Patchkabel – die Verbindung der Netzwerkstruktur

In allererster Linie sollte ein gutes Netzwerkkabel Daten schnell und zuverlässig übertragen können, zugleich aber auch robust gegenüber Störungen sein. Je nach Anspruch und Einsatzzweck können unterschiedliche Kabel zum Einsatz kommen. Vor dem Kauf gilt es einige Kriterien zu beleuchten:

• Kabeltypus
• Kabelkategorie (Cat)
• Kabelabschirmung
• Kabellänge
• Ausfallsicherheit
• Stecker und Kontakte

Netzwerkkabel ist nicht gleich Netzwerkkabel, es sind verschiedene Typen mit unterschiedlichen Ausprägungen erhältlich. Sie werden in unterschiedliche Kategorien (Cat) unterteilt. Diese beschreiben die jeweilige Leistungsfähigkeit. Um zu erkennen, wie schnell ein Patchkabel Daten übertragen kann, sollte man sich die Übertragungsrate ansehen. Patchkabel höherer Kategorien habe per se den Leistungsumfang der niederen Kategorien inne und erweitern diesen um zusätzliche Eigenschaften.

Jede der korrespondierenden Kategorien erfüllt verbindlich festgelegte Kriterien. Nachfolgend werden die gängigen Kabelarten und deren Kategorien kurz vorgestellt.

Das Patchkabel verbindet einen Computer mit dem Netzwerkverteiler (Hub, Switch oder Router) und versendet Daten mittels Kupferdrähten. Darüber hinaus sind auch optische Patchkabel sog. LWL erhältlich, diese arbeiten mit Glasfaser oder Kunststofffasern. Die Kupfer-Netzwerkkabel weisen bestimmte Merkmale hinsichtlich ihrer Bauform auf: acht flexible Kupferadern (jeweils 0,4 bis 0,5 mm dick) verlaufen parallel nebeneinander unter einer Ummantelung. Einfache Kupferkabel sind flexibel und können daher gut verlegt werden; auch sind sie relativ kostengünstig. Die gebräuchliche Art des kupfergebundenen Patchkabel stellt das Twisted-Pair-Kabel dar. Es bildet die Basis für den Aufbau eines Netzwerkes.

Bei diesem speziellen Patchkabell, oder auch „Kupferkabel mit verdrillten Adern“, verlaufen vier verschieden verdrillte Adernpaare innerhalb des Kunststoffmantels. Durch jedes Paar fließen Datenströme. Die Vorteile dieser Verdrillung innerhalb der Patchkabel liegen darin, dass sie durch die paarweise Verdrillung vor störende Einflüsse von außerhalb (beispielsweise elektrische Spannungsfelder von Stromkabeln) besser geschützt sind.

Beim Crossoverkabel kreuzen sich hingegen zwei Adernpaare. Mithilfe dieser Art von Ethernetkabel kann man zwei PCs ohne zwischengeschalteten Router oder Switches miteinander verbinden. Es gibt auch Crossover-Kupplungen, die zwei Standardnetzwerkkabel verbinden, um damit denselben Zweck ohne Switches erfüllen können.

Diese Patchkabel eignen sich besonders für die langfristige Installation hinter Wänden oder in Kabeltunneln. Verlegekabel weisen eine dickere Kabelbreite sowie eine stabilere Isolation aus Kunststoff auf, die Kabeladern sind mit 0,5 bis 0,7 Milimetern ebenfalls etwas breiter. Durch ihre niedrige Dämpfung geben Verlegekabel ihre Signale auch über weitere Stecken bzw. mit zunehmender Länge mit verhältnismäßig geringen Qualitätseinbußen weiter. Verlegekabel eignen sich deshalb perfekt für den Aufbau einer Büronetzwerkeinrichtung oder bei der langrfristigen Verlegung von Netzwerkinfrastruktur eingesetzt.

Das Y-Kabel kann man nur im weitesten Sinne als Kabel beschreiben, denn im eigentlichen Sinne stellt es vielmehr einen Adapter dar. Dieser dient dazu, das Netzwerk bzw. Ethernet in zwei Teile aufzuteilen, das ermöglicht, dass sich zwei Computer zusammen ein Kabel teilen können. Der Verlegungsaufwand halbiert sich dadurch zwar, aber die Übertragungsgeschwindigkeit bei der parallelen Nutzung ebenso.

Cat 1,2 und 3

Diese Kategorien spielen heutzutage keinerlei Rolle mehr, die Cat 1 Kabel (Betriebsfrequenz bis 100 kHz) konnten lediglich zur Übertragung von Sprache genutzt werden. Die Cat 2 Kabel (bis 1500 kHz Betriebsfrequenz) wurden hauptsächlich für die Verkabelung bei ISDN-Primärmultiplexanschluss verwendet. Cat 3 Netwerkkabel arbeiten mit einer Betriebsfrequenz von bis zu 16 Mhz. Diese sind nicht abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel und gehörten längere Zeit in Amerika zum Standard. Die Cat 4 Kabel unterstützten Frequenzen von bis zu 20 MHz, auch sie traf man lediglich in den USA an. Für die Einrichtung eines Netzwerks kommen heutzutage die Kabelkategorien Cat 5, Cat 6 und Cat7 in Frage.

Cat 5/Cat5e

Cat 5 Patchkabel stellen einen gängigen Standard dar und werden in Mehrzahl beim Aufbau von Netzwerken eingesetzt. Sie können in einem Frequenzbereich von 100 Mhz höhere Datenübertragungsraten leisten, die Standardkennzeichnung dieser Kabel lautet EIA/TIA-568. Das Cat 5 Kabel kann mit höheren Geschwindigkeiten von 100 Mbit/s Daten übertragen. Cat5e bildet eine Unterkategorie, das e steht für „enhanced“ (verbessert). Das Kabel ist für Gigabit-Ethernet-Netzwerke mit längeren Leitungsstrecken geeignet. Die Cat 5 Kabel eignen sich für Fast- oder Gigabit-Ethernet.

Ein weiterhin gängiger Standard ist das Fast Cat5e Netzwerkkabel. Die Maximalleistung liegt ebenso bei einem Gigabit pro Sekunde, durch die 350 Mhz Übertragungsfrequenz ist die effektive Geschwindigkeit noch höher als diese der Cat5e Kabel. Die Cat 5 Kabel sind generell etwas empfindlicher und haben den Nachteil, dass die Dämpfung schnell zunimmt. Beiderlei Kabel Cat5 und Cat5e eigenen sich gut für kürzere Distanzen um die zehn Meter.

Cat 6

Kabel dieser Kategorie sind für höhere Frequenzen von bis zu 250 MHz ausgelegt. Die Datenübertragungsrate bei Datenübertragungen nimmt allerdings ab, je länger das Ethernetkabel ist. Zum Einsatz kommen diese Kabel für sämtliche Sprach- und Datenübertragungen sowie auf ATM- und auf Multimedia-Netzen. Die Kabel der Unterkategorie Cat 6a arbeiten mit Betriebsfrequenzen von bis zu 500 Mhz und sind besonders leistungsfähig. Sie eignen sich für 10-Gigabit-Ethernet. Netzwerkkabel der Kategorie 5 und 6 sind, wie bereits angeklungen, auf eine Länge von etwa 100 Meter begrenzt. Wird diese Marke überschritten sinken die Übertragungsraten. Die Cat 6 Kabel sind unempfindlicher als die Cat 5 und bieten die höheren Transfervolumina.

Cat 7

Cat 7 ist eine Standardkategorie, deren Technik, abgesehen von den USA, weltweit verwendet wird. Oftmals wird diese Kabelklasse auch als „Klasse F“ betitelt, Betriebsfrequenzen von 600 MegaHertz sind mit Cat7 Patchkabel möglich. Auch Cat7 bzw. Cat 7 hat eine Unterkategorie, Cat 7a (auch Klasse FA), mit der Frequenzen von 1000 MHz und 100 Gbit/s erreicht werden können. Die Cat7 Kabel verfügen allesamt über 4 einzeln abgeschirmte Adernpaare inmitten eines gemeinsamen Schirms.

Kabellänge korreliert mit der Transferrate

Alle drei gebräuchliche Standards verbindet ein Schicksal: die Kabellänge der Patchkabel ist auf 100 Meter begrenzt. Hier spielen jedoch auch einige weitere Faktoren eine beträchtliche Rolle, zu nennen sei hier die Dämpfung. Weist dieser innere Widerstand hohe Werte auf, wird die Maximallänge aufgrund des Leistungsabfalls verkürzt. Auch neben dem Netzwerkkabel verlaufende Stromleitungen können zu Störungen des Datenverkehrs führen. Es bleibt festzuhalten, dass die Geschwindigkeit und die Übertragungsqualität von Netzwerkkabeln durch geringe Dämpfung und hohem Signalpegel steigen.

Abschirmung der Patchkabel

Auch durch die richtige Abschirmung eines Kabels wird versucht, äußere Störfaktoren zu vermindern. Dies ist gerade beim Netzwerk-Aufbau wichtig. Patchkabel ohne Abschirmung werden U/UTP (Unscreened Unshielded Twisted Pair) genannt. Diese Netzwerkkabel ohne Schirmung sind mit Kunststoff isoliert ummantelt und daher biegsam und anpassungsfähig zu verlegen. Da eine Abschirmung bei diesen Patchkabel komplett fehlt, sind diese Kabel hinsichtlich ihrer Übertragungsqualität besonders von ihrer Länge abhängig. Länger als zehn Meter sollte ein ungeschirmtes Kabel nicht sein, sonst sinkt die Qualität rapide und zudem sollte das Patchkabel ohne Abschirmung nicht direkt an Stromkabeln liegen.

S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair) bezeichnet die einfache Abschirmung eines Patchkabels. Im Unterschied zum nicht abgeschirmten Patchkabel befindenden sich unter dem äußeren Kunststoffmantel Kupfergeflechte oder Aluminiumfolien (sog. PiMf), die das Kabel vor äußeren Störungen schützen sollen. Die höhere Toleranz dieser Abschirmung gegenüber Störungen hat jedoch einen Nachteil: das Patchkabel wird steif und damit unflexibler. Auch FTP-Kabel (Foiled Twisted Pair) bieten eine gleichrangige Alternative, bei denen – im Gegensatz zum S/UTP – die jeweiligen Aderpaare geschützt werden. Sowohl ftp als auch utp bilden die einfachste Form der Schirmung bei Patchkabeln, allerdings besser als ein ungeschirmtes Netzwerkkabel bzw. ein Patchkabel ohne Abschirmung.

Ein Netzwerkkabel ist besonders gut gegenüber Störungen gefeit, sobald es doppelt ummantelt ist bzw. eine doppelte Schirmung hat. Ein Kabel mit einer derartigen Ummantelung wird S/STP (Screened Shielded Twisted Pair) oder S/FTP (sftp = Screened Foiled Twisted Pair) genannt. Bei diesen stp oder sftp Kabeln sind sämtliche Adern einzeln durch Kupfergeflechte oder Aluminiumfolien (sog. PiMf) doppelt geschützt.

Die Abschirmung eines Netzwerkkabels trägt wesentlich zur Qualität der Datenübertragung bei, einen ebenbürtigen Stellenwert nehmen auch die Stecker und Kontakte ein. Die Ethernetkabel verfügen über RJ45 Stecker und sind mit einem Widerhaken bestückt, der ein etwaiges Hinausdriften aus der Dose verhindern sollte. Dieser Widerhaken des RJ45 Stecker deckt jedoch nicht zwangsläufig alle Fehlerszenarien ab, daher sollte man auf eine saubere und feste Verarbeitung Acht geben, um den Verschleiß so gering wie möglich zu halten. Es gibt hier drei unterschiedliche Verarbeitungsqualitäten:

Die einfach verarbeiteten und günstigen Patchkabel werden oftmals mit dem Zusatz „assembled“ tituliert. Ein derartiger RJ45-Kabel-Stecker bietet eine recht gute Verankerung, kann aber dennoch beim Verbiegen oder sehr häufigem ein- und Ausstecken Schaden nehmen. Spezielle Schutzkappen bei den RJ45 Steckern können den einfach verarbeiteten Steckern auch noch im Nachhinein zu einer erhöhten Stabilität und einem Schutz vor Staub und Schmutz verhelfen.

Kommt das Wort „booted“ im Namen des Patchkabels vor, so heißt dies, dass das Kabel einen Knickschutz aufweisen kann. Hier kommt eine spezielle Gummierung am Stecker zum Einsatz, der den ersten halben Zentimeter des Kabels gegen Verbiegungen schützt. Die Stabilität des Netzwerks wird somit gesteigert, da es seltener geschehen wird, dass Stecker durch schnelles Herausziehen geschädigt werden.

Bei diesem Kabeltyp verschmelzen Kabel und Stecker zu einem Ganzen. Das Kunststoffgehäuse des Ethernetkabels umgibt den Stecker komplett, dadurch weist er keinerlei Kanten mehr auf und ist vor jeglichen Brüchen oder vor unbeabsichtigtem Hinausziehen bestens geschützt.

Mithilfe von optischen Netzwerkkabeln versucht man, längere Strecken mit geringfügigem Qualitätsverlust zu überwinden. Diese optischen Kabel sind allerdings inkompatibel mit allgemeinen Routern, Netzwerkkarten und weiteren Netzwerkstandards. Das optische Netzwerkkabel setzt nicht auf Kabel aus Kupfer, sondern arbeitet mit Lichtwellenleitern (LWL). Optische LWL Patchkabel aus Glas oder Kunststoff bieten einige Vorzüge gegenüber denen aus Kupfer. Diese LWL Patchkabel kommen besser mit Störungen klar und können direkt neben Stromkabeln im Kabeltunnel liegen. Auch Stromschwankungen können ihnen nichts anhaben, sogar Blitzeinschlägen können sie trotzen. Die LWL Patchkabel sind dünn, flexibel und robust, haben ein sehr klare Datenübertragung und sind abhörsicherer.

Optische Netzwerkkabel bzw. Patchkabel mit Kunststofffasern (auch „POF“ genannt) weisen einen Preisvorteil auf, das spiegelt sich jedoch im Vergleich zu optischen Glasfaserkabeln, in der minderen Qualität wider. Die optischen Glasfaserkabel haben generell den Vorteil der geringeren Dämpfung und können somit längere Verbindungen durch den Aufbau aus Glasfaser störungsfrei überbrücken.

Optische Kabel sind widerstandsfähig, dennoch dürfen sie aufgrund der ihnen zugrunde liegenden Technik, nicht gebogen oder geknickt werden. Es sind auch Mischkabel aus Kunststofffasern und Glasfaser erhältlich, diese weisen oftmals ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis auf. Die bereits erwähnte Inkompatibilität zu gängiger, standardisierter Netzwerktechnik erfordern spezielle Netzwerkkarten oder Switches, andernfalls Konverter. Diese fungieren dann als Mittler zwischen den optischen und den kupfernen Patchkabel.