Computernetwerken voor gevorderden/Netwerkbekabeling

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.

Inleiding

Soorten

De bekendste soorten netwerkkabels zijn:

• Twisted Pair (TP) wordt heel vaak gebruikt in LAN omgevingen, maar ook bij de ISP Proximus.
• Glasvezel (fiber) 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.
• Power Line Communication (PLC) gebruikt de 'gewone' elektrische kabel niet alleen om een apparaat te voorzien van elektrische energie, maar ook om datasignalen door te sturen. Dit is interessant als andere, 'echte' netwerkbekabeling ontbreekt of draadloos ongewenst is.

• 
  TP
• 
  Glasvezel
• 
  Coax
• 
  PLC

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).

Gestructureerde bekabeling

Als je de tekening bekijkt, dan zou je in principe rechtstreeks één enkele kabel kunnen voorzien vanaf de pc naar een core switch. Omwille van o.a. toekomstige wijzigingen is het beter om gestructureerde bekabeling te voorzien (en: structured cabling):

• Een computer wegnemen, maar de outlet en de horizontal cabling in de muur behouden.
• De backbone cabling in koper vervangen door glasvezel.
• Een outlet die eerst voorzien was voor een computer, wijzigen van functie zodat VoIP mogelijk wordt. Zo kan je telefoneren over een 'computernetwerk'.

Zoals je in de tekening merkt worden bij gestructureerde bekabeling hiervoor (minstens) drie kabels mét 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 cable: het gedeelte van de netwerkkabel dat van jouw host (pc, tv,...) naar de netwerkaansluiting (in de muur of kabelgoot) gaat.
2. Horizontal run: het gedeelte van de netwerkkabel dat van de netwerkaansluiting tot het patchpanel gaat. Meestal gelegd in muren of kabelgoten (niet zichtbaar). Een TP-kabel is, volgens de standaarden, gelimiteerd tot een maximale lengte van 90m. Maar: hoe korter, hoe beter.
3. Patch cable: de netwerkkabel die het patchpanel met de switch verbindt. Het is in feite een gewone kabel (user cable), 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.

• 
  Outlet
• 
  Patchpanel
• 
  Switch
• 
  Bovenaan 3 patchpanels met onderaan 2 switches

TP-kabel

Opbouw

Een twisted pair kabel bestaat, zoals de naam het al zegt, uit "getwiste" (om elkaar gedraaide) draadparen die elk bestaan uit een metalen kern. Meerdere van deze twisted pairs kunnen in één kabel gecombineerd worden. Bij een typische netwerkkabel zullen zo 8 draadjes als 4 draadparen gecombineerd worden. Door kleurcodes kan je een onderscheid zien (bv. blauw en wit-blauw, groen en wit-groen, ...).

Werking

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. Wellicht heb je het ontvangen van een sms al eens "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. 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.

Soorten kabel

Unshielded versus shielded

Twisted pairs kunnen unshielded of shielded zijn:

• UTP-kabels zijn unshielded. Er is geen extra bescherming tegen elektromagnetische storing (uitgezonderd de twists, zie eerder).
• S/FTP-kabels zijn shielded. Er is een betere afscherming door een foil. Ze zijn dus minder storingsgevoelig, maar ook duurder. De bescherming kan toegepast worden op individuele paren of op een collectie van paren.

In normale gevallen is standaard UTP goed genoeg. Opgelet: als men het heeft over een UTP-netwerk, kan het toch zijn dat er ook S/FTP is gebruikt.

• 
  UTP
• 
  UTP
• 
  Foiled TP
• 
  Shielded/Foiled TP

De categorieën

UTP-bekabeling is ingedeeld in verschillende categorieën. Deze categorieën zijn eigenlijk een maat voor de snelheid. 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.

Ter info enkele verschillende categorieën:

Categorie	Constructie	Typisch gebruik binnen Ethernet
Cat 5	UTP	100BASE-TX, 1000BASE-T
Cat 5e	UTP, F/UTP, U/FTP	1000BASE-T, 2.5GBASE-T
Cat 6	UTP, F/UTP, U/FTP	5GBASE-T, 10GBASE-T
Cat 6A	UTP, F/UTP, U/FTP, S/FTP	5GBASE-T, 10GBASE-T
Cat 8.2	S/FTP, F/FTP	25GBASE-T, 40GBASE-T

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).

Soepel versus stug

Je hebt soepele kabels (en: stranded cable), bv. bij gebruik als user of patch cable. Deze zijn gemakkelijk in gebruik en kunnen vaak worden op- of afgerold, zonder snel te breken. Als horizontal run wordt vaak een stugge kabel (en: solid cable) gebruikt.

Power over Ethernet (PoE)

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.

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).

Glasvezel (Fiber)

• 
  Tekening glasvezelkabel
• 
  Tekening glasvezelkabel
• 
  Binnenkant glasvezelontvanger
• 
  Glasvezelswitch

Opbouw

Algemeen is glasvezel (fiber), een haardunne vezel van glas, maar in het kader van netwerkbekabeling denken we toch vooral aan 'snel internet' (hoge bandbreedte, lage latency). 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).

Werking

• 
  Decoratieve lamp met plastic optical fiber
• 
  Interne reflectie in een glasvezel
• 
  Eén glasvezel
• Illustreert de werking van glasvezel

Waarschuwing voor laserstraal

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.

Let op als je werkt 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. De meesten zullen het plaatsen van de connectoren uitbesteden, omdat het fusielassen speciale apparatuur vereist.

Eigenschappen

• Bij 'glas' denken we aan iets hards, niet-buigzaam, bijzonder breekbaar en dat licht doorlaat. Gelukkig heeft glasvezel andere eigenschappen:
  • Als je glas smelt en er dunne draden van trekt om een glasvezel te maken, dan is het sterk en buigzaam.
  • Dankzij interne reflectie blijft het licht in de glasvezel. Scherpe bochten zijn echter uit den boze.
• Glasvezel is geen metaal en dus geen elektrische geleider (zoals bij TP, coax of PLC). Bijgevolg...
  • ... kan er geen elektrisch vermogen getransporteerd worden. Er is hier dus geen PoE en bij een blikseminslag kan de elektrische energie zich niet via glasvezel verspreiden.
  • ... kan de glasvezel niet roesten (corrosie).
  • ... geeft elektromagnetische straling geen storing (interferentie) op de communicatie. Via elektromagnetische middelen kan je een glasvezel ook niet afluisteren.

Glasvezelaansluiting

Enkele varianten in de FTTX-architectuur. Het gebouw aan de rechterkant neemt een service af van het centrale gebouw aan de linkerkant (het knooppunt). Merk de vermelde afstanden en de scheiding 'optisch' versus 'metaal' op.

Glasvezel kan snel data transporteren en dus willen we liefst fibre to the home (FTTH). Helaas is het aanleggen van glasvezel heel duur en dus wordt eerst het centrum van het netwerk aangepakt: fibre to the neighborhood (FTTN). Vanaf de wijkverdeler wordt dan gebruikt gemaakt van de bestaande infrastructuur van kabelinternet of ADSL/VDSL.

De strijd om wat 'glasvezel' mag heten

In Nederland gebruikt Ziggo de 'glasvezel-kabel', alhoewel hun netwerk niet volledig glasvezel is: sommige delen zijn al Fiber to the Node, maar zeker niet volledig Fiber to the Home. Er zijn meermaals klachten geweest bij de Reclame Code Commissie en ook hun concurrent KPN vindt het misleidend. Vandaar kwam het tot een rechtszaak.

Jaren eerder werd ook al de Belgische ISP Telenet op de vingers getikt door de Jury Ethische Praktijken voor het gebruik van de slogan 'internet tegen lichtsnelheid'. Hun redenering is gelijkaardig aan de situatie bij Ziggo. Het gaat eigenlijk om FTTN, terwijl de consument denkt de snelheden van FTTH te krijgen: dat is misleidend.

(nl) Telenet mag niet met 'lichtsnelheid' adverteren. tweakers.net (2026-03-06). (nl) Telenet mag niet met 'lichtsnelheid' adverteren. tweakers.net (2011-02-25).

Coaxkabel

Een coaxiale kabel (kortweg coaxkabel) is een kabel waarvan de twee geleiders concentrisch zijn: beide geleiders hebben dezelfde as (co-axiaal). Je vindt dit niet alleen als netwerkkabel, maar ook bij bv. audio.

• 
  TV antennekabel
• 
  Tulpstekker bij audio
• 
  Opbouw coax
• 
  Telenet met coax

Opbouw en werking

Opbouw

1. De binnengeleider of kern waardoor het signaal overgedragen wordt.
2. De binnenste isolator.
3. De buitengeleider of mantel (massief of gevlochten).
4. 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.

Consument

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.

Power Line Communication (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.

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.

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 te veel 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.