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Netzwerk / Patchkabel / Crosskabel / Twisted-Pair-Kabel

Rechnernetz
Ein Rechnernetz ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen, primär selbstständigen elektronischen Systemen (insbesondere Computern, aber auch Sensoren, Aktoren, Funktechnologischen Komponenten usw.), der die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht.

Die Kommunikation erfolgt über verschiedene Protokolle, die mittels des ISO/OSI-Modells strukturiert werden können. Obwohl in der Praxis kein Rechnernetz das ISO/OSI-Modell vollständig abbildet, ist es von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von Rechnernetzen, da hierbei aus kleinen grundlegenden Strukturen durch Verknüpfung, größere und komplexere Strukturen gebildet werden. Dabei greifen höhere (komplexere) Protkollschichten auf die Funktionalitäten von einfacheren darunterliegenden Protokollschichten zu.


Ein wichtiges Prinzip dabei ist, dass man den meisten Protokollschichten jeweils (Nutz-)Daten (Payload) zum Transport übergeben kann. Die Protokollschicht fügt zu diesen Nutzdaten (deren Inhalt sie weitgehend ignoriert) vorne und teilweise hinten weitere Daten an, die für die Abwicklung des Transportes durch die Protokollschicht wichtig sind. Jedoch gibt es auch hiervon ausnahmen, da einige Protokolle nicht dazu gedacht sind fremde Nutzdaten zu transportieren, sondern ausschließlich als eigenständige Informationssysteme für bestimmte Aufgaben fungieren.

Die allgemein bekannteste Netzstruktur ist das Internet und die bekanntesten Protokolle sind das TCP und das IP Protokoll, jedoch spielen auch im Internet eine Reihe weiterer Protokolle wichtige Rollen und das Internet selbst ist kein homogenes Netz sondern ist aus einer vielzahl teils recht unterschiedlich konzipierter Teilnetze aufgebaut, die nur die oberen Protokollschichten gemeinsam haben und die Nutzdatenübertragung auf den unteren Protokollschichten teilweise sehr unterschiedlich handhaben.

Rechnernetze können unter anderem anhand der folgenden Kriterien klassifiziert werden.

  • Organisatorisch Abdeckung
  • Übertragungsweg / Übertragungstechnologie
Organisatorische Abdeckung
Dieses Kriterium wird oft benutzt da es weniger kompliziert erscheint als andere Eigenschaften von Netzen. In der Praxis hat diese Unterscheidung aber nur begrenzte Bedeutung.
  • lokale Netze
    • Personal Area Network (PAN)
      • Wireless Personal Area Network (WPAN) als Begriff
    • Local Area Network (LAN)
      • Wireless LAN (WLAN) als Begriff
  • nicht-lokale Netze
    • Metropolitan Area Network (MAN)
    • Wide Area Network (WAN)
    • Global Area Network (GAN)
    • Virtual Private Network (VPN)

Patchkabel
Ein Patchkabel, auch Rangierkabel, ist ein Kabeltyp der Netztechnik und der Telekommunikation.

Verwendung von Patchkabeln
Patchkabel werden bei verschiedenen Netztypen eingesetzt, zum Beispiel bei
  • Ethernet-Netzen definiert nach dem internationalen Standard TIA/EIA-568-A oder -B,
  • strukturierten Verkabelungen,
  • Telefonverteilungen von Nebenstellenanlagen.

Ein Patchkabel dient zur Verbindung von
  • Anschlüssen (Ports) eines Patchfelds (auch Rangierfeld genannt) mit Ports eines anderen Patchfelds; diese Verbindung nennt man Patch oder Rangierung
  • Anschlüssen (Ports) eines Patchfelds mit einem Netzwerkverteilergerät (zum Beispiel Switch, Hub oder Router)
  • der Anbindung von Endgeräten (zum Beispiel PC mit Netzkarte) an eine Netzanschlussdose.
Patchkabel sind bis zu 100 m lang; üblicherweise jedoch nur bis zu 10 m.

Kabeltypen
  • Twisted-Pair-Kabel
  • Glasfaserkabel
  • Telefonkabel
Belegung
Patchkabel sind, im Gegensatz zum Crosskabel, generell 1:1 durchgeschaltet. Die Belegung der Adernfarben bei Ethernet-Patchkabeln erfolgt entweder nach TIA568A- oder nach der TIA568B-Belegung. Da der einzige Unterschied in der Farbe der Adern besteht, muss nur sichergestellt werden, dass beide Enden gleich belegt sind. Für die Übertragung ist es unwesentlich, ob eine Belegung nach TIA568A oder TIA568B verwendet wird.

TIA568A-Belegung
1 (grün/weiß)    ----\                         /----  1 (grün/weiß)
2 (grün)         ----\ \                     / /----  2 (grün)
3 (orange/weiß)  ----\ \ \                 / / /----  3 (orange/weiß)
4 (blau)         ----\ \ \ \-------------/ / / /----  4 (blau)
5 (blau / weiß)  ----/ / / /-------------\ \ \ \----  5 (blau/weiß)
6 (orange)       ----/ / /                 \ \ \----  6 (orange)
7 (braun / weiß) ----/ /                     \ \----  7 (braun/weiß)
8 (braun)        ----/                         \----  8 (braun)
TIA568B-Belegung 
1 (orange/weiß)  ----\                         /----  1 (orange/weiß)
2 (orange)       ----\ \                     / /----  2 (orange)
3 (grün/weiß)    ----\ \ \                 / / /----  3 (grün/weiß)
4 (blau)         ----\ \ \ \-------------/ / / /----  4 (blau)
5 (blau / weiß)  ----/ / / /-------------\ \ \ \----  5 (blau/weiß)
6 (grün)         ----/ / /                 \ \ \----  6 (grün)
7 (braun / weiß) ----/ /                     \ \----  7 (braun/weiß)
8 (braun)        ----/                         \----  8 (braun-)

Crosskabel
Als Crosskabel oder Crossoverkabel bezeichnet man in der Computernetz-Technik (LAN-Technik) ein achtadriges Twisted-Pair-Kabel, das zwar auf jeder Seite einen RJ45-Stecker besitzt, wobei allerdings in einem Stecker gewisse Kabeladern vertauscht werden. (Englisch to cross: kreuzen.) Es wird benötigt um z. B. zwei Computer direkt miteinander zu verbinden.

Beim Patchkabel (zum Aufbau eines größeren Netzes) gilt die Reihenfolge der Farben weiß/orange, orange, weiß/grün, blau, weiß/blau, grün, weiß/braun und braun, und diese sind der Ziffernfolge 1..8 zugeordnet.

Beim Crosskabel werden die beiden Paare in allerdings nur einem Stecker abhängig von den beiden darüber zu führenden LAN-Signalen gegeneinander gekreuzt.

Ob Patch- oder Cross-Variante: es wechseln sich immer eine weiße und eine farbige Ader im Stecker ab.

Zum Vergleich ein Patchkabel, bei welchem alle Adern getauscht sind.Die einfachste Anwendungsmöglichkeit für ein Crosskabel ist, zwei Computer mit Netzkarten miteinander zu verbinden, ohne notwendigerweise einen Hub oder einen Switch einsetzen zu müssen. Die beiden so miteinander verbundenen Computer bilden zusammen ein vollwertiges Netz in allerkleinstem Rahmen. Moderne Technologien bei Netzwerkkarten machen den Einsatz eines Crosskabels zunehmend überflüssig.

Varianten des Crosskabels
Das Crosskabel gibt es in zwei Varianten:
10/100BASE-T Ethernet 
Hier müssen nicht alle Adern gekreuzt werden, da in diesem Standard nicht alle zur Übertragung genutzt werden.
100BASE-T4/1000BASE-T Ethernet 
Hier müssen alle Adern gekreuzt werden, da alle zur Übertragung genutzt werden.
Das Verhältnis heißt 2-1-4-3, denn jedes Paar der zu kreuzenden Adern bildet ein Vielfaches der Zahl 18. Dies hat jedoch keinen logischen oder sogar beabsichtigten Sinn; es handelt sich hierbei nur um eine Art Eselsbrücke.
Vom Prinzip her gibt es in diesem Kabel zwei Vierer, die unabhängig voneinander agieren. Für normales LAN werden die Adern 1-2-3-6 benutzt, und zum Kreuzen werden 1-2 mit 3-6 vertauscht. 4-5 und 7-8 bilden beim Gigabit Crosskabel keine Ausnahme, und werden genauso gegeneinander getauscht.

Twisted-Pair-Kabel
Als Twisted-Pair-Kabel werden in der Computertechnik Kabeltypen bezeichnet, bei denen die beiden Adern eines Adernpaares miteinander verdrillt (auch verdrallt, verseilt oder verdreht) sind. Die verdrillte Doppelader, die in der Telekommunikationstechnik verwendet wird, wird nicht unter dieser Bezeichnung geführt.

Es wurde ursprünglich für den Parallelanschluss des Druckers (die so genannte Centronics-Schnittstelle) verwendet. Heute werden entsprechende Kabel meistens in der Netztechnik eingesetzt, zum Beispiel bei Ethernet-Kabeln, strukturierten Verkabelungen oder in der Feldbustechnik.

Durch die Verdrillung jeweils des Hinleiters mit dem Rückleiter einer Stromschleife (das Adernpaar) ist die Datenübertragung weniger störanfällig.

Kategorien des Twisted-Pair-Kabels
Für eine leichtere Klassifizierung der einzelnen Kabel wurden Kategorien definiert, die einem gewissen Anforderungsprofil entsprechen. Im Folgenden finden sich die sieben definierten Kategorien:

Kategorie 1 - Cat 1 Cat-1-Kabel werden zur Sprachübertragung und zur Datenübertragung (für geringe Bandbreiten), zum Beispiel bei Telefonanwendungen, verwendet.

Kategorie 2 - Cat 2 Cat-2-Kabel wird zum Beispiel für Hausverkabelung beim ISDN-Primärmultiplexanschluss verwendet.

Kategorie 3 - Cat 3 Cat-3-Kabel ist ein nicht abgeschirmtes Twisted-Pair-Kabel, das für Übertragungskapazitäten von bis zu 10 Mbit/s verwendet wird. Cat-3-Kabel haben drei Wicklungen pro Zoll für jedes verdrehte Paar von Kupferleitern. Eine andere Eigenschaft ist, dass die Leitungen mit Plastik (FEP) isoliert werden, so dass eine niedrige Streuung auftritt.
Die Kabel sind ISDN-tauglich. Ethernet 100BT4 wurde entwickelt, damit 100 Mbit/s über Kategorie 3 läuft, dabei werden alle vier Adernpaare verwendet.
Cat-3-Kabel werden heute kaum noch im Verkauf angeboten. Meist werden Cat-5-Kabel verwendet.

Kategorie 4 - Cat 4 Cat-4-Kabel sind ein häufig in den USA verlegter Typ. Cat 4 bot nur einen kleinen Fortschritt in der Geschwindigkeit im Vergleich zu Cat 3 an und wurde im allgemeinen zugunsten von Cat 5 ignoriert. Über Cat-4-Kabel können 20 Mbit/s übertragen werden.

Kategorie 5 - Cat 5 Cat-5-Kabel wird für Signalübertragung mit hohen Datenübertragungsraten benutzt. Die spezifische Standardkennzeichnung ist EIA/TIA-568. Cat-5-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 100 MHz bestimmt. Wegen der hohen Signalfrequenzen muss bei der Verlegung und 20m Netzwerkkabel der Kategorie 5Montage, insbesondere bei den Anschlussstellen der Adern, besonders sorgfältig gearbeitet und die Herstellervorgaben eingehalten werden.
Kabel der Kategorie 5 werden häufig bei strukturierten Verkabelungen von Computernetzen wie zum Beispiel Fast-Ethernet verwendet.
Das Cat-5e-Kabel ist eine erweiterte Version von Cat 5 für die Verwendung in 1000Base-T-Netzen oder für Langstrecken-100Base-T-Netzverbindungen (350 m, verglichen mit 100 m für Cat 5). Es muss die Spezifikation EIA/TIA-568A-5 erfüllen, die aber mittlerweile durch die Spezifikation EIA/TIA-568B abgelöst wurde. Der Unterschied zwischen EIA/TIA-568A und EIA/TIA-568B besteht in der Zuordnung der farblich gekennzeichneten Adernpaare zu den Anschlusskontakten des RJ45-Steckers und sagt nichts über die Übertragungsqualität aus.

Kategorie 6 - Cat 6 Das Cat-6-Kabel wird durch die EN50288 definiert. Es ist für Ethernet 1000Base-T (Gigabit) bis zu 90 m verwendbar. Cat-6-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 300 MHz bestimmt. Bei größeren Längen leidet die Übertragungsgeschwindigkeit, geringe Überlängen sind aber je nach Außeneinflüssen unschädlich. Sicherheit gibt die Überprüfung mittels Handheld Testern, die die Grenzwerte der aktuellen EN50173-1, IS 11801, bzw. der EIA/TIA 568B2.1 prüfen. Anwendungsfelder sind Sprach- und Datenübertragung sowie Multimedia und ATM-Netze.

Kategorie 7 - Cat 7 Cat-7-Kabel haben vier einzeln abgeschirmte Adernpaare (Screened/Shielded Twisted Pair S/STP) innerhalb eines gesamten Schirms. Cat-7-Kabel sind für Betriebsfrequenzen bis 800 MHz bestimmt. Damit könnte 10-Gigabit-Ethernet (10GBaseT) übertragen werden. 10GBaseT wird als Protokoll von IEEE im Jahre 2006 definiert werden. Die Grenzwerte der entsprechenden Physical Layer werden angepasst werden müssen. Das bedeutet die Anpassung der existierenden Kategorie 6 an die Erfordernisse zur Übertragung von 10 Gigabit Ethernet. Die Bandbreite zum Beispiel wird damit auf 500 MHz für Kategorie 6 angehoben.


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