UTP-Kabel: wie acht Adern die Netzwerkgeschwindigkeit bestimmen
Verstehen Sie, warum vier Leiter häufig Ethernet auf 100 Mbit/s begrenzen, wie die vier Paare Gigabit ermöglichen und wie Sie ein defektes Kabel diagnostizieren.
Ein NAS, ein Computer und ein Router verfügen über Gigabit-Ports, aber das Kopieren einer Datei stockt bei etwa 10 bis 12,5 MiB/s. Das Speichermedium ist nicht immer der Grund. Diese Zahl ist oft ein Hinweis darauf, dass die Ethernet-Verbindung auf 100 Mbit/s statt auf 1 Gbit/s verhandelt wurde: 100 Mbit/s geteilt durch acht ergeben 12,5 MiB/s, noch bevor man die Header und andere Verluste abzieht.
Der Übeltäter kann ein vieradriges Kabel, ein durchtrenntes Paar, eine unvollständige Crimpe oder eine auf 100 Mbit/s begrenzte Ausrüstung sein. Um zu verstehen, warum das so ist, muss man sich ansehen, was sich tatsächlich unter der Mantelschicht eines Ethernet-Kabels befindet.
Ein normales UTP-Kabel enthält acht Adern
UTP steht für Unshielded Twisted Pair, also nicht abgeschirmtes Twisted-Pair. Unter der Mantelschicht befinden sich vier Paare, also acht Adern. Jedes Paar verbindet eine volle Farbe mit ihrer weißen gestreiften Variante :
- weiß-orange und orange ;
- weiß-grün und grün ;
- weiß-blau und blau ;
- weiß-braun und braun.
Die Torsion ist kein Dekorationselement. Die beiden Adern eines Paares transportieren komplementäre Signale. Die Störungen, die unterwegs aufgenommen werden, betreffen beide Drähte eines Paares auf ähnliche Weise, und der Empfänger kann einen grossen Teil davon beseitigen. Jedes Paar hat einen anderen Torsionsabstand, um die Kreuzkopplung zwischen den Paaren zu begrenzen.
Diese Geometrie muss bis ganz zum Anschluss erhalten bleiben. Mehrere Zentimeter zu enttordsen, um die Crimpe zu erleichtern, verschlechtert die Leistung, selbst wenn ein einfacher Kontinuitätstest zeigt, dass alle acht Drähte angeschlossen sind.
Warum vier Adern bei 100 Mbit/s ausreichen, aber nicht bei 1 Gbit/s
Die alten 100BASE-TX-Verbindungen verwenden zwei Paare: eines für die Übertragung und eines für die Empfang. Deshalb enthalten manche billigen oder alten Kabel nur vier Adern. Sie können bei 100 Mbit/s einwandfrei funktionieren, aber sie können keine konforme 1000BASE-T-Verbindung herstellen.
Gigabit-Ethernet über Kupfer nutzt die vier Paare gleichzeitig in beiden Richtungen. Die Datenraten 2,5GBASE-T, 5GBASE-T und 10GBASE-T verwenden ebenfalls die vier Paare.
| Standard | Nominaler Datenstrom | Verwendete Paare | Erforderliche Adern |
|---|---|---|---|
| 10BASE-T | 10 Mbit/s | 2 | 4 |
| 100BASE-TX | 100 Mbit/s | 2 | 4 |
| 1000BASE-T | 1 Gbit/s | 4 | 8 |
| 2.5GBASE-T und 5GBASE-T | 2,5 und 5 Gbit/s | 4 | 8 |
| 10GBASE-T | 10 Gbit/s | 4 | 8 |
Ein einzelner schlecht crimpter Anschluss kann also eine funktionierende 100BASE-TX-Verbindung hinterlassen, während er Gigabit verhindert. Je nach Netzwerksteuerung und Art des Defekts kann die Verhandlung auf 100 Mbit/s zurückfallen, vollständig fehlschlagen oder eine instabile Verbindung mit Fehlern und erneuten Verhandlungen erzeugen.
Acht sichtbare Adern beweisen nicht, dass das Kabel gut ist
Ein einfacher Tester prüft vor allem die Kontinuität und die Reihenfolge der Kontakte. Er erkennt einen durchtrennten Draht, eine Umkehrung oder einen Kurzschluss, misst aber nicht unbedingt die Hochfrequenzqualität der Verbindung. Ein Kabel kann acht Lampen in der richtigen Reihenfolge anzeigen und dennoch unfähig sein, seinen nominalen Datenstrom zu halten, wegen eines zu stark enttordsen Paares, eines schlechten Steckverbinders, einer zu grossen Länge, eines zu engen Biegeradius oder starker Störungen.
Für eine strukturierte Installation misst ein Zertifikator unter anderem die Einfügeverluste, die nah- und weitreichende Kreuzkopplung, den Rückwärtsverlust und die elektrische Länge. Für eine häusliche Diagnose bleibt der schnellste Test oft, das Kabel vorübergehend durch ein kurzes, zertifiziertes Kabel zu ersetzen, dessen Gigabit-Funktionsweise bereits bekannt ist.
T568A, T568B und gekreuzte Kabel
Die Verdrahtungsstandards T568A und T568B verwenden dieselben acht Adern, platzieren aber die orange und grüne Paare unterschiedlich. Ein gerades Kabel verwendet dasselbe Schema an beiden Enden. Ein altes gekreuztes Kabel verbindet T568A an einer Seite und T568B an der anderen, um Übertragung und Empfang zu kreuzen.
In einem modernen Netzwerk erkennt Auto-MDI/MDIX automatisch die Richtung der Paare. Es ist daher in der Regel nicht mehr nötig, ein gekreuztes Kabel zu fertigen, um zwei Computer direkt, einen Computer mit einem NAS oder zwei Switches zu verbinden. Der wesentliche Punkt bleibt die Konsistenz der Crimpe und das Vorhandensein der vier Paare.
Welche Kategorie wählen ?
Die Kategorie beschreibt messbare elektrische Leistungseigenschaften, nicht nur eine auf der Mantelschicht aufgedruckte Zahl. Die Qualität der Stecker, der Wandoberflächen, des Verteilerkastens und der Verlegung zählt genauso wie das Kabel.
| Kategorie | Angemessene Anwendung | Referenzentfernung | Rat |
|---|---|---|---|
| Cat 5 | Altes 100BASE-TX | bis zu 100 m | Bei einer Renovierung austauschen |
| Cat 5e | 1GBASE-T, 2.5GBASE-T | bis zu 100 m | 5GBASE-T kann auf einer qualifizierten Verbindung funktionieren |
| Cat 6 | 1, 2,5 und 5 Gbit/s | bis zu 100 m | 10GBASE-T hängt von der Länge und der externen Kreuzkopplung ab |
| Cat 6A | 10GBASE-T | bis zu 100 m | Vorhersehbare Wahl für eine neue 10-Gbit/s-Installation |
Für 10GBASE-T auf Cat 6 ist die oft zitierte Regel von 55 m keine universelle Garantie. Die Empfehlungen unterscheiden Verbindungen, die bis etwa 37 m funktionieren müssen, und jene, die je nach externer Kreuzkopplung zwischen 37 und 55 m funktionieren können. Nur eine Messung der installierten Verbindung liefert eine zuverlässige Antwort. Für 100 m bei 10 Gbit/s wählen Sie Cat 6A.
Cat 7 und Cat 8 erfüllen andere Anforderungen und sind nicht automatisch eine bessere Anschaffung für eine häusliche RJ45-Anschlussdose. Eine konsistente Cat-6A-Installation mit zertifizierten Komponenten von Ende bis Ende ist in der Regel nützlicher als ein auffällig markiertes Kabel, das an gewöhnliche Dosen angeschlossen ist.
2,5 und 5 Gbit/s auf einer bestehenden Verlegung
Der Standard IEEE 802.3bz hat 2.5GBASE-T und 5GBASE-T eingeführt, um einen grossen Teil des bereits installierten Cat-5e- und Cat-6-Kabels zu nutzen. 2,5 Gbit/s auf Cat 5e bis zu 100 m ist ein normales Ziel des Standards. 5 Gbit/s ist auf Cat 6 bis zu 100 m vorgesehen und kann unter bestimmten Bedingungen auch auf Cat 5e funktionieren, aber eine alte, lange und stark gebündelte Verbindung kann wegen der externen Kreuzkopplung eine Qualifizierung erfordern.
Die Autoverhandlung wählt die beste gemeinsame Datenrate, die von beiden Schnittstellen ausgewiesen wird. Sie verwandelt jedoch kein defektes Kabel in ein konformes Kabel. Manche Steuerungen verfügen über einen Downshift-Mechanismus, der nach mehreren Verbindungsversagen eine niedrigere Datenrate versucht : nützlich, um die Konnektivität aufrechtzuerhalten, aber ein Hinweis auf ein Problem, wenn die Ausrüstung eigentlich schneller funktionieren sollte.
Rundes Kabel, flaches Kabel, Kupfer und CCA
Ein flaches Kabel ist nicht automatisch auf 100 Mbit/s begrenzt. Ein korrekt konzipiertes und zertifiziertes Produkt kann seinen angegebenen Datenstrom erreichen. Die sehr dünnen, nicht dokumentierten Kabel lassen weniger Spielraum, biegen leichter und verbergen manchmal Adern mit kleiner Querschnitt. Für eine feste Verlegung bleibt ein rundes vierpaariges, zertifiziertes Kabel, das ohne Quetschung verlegt wird, die robusteste Wahl.
Prüfen Sie auch das Material des Leiters. Ein CCA-Kabel verwendet Aluminium, das mit Kupfer überzogen ist. Sein elektrischer Widerstand ist höher, es erwärmt sich stärker mit PoE und es ist beim Crimpen brüchiger. Die Twisted-Pair-Kommunikationskabel aus CCA erfüllen nicht die Anforderungen der TIA-Verdrahtung, die Leiter aus massivem oder mehradrigem Kupfer verlangen.
- Massives Kupfer : geeignet für feste Verbindungen in Wänden und Kabelkanälen.
- Mehradriges Kupfer : flexibler, geeignet für kurze Verteilerkabel.
- CCA : für strukturierte Netze zu vermeiden, besonders mit PoE.
Der Querschnitt des Leiters, oft in AWG ausgedrückt, zählt ebenfalls. Je höher die AWG-Zahl, desto dünner ist der Leiter. Für eine lange PoE-Verbindung oder ein stark versorgtes Gerät kann der kumulierte Widerstand genauso wichtig werden wie der Datendatenstrom.
Warum die Anzahl der Adern auch für PoE zählt
Power over Ethernet transportiert die Stromversorgung über die Paare des Kabels. Je nach PoE-Generation können zwei oder vier Paare verwendet werden. Ein Kabel, das zwei Paare verloren hat, kann für einen alten 100-Mbit/s-Link ausreichend erscheinen, reduziert aber die Möglichkeiten der Stromversorgung, erhöht die Gefahr von Überhitzung, wenn die Adern zu dünn sind, und verhindert die modernen Modi, die den Strom über die vier Paare verteilen.
Für eine Kamera, einen WLAN-Zugangspunkt, ein Telefon oder ein anderes PoE-Gerät wählen Sie ein konformes Kupferkabel, beachten Sie den Biegeradius und vermeiden Sie eng gebündelte Kabel, die einer hohen Temperatur ausgesetzt sind.
Verhandelte Geschwindigkeit auf einem Synology-NAS überprüfen
In DSM öffnen Sie Systemeinstellungen → Netzwerk → Netzwerkinterface, entwickeln dann die betreffende Schnittstelle. Die Zeile « Netzwerkstatus » zeigt die verhandelte Datenrate, das Duplex und die MTU an.
Bei einem verwaltbaren Switch prüfen Sie die Geschwindigkeit und das Duplex des Ports. Bei einem nicht verwaltbaren Modell kann die Farbe oder die Blinkfrequenz der Lampen 100 Mbit/s, 1 Gbit/s und manchmal 2,5 Gbit/s unterscheiden ; die genaue Bedeutung hängt vom Hersteller ab.
Achtung : die Verbindungsrate ist nicht die Geschwindigkeit einer Datei. Eine 1-Gbit/s-Verbindung transportiert theoretisch maximal 125 MiB/s. In einem echten Transfer sind etwa 110 bis 118 MiB/s mit guten Festplatten und einem effizienten Protokoll üblich. Verschlüsselung, SMB, Speicher, Prozessor, kleine Dateien und andere Benutzer reduzieren das Ergebnis weiter.
Diagnoseablauf, wenn Gigabit auf 100 Mbit/s zurückfällt
- Lesen Sie die Verbindungsrate an beiden Enden, bevor Sie einen Kopiertest starten.
- Trennen und verbinden Sie das Kabel, um die Autoverhandlung neu zu starten.
- Versuchen Sie ein bekanntes kurzes Kabel, Cat 5e oder höher, mit acht Kupferadern.
- Wechseln Sie den Port am Switch oder Router, um einen beschädigten Anschluss auszuschliessen.
- Prüfen Sie die Stecker : konsistente Reihenfolge T568A oder T568B, eingedrückte Kontakte, gefasste Mantelschicht und wenig enttordene Paare.
- Testen Sie die acht Adern mit einem Kontinuitätstester, dann qualifizieren Sie die Verbindung, wenn der Defekt bleibt.
- Prüfen Sie die Fehlerzähler des Ports : CRC, Verbindungsverluste und erneute Verhandlungen können ein marginales Kabel offenbaren.
- Messen Sie mit iperf3, um die Leistung des Netzes von der der Festplatten und des Dateisystems zu trennen.
Vermeiden Sie es, 1 Gbit/s manuell als erste Lösung zu erzwingen. Kupfer-Gigabit hängt von der Autoverhandlung für mehrere Parameter ab, und eine erzwungene Einstellung repariert weder ein durchtrenntes Paar noch eine schlechte Crimpe.
Schlussfolgerung
Die Anzahl der Adern ist kein Fertigungsdetail. Vier Drähte können für eine alte 100BASE-TX-Verbindung ausreichen, während 1000BASE-T und die höheren Datenraten die vier Paare benötigen. Wenn ein Transfer nahe 12,5 MiB/s stockt, beginnen Sie damit, die verhandelte Geschwindigkeit und das Kabel zu überprüfen, bevor Sie das NAS oder die Festplatten beschuldigen.
Für eine neue Installation gilt eine einfache Regel : acht Kupferadern, eine angepasste Kategorie, konsistente Stecker, Paare, die bis zu den Kontakten erhalten bleiben, und eine Validierung von Ende bis Ende. Das Etikett auf der Mantelschicht verspricht eine Kategorie ; nur die vollständige Verbindung beweist die Leistung.
Technische Referenzen
- IEEE 802.3bz : 2.5GBASE-T und 5GBASE-T
- Ethernet Alliance : Qualifizierung der Kabel Cat 5e, Cat 6 und Cat 6A für 2,5 und 5 Gbit/s
- Fluke Networks : Testanforderungen für 10GBASE-T auf Cat 6 und Cat 6A
- Synology : Langsamen Übertragungsdurchsatz in DSM diagnostizieren
- Belden : Risiken von CCA-Leitern für die Netzwerkverdrahtung
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Über den Autor
Jeremy Kraft betreut die Infrastruktur und die selbst gehosteten Dienste des IBCSC. Diese Anleitungen beschreiben Konfigurationen, die tatsächlich im Einsatz waren und vor der Veröffentlichung erneut geprüft wurden.
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