2007-08-11 20:16:43

Welche Kabel-Klasse darf es denn sein?

Mathias Hein

Mathias Hein

10 Gigabit Ethernet über horizontale Kupferverkabelung bis an den Arbeitsplatz ist für viele Anwender ein Traum, für manche Planer und IT-Verantwortliche aber ein Albtraum.

Mathias Hein

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Mit der Einführung von 10 GbE (10 Gigabit Ethernet) hat die seit vielen Jahren weltweit dominierende Verkabelungskategorie 5 (Kat-5) nun endgültig ausgedient. Während eine Reihe von deutschsprachigen Herstellern nach wei vor die geschirmten Kabel der Kategorie 7/Klasse F empfehlen, setzen internationale Anbieter auf ungeschirmte Leiter. Die Messlatte wird die IEEE-Arbeitsgruppe 802.3an setzen, die bis Mitte nächsten Jahres einen 10GBase-T-Standard verabschieden will. Um die nötigen Kabeleigenschaften schnell allgemein verbindlich zu machen, unterstützen einige Hersteller eine modifizierte Kategorie 6/Klasse E.

 

 

10GBase-T

Der Standard für 10 Gigabit Ethernet über Glasfaser (IEEE 802.3ae) wurde 2002 verabschiedet. Seitdem dringt das am weitesten verbreitete LAN-Protokoll bis in den WAN-Bereich vor, während sich umgekehrt das Übertragungsmedium Glasfaser vom Weitverkehr über MAN und Campusnetz bis in die vertikale Gebäudeverkabelung vorschiebt. In der horizontalen Verkabelung ist das Kupferkabel jedoch preislich und vom Handling her noch immer unschlagbar. Planer und IT-Verantwortliche hoffen deshalb auf die endgültige Verabschiedung des Standards für 10 Gigabit Ethernet über Kupfer, IEEE 802.3an (10GBase-T). Dabei ist die Anwendung klar: In Datenzentren wird 10GBase-T die günstigste Möglichkeit sein, Server-Cluster zu bilden, und mittelfristig die Fiber-Optic-Lösungen verdrängen. Das alternative Protokoll 10GBase-CX4, das mit 15 Metern Reichweite ohnehin nur eine beschränkte Einsatzfähigkeit hat, wird sich kaum durchsetzen können.

Auch in die horizontale strukturierte Gebäudeverkabelung wird 10GBase-T einziehen. Die Installation einer Verkabelungsinfrastruktur ist eine Investition, die mehreren Rechner- und Softwaregenerationen genügen soll. Wer jetzt über eine Installation entscheiden muss, steht vor einem Dilemma. Denn solange die IEEE 802.an nicht verabschiedet ist, können die Arbeitsgruppen von ISO/IEC und EIA/TIA, die sich mit den nötigen Verkabelungseigenschaften befassen, keine verbindlichen Empfehlungen herausgeben. Durch die Diskussion einer „augmented“ beziehungsweise „erweiterten“ Kategorie-6-/Klasse-E-Spezifikation bei EIA/TIA und einer “New Class E“ bei ISO/IEC wird für manchen Planer die Konfusion perfekt.

Wenn der Standard IEEE 802.3an Erfolg haben soll, muss die Übertragung über einen Großteil bereits bestehender Verkabelungen funktionieren. Vorübergehend war bei IEEE deshalb sogar Kategorie 5e/Klasse D als Medium im Gespräch. Aus technischen Gründen musste dieser Ansatz fallen gelassen werden.

Es geht also doch über Klasse E, und zwar nicht nur geschirmt. Denn STP (Shielded Twisted Pair) ist nur im deutschsprachigen Raum, dem man Gründlichkeit und hohes Sicherheitsbedürfnis nachsagt,  stark verbreitet. Meist handelt es sich hier um einzeln geschirmte S/FTP-Verkabelungen: Die Doppeladern sind einzeln mit Folien (F) geschirmt, alle vier gemeinsam nochmals mit einem Schirm aus Drahtgeflecht (S). Die französischen Nachbarn begnügen sich meist mit U/FTP und verzichten auf den gemeinsamen Schirm. Der große „Rest der Welt“ benutzt UTP (Unshielded Twisted Pair), genauer gesagt: U/UTP. Dies muss im Prinzip also auch für 10GBase-T genügen.

Bei 10GBase-T bemüht man sich zwar, die 10 GBit/s in 500 MHz Bandbreite unterzubringen, indem man den Datenstrom auf alle vier Aderpaare aufteilt, eine raffinierte Codierung (DSQ; Double Square) und eine vielstufige Pulsamplitudenmodulation (PAM16) vorsieht. Dennoch: Für verdrillte Datenkabel sind 500 MHz auf Grund der hohen Kabeldämpfung problematisch. Das empfangene Signal wird so klein, dass es sich kaum mehr vom Rauschen unterscheiden lässt. Nicht umsonst unternehmen die Entwickler alles, um die möglichen Störquellen so weit wie möglich zu reduzieren. Innerhalb eines Kabels und damit innerhalb einer 10GBase-T-Verbindung kann man Störquellen aktiv mit „lernenden“ DSP-Schaltkreisen unterdrücken – ein enormer Hightech-Einsatz, um ein paar verdrillte Drähte für 10 Gigabit fit zu machen. Gegen die Einstreuungen von außen ist man machtlos. Denn kompensieren kann man nur, was man kennt. Dies gilt besonders für Alien NEXT (ANEXT), das Übersprechen von den benachbarten Kabeln und Anschlussmodulen. Bei STP ist es vernachlässigbar. Bei UTP hängt es nicht allein vom Kabel selbst, sondern auch von der Anordnung der Kabel untereinander ab. Dieser erweiterte Zusammenhang ist besonders unangenehm, weil damit die Übertragungsleistung nicht nur von den Komponenten, sondern direkt auch von der Art der Installation abhängt.

 

 

Für 10GBase-T muss die Spezifikation von Kabeln und Komponenten von bisher 250 MHz auf 500 MHz erweitert werden. Dabei gehen die Ansichten auseinander. ISO/IEC sieht für das NEXT seiner „neuen Klasse E“ eine lineare Extrapolation vor. TIA ist mit seiner Forderung nach „Cat. 6 augmented“ moderater, während IEEE selbst die Werte ab 330 MHz sehr „relaxed“ sieht und für ausreichend hält. Hier muss man klar sehen: „Neu“ oder „verbessert“ sind die Spezifikationen, nicht unbedingt die Kabel. Bestehende Verkabelungen können durchaus den 10-Gigabit-Anforderungen genügen. Denn Kabel und Module, die bis 250 MHz gut waren, müssen bis 500 MHz nicht unbedingt schlecht sein. Der größte Unsicherheitsfaktor ist auch nicht das NEXT, sondern das Alien NEXT. Und dafür fehlen verbindliche, reproduzierbare Testprozeduren. Denn um geeignete Testszenarien festzulegen, müsste man wissen: Über welche Strecken laufen die Kabel in realen Installationen parallel, und wie dicht liegen sie beieinander? Paradoxerweise tritt ANEXT bei der „ordentlichen“ Verlegung stärker auf als bei der verrufenen „Spaghetti-Verkabelung“. Hersteller von Kabeln und Komponenten versuchen deshalb, „Sicherheit einzubauen“. Um NEXT zu reduzieren, ist es das einfachste, den Abstand der Adernpaare innerhalb des Kabels zu vergrößern. Gegen ANEXT und andere Einstreuungen helfen größere äußere Kabeldurchmesser und eine kürzere Schlaglänge bei der Verdrillung. Das bringt manche „optimierten“ UTP-Kabel auf rund 10 mm Durchmesser! Zu einer solchen Lösung gehören auch meist neue Patchpanels und Dosen mit größeren Abständen zwischen den Anschlüssen.

 

 

Alien Crosstalk

Während anfangs schon 1 GbE den ungeschirmten Kabeln erheblich mehr Probleme bereiteten als erwartet, schien die Sache mit 10 GbE schier aussichtslos. Als wahrer Killer erwies sich ein Faktor, der erst bei diesen hohen Frequenzen so richtig in Erscheinung tritt – die störende Übertragung elektrischer Signale von einem Datenkabel beziehungsweise Adernpaar auf angrenzende. Dieses als „Alien Crosstalk“ bezeichnete Phänomen ist dafür verantwortlich, dass selbst Kat-6/Klasse-E-Kabel nicht in der Lage sind, bei 10 GbE Distanzen über 55 Meter zu garantieren. Mit diesen Kabeln besteht keine Möglichkeit, Alien Crosstalk zu kompensieren. Geschirmte Kabel der Kategorie 7/Klasse F haben mit 100 Metern auch bei 10 GbE keine Probleme, vorausgesetzt allerdings, die elektrischen Installationen im betreffenden Gebäude sind sauber ausgeführt. Hapert es hier, wird der vor Störungen durch andere Datenkabel schützende Schirm selbst zur Stolperfalle: er wird zur Antenne, die Störeinflüsse durch das Stromnetz aufnimmt. Vielleicht ist das der Grund, warum Kat-7 außerhalb des deutschsprachigen Raums kaum verbreitet ist, denn viele Länder erlauben in Sachen elektrischer Verkabelung weit „unsauberere“ Installationen, als in Deutschland, Österreich und der Schweiz üblich. Hinzu kommt aber auch, dass es so gut wie keine aktiven Netzwerkkomponenten gibt, welche die zu Kat-7 passenden Steckergesichter unterstützen. Versuche, den hier quasi „eingemeißelten“ RJ-45-Konnektor durch verbesserte Stecker abzulösen, blieben bislang ergebnislos. Es sind also immer Adapter erforderlich, welche Kat-7 auf RJ-45 umsetzen – beziehungsweise montieren einige Hersteller inzwischen RJ-45-Stecker auf ihre Kat-7-Kabel.

 

 

Die Kat 7 Kabel bieten für die Zukunft auf Grund der geringeren Dämpfung und der besseren Schirmeigenschaften Reserven, und der Mehrpreis spielt im Vergleich zu den Gesamtkosten keine große Rolle. Das Problem sind die Kategorie-7-Steckverbinder. Gleich zwei genormte, jedoch nicht kompatible Systeme stehen zur Wahl: IEC 60603-7-7 in Anlehnung an RJ45 und IEC 61076-3-104 mit einem völlig neuen Konzept. Der Kunde steht damit vor dem Zwang, sich für ein System entscheiden zu müssen, das zwar genormt ist, aber dennoch alle Nachteile einer proprietären Lösung mit sich bringt. Und solange die Endgeräte nicht mit der entsprechenden Kategorie-7-Steckverbindung ausgerüstet sind, braucht er zum Anschluss ein Hybridkabel. Spätestens an dessen Ende mit dem RJ45-Stecker wird der Channel wieder deklassiert – auf Kategorie 6.