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Schnelles Ethernet nach 802.3bz für Bestandsverkabelungen

Was ist NBASE-T und auf was kommt es dabei an

| Autor / Redakteur: Konstantin Hüdepohl / Andreas Donner

Wer NBASE-T über seine CAT-5e- oder Cat-6-Verkabelung laufen lassen will, muss sicherstellen, dass das auch spezifikationsgemäß funktioniert.
Wer NBASE-T über seine CAT-5e- oder Cat-6-Verkabelung laufen lassen will, muss sicherstellen, dass das auch spezifikationsgemäß funktioniert. (Bild: © xiaoliangge - stock.adobe)

Weltweit sind immer noch viele LAN-Installationen in Kategorie 5e oder 6 beziehungsweise Klasse D oder E ausgeführt. Auf diesen Verkabelungen läuft heute maximal Ethernet mit 1000 Mbit/s. Der IEEE-Standard 802.3bz erlaubt 2,5 und 5 Gigabit/s, nennt sich NBASE-T und kann auch für mehr Performance in Bestandsverkabelungen sorgen.

Mittlerweile drängen immer mehr neue Applikationen auf den Markt, die weit höhere Bandbreiten als Gigabit-Ethernet in der Tertiärverkabelung benötigen – also auf den Strecken vom Etagenverteiler bis zum Arbeitsplatz. Eines der bekanntesten Anwendungsgebiete ist hier die Verkabelung von WLAN Access Points mit mehr als 1Gbit/s.

Da es eine sehr große installierte Basis an Gigabit-Ethernet-Verkabelung nach Cat-5e- oder Cat-6-Standard gibt, aber dennoch der Wunsch nach höheren Geschwindigkeiten besteht, hat die IEEE im Jahr 2016 mit IEEE 802.3bz die Übertragungsstandards für das Ethernet mit 2,5 und 5 Gigabit/s eingeführt. Hersteller, die Geräte für diese Anwendungen anbieten sind in der so genannten NBASE-T-Alliance organisiert.

ANSI/TIA und ISO/IEC haben sich ebenfalls dieser Marktanforderung angenommen und mit der TIA TSB 5021 und der ISO/IEC TR 11801-9904 Spezifikationen für die passive Gebäudeverkabelung entwickelt, um die NBASE-T Ethernet-Geschwindigkeiten unterstützen zu können. Doch wofür kann man welche Norm verwenden und was ist in der Praxis bei Bestandsverkabelungen zu beachten?

NBASE-T auf Bestandsverkabelungen nach Kategorie 5e oder 6

Für Neuverkabelungen, die auch NBASE-T-Geschwindigkeiten gewachsen sin sollen, empfiehlt die ISO 11801 bzw. EN50173 mindestens Kategorie-6A-Komponenten (Cat 6a) zu verwenden. Hier ist nach wie vor die Abnahmemessung nach Klasse EA mit einem Kabelzertifizierer das Mittel der Wahl. Richtig interessant ist jedoch das Thema NBASE-T auf Bestandsverkabelungen.

Die IEEE-Normen spezifizieren aktive Übertragungstechniken, nach welchen Hersteller von aktiven Komponenten wie Switches oder Netzwerkkarten entsprechende Geräte herstellen können. TIA und ISO definieren hingegen die Verkabelungsnormen, um neue Übertragungsstandards mit passiver Infrastruktur unterstützen zu können.

Für die Betreiber einer Bestandsanlage stellt sich dabei die Frage, ob eine alte Klasse-D- oder -E-Verkabelung noch die neuen Übertragungsstandards unterstützen kann. Allgemein kann man sagen, dass es auf alle Fälle riskant ist, für teures Geld neue und schnellere Übertragungstechnik anzuschaffen, wenn man sich nicht sicher sein kann, dass die alte Bestandsverkabelung die neuen Standards auch unterstützen wird.

Wie kann ich mich vor einer Fehlinvestition schützen?

Es ist dringend zu empfehlen, eine Klasse-D- oder -E-Verkabelung vor der Beschaffung von schnelleren aktiven Komponenten nachzumessen. Hierzu gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten:

Die erste Möglichkeit besteht in einer Abnahmemessung mit einem Kabelzertifizierer nach ISO/IEC TR11801-9904:2017. Dieser technische Report gibt eine Anleitung für die allgemeine Bewertung von Verkabelungen für die Unterstützung von 2,5 und 5 Gbit/s Ethernet.

Bemerkenswert sind hierbei vor allem folgende Punkte: Für den Betrieb von 2,5 Gbit/s Ethernet sind alle HF Parameter bis 100 MHz spezifiziert, für den Betrieb von 5 Gbit/s Ethernet sind 250 MHz vorgesehen. Dies bedeutet, dass 5 Gbit/s Ethernet auf einer alten CAT-5e- / Klasse-D-Anlage zumindest nach ISO/IEC nicht spezifiziert ist.

Wie schon bei CAT 6A und Klasse EA wird auch bei NBASE-T Fremdnebensprechen, das sog. „Alien Crosstalk“, spezifiziert. Hier muss das Übersprechen zwischen Kabeln in Kabelbündeln gemessen werden. Auch bei ungeschirmten CAT-6A- und Klasse-EA-Verkabelungen müsste diese Messung durchgeführt werden. Führende Hersteller garantieren aber in der Regel, dass deren CAT-6A-Produkte die geforderten Alien Crosstalk-Grenzwerte einhalten, da diese Messung im Feld aufgrund des immensen messtechnischen Aufwandes so gut wie nie durchgeführt wird. Diese extrem aufwändige Messung sollte nun auch auf alten CAT-5e- / CAT-6- bzw. Klasse-D/E-Bestandsanlagen durchgeführt werden.

Zusätzlich zu den bekannten Alien-Crosstalk-Messungen sollte auch das „ALSNR“ oder „Alien Signal to Noise Ratio“ gemessen werden, also der durch Fremdnebensprechen reduzierte Signal Rauschabstand. Ähnlich wie die Alien Crosstalk-Messung ist auch die Bestimmung des ALSNR im Feld mit einem extrem hohen Aufwand verbunden. Zusätzlich zu den Spezifikationen für die Verkabelung geben ANSI/TIA und ISO/IEC Tabellen an, wie hoch das Risiko ist, dass eine Verkabelung durch ALSNR gestört wird (siehe Tabellen 1 und 2 in der Bildergalerie).

Als „Victim“ wird in den Tabellen eins und zwei die Strecke bezeichnet, auf der 2,5 bzw. 5 Gbit/s laufen soll. Wie man sehen kann, gibt es Konfigurationen, bei denen ein geringes Risiko für Störungen besteht, z.B. wenn man 2,5 Gbit/s auf kurzen Kabelbündeln betreiben will. Allerdings gibt es auch Konfigurationen mit mittlerem bis hohem Risiko für Störungen, z.B. für 5 Gbit/s auf langen Klasse-D-und -E-Strecken in langen Kabelbündeln.

Obige Tabellen existieren auch für Klasse EA- Verkabelungen. Hier wird das Risiko für alle Konfigurationen durch die Bank als „None“, sprich kein Risiko angegeben.

Eine Nach-Zertifizierung einer Bestandsanlage ist grundsätzlich aufwändig. Die Alien-Crosstalk- und ALSNR-Messungen würden allerdings den Rahmen komplett sprengen. Deshalb werden wohl sehr wenige Bestandverkabelungen in Zukunft mit einem Zertifizierer nach TSB 5021 oder ISO/IEC TR 11801-9904 nachgemessen werden.

Die zweite Möglichkeit der Investitionsabsicherung ist die Messung mit einem Qualifizierer. Qualifizierer, oder Transmissions-Tester, arbeiten nicht nach einer ANSI/TIA oder ISO/IEC Norm, sondern verwenden die original IEEE-Spezifikationen für Bitfehlerraten als Fehlerschwelle für eine gut/schlecht-Bewertung von Strecken. Hierzu wird auf einer Strecke eine Ethernet-Verbindung aufgebaut und darüber Ethernet-Pakete gesendet und empfangen. Zusätzlich zur Bitfehlerrate werden auch noch Parameter wie Laufzeit, Laufzeit-Unterschied, Signal-Rausch-Abstand und Länge einer Strecke gemessen.

Moderne Qualifizierer, wie der Softing NetXpert 10 G, können so Strecken mit 1, 2.5, 5 und sogar 10 Gbit/s messen und sind somit für NBASE-T Anwendungen bestens gerüstet.

Qualifizierung vs. Nachzertifizierung

Einer der Hauptanwendungen für NBASE-T ist, wie bereits erwähnt, der Betrieb von schnellen Access Points mit mehr als 1 Gbit/s, während die meisten Strecken im Netzwerk nach wie vor von „langsameren“ Arbeitsplätzen mit maximal 1 Gbit/s belegt sein werden.

Wenn man sich die eigentliche Verwendung von NBASE-T vor Augen führt, ist ein Test einer Bestandsverkabelung mit einem Qualifizierer wesentlich praxisnaher als eine Nachzertifizierung, da der Qualifizierer einen Test unter realen Umgebungsbedingungen mit echtem Ethernet auf genau der Strecke durchführt, auf der später NBASE-T laufen soll.

Die Störquelle Alien Crosstalk, also das Übersprechen zwischen Kabeln und Kabelbündeln, muss währen einer solchen Qualifizierung nicht simuliert werden. Denn die Störer sind in dieser Anwendung echte Ethernet-Strecken, die echtes Übersprechen auf die zu messende Strecke ausstrahlen.

Ein Qualifizierer kann somit bei dem Test direkt ermitteln, wie viele Ethernet-Pakete im laufenden Betrieb der Anlage verloren gehen. Ein Qualifizierer ist also ein sehr gutes Werkzeug, um Strecken in einem bestehenden Netzwerk vorab auf ihre NBASE-T-Tauglichkeit zu testen. Zusätzlich können die Geräte auch im Störungsfall verwendet werden um herauszufinden, ob Übertragungsfehler auf der passiven Strecke stattfinden.

Neben dem Qualifizierungstest ist auch noch die Diagnose an aktiven Ports äußerst wichtig. Hier wird unter anderem getestet, welche Geschwindigkeiten von einem Switch zur Verfügung gestellt werden und ob der DHCP-Server, der DNS-Server oder das Internet erreichbar sind.

Da viele Access Points und IP-Kameras über PoE bzw PoE+ ferngespeist werden, ist es zudem wichtig, dass Qualifizierer PoE-Klassen erkennen, PoE-Spannungen messen und Leistung von einem PoE-Switch abgreifen können.

Fazit

NBASE-T ist eine interessante Ethernet-Ausprägung, die es Anwendern ermöglicht, auch auf bestimmten Bestandsverkabelungen Ethernet-Geschwindigkeiten jenseits der altbekannten 1000 Mbit/s zu nutzen.

Konstantin Hüdepoh.
Konstantin Hüdepoh. (Bild: Softing IT Networks)

Aufgrund der verglichen mit 1-Gbit/s-Ethernet verschärften Spezifikationen ist es jedoch ratsam, Bestandsverkabelungen zu prüfen, bevor NBASE-T Anwendungen installiert werden oder entsprechende aktive Komponenten angeschafft werden. Eine Re-Zertifizierung der Strecken ist dabei eine messtechnisch umfangreiche und äußerst zeit- und kostenintensive Methode. Die Messung mit einem Qualifizierer hingegen bietet eine wesentlich schnellere, einfachere, kostengünstigere und praxisnähere Methode, um Bestandsverkabelungen auf Tauglichkeit für NBASE-T-Anwendungen zu prüfen.

Über den Autor

Konstantin Hüdepohl ist Produktmanager bei Softing IT Networks.

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