Koaxialkabel

In einer Welt, in der hohe Datenübertragungsraten und drahtlose Kommunikation als Mindestmaß gelten, muten Koaxialkabel wie Relikte vergangener Zeiten an. Ursprünglich in den 1940er und 1950er-Jahren als revolutionäre Lösung zur Signalübertragung entwickelt, markierten sie einen Meilenstein in der Netzwerktechnologie. Ihre robuste Bauweise und die Fähigkeit, Störungen effektiv zu dämpfen, machten sie für viele Anwendungen zur ersten Wahl. Mit dem Einzug moderner Technologien wie Twisted-Pair und Glasfaser, die höhere Geschwindigkeiten und größere Flexibilität bieten, geriet das einst allgegenwärtige Koaxialkabel zunehmend ins Hintertreffen. Heute findet man sie nahezu ausschließlich in Altanlagen.

Bei einem Netzwerk auf Basis von Koaxialkabeln wird eine Bus-Struktur aufgebaut. Diese verzichtet auf ein zentrales Gerät, welches als Knoten die Vermittlung übernimmt. Vielmehr teilen sich alle Teilnehmer eines Bus das Medium. Um auf diese Art eine Kommunikation zu ermöglichen, wird das CSMA/CD-Verfahren verwendet. Mit dem Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection-Verfahren kann im konfliktfreien Zustand immer nur ein Teilnehmer das Medium nutzen, während alle anderen Stationen "lauschen".
 
Wird eine Kollision erkannt, sendet der Erkennende ein "Jam"-Signal. Nach diesen durchlaufen alle beteiligten Stationen einen Backoff-Algorithmus und starten nach einer zufälligen Wartezeit erneut den Sendeversuch.
Jeder Teilnehmer kann entweder senden oder empfangen. In diesem Halbduplex-Verfahren sind theoretisch 10 Mbit/s als Übertragungsrate möglich. Diese ist jedoch abhängig davon, wie viele Teilnehmer sich das Medium teilen.
Für Koaxialkabel gibt es historisch betrachtet zwei Standards und deren Bezeichnung:
  Thicknet Thinnet
Norm / Standard IEEE802.3, Clause 8 IEEE802.3, Clause 10
Spitzname Yellow Cable Cheapernet
Bezeichnung 10Base-5 10Base-2
maximale Teilnehmer 100 30
Kabeltyp RG-8 RG-58

Thicknet nach IEEE802.3 Clause 8

  • 10Base-5: Bezeichnung des Standars mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s über Koaxialkabel. Die Zahl 5 gibt an, dass die maximale Kabellänge 500 Meter beträgt.

  • IEEE802.3, Clause 8: Der IEEE-Standard, welcher die physikalischen und datenverbindungstechnischen Eigenschaften von Ethernet-Netzwerken definiert. Die Clause 8, die sich auf 10Base-5 bezieht, beschreibt die spezifischen Anforderungen für diese Art von Koaxialkabel.

  • Thicknet: Ein umgangssprachlicher Begriff für 10Base-5-Kabel, der sich auf die dicke Bauweise des Kabels bezieht.

  • Yellow Cable: Eine weitere Bezeichnung für 10Base-5-Kabel, die sich auf die charakteristische gelbe Farbe der Kabelisolierung bezieht.

Beim Thicknet dienen Koaxialkabel als physikalisches Medium zur Übertragung von Daten. Sie verbinden die verschiedenen Geräte im Netzwerk. Um zu verhindern, dass sich Stehwellen oder daraus entstehende Störungen ausbilden, wurden Abschlusswiderstände verbaut. Diese sind für einen Wellenwiderstand von 50 Ohm ausgelegt.

Um einen Netzwerkteilnehmer an das Koaxialkabel anzubinden, wurden Medium Access Units (MAU) benötigt, um einen mechanischen Kontakt (den „Stachel“ bzw. Vampire Tab) in das Kabel bis zum Innenleiter einzuführen. Über einen Sub-D-15 Stecker wurde das Attachment Unit Interface (AUI) des Endgerätes dann an die MAU angeschlossen. 

Thicknet

Beispielhafter Aufbau eines Thicknet. Quelle: Technik-Kiste.de

Thinnet nach IEEE802.3 Clause 10

  • 10Base-2: Bezeichnung des Standars mit einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s über Koaxialkabel. Die Zahl 2 gibt an, dass die maximale Kabellänge 185 Meter beträgt.

  • IEEE802.3, Clause 10: Der IEEE-Standard, welcher die physikalischen und datenverbindungstechnischen Eigenschaften von Ethernet-Netzwerken definiert. Die Clause 10, die sich auf 10Base-2 bezieht, beschreibt die spezifischen Anforderungen für diese Art von Koaxialkabel.

  • Thinnet: Ein umgangssprachlicher Begriff für 10Base-2-Kabel, der sich auf die im Vergleich zum Thicknet dünnere Bauweise des Kabels bezieht.

  • Cheapernet: Eine weitere Bezeichnung für 10Base-2-Kabel, die sich auf die günstigeren Kosten bezieht.

Mit dem Thin Wire Ethernet sind bereits AUI und MAU in den Netzwerkkarten der einzelnen Netzwerkteilnehmenden integriert. Durch T-Stücke werden Geräte mit dem Koaxialkabel verbunden. Der Bedarf an Abschlusswiderständen ist weiterhin gegeben. Die Größe der Abschlusswiderstände beträgt in der Regel 50 Ohm, was dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels entspricht. Als Verbindungsstecker werden BNC-Stecker verwendet.

Thinnet

Beispielhafter Aufbau eines Thinnet. Quelle: Technik-Kiste.de

Koaxialkabel

Ein Koaxialkabel besteht aus mehreren einzelnen Teilen. Als primärer Signalträger dient der Innenleiter. Dieser wird durch ein Dielektrikum (Isolationsmaterial) umhüllt. 

Die nächste Schicht bildet der Außenleiter, der als elektromagnetische Abschirmung fungiert. Dieser Leiter wird häufig als gewobene Metallfaser realisiert, wodurch eine nahezu vollständige "Barriere" gegen äußere elektromagnetische Interferenzen geschaffen wird. Gleichzeitig übernimmt der Außenleiter die Funktion eines Rückleiters und verhindert, dass sich ungewollte Störfelder im Umfeld des Kabels ausbreiten. 

Zum Schutz vor mechanischer Beanspruchung, chemischen Einflüssen und Umwelteinflüssen wird das Kabel abschließend von einem Kabelmantel umschlossen. Dieser Mantel, meist aus strapazierfähigen Kunststoffen, stellt die äußere Schutzhülle dar, die das Kabel vor physischen Beschädigungen bewahrt.

Der Vorteil von diesen Kabeln ist, dass sie weniger empfindlich gegenüber Beeinflussungen sind und selbst keine bzw. geringe Störfelder aufbauen. Dies ist aufgrund der konzentrischen Anordnung der Leiter und der Abschirmung möglich. Auch heute finden sich Koaxialkabel noch in der Bildübertragung, der Antennentechnik und in Netzwerken zum Betrieb von Maschinen.

Koaxialkabel

Zeichnung eines Koaxialkabels. Quelle: Technik-Kiste.de

Wellenwiderstand

Der Wellenwiderstand ist der Widerstand, den ein Leiter der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entgegenbringt. Er ist das Verhältnis von Spannung zu Stromwelle entlang des Kabels und hängt primär von den geometrischen und dielektrischen Eigenschaften des Kabels ab. Unter idealen Bedingungen ist der charakteristische Wellenwiderstand eines verlustfreien Kabels in erster Linie durch die geometrischen und dielektrischen Eigenschaften definiert und somit frequenzunabhängig – die Länge des Kabels spielt dabei keine Rolle.

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