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Die verschiedenen Glasfaserkabeltypen: Tipps für Netzwerkprofis

Wir erklären die einzelnen Glasfaserkabeltypen, wie die Kompaktader mit 62,5/125 Mikrometer strukturiert ist und welche Rolle die Größe spielt.

Dass die diversen Glasfaserkabeltypen heute fast überall anzutreffen sind, hat seinen Ursprung in der Forschung der 1950er Jahre. In jener Zeit experimentierten Wissenschaftler mit Lichtwellenleitern, um sichtbare Bilder zu übertragen, was im medizinischen Bereich zu einigem Erfolg führte. Dort kam die Technik in der Remote-Beleuchtung und Beobachtungsinstrumenten zum Einsatz. Im Jahre 1966 schlugen Charles Kao und George Hockham die Übertragung von Informationen über Glasfasern vor. Dabei erkannten sie, dass wesentlich geringere Verluste in den Kabeln Voraussetzung für die Praxistauglichkeit waren.

Dies war die treibende Kraft hinter den Bestrebungen, die optischen Verluste bei der Glasfaserherstellung zu reduzieren. Heutzutage sind die Verluste bedeutend geringer als die ursprünglichen Ziele, die sich Kao und Hockham gesetzt hatten.

Die Vorteile beim Einsatz von Glasfaserkabeln

Da sich Glasfaserkabel durch niedrige Verluste und eine hohe Bandbreite auszeichnen, lassen sie sich über größere Entfernungen als Kupferkabel verwenden. In Datennetzwerken sind so durchaus zwei Kilometer möglich, ohne dass Repeater notwendig wären. Als schlanke Lösung eignen sie sich ebenfalls ideal für Anwendungen, bei denen das Verlegen von Kupferkabeln nicht praktikabel wäre. Wenn man Multiplexer verwendet, kann eine einzige Glasfaser Hunderte von Kupferkabeln ersetzen. Das ist ziemlich beeindruckend für eine winzige Faser, doch der wahre Vorteil im Datenbereich ist die Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen – und der Umstand, dass Glas kein elektrischer Leiter ist.

Da Glasfasern nicht leitend sind, können alle Glasfaserkabeltypen dort verwendet werden, wo elektrische Isolierung notwendig ist – zum Beispiel zwischen Gebäuden, wo es bei Kupferkabeln zu unterschiedlichem Erdpotenzial kommen könnte. Glasfasern eliminieren zudem Gefahren in kritischen Umgebungen – etwa in Chemiewerken, wo ein Funke bereits eine Explosion auslösen kann. Nicht zuletzt kommt auch noch ein Sicherheitsaspekt hinzu: Es ist schwierig, ein Glasfaserkabel anzuzapfen, um den Datenverkehr mitzulesen.

Aufbau von Glasfaserkabeln

Es existieren viele verschiedene Glasfaserkabeltypen, aber wir beschränken uns in diesem Artikel auf einen der häufigsten Typen: die Kompaktader mit 62,5/125 Mikrometer. Die Zahlen geben jeweils den Durchmesser des Faserkerns und des Mantels an. Als Maßeinheit werden Mikrometer verwendet, das sind Millionstel eines Meters.

Abbildung 1: Aufbau eines Glasfaserkabels.

Als Kompaktader ausgeführtes Glasfaserkabel lässt sich sowohl innen wie außen nutzen. Kabel für den Außenbereich sind mit einem wasserabweisenden Gel gefüllt, das als Barriere gegenüber eindringender Feuchtigkeit dient. Die Anzahl der Faserkerne in einem Kabel kann zwischen vier und 144 liegen.

Im Laufe der Jahre wurde eine Vielzahl von unterschiedlichen Kerngrößen hergestellt. Heute existieren drei Hauptgrößen, die für die Datenkommunikation genutzt werden: 50/125, 62,5/125 und 8,3/125. Die Multimode-Glasfaserkabel mit 50/125 und 62,5/125 Mikrometer sind die gebräuchlichsten Typen in Datennetzwerken. In jüngerer Zeit liegt allerdings Letztgenanntes in der Popularität vorne. Eine bedauerliche Entwicklung, denn das Kabel mit 50/125 Mikrometer hat sich als bessere Option für Gigabit-Ethernet-Anwendungen entpuppt.

Abbildung 2: Glasfaserkabel mit LC-Stecker (links) und ST-Duplex-Verbinder (rechts)

Die Kompaktader mit 8,3/125 Mikrometer ist ein Singlemode-Kabel, das – bis jetzt – aufgrund der hohen Kosten für Singlemode-Hardware in Datennetzwerken nicht großflächig eingesetzt worden ist. Das beginnt sich zu ändern, da die Längenbegrenzungen für Gigabit Ethernet über Glasfaserkabel mit 62,5/125 Mikrometer auf ungefähr 220 Meter reduziert worden sind. Demzufolge kann die Nutzung des Kabeltyps 8,3/125 vielleicht die einzige Möglichkeit für einige Campus-Netzwerke sein.

Glasfaserkabeltypen: Singlemode-Kabel versus Multimode-Kabel

Je dicker ein Kupferkabel ist, desto geringer ist der Widerstand und umso mehr Kapazität bietet es. Bei Glasfaserkabeln gilt das Gegenteil. Dazu müssen wir zuerst verstehen, wie sich das Licht innerhalb des Faserkerns fortpflanzt.

Lichtausbreitung

Das Licht bewegt sich in einem Glasfaserkabel mithilfe eines Vorgangs fort, der als Totalreflexion bezeichnet wird. Möglich wird dies, indem man zwei Glasarten verwendet, die einen jeweils anderen Brechungsindex besitzen. Der innere Kern verfügt über einen hohen Brechungsindex, der äußere Mantel hingegen über einen niedrigen. Dabei handelt es sich um das gleiche Prinzip wie bei der Reflexion, die Sie sehen, wenn Sie in einen Teich blicken. Das Wasser im Teich besitzt einen höheren Brechungsindex als die Luft, und wenn Sie aus einem flachen Winkel darauf blicken, werden Sie eine Reflexion der Umgebung sehen. Wenn Sie jedoch direkt nach unten auf das Wasser blicken, können Sie den Grund des Teichs erkennen.

Abbildung 3: Lichtausbreitung mit verschiedenen Moden in einer Glasfaser.

An einem bestimmten Winkel zwischen diesen beiden Perspektiven wird das Licht nicht mehr von der Wasseroberfläche reflektiert und durchbricht die Luft-Wasser-Grenzschicht, so dass Sie in der Lage sind, den Boden des Teichs zu sehen. In Multimode-Glasfasern gibt es, wie der Name schon nahelegt, für die Lichtstrahlen mehrere sogenannte Moden, um sich auszubreiten. Das Spektrum reicht von Moden niedriger Ordnung (Low Order Modes), die den direkten Weg durch die Mitte nehmen, bis zu den Moden höherer Ordnung (High Order Modes), die den längsten Weg nehmen, weil sie auf ihrer Route durch die Glasfaser immer wieder von einer Seite abprallen.

Abbildung 4: Intermodale Dispersion.

Das führt zu einer Streuung des Signals, denn die Strahlen von einem Lichtimpuls erreichen das andere Ende zu unterschiedlichen Zeiten. Dieses Phänomen wird als intermodale Dispersion bezeichnet, mitunter auch als Differential Mode Delay, kurz DMD. Um das Problem in den Griff zu bekommen, wurden Gradientenindexfasern entwickelt. Anders als Glasfaserkabeltypen, die eine Barriere zwischen Kern und Mantel besitzen, verfügen diese über einen hohen Brechungsindex im Zentrum, der zur Peripherie hin nach und nach in einen niedrigen Brechungsindex übergeht. Das bremst die Moden niedriger Ordnung ab, wodurch die Strahlen das andere Ende enger zusammen erreichen. Auf diese Weise wird die intermodale Dispersion vermindert und die Signalform verbessert.

Und die Singlemode-Glasfaser?

Was ist die beste Möglichkeit, um die intermodale Dispersion loszuwerden? Ganz simpel: Erlauben Sie nur einen Ausbreitungsmodus. Eine kleinere Kerngröße bedeutet folglich eine höhere Bandbreite und größere Entfernungen. So einfach ist das.

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Artikel wurde zuletzt im November 2016 aktualisiert

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