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Übertragungsmedien

Egal wie das Kabel letztendlich aussieht, gibt es bei allen Kabeln ein paar grundlegende Eigenschaften. Jeder Leiter hat einen gewissen Gleichstromwiderstand, der abhängt vom spezifischen Widerstand des Materials (r), vom Querschnitt des Leiters (A) und von seiner Länge (l):

R = r * l/A

Für die Anwendung im Netz wesentlich wichtiger ist der Wechselstromwiderstand des Kabels. Wenn wir ein kurzes Leitungsstück betrachten, bildet die Leitung eine Induktivität L, die in Serie zum ohmschen Widerstand liegt. Die nebeneinanderliegenden Leiter und der Rückleiter bilden eine Kapazität C. Schließlich gibt es zwischen beiden Leitern noch einen sehr hohen Isolationswiderstand G. Man kann das Leiterstück also durch eine Ersatzschaltung wie im Bild annähern.

Das Kabel setzt sich dann aus vielen dieser kleinen Schaltungen zusammen, die hintereinandergeschaltet sind. Die Leitungs-Induktivität besitzt bei einer Frequenz f den induktiven Widerstand

XL = 2 * Pi * f * L

Daraus ergibt sich eine proportionale Steigerung des induktiven Widerstandes mit der Erhöhung der Frequenz auf der Leitung. Je länger die Leitung ist und umso höher damit die Leitungsinduktivität wird, desto höher ist die Dämpfung durch die Längsinduktivität. Die Leitungsinduktivität ist als eine eigene Materialkonstante zu verstehen, die in der Einheit mH/km angegeben wird.

Neben der Längsinduktivität gibt es noch eine weitere und bedeutend einflußreichere frequenzabhängige Größe einer Leitung: die Parallelkapazität. Auch diese stellt für die hochfrequenten Signalströme ein Problem dar. Der Scheinwiderstand des Kondensators errechnet sich wie folgt:

XC = 1/(2 * Pi * f * C)

Auch dabei ist wieder der klare Zusammenhang mit der Frequenz zu erkennen, wobei jedoch der kapazitive Widerstand mit zunehmender Frequenz kleiner wird. Das Problem liegt jedoch darin, daß es sich um eine Parallelkkapazität handelt, deren immer kleiner werdende Widerstand für die hochfrequente Signalspannung nahezu einem Kurzschluß gleichkommt. Durch Einsatz kapazitätsarmer Leitungen kann die Dämpfung infolge der Kabelkapazitäten erheblich reduziert werden. Anders ausgedrückt: Mit gutem kapazitätsarmem Kabel lassen sich bei ansonsten gleichen Qualitäts- und Leistungseigenschaften erheblich längere Reichweiten erzielen, als es mit Standardkabeln möglich ist.

Jedes Kabel bildet ein Tiefpaßfilter, d. h. bei höheren Freqenzen wird das Signal immer weiter abgeschwächt. Mißt man den Wechselstromwiderstand eines Kabels indem man ein Wechselspannungssignal einspeist, erhält man den spezifischen Wellenwiderstand des Kabels. Beim Ethernet ist er auf 50 Ohm festgelegt. Die Grenzfrequenz ist erreicht, wenn die Ausgangsspannung 70% der Eingangsspannung erreicht hat. Die digitalen Signale, die auf das Netzwerkkabel geleitet werden, bilden auch eine (sehr oberwellenreiche) Wechselspannung.

Zu Beginn hat man sich beim Ethernet für Koaxialkabel entschieden. Sie bestehen aus einem äußeren Leiter, der einen innenliegenden Leiter vollständig umschließt und dadurch abschirmt. Die beiden Leiter sind durch einen Isolator elektrisch getrennt. Koaxkabel gibt es in verschiedenen Ausführungen, für das Ethernet werden Typen mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm verwendet. Die Konstruktion dieses Kabels ist aber nicht nur wegen der Abschirmung des inneren Leiters günstig, da sie noch einen anderes Phänomen der Hochfrequenztechnik ausnutzt: den Skineffekt. Bei sehr hohen Frequenzen fließt der Strom fast nur noch in einer dünnen Schicht an der Leiteroberfläche, während tiefer im Leiterinneren fast kein Strom mehr fließt.
Durch dieses Verhalten wirkt allein der Außenleiter des Koaxkabels genauso wie ein massiver Leiter gleichen Durchmessers. Deshalb ist die 'Füllung' des Leiters verzichtbar und ein 'Rohr' zu verwenden. Im Inneren dieses Rohres ist Platz für den zweiten Leiter. Da der Skineffekt auf Innen- und Außenleiter wirkt, läßt sich die Leitfähigkeit des Kabels durch eine dünne Silberbeschichtung auf dem Innenleiter weiter erhöhen.

Seit einigen Jahren werden auch verdrillte Zweidrahtleitungen (10BaseT) oder Glasfaserleitungen verwendet.

Die Definition des physikalischen Kanals ist aber nur ein Teil der IEEE 802.3-Spezifikation. Der Standard beschreibt physikalische Übertragung, die auch unser Thema ist, und Zugriffsverfahren, die sogenannten Protokolle. Auf der physikalischen Ebene sind Bezeichnungen wie 10Base5, 10Base2 und 10BaseT von Belang. Entscheidend sind dabei drei Parameter:
die Übertragungsrate, das Übertragungsverfahren (Basis- oder Breitband; 'Base' oder 'Broad') sowie Aussagen zur räumlichen Ausdehnung. Zur Unterscheidung und Charakterisierung der einzelnen Übertragungsmedien wurde folgende Systematik für die Kabelbezeichnung entwickelt:

<Datenrate in MBit/s><Übertragungsverfahren><Max. Länge/100 m>

Auch der Kabeltyp kann unterschiedlich sein. Vom Koaxkabel über Glasfasern bis zu verdrillten Zweidrahtleitungen ist alles vertreten.

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