Netzwerkkabel testen: Ein Guide für ITK-Installationen

Netzwerkkabel testen: Ein Guide für ITK-Installationen

In diesem Guide werden wir Ihnen Messmethoden für das Testen von Netzwerkkabeln oder allgemeiner Twisted Pair Kabeln vorstellen, die Ihnen das sichere Lokalisieren von Kabelfehlern ermöglichen. Häufig wird bei Netzwerkfehlern oder einer schlechten Performance des Netzwerks versucht dies auf Software-Ebenen zu beheben. Dabei befindet sich die Ursache der Störung regelmäßig in der Verdrahtung der ITK-Installation an sich. Genauso wenig wie sich eine Tastatur eignet einen Nagel in eine Wand zu schlagen, hilft ein DHCP-Reset einen Verdrillungsfehler im Patchfeld zu identifizieren. Hierfür gibt es spezielle Messverfahren und Messwerkzeuge (Leitungssucher, Netzwerktester, (Fehler-)Ortungsgeräte) die speziell für die Analyse und Lokalisation von Kabelfehlern entwickelt worden sind.

Zuerst wird der Aufbau der üblicherweise in einem Netzwerk verwendeten Kabeltypen (z.B. LAN-Kabel, Telefonkabel, Twisted Pair Kabel) betrachtet, um Ihnen dann anschließend die dazu passenden Messmethoden (Durchgangsprüfung, Wiremap, Fehlerortung) vorzustellen und auf die Besonderheiten der jeweiligen Messmethode hinzuweisen.

Unterschiedliche Kabeltypen im TK-Netzwerk

Im Telekommunikationsnetzwerk (ITK-Netzwerk) werden heutzutage fast nur noch Twisted Pair Kabel oder Glasfaserkabel eingesetzt. Die früher ebenfalls verwendeten Koaxialkabel sind mittlerweile verdrängt worden. Wie bereits erwähnt, dreht sich dieser Blogpost um Kupferinstallationen, also um Telefonkabel und Ethernetkabel (Patchkabel) und somit letztendlich um Twisted Pair Kabel.

Das Twisted Pair Kabel

Aufbau eines Twisted Pair Kabels
Abb. 1.1: Aufbau eines Twisted Pair Kabels
Farbcodierung eines Twisted Pair Kabels (25 Adernpaare)
Abb. 1.2: Farbcodierung eines Twisted Pair Kabels (25 Adernpaare)
Grafik von Rafał Pocztarski, bearbeitet von Pumbaa80, unter der GNU General Public License

Twisted Pair Kabel (1881 von Alexander Graham Bell erfunden) sind Kabel bei denen die einzelnen Adernpaare verdrillt (twisted) worden sind, um die elektromagnetischen Eigenschaften zu verbessern. Im direkten Vergleich mit einer Einzelader oder einem unverdrillten, symmetrischen Adernpaar hat ein Twisted Pair Kabel weniger Übersprechen (Crosstalk, NEXT) zwischen benachbarten Adernpaaren, weniger elektromagnetische Störausstrahlung und ist robuster (störungssicherer) gegenüber elektromagnetischer Störeinstrahlung. Twisted Pair bzw. Verdrillung wird sowohl in Installationskabeln als auch LAN-Kabeln eingesetzt. Entsprechend Abbildung 1.2 sind die einzelnen Adernpaare farbkodiert. Dabei sind die Farben pro Spalte und pro Zeile stabil, d.h. z.B. in Spalte eins ist eine Ader immer blau (vgl. Adernpaar 1, 6, 11, 16, 21) und in Zeile eins ist eine Ader immer weiß (vgl. Adernpaar 1, 2, 3, 4, 5).

Installations- und Patchkabel, bzw. allgemeiner ausgedrückt Twisted Pair Kabel, haben häufig einen Schirm, um elektromagnetische Interferenzen zu vermeiden. Sowohl einzelne Adernpaare können einen Schirm besitzen, aber auch mehrere Adernpaare können einen gemeinsamen Schirm haben und/oder das gesamte Kabel. In ISO:IEC 11801:2002 (Annex E) wird ein internationaler Standard definiert, um die verschiedensten Schirmungsmethoden zusammenzubringen. Hierfür wurden drei Buchstaben und ein entsprechendes Format XX/YZZ eingeführt. Dieser Identifkationsnummer ist auf jedem Schirmmantel aufgedruckt und somit ist jedes Twisted Pair Kabel eindeutig identifizierbar. Die ID setzt sich wie folgt zusammen:

  • XX für die Gesamtschirmung:
    • U = ungeschirmt (englisch unshielded)
    • F = Folienschirm (englisch foiled)
    • S = Geflechtschirm (englisch screened)
    • SF = Geflecht- und Folienschirm
  • Y steht für die Aderpaarschirmung:
    • U = ungeschirmt
    • F = Folienschirm
    • S = Geflechtschirm
  • ZZ steht für:
    • TP = Twisted Pair
    • QP = Quad Pair

 

Schema eines UTP-Kabels
Abb. 1.3: Schema eines UTP-Kabels
Schema eines S/UTP-Kabels
Abb. 1.4: Schema eines S/UTP-Kabels
Schema eines STP-Kabels
Abb. 1.5: Schema eines STP-Kabels

1.3-1.5: Auf Basis einer Grafik von Uwe Schöbel, bearbeitet von Svgalbertian, unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation

Abkürzungen in der IndustrieBezeichnung nach ISO/IEC 11801KabelschirmungPaarschirmung
UTP, TPU/UTPKeineKeine
STP, ScTP, PiMFU/FTPKeineFolie
FTP, STP, ScTPF/UTPFolieKeine
STP, ScTPS/UTPGeflechtKeine
SFTP, S-FTP, STPSF/UTPGeflecht und FolieKeine
FFTP, STPF/FTPFolieFolie
SSTP, SFTP, STP, STP PiMFS/FTPGeflechtFolie
SFSTP, SFTP, STPSF/SFTPGeflecht und FolieKeine

Abb. 1.6: Übersicht der Kabeltypen

Kabelkategorien

Über die Zeit haben sich die Übertragungsgeschwindigkeiten und der Bandbreitebedarf drastisch erhöht. Waren für ein Telefongespräch noch wenige kHz (kbit/s) ausreichend, benötigt man für den heutigen Medienkonsum schon mehrere MHz (MBit/s), um z.B. Netflix-Streams zu empfangen. Der größte Prozessor, die beste Grafikkarte oder die schnellste DSL-Verbindung nützen nichts, wenn der Flaschenhals das Kabel ist. Wie in Tabelle 1.7 zu sehen ist, gibt es mittlerweile acht Kabelkategorien (Cat 1 – Cat 8), die unterschiedliche Bandbreiten und somit letztendlich unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten unterstützen.

KategorieTypBandbreiteBeispielanwendungen
Cat 1UTP0,4 MHzTelefonkabel
Cat 2UTP4 MHzISDN
Cat 3UTP16 MHz10BASE-T und 100BASE-T4
Cat 4UTP20 MHzToken Ring mit 16 Mbit/s
Cat 5UTP100 MHz100BASE-TX und 1000BASE-T
Cat 6UTP oder STP250 – 500 MHz1000BASE-T, 10GBASE-T
Cat 7S/FTP600 – 1000 MHz10GBASE-T
Cat 8S/FTP1600 – 2000 MHz40GBASE-T und 100GBASE-T

Abb. 1.7: Eigenschaften von Cat 1 – Cat 8 Twisted Pair Kabeln

Hierzu noch eine kleine Anmerkung: Jedes Kabel hat eine Dämpfung, d.h. das Signal wird gedämpft und die Signalstärke nimmt ab. Je höher die Frequenz desto größer ist die Dämpfung; die Dämpfung ist frequenzabhängig und nicht konstant, d.h. Signale bei 1 kHz werden weniger stark gedämpft als Signale bei 1 GHz. Je länger das Kabel, desto länger war das Signal der Dämpfung ausgesetzt und desto geringer ist die Signalstärke.

Wenn zum Beispiel (Rechenbeispiel) die Dämpfung bei 1 kHz 0,1 dB pro Meter beträgt und das Signal am Leitungsanfang 10 dB “stark” ist, dann heißt dies, dass das Signal nach 1 Meter nur noch 9,9 dB stark ist, nach 10 Meter 9,0 dB und nach 100 m 0,0 dB. Wäre die Dämpfung hingegen 1 dB pro Meter z.B. bei 1 GHz würde schon nach 10 m das Signal um 10 dB gedämpft werden. Somit muss neben der Kategorie des Kabels (Cat 1 – Cat 8) auch die Kabellänge in Betracht gezogen werden. Grundsätzlich gilt: Je höher die Frequenz, desto kürzer die Übertragungsstrecke.

Glasfaserkabel eignen sich deshalb so gut für Weitbereichsstrecken, da sie so gut wie keine Dämpfung besitzen. Allerdings ist eine Glasfaserinfrastruktur deutlich teurer als eine Infrastruktur basierend auf Patchkabeln und die Distanzen die mit LAN-Kabeln überbrückt werden können sind im Normalfall völlig ausreichend für eine In-Haus-Installation.

Die drei wichtigsten Methoden zum Testen von Netzwerkkabeln

Adernpaaridentifikation mit einem Leitungssucher
Abb. 1.8: Adernpaaridentifikation mit einem Leitungssucher

Eine fehlerfreie und optimierte Verkabelung ist die Grundlage für jedes hochperformante Netzwerk. Das beste CAT8 LAN-Kabel nutzt nichts, wenn bei der Installation der Kabelinfrastrukur bereits handwerkliche Fehler (z.B. im Patchfeld oder an der Anschlussdose) gemacht worden sind oder wenn sogar das Kabel selber einen Fehler hat (z.B. im Steckerkopf). Deshalb stellen wir ihnen hier die drei wichtigsten Messmethoden zum Testen von Twisted Pair Kabeln vor.

Bevor man überhaupt anfängt sein Messwerkzeug auszupacken wird zuerst die Kabelkategorie überprüft, um sicherzustellen, dass die verlegten Kabel auch für die entsprechende Bandbreite geeignet sind. Anschließend bezieht man noch die Kabellänge in seine Überlegungen mit ein. Wenn beides plausibel ist und das Netzwerk nicht die erwartete Performance bringt fängt man an die Fehlerquelle einzugrenzen und zu beheben.

Leitungssucher für die Durchgangsprüfung

Durchgangsprüfung mit Multimeter
Abb. 1.9: Durchgangsprüfung mit Multimeter

Durchgangsprüfer sind Ortungsgeräte, welche sowohl im preisgünstigen Segment als auch im höherpreisigen Segment angesiedelt sind. Wie immer gilt: “you get what you pay for” (man bekommt das wofür man bezahlt). So haben die günstigsten Leitungssucher weder spezialisierte ITK-Funktionen noch Schutzmaßnahmen wie z.B. Spannungsfestigkeit. Durchgangsprüfer signalisieren durch einen Piepton, wenn zwischen den Kontakten eine elektrische Verbindung besteht. Sie werden eingesetzt um Kurzschlüsse aufzuspüren, um die korrekte Verdrahtung einer Installation zu prüfen oder Störungen in einer bestehenden Installation aufzufinden.

Mit jedem handelsüblichen Multimeter kann eine Durchgangsprüfung gemacht werden, da lediglich geprüft wird, ob eine elektrische Verbindung zwischen Punkt A und B besteht. Allerdings hat diese Methode zwei entscheidene Nachteile:

  1. Das Kabel muss am fernen Ende kurzgeschlossen werden, d.h. doppelte Arbeit
  2. Es gibt kein Suchsignal, somit ist die Identifizierung des kurzzuschließenden Adernpaars im z.B. Patchfeld umständlich und zeitaufwendig, da es in einer TK-Installation mehr als nur ein Kabel oder Adernpaar gibt und man häufig gar nicht weiß welches Kabel auf welche Buchse geht.
Kurth Electronic KE701 Leitungssucher

Abb. 1.10: Spezieller Leitungssucher für den TelKo-Bereich

Aus diesen Gründen empfehlen wir spezialisiertes TK-Werkzeug wie z.B. Leitungssucher einzusetzen. Ein Leitungsfinder bestehen aus einem Sender und einer Probe. Der Sender, auch Toner (Tonerzeuger) genannt, wird an ein Kabel angeklemmt. Für den Telekommunikationsbereich gibt es spezielle Leitungsfinder, die schon mit den üblichlicherweise verwendeten Anschlüssen kommen (RJ11, RJ45) und so direkt an die entsprechende Buchse angeklemmt werden können. Auf diese Weise ersparen professionelle Kabelfinder das mühselige abisolieren oder wieder-ankrimpen von Steckern (vgl. 1.10).

Der Toner koppelt ein akustisches Suchsignal auf das elektrische Adernpaar ein. Das Suchsignal wird von der Probe empfangen und akustisch ausgeben. Damit ist eine Verfolgung des Kabel auch unter Putz möglich. Mit dieser Methode kann auch ein Kurzschluss identifiziert werden, da das Suchsignal nur auf der “tonerseitigen Seite” des Kabels vorhanden ist bzw. am Kurzschlusspunkt terminiert wird und somit die Probe lediglich ein Suchsignal bis zum Kurzschlusspunkt detektieren kann und nicht mehr “hinter” dem Kurzschluss.

Liegt kein Kurzschluss vor, können am offenen Ende eines Kabels mit der Probe die exakten Adern identifiziert werden, die das Suchsignal führen. Dadurch ist auch in einem mehradrigen Kabel die Identifikation von Verdrahtungsfehlern möglich. Die besten Leitungssucher speziell für LAN-Kabel haben eine sogenannte Link Blink-Funktion integriert. Wird ein solcher Toner an ein Patchkabel angeschlossen, blinkt im Patchfeld die entsprechende RJ45-Buchse – auf diese Weise ist schnell und bequem ersichtlich, auf welchen Anschluß im Patchfeld das Kabel aufgeschaltet ist.

Somit testet ein Durchgangsprüfer die elektrische Verbindung zwischen zwei Punkten. Dies kann zwar mit einem Multimeter gemacht werden, aber Leitungssucher sind eindeutig überlegen was Komfort und Schnelligkeit angeht.

Link-Blink am Patchfeld mit Suchsignal
Abb. 1.11: Link-Blink am Patchfeld mit Suchsignal

Netzwerktester mit Wiremap

Netzwerktester sind eine weitere spezialisierte Produktkategorie und eine perfekte Ergänzung zu einem Leitungssucher, da sie in der Lage sind Verdrahtungsfehler automatisch zu detektieren, ohne dass das ferne Ende der Leitung kurzgeschlossen werden muss. Auch hier gibt es wieder eine weite Produktauswahl von reinen Kabeltestern für Ethernetkabel mit einer reinen Punkt-zu-Punkt-Verbindung bis hin zu umfangreichen Netzwerktestern mit Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen, integriertem TDR und automatischer Abzweig-Erkennung .

Wiremap
Abb. 1.12: Wiremap

Eine Wiremap ist eine graphische Darstellung der Kabeladern und wie diese verdrahtet sind. Um eine Wiremap erstellen zu können, wird eine Remote-Einheit für das ferne Ende benötigt. Im Endeffekt steckt man einfach ein Ende des RJ45 Kabels in die Haupteinheit und das andere Ende in die Remote-Einheit (oder die Remote-Einheit in das entsprechende Patchfeld). Anschließend sendet die Haupteinheit Testsignale über alle Adernpaare, die dann mit Hilfe der Remoteeinheit zu einer Wiremap zusammengesetzt werden und die Verdrahtung eines Kabel darstellen.

95 % aller Kabelfehler befinden sich entweder am Kabelanfang oder Kabelende, also da wo die Kabel auf Buchsen und Stecker aufgelegt sind. Selten gibt es Kabelfehler mitten im Kabel. Dadurch ist eine integrierte TDR-Funktion nicht zwangsläufig nötig, da man in den meisten Fällen einfach die Adern an den Kabelendpunkten korrigieren kann. Allerdings erleichtert ein integriertes TDR die Arbeit sehr, sollte die Fehlerursache z.B. doch ein Knick oder Quetschung mitten im Kabel sein.

Ortungsgeräte (TDR) für die Fehlerlokalisation

Time Domain Reflectometer („Zeitbereichsreflektometer“), kurz TDR genannt, ist ein Verfahren zur einfachen Identifikation und Lokalisierung von Kabelfehlern. Dabei sendet das Messgerät ein Impulssignal aus, welches ganz oder teilweise bei Impedanzänderungen des Kabels reflektiert wird. Es funktioniert praktisch genauso wie ein Radar. Die elektromagnetische Welle (Impuls) bewegt sich durch die Luft (das Kabel) und wird refektiert, wenn sie auf ein Objekt z.B. ein Flugzeug (Impedanzänderung z.B. Kurzschluss) triff. Aus diesem Grund nennt man ein TDR im deutschsprachigen Raum auch Kabelradar. Je nach Fehler ergeben sich unterschiedliche Reflexionsmuster, die eine Fehleridentifikation durch den Anwender erlauben.

TDR-Kurve für offenes KabelendeTDR-Kurve für KurszschlussTDR-Kurve für SpleissTDR-Kurve für AbzweigTDR-Kurve für SplitTDR-Kurve für Wasser im KabelTDR-Kurve für schlechten KontaktTDR-Kurve für eindringendes WasserTDR-Kurve für kurzen AbzweigTDR-Kurve für Splitter
Abb. 1.13: TDR Kurven
Verdrillungsfaktor
Abb. 1.14: Verdrillungsfaktor

Neben der Fehlerart zeigt ein TDR auch die Entfernung zum Fehlerort an, z.B. 1000 m oder 15 km. Hierbei ist zu beachten, dass sich Kabellänge und Adernlänge unterscheiden kann, wenn zum Beispiel bei einem Twisted Pair Kabel die Adern verdrillt sind. Durch die Verdrillung müssen die Adern mehr Strecke zurücklegen als der “gerade verlaufende” Kabelmantel. Deshalb ist das “Innenleben” des Kabels (die Adern) länger als das Außenleben (der Mantel). Als Vergleich kann man sich das menschliche Verdauungssystem vorstellen, welches zwischen 5,5 m bis 7,5 m lang ist, auch wenn der Mensch selber nur 1,8 m groß ist.

Als Richtwert hat sich eine Abweichung von 3 % als Nährungswert bewährt, d.h wenn die elektrische Länge 103 m beträgt, dann beträgt die Kabellänge ca. 100 m. Dies hängt aber vom Kabeltyp bzw. dem Verdrillungsfaktor ab.

Weiterführende Informationen finden Sie in unserem Post Was ist eine TDR-Messung?

Der Unterschied zwischen Verifizieren, Qualifizieren und Zertifizieren

Kabel können in unterschiedlichsten Tiefen und Umfängen getestet werden. Grundsätzlich kann man zwischen Zertifizieren, Qualifizieren und Verifizieren unterscheiden. Die mit Abstand häufigste Anwendung ist Kabelinstallationen zu verifizieren, d.h. die Funktionsfähigkeit der Kabelinstallation zu bestätigen. Beim Verifizieren wird die Funktionsfähigkeit anhand subjektiver Kriterien festgestellt z.B. “kann über den VoIP-Anschluss telefoniert werden” oder “ist das IPTV-Bild ruckelfrei”. Die nächste Stufe ist die sogenannte Qualifizierung, die anhand von objektiven Kriterien die Funktionsfähigkeit einer Kabelinstallation nachweist, z.B. indem mit einem Netzwerktester ein Lasttest gemacht wird, Paketverluste aufgezeichnet werden und ein Messprotokoll vom Installationsunternehmen erstellt wird, das häufig auch dem Kunden übergeben wird. Die anspruchsvollste Stufe zum Kabel testen ist die Zertifizierung. Diese wird eigentlich nur von Kabelherstellern ausgeführt, die zertifizieren und somit garantieren müssen, dass das Cat 8 Kabel auch z.B. innerhalb der in der Norm spezifizierten Grenzen für Kapazitätsbelege liegt.

Zusammenfassung

Das Testen von ITK-Installationen ist eine komplizierte Angelegenheit und man benötigt ein fundiertes Fachwissen über Netzwerkkabel und Installationskabel (Twisted Pair Kabel) sowie deren Kategorie (Cat 1 – Cat 8). Mit den richtigen Messmethoden (Durchgangsprüfung, Wiremap, TDR) und dem geeigneten Werkzeug (Leitungssucher, Netzwerktester, Ortungsgerät) kann dies aber schnell und präzise gemacht werden. Dabei sollte man sich im Vorfeld auch überlegen, ob für ein Netzwerk Verifikation oder Qualifizierung ausreichend ist. Eine Zertifizierung sollte in der Praxis nur sehr selten notwendig werden.

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