Was gibt es Neues bei der Verkabelung?

"Immer schneller!" lautet die Devise des ITK-Markts. Stillstand ist Rückschritt. Aus diesem Grund ist es nicht verwunderlich, dass auch über die Kupferverkabelung immer höhere Geschwindigkeiten übermittelt werden müssen. Mit der Kabelspezifikation zu CAT 8 wird die Tür für die Übermittlung bis zu 40 GBit/s über Kupferverbindungen weit aufgestoßen.

Mathias Hein

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Die Verkabelungssysteme, die auf Basis von Kupferleitungen realisiert wurden, bilden auch im vierten Jahrzehnt der Ethernet-Technologie noch immer die Grundlage für eine schnelle und effiziente Datenübermittlung. Als Twisted-Pair-Kabel bezeichnet man die bei der Telekommunikation und Nachrichtenübertragung genutzten Kabeltypen, bei denen die Adern paarweise miteinander verdrillt sind. Die erste Version des Verkabelungsstandards EN 50173 unterstützte gerade einmal eine Übertragungsbandbreite von maximal 100 MHz, durch welche sich Übertragungsraten von 1000 MBit/s realisieren ließen. Das klassische Kupferkabel ist jedoch noch lange nicht ausgereizt und folgt den rasanten Entwicklungen bei den Übertragungsgeschwindigkeiten, denn inzwischen wurde bereits die Schallmauer von 40 GBit/s über Kupferkabel durchbrochen.

Tabelle: Übersicht unterschiedlicher Ethernet-Standards für Kupferkabel

Die Mehrheit der heute in den Unternehmen installierten Kupfernetze basieren auf Kategorie 6-Komponenten (250 MHz Bandbreite) und Kategorie 6- bzw. Kategorie 7-Kabeln (600 MHz Bandbreite. Dies garantiert auf der Strecke (Ende-zu-Ende) für die Einhaltung der Leistungsklasse E mit 250 MHz Bandbreite. Die Verwendung der Kategorie 6-Komponenten in Kombination mit den Kategorie 7-Kabeln bot den Planern noch vor ein paar Jahren eine gewisse „gefühlte“ Zukunftssicherheit und mehr Reserven bei der Übertragung von Ethernet. Außerdem reduzierten sich die preislichen Unterschied zu den Kabeln niederer Kategorien immer mehr.

Inzwischen hat sich die 250 MHz Bandbreite als Sackgasse erwiesen. Die neueren Ethernet-Generationen und deren höhere Geschwindigkeiten fordern vom Übertragungskanal eine Kanalbandbreite von 500 MHz.

Tabelle: Übersicht Twisted Pair Kabelkategorien

Neben dem etablierten RJ45-Stecker versuchte die Kategorie 7 neue Stecksysteme für Frequenzen oberhalb der 500 MHz zu definieren. Es wurden die folgenden Stecker neu definiert:

• TERA ist das einzige in der Norm EN50173 standardisierte, vollständig geschirmte Steckverbindungssystem für S/FTP-Datenkabel der Kategorie 7 und entspricht nicht dem RJ-45-Standard. In der neuesten Version unterstützt dieses Stecksystem eine Bandbreite von 1,2 GHz und Übertragungsgeschwindigkeiten von > 10GBit/s.
• GG45 ist eine Bezeichnung für ein aus Stecker und Buchse bestehendes Stecksystem der Kategorie 7 und unterstützt Bandbreiten von 1000 MHz auf dem Netzwerk. Zusätzlich zu den acht Kontakten des RJ-45-Systems besitzt die GG45-Buchse vier weitere Kontakte. Dadurch können die mittleren 4 RJ-45-Kontakte im Betrieb mit einem RJ-45-Stecker genutzt werden. Die zusätzlichen Kontaktpaare ermöglichen nach Kategorie 7 die höhere Bandbreite von 1000 MHz.

Der Wechsel kam jedoch im Netzwerkmarkt und bei den Herstellern von Netzkomponenten nicht gut an. Aus diesem Grund wird und wurde bei Neuinstallationen ein Mix aus CAT 7 Kabeln und CAT 6 Steckern realisiert.

Die Entwicklung bleibt jedoch nicht stehen und der nächste Technologie-Sprung hin zum 40 und 100 Gigabit/s schnellen Ethernet steht in Haus (besser ins Rechenzentrum). Eine direkte Anbindung der Server an die vorgelagerten Switches (Top oft he Rack; ToR) mit 40GbE sind heute bereits möglich. Hierzu wird ein , achtpaariges Twinaxial-Kupferkabel (bis 7 m), 2 fasrige SM LWL Kabel (1310nm CWDM/1550nm) bis 10/2km oder ein 8 fasriges OM3/OM4 LWL Kabel (bis 150 m) genutzt.

Bereits im Jahr 2010 hat das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) den Standard 802.3ba für 40/100-GBit/s-Ethernet (100GE) verabschiedet. Anfangs gab es Streit um die Frage, ob der aus der WAN-Welt gewohnte Zwischenschritt mit 40 GBit/s auch in den Standard einziehen solle, doch der Zwist wurde schnell beigelegt. So ist 802.3ba der erste Ethernet-Standard, in dem zwei Geschwindigkeitsstufen definiert sind.

Im Core- und im Distribution-Bereich wird kein Kupferkabel mehr eingesetzt, denn nur auf Basis reiner Glasfasernetze ist ein Quantensprung in Bezug auf die Übertragungsbandbreite kostengünstig zu realisieren. Daher verwenden die neuen Highspeed-Netze auf der physikalischen Ebene nur noch die optischen Übertragungsmechanismen. Bei der Glasfaser erfolgt die Übertragung in bestimmten Wellenlängenfenstern. In diesen Wellenlängenfenstern ist die Signaldämpfung äußerst gering. Heute werden zur Datenübertragung die optischen Fenster von 850 nm, 1300 nm und 1550 nm verwendet. Hier gilt: Bei der Verkürzung der Wellenlängen verbessert sich das Übertragungsverhalten der Glasfaser. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass mit der Wellenlängenverkürzung auch der Preis der elektronischen Komponenten (Übertrager, Empfänger, Verstärker etc.) ansteigt. Die Verkürzung der Wellenlänge ist jedoch nicht der Schlüssel zur Zukunft. Heutige Glasfasernetze übermitteln die Informationen durch das Aufmodulieren der Daten auf eine einzige Wellenlänge bzw. Lichtfarbe. Werden jedoch mehrere Wellenlängen bzw. Lichtfarben gleichzeitig über die Leitung übermittelt, wird der Datendurchsatz um ein Vielfaches gesteigert. Die Parallelität der übertragbaren Lichtfrequenzen hebt somit die bisher bekannten Bandbreitengrenzen auf.

Momentan erarbeitet die IEEE in der Arbeitsgruppe 802.3bq mit Hochdruck an einem neuen Kupferverkabelungsstandard, welcher 40GBase-T genannt wird. Die Adaption auf Twisted-Pair-Kabel soll wesentlich günstiger in der Anschaffung als Twinaxial- oder LWL-Lösungen sein und daher sollen die Investitionskosten bei Neuinstallationen deutlich geringer ausfallen.

Die extrem hohe Übertragungsgeschwindigkeit setzt jedoch eine verbesserte Verkabelungsklasse voraus. Diese wird Kategorie 8 genannt und basiert auf zwei neuen Verkabelungsklassen:

• Class 1 (Kategorie 8.1): Die Class 1 basiert auf optimierten Komponenten der Kategorie 6A und gewährleistet eine Bandbreite bis 1.600 MHz. Die Kategorie 8.1 ist nur rückwärtskompatibel bis zu Kat. 6A und unterstützt nicht die Kategorie 7.
• Class 2 (Kategorie 8.2): Die Class 2 stellt eine Weiterentwicklung der Kategorie 7 dar und unterstützt eine Bandbreite bis 1.600 MHz. Die Kategorie 8.2 ist rückwärtskompatibel zu allen bisherigen Kategorien (inklusive Cat. 7A). Kategorie 8.2 Komponenten bieten Reserven für weitere Datensteigerungen
Klasse II-Verkabelungen stellen auf Grund der geringeren Designkosten der Aktivtechnik (geringere Kompensationsaufwendungen) die kostengünstigere Variante dar.


Tabelle: Vergleich 40/100 GBit/s Standards für Ethernet