliebigen Radius geführt werden. Hieraus kann sich eine schwierigere Installation durch Beachtung der möglichen und notwendigen Kabelführungen ergeben.

Eine Übersicht über die Längenbeschränkungen von Kabeln für einige der üblichen Protokolle (Ethernet, Fast-Ethernet, FDDI und CDDI, vgl. M 5.60 Auswahl einer geeigneten Backbone-Technologie ) gibt die folgende Tabelle:

Zu beachten ist, daß hier die jeweilige maximale Länge genannt ist. Diese setzt sich häufig aus dem eigentlichen Installationskabel und den Anschlußkabeln (Patchkabeln) zusammen. Für 10Base-T sollte also z. B. die Länge des Installationskabels 90 m nicht überschreiten, um genügend Längenspielraum für Patchkabel zu haben. Bei einigen Verfahren (z. B. 100Base-FX) reduziert sich die Länge durch den Einsatz und die Art von Repeatern!

Für Neuinstallationen ist es sinnvoll, im Primär- und Sekundärbereich LWL einzusetzen, da diese durch die hohe verfügbare Bandbreite auch zukünftigen Anforderungen gerecht werden können. Für den Tertiärbereich ist zu prüfen, ob ein Einsatz von TP-Kabeln oder LWL aus technischer und sicherheitsteschnischer Sicht möglich bzw. notwendig ist und jeweils auch aus wirtschaftlicher Sicht vertretbar ist (vgl. auch M 5.2 Auswahl einer geeigneten Netz-Topographie ).