Datenübertragungstechnik: Normen – Installation

INFORMATIONSTECHNIK
Datenübertragungstechnik: Normen –
Installation – Messtechnik (2)
KOMPLEXE ZUSAMMENHÄNGE IN DER STANDARDISIERUNG Dieser Teil befasst sich aus-
führlich mit der Struktur der Standards und Normen zu den Übertragungskomponenten und
Qualitätsklassen strukturierter Kupferverkabelungen. Zu beachten sind dabei die Unterschiede
zwischen der amerikanischen und der hier in Deutschland gültigen Norm. Bislang definierte man
die Normen für die noch jetzt höchste Kategorie 6A, es kommt aber nun die Kategorie 8 dazu.
W
Es begann in den USA
Beginnen wir mit der ANSI/TIA/EIA 568 C.
Dieser amerikanische Standard definiert sowohl die Steckverbinder und die Kabel, als
auch die aus dem Zusammenbau dieser
Bauteile entstehenden Übertragungstrecken
in »Categories« (Cat) (siehe Tabelle 4). Diese
Standards beschreiben zurzeit die Qualitätsstufen Cat 5e bis Cat 6A. Diese betreffen die
Frequenzbereiche von 100 MHz bis 500 MHz
und geben die Grenzwerte zur Datenübertragung von 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s sowie 10 Gbit/s an. Neu hinzukommen ist die
Qualitätsstufe Cat 8, mit verbesserten Komponenten der Cat 6A und Kabeln der Cat 8,
www.elektro.net
AUF EINEN BLICK
NORMEN IN DER ÜBERSICHT Es gelten neben der amerikanischen
Norm auch die Europäischen / Deutschen Industrienormen
RÜCKWÄRTSKOMPATIBILITÄT Welche Stecker und Kabel passen
zusammen
ZUKUNFT DER NEUEN ÜBERTRAGUNGSKLASSEN liegen bei
2 000 MHz – am besten mit geschirmten Kabeln
Fortsetzung aus »de« 17.2013, S. 64
FREQUENZ, CATEGORY/KLASSEN, ANWENDUNGEN
Frequenz [MHz]
ANSI / TIA / EIA Category ISO / EN / DIN Klasse
Applikation
100
Cat 5e
Klasse D
10, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s
250
Cat 6
Klasse E
–
500
Cat 6A
Klasse EA
10 Gbit/s
600
–
Klasse F
–
1 000
–
Klasse FA
–
1 600
–
Erw. Klasse FA
40 Gbit/s
2 000
Cat 8
Class I & Class II
40 Gbit/s
Tabelle 4: Die Category (USA) bzw. Klasse (Europa), wo steht das Kat-8-Kabel?
INSTALLATIONSKABEL UND STECKVERBINDER – ÜBERSICHT
8
Installationskabel
ie sind die Zusammenhänge und wo
stehen wir mit den Standards heute?
Im Moment beschreiben die Normen die Eigenschaften bis einschließlich der Kategorie
6A, es geht aber weiter: Kategorie 8.
Bild 5 zeigt den Zusammenhang zwischen
den einzelnen Standardisierungsgremien. Dabei gilt der Standard ISO/IEC 11801 als »Mutter« aller Verkabelungsnormen, wobei die
»Kinder« wie ANSI/TIA/EIA und EN & DIN
manchmal etwas vorpreschen und die »Mutter«-Organisation dann etwas Nachholbedarf
hat. Grundsätzlich stellt der Standard ISO/IEC
11801 eine international gültige Norm dar, mit
der sich über 90 Nationen (35 Mitgliedsländer
und 57 beobachtende Nationen) mit dem
Thema der Strukturierten Verkabelung auseinandersetzten. Die Normen ANSI/TIA/EIA
568C (USA) und die CENELEC EN 50173
(Europa) und die – aus der CENELEC abgeleitete und übersetzte – DIN EN 50173
(Deutschland) gelten nur lokal. Einige der Unterschiede wurde bereits im Teil 1 dieser Serie
angesprochen, aber wir wollen nun etwas tiefer einsteigen.
Steckverbinder
Cat 5e
Cat 6
Cat 6A
–
–
verb. Cat 6A
Cat 5e
Cat 5e
Cat 5e
Cat 5e
x
x
Cat 5e
Cat 6
Cat 5e
Cat 6
Cat 6
x
x
Cat 6
Cat 6A
Cat 5e
Cat 6
Cat 6A
x
x
Cat 6A
–
x
x
x
x
x
x
–
x
x
x
x
x
x
Cat 8
Cat 5e
Cat 6
Cat 6A
x
x
Cat 8
Tabelle 5: Rückwärtskompatibilität von Steckverbindern und Installationskabeln, TIA/EIA,
US-Norm
57
INFORMATIONSTECHNIK
INSTALLATIONSKABEL UND STECKVERBINDER – ÜBERSICHT UND CLASS I
Installationskabel
8.1
Steckverbinder
Kat 5e
Kat 6
Kat 6A
Kat 7
Kat 7A
verb. Kat 6A
Kat 5e
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Kat 6
Klasse D
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Kat 6A
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
Klasse EA
Klasse EA
Klasse EA
Kat 7
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
x
x
x
Kat 7A
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
x
x
x
Kat 8.1
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
x
x
Class I
Tabelle 6: ISO / IEC Rückwärtskompatibilität von verbesserten Kat 6A-Steckverbindern in Kombination mit Kat 8.1-Installationskabeln (F/UTP, ungeschirmt), Lücke in Klasse F und FA
INSTALLATIONSKABEL UND STECKVERBINDER – ÜBERSICHT UND CLASS II
Installationskabel
8.2
Steckverbinder
Kat 5e
Kat 6
Kat 6A
Kat 7
Kat 7A
verb. Kat 7A
Kat 5e
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Klasse D
Kat 6
Klasse D
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Klasse E
Kat 6A
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
Klasse EA
Klasse EA
Klasse EA
Kat 7
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
Klasse F
Klasse F
Klasse F
Kat 7A
Klasse D
Klasse E
Klasse EA
Klasse F
Klasse FA
Klasse FA
Kat 8.2 Klasse D
Klasse E
Klasse EA
Klasse F
Klasse FA
Class II
Tabelle 7: ISO / IEC Rückwärtskompatibilität von verbesserten Kat 7A-Steckverbindern in Kombination mit Kat 8.2-Installationskabeln (S/FTP, geschirmt)
ISO/IEC11801
Bild 5: Überblick über die
Standardisierungsgremien
ISO = International
Standards
Organisation
IEC = International
Electrotechnical
Commission
Comité Européen de Normalisation
Électrotechnique
(European Committee for Electrotechnical Standardization)
ANSI
American National
Standards Institute
EN50173-x
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Deutsches Institut
für Normung /
Deutsche Kommission
Elektrotechnik
Telecommunications
Industry Association
Electronic Industry
Association
DIN EN50173-x
ANSI/TIA/EIA568C
10
100
1 000
Bild 6: Dämpfungsverlauf der Klasse FA in Abhängigkeit der Signalfrequenz
58
Standards, gültig in Europa /
Deutschland
In den europäischen/deutschen Standards
ISO/IEC 11801, EN 50173 und DIN EN 50173
legt man die Qualitätsmerkmale der Steckverbinder sowie Kabel fest. Man unterscheidet
hier zwischen »Kategorien« von Kat 5e bis
Kat 7A (für die Komponenten) und »Klassen«
(für die Übertragungstrecken). Diese Klassen
D (2002) bis Klasse FA werden im Frequenzbereich von 100 bis 1000MHz und zur Übertragung von digitalen Daten mit 10Mbit/s,
100Mbit/s, 1Gbit/s und 10Gbit/s genutzt.
Neu dazu kommen werden die
• -Class I mit Kabeln der Kategorie 8.1(F/UTP,
Folie/ungeschirmte verdrillte Leitung) und
verbesserten Komponenten der Kat 6A,
sowie die
• -Class II mit Kabeln der Kategorie 8.2
(S/FTP, Schirm/foliengeschirmte verdrillte
Leitung) und verbesserten Komponenten
der Kat 7A,
die zur Übertragung von 40 Gbit/s ausreichen soll (Tabelle 4).
Es wird also zwei verschieden Standards
geben:
• 1-1) die im Fall der Cat 8 (USA) mit verbesserten Steckverbindern der Cat 6A und
Kabeln der Cat 8 nur rückwärts kompatibel
zur Cat 6A sein wird (Tabelle 5) und
• 1-2)im Fall der Class I mit den verbesserten Steckverbindern der Kat 6A und Kabeln der Kat 8.1 nur rückwärts kompatibel
zur Klasse EA (Tabelle 6) sowie
• 2) im Fall der Class II mit den verbesserten
Steckverbindern der Kat 7A und Kabeln
der Kat 8.2 auch rückwärts kompatibel zur
Klasse F und FA sein wird (Tabelle 7).
Was sagen die Tabellen nun
im Vergleich aus?
Dämpfung FA
1
die bei einer Frequenz von 2 000 MHz zur
Übertragung von 40 Gbit/s ausreichen sollen.
Die Tabelle 4 stellt eine Erweiterung um
die Applikationen der Tabelle 1 dar. Bislang
endeten die Definitionen und Normenvorgaben bei einer physikalischen Grenzfrequenz
von 1 000 MHz und Übertragungsbitrate von
10 Gbit/s – enorme Werte, wenn man sich
zurückbesinnt, mit welchen Grenzwerten
man in den 80er-Jahren begonnenhat.
10 000
Die ISO/IEC-Norm (Europa) erlaubt bei Einsatz
der S/FTP-Kabeln die lückenlose Realisierung
aller Link-Klassen (von Klasse D bis hin zu
Class, Tabelle 7). Im Gegensatz dazu bestehen
bei Einsatz des ungeschirmten Datenkabels F/
de 18.2013
INFORMATIONSTECHNIK
UTP (Tabelle 6) sowie nach der Norm EIA/TIA
bei Cat 8 (Tabelle 5) Inkompatibilitäten (nicht
durchführbar, nicht genormt) zwischen einigen Stecker- und Kabeltypen, sodass die Klassen F und FA nicht erfüllt werden. Die Kreuze
in den Tabellen 5 und 6 kennzeichnen die
nicht sinvollen Stecker-Kabel-Kombinationen.
Im ungünstigen Fall erlangt man nur die Klassen Cat 6A (Tabelle 5) und EA (Tabelle 6). Bei
einer Ausschreibung und Auswahl der Komponenten ist daher darauf zu achten, welche
Norm gelten soll.
Höhere Anforderungen
an die Kabel
Für die Installationskabeln bedeuted das
schon eine größere Herausforderung, denn
die Eigenschaft der Twisted-Pair-Kupferkabel
ist dadurch gekennzeichnet, dass mit steigender Frequenz die Dämpfung ebenfalls
weiter kräftig ansteigt (Bild 6). Die Dämpfung einer 100 m-Verkabelungsstrecke der
Klasse FA würde bei 2 000 MHz schon bei ca.
95 dB liegen. Da ein solcher Wert weit außer-
halb des nutzbaren Bereiches für aktive
Komponenten liegt, sah man sich gezwungen, für die Übertragung über Cat 8-, Kat
8.1- und Kat 8.2-Kabeln die wirksame
Dämpfung zu reduzieren. Die einzige Möglichkeit, die Dämpfung in einen nutzbaren
Bereich zu bekommen, besteht in der Verkürzung der Verkabelungslänge. Daher hat
man sich für die Übertragung nach Cat 8,
Class I und Class II auf eine maximale Länge
des Übertragungskanals von 30 m geeinigt
und kommt von 100 m ab.
Verbesserte Steckverbinder
www.elektro.net
Parallel
liegendes
Datenkabel
Alien
Crosstalk
(AXT)
Switch
Übersprechen
Netzwerkkarte
10 Gbit/s
10 Gbit/s
10 Gbit/s
NEXT
40 Gbit/s
Digitaler Signalprozessor
40 Gbit/s
Digitaler Signalprozessor
10 Gbit/s
FEXT
Return Loss
Reflexionsdämpfung
Quelle: Leoni
Quelle: Leoni
Bild 7: Schema parallel liegender Leitungen und deren Störgrößen
Bild 8: Datenkabel, F/UTP der
Kategorie 8.1, ungeschirmt
0
0
200
400
Bild 9: Datenkabel, S/FTP der
Kategorie 8.2, geschirmt
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
FA 40 G*
10
1 800 Frequenz
Class I*
20
Dämpfung
Was bedeuten denn verbesserte Steckverbinder der Cat 6A, der Kat 6A und der Kat 7A?
Verbesserter Cat6A-Stecker: Die wesentlichen Merkmale sind, dass die verbesserten
Cat 6A- und Kat 6A -Steckverbinder auf unseren bisherigen RJ45-Steckverbindern der Cat
6A bzw. der Kat 6A basieren, aber in der Leistungsfähigkeit auf 2 000 MHz getrimmt werden müssen. Wenn man bedenkt, dass der
ursprüngliche RJ45-Steckverbinder für Übertragungsbandbreiten von 3 MHz konzipiert
war und jetzt in den Versionen Cat 6A und Kat
6A bereits bis 500 MHz genutzt wird und nun
bis 2 000 MHz genutzt werden soll, ist das erstaunlich, dass das noch funktionieren soll.
Aber die Experten der Steckverbinder-Hersteller sind sich sicher und einig, dass das
machbar sein wird, und wer hätte dem RJ45Steckverbinder vor ein paar Jahren schon die
500 MHz zugetraut? Und das hat ja auch geklappt! Also werden wir in Zukunft den RJ45Steckverbinder in verbesserten Versionen
auch bei 2 000 MHz wiedersehen.
Verbesserter Cat7A-Stecker: Bei den Steckverbinder-Komponenten der verbesserten
Kat-7A sieht das schon deutlich besser aus.
Diese werden aus den bereits existierenden
Kat 7A-Steckverbindern weiterentwickelt, d.h.
TERA-, GG45- oder ARJ45-Steckverbinder
(siehe dazu Beitrag »Datentechnik immer
schneller, höher, breiter«, »de« 13–14.2013,
S. 54) werden auf 2 000 MHz getrimmt. Das
kann man sich bei diesen Steckverbindern
auch schon etwas eher vorstellen, da diese,
mit Ausnahme des GG45 Steckverbinders,
nichts mehr mit dem RJ45-Steckverbinder zu
tun haben, also auch nicht rückwärts kompatibel zum RJ45-Steckverbinder sind. (Anm.:
die GG45-Spezifikation beschreibt eine zum
RJ45-Stecker rückwärts kompatible Buchse,
die durch Umschalten der Kontaktepaare 3-6
und 4-5 auf die Rückseite des Steckverbinders und Verwendung des ARJ45-Steckers
Kat 7A Eigenschaften aufweist).
30
40
FA
50
60
70
D
E
EA
F
Class II*
Bild 10: Dämpfungs-Grenzwerte bei den verschiedenen Klassen gemäß ISO/IEC für
Class I- und Class II-Kabel (Kat-8-Kabel)
59
INFORMATIONSTECHNIK
0
0
400
200
D
E
600
800
1 000
1 200
1 400
1 600
Class I*
EA
10
1 800 Frequenz
Dämpfung
20
30
40
50
60
FA
F
ISO Class I CH NEXT
FA 40 G*
Class II*
ISO 40 G CH NEXT
Bild 11: NEXT-Grenzwerte bei den verschiedenen Klassen gemäß ISO/IEC für Class I- und
Class II-Kabel
0
2
0
200
D
400
E
600
EA
800
1 000
F
FA
1 200
1 400
1 600
FA 40 G*
1 800 Frequenz
Class I*
4
Dämpfung
6
8
10
12
Class II*
14
16
18
20
Bild 12: Rückfluss-Dämpfungs-Grenzwerte bei den verschiedenen Klassen gemäß ISO/IEC
für Class I- und Class II-Kabel
Ein weiteres Problem stellt das Alien Crosstalk (Nebensprechen / Übersprechen aus
benachbarten Kabeln) dar (Bild 7). Daher
spricht man in allen Standardisierungsgremien für die Übertragung von 40 Gb/s über die
INFOS
Fachbeiträge zum Thema
Datentechnik, immer schneller…
»de« 13 – 14.2013 ¬ S. 54
Immer schneller
»de« 1 – 2.2008 ¬ S.75
Panorama IT, Kabelzertifizierer
»de« 7.2011 ¬ S.52
LINKS
www.psiber-data.com
60
Kommen wir nun zu den Übertragungsparametern für die einzelnen Verkabelungsklassen. Die Übertragungseigenschaften der
Datenübertragungskabel hängen noch von
einer Reihe weiterer Übertragungsparameter
ab. Als wichtigste Parameter sind hier zu
nennen: das Nahnebensprechen (NEXT, near end cross talk) sowie die Rückflussdämpfung (return loss).
Cat 8, Class I und Class II sind, wie wir ja
schon beschrieben haben, Weiterentwicklungen existierender Übertragungsstandards.
Bei der ANSI/TIA/EIA Cat 8 werden die
meisten der bisherigen Übertragungsparameter nach Cat 6A bis 2 000 MHz weitergerechnet, so wird z. B. der Grenzwert für die
Dämpfung bei Cat 8 mit reduzierter Länge
bei max. 35,6 dB liegen.
Ähnlich sieht es bei der Class I und Class II
aus, auch hier werden die Werte der Klassen
EA und FA weitergerechnet und man landet
bei 2 000 MHz bei einer max. Dämpfung von
30,8 dB (Bild 10) (Class I), die min. NEXTWerte (Bild 11) liegen bei 17,2 dB (Class I)
und 31,7 dB (Class II) und die min. Return
Loss-Werte (Bild 12) bei 6 dB (Class I) und
8 dB (Class II).
Nutzung geschirmter Verkabelungssysteme.
Selbst bei den eingefleischten Liebhabern
von UTP (ungeschirmten) Kabeln (also den
Mitarbeitern in der amerikanischen Standardisierung) wird bereits über geschirmte
Verkabelungen bei Cat 8 gesprochen und in
der ISO/IEC redet man über F/UTP-Kabel für
die Kategorie 8.1 (Bild 8) und über S/FTPKabel für die Kategorie 8.2 (Bild 9). Hinweis:
Kaum festzustellen, aber die Schlaglängen
der einzelnen Adernpaare unterscheiden
sich und damit verbessert man das Nebensprechverhalten.
Ausblick
In der Standardisierung für die Übertragung
von 40 Gbit/s über Kupferverkabelungssysteme der Cat 8, sowie der Class I und Class II
liegt noch eine Menge Arbeit vor den Arbeitsgruppen in der Standardisierung, aber so wie
es jetzt aussieht, wird es den Übertragungsstandard für 40 Gbit/s über Kupfer und auch
die entsprechenden Verkabelungsstandards
bald geben. Die bisherige Anwendung dieser
Standards zielt hauptsächlich auf Verkabelungs- und Übertragungssysteme in Rechenzentren ab. Aber wie auch schon die Entwicklung in der Vergangenheit gezeigt hat,
werden aus unseren Servern von heute unsere Desktops von morgen und dann werden
wir auch in der Horizontalverkabelung
40 Gbit/s benötigen.
Im nächsten Artikel werden wir uns mit der
Messtechnik für die oben genannten Kupfer
Verkabelungen beschäftigen.
Berücksichtigung weiterer
Übertragungsparameter
Unter Berücksichtigung der höheren Dämpfung und des empfindlicherem Nebensprechens / Übersprechen spricht dafür, für die
zukünftigen, neuen Übertragungsklassen nur
noch geschirmte Kabel einzusetzen.
(Fortsetzung folgt)
AUTOR
Thomas Hüsch
Psiberdata
de 18.2013