10 Gigabit Ethernet über Kupfer: 10 GBASE-T (1)

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Teil 19 von 30 aus der Serie "Digitale Nachrichtenübertragung"
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IEEE 802.3 hat 2004 nach zwei Jahren Vorbereitungsarbeit einen Standard für die Übertagung von 10 Gigabit/s über Twisted Pair definiert. Wie auch bei Gigabit Ethernet wurde der Standard für die Kupfer-PHY eigenständig entwickelt und steht neben den Versionen für optische Übertragungssysteme. Ziel war die konsequente Weiterentwicklung der bestehenden Vollduplexstandards für UTP auf 10 Gigabit. 10 GBASE-T ist heute die leistungsfähigste Übertragungstechnik auf Kupfer im Feld. Die Auseinandersetzung mit dem Thema führt präzise vor Augen, wo Möglichkeiten und Probleme liegen und warum sich die Verkabelungsstandards nochmals weiterentwickeln mussten.

Bevor wir in das Thema einsteigen, soll die Frage geklärt werden, on wir nicht eigentlich etwas Unmögliches verlangen. Dazu blicken wir auf die Nutzung einer gewöhnlichen Telefonleitung, die in modernerer Ausführung „eigentlich“ eine Bandbreite von 20 kHz hat. Damit können analoge Telefongespräche im Duplex-Verfahren sehr sauber und mit guter Sprachqualität übertragen werden.

Wir sehen, dass es offensichtlich möglich ist, aus dieser Leitung wesentlich mehr herauszuholen, als man zunächst annimmt. Die 64 kBit/s. von ISDN sind ja noch harmlos, aber die meisten Leser werden einen DSL-Anschluss haben, der auch in einer einfachen Form bereits eine Übertragung von 2 Mbit/s. erlaubt. Viele von Ihnen haben bestimmt schon 6 Mbit/s. Und das hat funktioniert, ohne dass in Wohnhäusern Leitungen neu verlegt werden mussten. Eine weitere Steigerung ergibt sich mit EFM, das ist ein Standard für „Ethernet in the First Mile“, also den Einsatz für die Versorgung meist privater Endkunden. Hier gibt es Spezifikationen, mit denen eine gewöhnliche Telefonleitung auch mit 10 Mbit/s. betrieben werden kann.

Aus didaktischen Gründen habe ich dann einmal den „FunFaktor“ definiert, und zwar als den Faktor, der sich dann ergibt, wenn man die Leistung im Rahmen einer speziellen Nutzung durch die „eigentlich“ bei analoger Übertragung bestehende Bandbreite teilt, also z.B. für TDSL 2 Mbit/s / 20 kBit/s = 100.

Interessant ist dann Folgendes: ich habe dann aufgrund der Spezifikationen den „Fun Faktor“ für Cat. 5 und Cat. 7 Kabel ausgerechnet. Man sieht, dass 10 BASE-T und Fast Ethernet das Cat 5 Kabel unterfordern bzw. grade einmal ausnutzen. Gigabit Ethernet hat einen Fun Faktor von 10, also das Kabel überträgt das zehn-fache von dem, was man eigentlich spezifiziert hat und bei Cat. 7 Kabel liegen die Verhältnisse noch günstiger. In beiden Fällen ist die Leistungssteigerung auf diesen Kabeln aber noch gering gegenüber der Steigerung, die wir technisch auf einer einfachen Telefonleitung erzielen. Technisch muss die Übertragung von 10 Gigabit Ethernet auf einem Kat 5 Kabel also möglich und auf einem Kat 7 Kabel sogar relativ einfach sein.

Zunächst einmal fällt auf, dass der Standard ganz klar für Verkabelungen von Kat. 5e aufwärts entwickelt werden sollte. Dies hat seinen Grund in der Struktur des US-amerikanischen Marktes, bei dem die Verbreitung besserer Kabel sehr gering ist. Der wesentlichste Unterschied zu Europa und speziell zu Deutschland ist wohl der, dass in den USA praktisch überhaupt nicht über Kat. 7 oder gar bessere Kabel geredet wird. Wenn überhaupt, gibt es Entwicklungspläne für die Nutzung von Kat. 6. Nur in Deutschland gibt es ja einen nahezu historischen Trend zur absoluten Überdimensionierung von Verkabelungssystemen und es war immer erfolgreich möglich, den Entscheidungsträgern hierzulande einzureden, dass ein Kabel besser 600 oder 700 MHz unterstützt, völlig unabhängig davon, ob man es jemals bräuchte. Mit den hier teilweise verlegten Kabeln wäre man hinsichtlich des 10 GBASE-T schnell fertig.

Durch die Anwendung vieler nachrichtentechnischer Konstruktionen faltet man das Ein-Gigabit-Signal im Standard so zusammen, dass es auf dem Kabel nur noch eine Bandbreite von ca. 65 MHz benötigt. Damit könnte es über hundsgewöhnliches Kat. 5 Kabel laufen, wenn dieses einigermaßen ordentlich verlegt ist.

Wir werden sehen, dass das in der Praxis dann doch nicht so einfach ist. Letztlich wurde nach vielem Hin und Her von den Standardisierungs-Gremien für die Verkabelung der neue Kabeltyp 6A definiert. Dazu kommen wir am Ende unserer Betrachtungen.

Generelles Ziel von 10 GBASE-T war aber die Einbeziehung von Kat. 5e. 10 GBASE-T wäre sonst absolut nicht marktfähig. Das bedeutet für diejenigen, die bereits ein Kat. 6 oder gar Kat. 7 Kabel haben, eine sehr komfortable Planungssicherheit und endlich die etwas bessere Ausnutzung der teuren Kabel.

Was aber wären mögliche Anwendungen für 10 GBASE-T? Zunächst geht es um eine Marktverbreiterung für 10 Gigabit Ethernet schlechthin. Auch bei Gigabit Ethernet war es ja schließlich so, daß der Markt erst dann richtig zugegriffen hat, als die Kupferversionen verfügbar waren. Komischerweise wurden dann auch massenhaft Glasfaserschnittstellen gekauft. Der Markt ist nicht wirklich logisch, aber hinsichtlich seiner grundsätzlichen Mechanismen ganz gut durchschaubar.

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