Netwerkbekabeling

1 Doelstellingen

Onderstaande doelstellingen komen in meer of mindere mate aan bod. De grijze doelstellingen komen hier niet aan bod. Dat zijn bv. praktijkoefeningen die aansluiten bij deze theorie, maar die in dit Wikibook niet behandeld worden. Of bv. theorie die in een ander hoofdstuk wordt behandeld.

Uit het leerplan D/2023/13.758/ van Applicatie- en Databeheer, een deel van leerplandoel 26 en 27:

• LPD 26: De leerlingen lichten de opbouw en werking van een netwerksysteem met zijn componenten en transportmedia toe.
  • netwerkdiensten, clouddiensten
  • routing
  • virtualisatie
• Lexicon. De componenten van een netwerk zijn onder meer werkstation, server, access point, switch, router, gateway, firewall, noodbatterij, backbone, SAN, NAS.
• Lexicon. De transportmedia zijn de soorten bekabeling in een netwerk, wifi, bluetooth …
• Lexicon. De basis clouddiensten zijn: IaaS, PaaS en SaaS.

Uit het leerplan Toegepaste Informatica van de richting Informaticabeheer:

• 3.1.4 De soorten transportmedia van een netwerk beschrijven en de eigenschappen met elkaar vergelijken, onder meer coax, utp, stp, glasvezelkabel, datatransport over het elektriciteitsnet en draadloze connectie.
• 3.1.5 Kenmerken van een actuele netwerkarchitectuur toelichten.
• 3.1.14 De functie van de belangrijkste componenten van een netwerk toelichten, onder meer werkstation, server, repeater, access point, switch, router, gateway, noodbatterij, backbone, SAN, NAS.
• 3.2.9 De oorzaken en gevolgen van elektromagnetische interferentie toelichten.

2 Inleiding

2.1 Soorten

De meest bekende soorten netwerkkabels (een passieve netwerkcomponent, als onderdeel van de IT-infrastructuur) zijn:

• Twisted Pair (TP) wordt heel vaak gebruikt in LAN omgevingen, maar ook bij de ISP Proximus.
• Glasvezel heeft de hoogste snelheid, maar is nog niet voor ín huizen van particulieren en KMO's. Toch kan je er onrechtstreeks mee te maken hebben, door de ISP die er in zijn netwerk gebruik van maakt.
• Coaxiale kabel heeft in een LAN geen toepassingen meer, daar dit werd verdrongen door UTP. Het wordt wel nog gebruikt als netwerkbekabeling door bv. de ISP Telenet, nl. van het wijkcentrum tot aan het toegangsnetwerk van de klant.
• Elektriciteitsbekabeling kennen we vooral van het voorzien van elektrische energie aan apparaten, maar deze kan ook gebruikt worden om signalen door te sturen. Dit is interessant als UTP-bekabeling ontbreekt of draadloos ongewenst is.

Binnen de werkgroep IEEE 802.3 denken ze na over bedraad Ethernet, met aandacht voor snelheid, zuinigheid en foutcorrectie. Er bestaan verschillende types, zoals 100BaseTX, 1000BaseT, 100BASE-FX, ...:

• De cijfers in het begin verwijzen naar de maximale theoretisch (!) haalbare snelheid in Mbps. Zo verwijst 100 naar 100 Mbps (Fast Ethernet) of 1000 naar 1000 Mbps=1 Gbps (Gigabit Ethernet).
• Het woord Base verwijst naar basisband: één signaalstroom over één geleider.
• Het laatste deel duidt oa. op het gebruikte medium. Zo duidt T op getwist paar (twisted pair) en F op glasvezel (fiber).

Standaard voor bedrade netwerken krijgt update

Dankzij nieuwe versies van standaarden kan men over een 'oud' netwerk van telefoon- en tv-lijnen hogere snelheden versturen (wat de verspreiding van glasvezel minder dringend maakt). Zo heeft de standaardenorganisatie IEEE een nieuwe versie voor ethernet goedgekeurd. Deze 2012-revisie blijft backwards compatible deze vanuit 2008, maar het moet snellere en zuinigere bedrade netwerken mogelijk maken. Ook de ondersteuning voor embedded netwerken in auto's moet verbeterd zijn. In de 2012-standaard werd ook Power over Ethernet opgenomen, die vereist dat PoE-hardware tot 25,5W moet kunnen leveren of vragen.

(nl) Sneller vast internet (De lange adem van oude netwerken). tweakers.net (2017-09-21). (nl) Standaard voor bedrade netwerken krijgt update. tweakers.net (2012-09-06).

2.2 Gestructureerde bekabeling

Gestructureerde bekabeling (en: structured cabling) is bekabeling in een gebouw of binnen een campus dat bestaat uit verschillende gestandaardiseerde kleinere elementen, subsystemen genoemd. Goed ontworpen en geïnstalleerde, gestructureerde bekabeling zal voorspelbare performantie bieden en heeft de flexibiliteit om wijzigingen en uitbreidingen in de toekomst mogelijk maken.

Als je niet-gestructureerd te werk gaat, dan zou je bv. rechtstreeks één kabel voorzien vanaf de pc naar een core switch. Zoals je in de tekening merkt worden bij gestructureerde bekabeling hiervoor (minstens) drie kabels met tussenliggende componenten gebruikt. Dit hoofdstuk bespreekt de soorten bekabeling naar functie. In het hoofdstuk over netwerkcomponenten worden de andere zaken (RJ-45, netwerkaansluiting,...) aangekaart.

Schematisch voorgesteld zijn er de volgende soorten kabels:

PC ----- 1 ----- outlet ----- 2 ----- patchpanel ----- 3 ----- switch ----- 4 ----- core switch

1. User cord: het gedeelte van de netwerkkabel dat van jouw host (pc, tv,...) naar de netwerkaansluiting (in de muur of kabelgoot) gaat. Bijna altijd soepele UTP-draad (stranded wire).
2. Horizontal run: het gedeelte van de netwerkkabel dat van de netwerkaansluiting tot het patchpanel gaat. Meestal gelegd in muren of kabelgoten (niet zichtbaar). Meestal niet-soepele UTP-draad (solid wire). Ze is, volgens de standaarden, gelimiteerd tot een maximale lengte van 90m. Maar: hoe korter, hoe beter.
3. Patch cord (of patch cable): de netwerkkabel die het patchpanel met de switch verbindt. Het is in feite een gewone kabel (user cord), hij krijgt hier enkel een andere naam om ook zijn functie aan te duiden.
4. Backbone (letterlijk: ruggengraat): een stelsel van zeer snelle netwerkverbindingen (bv. via glasvezel). Zeker bij ISP's heb je een backbone, maar ook grotere bedrijven of scholen zullen vaak de gebouwen op hun campus onderling met een backbone verbinden.

3 TP-kabel

3.1 Opbouw

Een twisted pair kabel bestaat, zoals de naam het al zegt, uit "getwiste" (om elkaar gedraaide) draadparen. Deze draadjes kunnen bestaan uit een koper-, ijzer- of aluminiumkern. Een combinatie kan ook. Als koper van een TP-kabel heb je het liefst koper, omdat deze de beste resultaten geeft. Let dus op welke kabel je koopt, want goedkoop kan duurkoop blijken.

Op zo'n kabel moet een connector geplaatst worden. Als er niet veel kabel vereist is, is het beter om kant-en-klare kabels te kopen. Dan hoef je niet te investeren in een speciale tang (crimp tool), ben je zeker dat de kabels werken en ben je weinig tijd verloren. Wil je toch de kabel zelf afmonteren, dan leer je hoe dit te doen in het Wikibook "TP-Connectoren plaatsen".

3.2 Waarom getwist?

Signalen op een netwerkkabel kunnen verstoord worden door elektromagnetische interferentie:

• Bij een FM-radio heb je een antenne die de FM-signalen opvangt, zodat je naar de radio kan luisteren. Een TP-kabel is in feite ook een antenne die deze FM-signalen opvangt. Deze FM-signalen zijn ongewenst en kunnen de signalen op de TP-kabel verstoren. Zo zijn er nog andere draadloze signalen die voor de TP-kabel storingen zijn. Mogelijks heb je het ontvangen van een SMS al "gehoord" in jouw luidsprekers.
• Iedere geleider waar een stroom doorheen loopt, wekt een elektromagnetisch veld op (in de tekening voorgesteld door respectievelijk I en B). Dit veld kan je ten goede gebruiken bij een elektromagneet, maar bij datacommunicatie verstoort dit het signaal op de TP-kabel. Zo ligt deze vaak in dezelfde kabelgoot als de elektriciteitskabel.

Door de draadparen te twisten wordt de oorzaak van de elektromagnetische interferentie niet weggenomen, maar worden de gevolgen wel kleiner. Ter info:

Bij een netwerkkabel wordt gewerkt met kleine spanningen en om het transport voor data zo ongevoelig als mogelijk te maken voor elektromagnetische storingen (de overspraak), wordt gekeken naar een spanningsverschil. Stel dat deze storing komt van een kabel op 230 V, voorgesteld door de pijl op onderstaande tekening. Als de draden niet getwist zijn, dan zal de storing het grootst zijn op de kabel het dichtst bij de stoorzender. Bijgevolg wordt aan de andere kant van de kabel een ander spanningsverschil gemeten dan is verstuurd (voor het gemak zijn ronde getallen gebruikt): het signaal is onbruikbaar geworden. Als je de draden per twee twist, zijn ze gemiddeld genomen evenveel blootgesteld aan een eventuele storingsbron. De spanning zal in beide draden dus evenveel dalen/stijgen. Het verschil in spanning tussen beide draden is nog steeds even groot! Als je de aanbevelingen bij UTP volgt, dan kan deze zonder problemen zijn signaal 100 meter ver vervoeren.

3.3 Soorten kabel

3.3.1 UTP versus STP of FTP

Bij een twisted pair-netwerk kan je een combinatie hebben van onderstaande twisted pairs, bestaande uit 4 draadparen (8 draden dus). Ieder draadpaar bestaat uit een "kleur" en een bijhorende "witte" draad.

• Een UTP-kabel is unshielded en biedt dus geen extra bescherming tegen elektromagnetische storing (uitgezonderd de twists, zie eerder). In normale gevallen is standaard UTP goed genoeg. Het is het belangrijkste type kabel voor telefonie en wordt vaak gebruikt voor computernetwerken.
• STP (Shielded Twisted Pair) of FTP (Foiled Twisted Pair), zorgen voor een betere afscherming (shielded/screened) en zijn dus minder storingsgevoelig, maar ook duurder. De bescherming kan toegepast worden op individuele paren of op een collectie van paren. Soms zal men een netwerk waar zowel UTP, als STP/FTP wordt gebruikt verkeerdelijk ook aangeven als een UTP-netwerk.

• 
  UTP
• 
  UTP
• 
  ScTP of F/UTP
• 
  S-STP of S/FTP

3.3.2 De categorieën

UTP-bekabeling is ingedeeld in verschillende categorieën. Deze categorieën zijn eigenlijk een maat voor de kwaliteit. Hoe hoger de categorie, hoe sneller je gegevens via deze kabel kan sturen. De categorie staat steeds op de kabel afgebeeld: voluit, CAT X, of een grote C met daarin een nummertje. Een hogere categorie van kabel kan men ook gebruiken voor een toepassing van een lagere categorie, maar niet omgekeerd. Men kan dus een Cat 6 kabel gebruiken voor 100BASE-TX, maar geen Cat 5 voor 10GBASE-T.

Ter info enkele verschillende categorieën:

Categorie	Constructie	Typisch gebruik
Cat 5; Cat 5e	UTP	100BASE-TX, 1000BASE-T
Cat 6	UTP	10GBASE-T (10-Gigabit Ethernet)
Cat 6A	F/UTP, U/FTP	10GBASE-T
Cat 7	F/UTP, U/FTP	10GBASE-T Ethernet of POTS/CATV/1000BASE-T over enkele kabel
Cat 8.2	S/FTP, F/FTP	40GBASE-T Ethernet or POTS/CATV/1000BASE-T over enkele kabel

Cat5e- en cat6-netwerkkabels gaan snelheden tot 5Gbit/s ondersteunen

Om hogere snelheden te halen kan het te duur blijken om én kabels én netwerkapparatuur te moeten upgraden. Dus heeft men gezocht naar mogelijkheden om over de bestaande Cat 5e en Cat 6 kabels sneller data te versturen. Enkel een upgrade van de netwerkapparatuur zou dan nodig zijn.

(nl) Cat5e- en cat6-netwerkkabels gaan snelheden tot 5Gbit/s ondersteunen. tweakers.net (2016-09-29).

3.3.3 Soepel versus stug

Je hebt soepele kabels (en: stranded cable), bv. bij gebruik van een wandcontactdoos naar netwerkkaart. Deze is gemakkelijk in gebruik en kan vaak worden op- of afgerold, zonder snel te breken. Voor gebruik van wandcontactdoos naar wandcontactdoos wordt vaak een stugge kabel (en: solid cable) gebruikt.

3.4 Power over Ethernet

Wireless LAN access point, gevoed door een PoE splitter

Power over Ethernet of PoE/PoE+ is een technologie om data én spanning te leveren over een standaard twisted pair-kabel in een Ethernetnetwerk zodat apparaten met een beperkt vermogen geen aparte voedingsadapter nodig hebben. Dit is vooral handig als het netwerktoestel ingezet moet worden op een plaats waar stroomvoorziening via het stopcontact moeilijk haalbaar is.

De technologie wordt gebruikt om netwerkapparatuur zoals VoIP-telefoons, webcams, antennes voor draadloze netwerken en zeer kleine computers zoals ingebedde systemen van stroom te voorzien. Gelet op het beperkte vermogen dat een netwerkkabel kan overbrengen, is deze techniek niet haalbaar voor grotere verbruikers zoals servers of werkstations.

4 Glasvezel

4.1 Wat is het?

Algemeen is glasvezel, ook fibre (Brits Engels) of fiber (Amerikaans Engels) genoemd, een haardunne vezel van glas, maar in het kader van netwerkbekabeling denken we toch vooral aan 'snel internet'. Deze optische vezels bestaan uit zeer helder glas waar licht doorheen wordt gestuurd om signalen betrouwbaar en snel over grote afstanden te transporteren (tot zelfs een afstand van 6400 km tussen VS en Europa, met een bandbreedte van 250Tbit/s). Doordat het licht in de glasvezel een bijzonder kleine hoek met de buitenkant van de vezel maakt, is reflectie gegarandeerd en blijft het licht in de vezel door interne reflectie. Voor deze toepassing moet de vezel aan zeer specifieke eisen voldoen.

• 
  Decoratieve lamp met plastic optical fiber
• 
  Glasvezelkabel
• 
  Interne reflectie in een glasvezel
• Filmpje dat de werking van glasvezel illustreert

4.2 Eigenschappen

Waarschuwing voor laserstraal

Voor datatransport zijn de volgende eigenschappen belangrijk:

• Bij 'glas' denken we aan iets hards, niet-buigzaam en bijzonder breekbaar. Wanneer het echter gesmolten is en er dunne draden van getrokken worden (zoals glasvezel) dan is het sterk en buigzaam.
• Bij 'glas' denken we aan een materiaal dat licht doorlaat. Bij glasvezel willen we echter dat het licht in de vezel blijft, wat mogelijk is door interne reflectie. Korte bochten zijn echter uit den boze.
• Er kan geen vermogen getransporteerd worden.
• Volledig ongevoelig voor storing van buitenaf (interferentie) zoals door radiofrequente elektromagnetische straling.
• Ook ongevoelig voor corrosie en blikseminslagen (in tegenstelling tot de coax- en ADSL-netwerken).
• Niet af te luisteren met elektromagnetische middelen.

Opgelet als je zou moeten werken met (aangesloten) glasvezels. Het gaat hier om heel geconcentreerd licht: kijk dus nooit in de opening! Zelfs bij infrarood (dat wij niet kunnen zien), kan er schade aan de ogen zijn.

4.3 Glasvezelaansluiting

Bij het aansluiten van glasvezel wordt er onderscheid gemaakt tussen:

• FTTN (Fibre to the node/neighbourhood): glasvezel tussen grote centrales.
• FTTC/FTTK (Fibre to the curb/kerb): glasvezel naar de wijkverdelerkast in de straat.
• FTTB (Fibre to the building): glasvezel naar een technische ruimte in een bedrijfspand.
• FTTH (Fibre to the home: glasvezel tot aan de meterkast van je woning.

Omdat het aanleggen van glasvezel heel duur is, wordt eerst het centrum van het netwerk aangepakt, nl. FTTC. Vanaf de wijkverdeler wordt dan gebruikt gemaakt van de bestaande infrastructuur van kabelinternet of ADSL/VDSL. Deze vormen verreweg het grootste aandeel van de aansluitingen. Bij bedrijven of scholen worden gebouwen vaak onderling met elkaar verbonden door glasvezel (FTTB). De meesten zullen het plaatsen van de connectoren uitbesteden, omdat het fusielassen speciale apparatuur vereist.

Heb je geluk, dan is het laatste stuk naar de woning ook glasvezel en heb je FTTH. De term FTTH wordt overigens door de providers niet vaak gebruikt, waarschijnlijk omdat de term wat te technisch is. Vaak worden FTTH-abonnementen geleverd met snelheden variërend van 10 tot 200 Mbit/s. Een verschil met bijvoorbeeld ADSL of coax, is dat de geleverde snelheden symmetrisch zijn, wat wil zeggen dat de up- en downloadsnelheid gelijk zijn. De netwerkvertraging (ook wel latency of ping genoemd) is lager dan die van ADSL en coax.

Telenet mag niet met 'lichtsnelheid' adverteren

De Belgische isp Telenet mag niet meer met de slogan 'internet tegen lichtsnelheid' adverteren, zo heeft de Jury Ethische Praktijken beslist. Volgens de JEP kan het klanten makkelijk ontgaan dat het in de advertenties om overdrijving gaat. De Jury merkt op dat aangezien het in casu om een Fiber to the Node netwerk gaat en niet om een Fiber to the Home netwerk, de bewering 'tegen lichtsnelheid' onterecht wordt gebruikt en van aard is om de consument te misleiden.

(nl) Telenet mag niet met 'lichtsnelheid' adverteren. tweakers.net (2011-02-25).

5 Coaxkabel

Een coaxiale kabel (kortweg coaxkabel) is een kabel waarvan de twee geleiders concentrisch zijn: beide geleiders hebben dezelfde as (co-axiaal).

• 
  TV antenne kabel
• 
  Tulpstekker bij audio
• 
  Opbouw coax
• 
  Telenet met Coax

5.1 Opbouw en werking

RG-59 flexibele coaxkabel

• D: de binnengeleider of kern waardoor het signaal overgedragen wordt.
• C: de binnenste isolator.
• B: de buitengeleider of mantel (massief of gevlochten).
• A: een kunststofmantel om de kabel tegen weersinvloeden te beschermen.

De 'kern' en de 'mantel' zijn de twee stroomvoerende verbindingen, waarbij de mantel op het aardpotentiaal wordt gehouden. Doordat de assen van beide geleiders samenvallen, heffen de elektrische en magnetische velden van binnen- en buitengeleider elkaar buiten de kabel vrijwel op, waardoor weinig tot geen stoorsignalen naar binnen of naar buiten kunnen lekken.

5.2 Consumenten

Een coaxiale kabel wordt onder meer gebruikt bij de Belgische ISP Telenet: er komt een coaxkabel vanaf de straat tot aan een netwerkverdeler (NIU) bij de klant. Deze splitst de signalen, zodat je tegelijk kan bellen, surfen en digitale televisie kan kijken. Vanuit de modem vertrekken dan weer kabels naar je toestellen.

Vroeger werd de coaxkabel rechtstreeks verbonden met het toestel, maar nu is er vaak een settopbox (bv. Telenets Digibox of Digicorder) aanwezig, waarbij meestal HDMI wordt gebruikt om het tv- of radiosignaal vanuit de settopbox door te geven.

Voor de opbouw van een LAN wordt coax niet meer gebruikt, daar deze is vervangen door UTP.

6 Elektriciteitsbekabeling (PLC)

PLC (Power Line Communication) is datacommunicatie via het elektriciteitsnet. Je zou het a.h.w. kunnen beschouwen als het "omgekeerde" van Power over Ethernet.

6.1 Consument

Toen babyfoons nog niet via DECT werkten, werd smalband PLC gebruikt: in de babykamer werd een babyfoon in de stekker gestopt en in een andere kamer nog een babyfoon. De communicatie gebeurde via de elektriciteitskabel.

Een toepassing van breedband PLC is het gebruik binnenshuis als alternatief voor netwerkbekabeling. Bv. wanneer het aanleggen van een UTP-kabel lastig is in sommige gebouwen en/of draadloos niet goed werkt (bv. grote panden of panden met veel metaal). Via de bestaande elektriciteitsbekabeling kan je met PLC snel een netwerk hebben. Er kunnen wel problemen zijn in grote panden met veel elektriciteitsgroepen of in panden met een bijzondere elektriciteitsbekabeling. De bekendste PLC-standaard is HomePlug.

6.2 ISP

Breedband PLC kan in landen met weinig netwerkbekabeling interessant zijn, omdat een elektriciteitsnet er vaak al wel ligt. Zo zijn er experimenten geweest om in Schotland, Duitsland, Spanje en Nederland deze vorm van internet aan te bieden. Deze zijn gestopt, omdat er teveel nadelen zijn:

• Het is storingsgevoelig, omdat de lantaarnpalen als zendmasten kunnen optreden, zodat ze storing veroorzaken in elektronische apparatuur.
• De maximum haalbare snelheid voor grote groepen huishoudens blijkt te laag te liggen, terwijl via kabelinternet of ADSL hogere snelheden mogelijk zijn.
• Er is vergelijkbare apparatuur nodig (PLC-modems) als voor kabelinternet of ADSL, waardoor er geen kostenvoordeel is voor breedband PLC.

Alternatieven zoals 4G, 5G, Wi-Fi, WiMax of een satellietnetwerk zijn dan interessanter in landen zonder bekabelde infrastructuur.