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Computer

Kabel und Geschwindigkeit bei Ethernet


Juli 2008

Ethernet hat seit seinem Entwurf bis jetzt eine vielfältige Entwicklung durchlaufen. Nicht nur die Nutzung ist rapide gestiegen mit der Anzahl der Anschlüsse und die Vielfältigkeit der Daten, auch die Übertragungsmedien haben sich gewandelt. Ausgehend von den ersten, unflexiblen Koaxleitungen bis zu den heutigen, modernen Funknetzen ist dort viel geschehen. Hier soll ein kurzer Überblick über die benutzten Medien der letzten Jahrzehnte stehen.

Angefangen hat es mit einem dicken Koaxkabel, dem sogenannten "Yellow Cable", später auch Thickwire genannt. Den Namen hat es daher, weil es bis auf wenige Ausnahmen immer gelb war. Es war auch dick und steif und dementsprechend schwer zu verlegen. Um einen Netzwerksanschluß herzustellen mußte man mit einem bestimmten Werkzeug ein Loch in das Kabel bohren und dann ein Anschlußelement darauf setzen. Dies wurde dann mittels einem beinahe ebenso steifen "Transceiver-Kabel" mit dem Rechner verbunden. Der Abstand zweier Löcher muss mindestens 2,5m betragen, deswegen haben alle diese Kabel entsprechende Ringmarkierungen alsa Kennzeichnug. Die maximale Länge beträgt 500m. An beiden Enden des Kabels müssen Abschlußwiderstände angebracht sein.
Die Unhandlichkeit dieser Verkabelung brachte dann auch bald die ersten Veränderungen, andere Transceiverkabel, nicht mehr so steif, dafür allerdings mit einer verkürzten Maximal-Länge, und eine Art Hub, oder Verteiler, mit denen mehrere Rechner gleichzeitig den Anschluß an das Yellow Cable nutzen konnten. Diese Art Ethernet läuft unter dem Namen 10Base5 mit 10 = 10Megabit Übertragungsgeschwindigkeit, 5 = max. 500m Länge und Base = Angabe des Frequenzbereiches, daß für die Übertragung genutzt wurde.

Der nächste Schritt war dann 10Base2 oder Thinwire. Die 2 heißt hier max. Kabellänge 185m (nicht 200m). Der große Vorteil dieses Systems war das viel dünnere Kabel. Es ließ sich nicht nur viel einfacher verlegen, auch die Verbindung mit dem Rechner wurde vereinfacht. Man mußte nicht mehr bohren, sondern einfach einen Koaxstecker an die beiden Enden setzen und mitteles eines T-Stückes mit dem Rechner verbunden. Die Abmessungen des T-Stückes sind genau definiert, genauso wie der Anschlußpunkt auf der Netzwerkskarte. Durch einfaches Zusammenstecken von Kabelstücken und T-Stücken wird so das Netzwerk zusammengebaut. Doch dies alles erforderte auch eine Netzwerkstopologie, nicht mehr ein einzelner langer Strang wurde gebraucht, sondern viele kurze. Dies wurde ermöglicht durch den Einsatz von Multiport-Repeatern, die sowohl eine Aufbereitung des Hochfrequenzsignales vom Ethernet durchführten als auch eine Verteilung auf viele Leitungen ermöglichten.

Der nächste Schritt wurde dann (teilweise) angestoßen durch die Frage: "kann man nicht einfach Telefonkabel nehmen für das Netzwerk, die legen wir doch sowieso, und warum 2 verschiedene Typen ?". Das war der Anfang der sogenannten strukturierten Verkabelung, das heißt jedes Endgerät (= Rechner) hat ein eigenes Anschlußkabel, daß zu einem zentralen Verteilerfeld führt. Zu Beginn ergab das erst mal größeren Diskussion weltweit darüber, welches Kabel und welcher Stecker dafür am besten geeignet ist. Zu dieser Diskussion trug auch der Einsatz der Kupferversion von FDDI im großen Maße bei. Denn FDDI hatte eine Übertragungsrate von 100MBit und war gerade dabei, marktfähig zu werden. Zur Auswahl standen damals verbesserte Versionen des Telefonkabels (heute als Cat3 bekannt) contra das IBM-Kabel "Typ1", das aus dem Token Ring Netzwerk ( mit 4 MBit ) kam. Problem : Typ1 hatte 150 Ohm Impedanz gegenüber den 100 Ohm beim Telefonkabel und es hatte nur 4 Adern. Bei den Steckern war es der 8polige, der heute als RJ45 bekannt ist, und der 9polige D-Sub9, über den auch lange Zeit bei den PCs die serielle Schnittstellen liefen ( COM1 usw ). Gewonnen haben dann schnell das Telefonkabel und RJ45, und die Zweifel an ihnen wurden schnell von den Herstellern ausgeräumt.
Ich selber steckte damals gerade in einem Projekt, das 2 große Bürogebäde mit einer neuen Netzwerksstruktur ausrüstete. Unsere Entscheidung damals war aber Typ1 mit SubD9 im Glauben, die richtige Wahl getroffen zu haben. Technisch war sie auch einwandfrei, sie hat lange Zeit gut funktioniert, nur beim Umstecken von Anschlüssen und beim Einkauf neuer Kabel hatten wir danach immer etwas mehr Aufwand.

FDDI hat sich beim Massenmarkt nie ausgewirkt, stattdessen wurde das bisherige 10MBit Ethernet einfach durch die neue Variante FastEthernet mit 100MBit erweitert. Es hat sich dabei fast nichts geändert, die Kabel und Anschlüsse blieben die gleichen, die Übertragungsmechanismen ebenfalls. Es kam nur die Funktion der Umschaltung 10/100 MBit und Halb-/Voll-Duplex dazu. Ein paar andere 100MBit Ethernetvarianten wurden zwar auch entwickelt und angeboten, kamen auf dem Markt aber nie richtig an.

100MBit sind noch nicht schnell genug, wenn alle PCs damit ausgerüstet sind braucht man ja für den Backbonebereich dahinter noch mehr Tempo. Der nächste Schritt war also GigabitEthernet mit 1000MBit. Hier war aber erst mal die LWL-Faser (Lichtwellenleiter) angesagt. Die Entwicklung für die Kupferleitung dauert länger. Erst mal mußten neue, geeignete Kabeltypen und Stecker entwickelt werden, dann wurden parallel dazu neue Modulationsarten für die Signale eingeführt und von der Leitung werden jetzt alle 8 Adern genutzt statt bisher 4. Und die maximale Kabellänge hat inzwischen auch den Wert 100m wie bei 10 und 100MB Ethernet erreicht. Geräte mit GigabitEthernet-Anschluß sind inzwischen zu einen alltäglichen Verkaufsgegenstand in den entsprechenden Läden geworden, so manche PCs werden schon damit ausgeliefert.
Und die dazugehörigen Kabel in den Wänden haben inzwischen auch schon wieder einen Großteil ihrer Flexibilität verloren.

Nachrichtenübermittlung via Licht ist ja eigentlich eine uralte Sache, bloß hat man früher dazu Fackeln, Feuer und Spiegel benutzt.
Heutzutage werden in einem Netzwerk dafür LWL = Lichtwellenleiter eingesetzt. Deren Entwicklung und Gebrauch läft schon seit Beginn der Netzwerke parallel zun den Kupferkabeln, nur nicht so spektakulär. Es gibt sogar Netzwerkstypen, für die zuerst die LWL kam und dann erst Kupfer : Gigabit-Ethernet und FDDI. Beim letzteren steckt es sogar schon im Namen mit drin : F = Fibre. Dort kam die Kupferleitung erst, als auch Ethernet mit 100MB übertragen wurde.
Vorteile von LWL gegenüber Kupfer:
- nicht anfällig gegenüber elektrischen und magnetischen Störungen,
- erheblich längere Übertragungsstrecken möglich,
- viel kleinere Packungsdichte der Fasern
und die Nachteile sollen auch nicht verschwiegen werden :
- mehr Platzbedarf für Stecker,
- erheblich schwieriger aufzulegen in den Anschlußfeldern,
- erheblich mehr Kosten pro Anschluß
- mehr Aufwand bei der Kabelverlegung

Es gab mal eine Zeit, da war das Schlagwort "Fibre to the desk" Mode. Damit war gemeint, daß die Kupferkabel überall bei Neuinstallationen durch die LWLs ersetzt werden sollten. Das ist dann doch aber in nur wenigen Installationen passiert, zum Beispiel dort, wo besondere Umstände die Verlegung von Kupfer in dicken Kabelkanälen nicht zuließen wegen Denkmalschutz oder ähnlichem.
Bei den Steckern gab es inzwischen auch Entwicklungen, die jetzt gleiche Größen haben wie die "Kupferstecker".

Zur Verminderung der Kosten wurden auch Kunststoffkabel entwickelt, die die LWL-Kabel ersetzen können. Sie sind allerdings nicht so leistungsfähig und nur für kurze Strecken einsetzbar (z.B. in Patchfeldern).

Die "Licht-Module" gibt es in verschiedenen Ausfürungen nach verschiedenen Standards, deren Preise und dementsprechend auch Leistungen sich sehr unterscheiden. Sie können bis zu mehreren tausend Euros kosten, z.B. wenn sie Strecken von mehreren 10 Kilometern überbrücken sollen.



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