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LAN mit 2,5 und 5Gbit/s ein Einblick

LAN mit 2,5 und 5Gbit/s kommt so langsam auch im Heimnetzwerkbereich an. Namhafte Hersteller wie AVM haben angefangen in Ihren Internet-Routern entsprechende LAN-Ports einzubauen, gleiches gilt für Netzwerkspeicher (NAS). Auch die Preise für Ethernet-Switches und PC-Einsteckkarten sind auf ein halbwegs erträgliches Maß gesunken. Wann lohnt es sich das Heimnetzwerk aufzurüsten, was ist das überhaupt für eine Technologie, ist diese kompatibel mit dem bisherigen 1Gbit/s LAN und reichen die schon verlegten Kabel? Diese und andere Fragen rund um 2,5 und 5Gbit/s LAN beantwortet dieser Artikel.

  1. Wann lohnt sich LAN mit 2,5 oder 5Gbit/s?
  2. Die Technik hinter LAN mit 2,5 oder 5Gbit/s
Bild: Übersicht von LAN-Technologien
Bild: Übersicht von LAN-Technologien

Wann lohnt sich LAN mit 2,5 oder 5Gbit/s?

Das ist eigentlich die wichtigste Frage, denn nur wenn Sie wirklich einen Vorteil von einer neuen Technologie haben, sollten Sie überhaupt den Einsatz in Erwägung ziehen.

Für eine schnellere Anbindung an das Internet?

Inzwischen werden Internetanbindungen mit bis zu 1Gbit/s auch für Privathaushalte angeboten. Beachten Sie aber die Worte „bis zu“ und 1Gbit/s. Ferner ist bei einer Netzwerkverbindung immer das langsamste Teilstück der gesamten Ende-zu-Ende Verbindung der Flaschenhals. Daraus ergibt sich das, Stand heute, 1Gbit/s ausreicht. Ein schnelleres LAN hilft für die Anbindung zum Internet also nicht.

Für einen schnelleren Datentransfer im eigenen Heimnetzwerk?

Sie haben einen Netzwerkspeicher (NAS) in Ihrem Heimnetzwerk und übertragen jeden Tag gigabyteweise z.B. Videodateien, dann können Sie von einem schnelleren LAN profitieren. Eine 3 Gigabyte große Video-Datei braucht ca. 30 Sekunden für die Übertragung über ein LAN mit 1Gbit/s. Mit 5Gbit/s kann es ca. 5 mal schneller gehen, sprich es dauert ca. 6 Sekunden. Warum wurde das Wort “kann” verwendet ? Es nützt wenig wenn die LAN-Verbindung 5Gbit/s übertragen könnte, Ihr PC oder der Netzwerkspeicher vom Prozessor, Speicher oder der Software her aber nur ca. 1 bis 2Gbit/s schafft. Sie sollten von daher darauf achten, dass Ihre Endgeräte auch ausreichend performant sind. Ferner sollte man in sich gehen und sich ganz realistisch Fragen wie oft der Anwendungsfall für die Übertragung hoher Datenvolumen wirklich eintrifft.

Um die Datenraten aktuellster WLAN-Standards ableiten zu können?

Der neue WLAN-Standard WiFi-6 (IEEE802.11ax) wirbt mit Datenraten von bis zu 9,6Gbit/s. Das ist eine Dimension fern der im LAN etablierten 1Gbit/s. Doch wer weiß das solche Datenraten in der Regel brutto Angaben sind und die für die Anwendung realen netto Datenraten im Alltag nur einen Bruchteil davon betragen, bekommt schon eine Idee das man am Ende auf LAN Seite dann doch keine 10Gbit/s braucht. Für den normalen Haushalt reichen selbst 1Gbit/s. Das liegt darin begründet, dass die hohen Datenraten nur bei bestem Signal und vor allem auch unter Ausnutzung der maximalen Kanalbreite und maximalen Anzahl von Datenströmen zustande kommen. Notebooks, Smartphones haben aber nur WLAN-Hardware verbaut, welche mit bis zu zwei Datenströmen umgehen kann. Dazu kommen noch andere Effekte und am Ende liegen die Datenraten in der Spitze meist doch wieder unter 1Gbit/s. Interessant wird es bei WLAN-Brücken, wo an beiden Enden sehr leistungsfähige Geräte eingesetzt werden, welche mit 4 oder mehr Datenströmen gleichzeitig senden. WLAN-Access-Points mit zwei oder mehr Transceivern auf 5GHz und regelmäßiger Auslastung mit vielen WLAN-Clients sind ebenfalls ein Fall wo sich der Einsatz von LAN schneller als 1Gbit/s lohnen könnte.

Um eine neue Netzwerkinstallation zukunftsfähig zu gestalten?

Wer gerade neu baut oder renoviert möchte natürlich das die festen Installationen für ein paar Jahrzehnte ausreichen. LAN mit 2,5/5Gbits ist aber eine Technologie für existierende Installationen und funktioniert selbst mit einfacheren, älteren Kabeln der Kategorie 5e oder 6. Kabel der Kategorie 6A sind aber kaum teurer, da sollte man schon direkt LAN mit 10Gbit/s in das Visier nehmen und entsprechend verlegen lassen. Wer noch sicherer gehen will nimmt Kabel der Kategorie 8, welche für LAN mit bis zu 40Gbit/s geeignet sind. Erst beim Erwerb der neuen Gerätschaften rückt LAN mit 2,5/5Gbit/s auch für neue Installationen in den Fokus. Hier wird man allerdings feststellen das die Auswahl an entsprechenden Geräten noch überschaubar und auch die Preise, wenn nicht unbezahlbar, dann aber doch immer noch deutlich teurer sind. Als Resultat wird hier im Normalfall weiterhin auf 1Gbit/s LAN-Ports gesetzt werden. Bei Bedarf kann man z.B. einen Ethernet-Switch in ein paar Jahren immer noch unkompliziert ersetzen.

Fazit: Wenn man den realen Alltag, ein reales Heimnetzwerk und reale Anwendungsfälle betrachtet, dann profitieren die meisten derzeit gar nicht bis kaum von einem LAN mit 2,5 oder 5Gbit/s. Es gibt aber Ausnahmen und hier füllt LAN mit 2,5/5Gbit/s die Lücke zum 10Gbit/s LAN. Vor allem da eine existierende Installation der Kategorie 5e ausreicht.

Die Technik hinter LAN mit 2,5 oder 5Gbit/s

Grundlagen

Die Motivation für die Einführung von 2,5 und 5Gbit/s LAN war der Bedarf existierende Installationen der Kategorien 5e und 6 noch so weit es geht auszunutzen. Auch die maximale Länge einer Verbindung von bis zu 100m soll dabei weiterhin möglich sein. Diesen Anforderungen hat sich eine Arbeitsgruppe der Standardisierungsorganisation IEEE angenommen und den Standard IEEE802.3bz ausgearbeitet. In der Ethernet-Terminologie wird die Technologie „NBase-T“ genannt.

Vereinfacht ausgedrückt, ist das grundsätzliche Problem für die Übertragung immer höherer Datenraten, das ein immer breiteres Frequenzband für die Übertragung benötigt wird. Damit steigen auch die Anforderungen an die Kabel, bzw. die gesamte Installation, inklusive Stecker, Netzwerkdosen und Patchpanel. Mit NBase-T wurde jetzt ausgenutzt, das existierende Installationen der Kategorien 5e und 6 eine Marge bezüglich des benötigten Frequenzbandes für die Übertragung von 1Gbit/s LAN (1000Base-T) aufweisen. Die folgende Tabelle verdeutlicht diesen Zusammenhang (Quelle 1).

TechnologieDatenratebenötigtes FrequenzbandInstallationskategorieFrequenzband der Installation
1000Base-T1Gbit/s62,5MHzKategorie 5e100MHz
2,5GBase-T2,5Gbit/s100MhzKategorie 5e100MHz
5GBase-T5Gbit/s200MhzKategorie 6250MHz
10GBase-T10Gbit/s400MHzKategorie 6A500MHz

Wer aufmerksam hinschaut wird festellen, dass für die Übertragung von 5Gbit/s eine Installation der Kategorie 6 gefordert wird. Das bedeutet aber nicht zwingend das 5Gbit/s nicht mit der Kategorie 5e zusammenspielt. Der Hintergrund ist, dass eine erfolgreiche Datenübertragung nicht nur rein von dem benötigten Frequenzband bestimmt wird, sondern auch von der Kabellänge. Die geforderten Kategorien in der Tabelle beziehen sich immer auf die Möglichkeit von Distanzen bis zu 100m. Das bedeutet, mit einer Installation der Kategorie 5e und beispielsweise einer Distanz von 20m funktioniert sehr wahrscheinlich auch eine Übertragung mit 5Gbit/s problemlos, wenn nicht sogar mit 10Gbit/s.

automatisierte Ermittlung einer geeigneten Datenrate

Bevor eine LAN-Verbindung hergestellt wird unterhalten sich die Geräte an beiden Enden welche Datenraten und Funktionen sie unterstützen (engl.: auto-negotiation). Daraus wird der kleinste gemeinsame Nenner ermittelt, beide Teilnehmer erstellen damit die Verbindung und Daten werden übertragen. Das funktioniert soweit auch zuverlässig.

Notiz: In dem hier verlinkten Artikel wird eine Ausnahme von der oben erwähnten zuverlässigen Verbindungsherstellung näher erläutert. Diese Ausnahme tritt hin- und wieder durchaus in der Praxis auf und ist kein theoretisches Konstrukt.

Mit NBase-T wird jetzt allerdings versucht das Maximum aus einer existierenden Verkabelung zu holen. Um das zu erreichen wird die automatische Aushandlung im IEEE-Standard, um eine Downshift-Funktion erweitert. Konkret steckt dahinter, dass sich weiterhin beide Verbindungsteilnehmer erst einmal über Ihre Fähigkeiten austauschen, z.B. der Unterstützung von 5Gbit/s. Beide Verbindungsteilnehmer versuchen als nächsten Schritt die Verbindung mit dieser Datenrate zu etablieren. Schlägt das komplett fehl oder ist die Fehlerrate der Übertragung zu hoch, dann wird automatisch auf 2,5Gbit/s heruntergeschaltet und erneut versucht die Verbindung herzustellen. Als nächster Schritt würde eine Verbindung mit 1Gbit/s versucht werden, dann 100Mbit/s, dann 10Mbit/s (Quelle 2).

Für den Anwender bedeutet das, dass man den Einsatz von NBase-T erst einmal mit jeglicher Verkabelung versuchen kann. Sehr wahrscheinlich bekommt man dann tatsächlich auch eine Verbindung mit 2,5 oder 5Gbit/s. Es kann aber in Ausnahmefällen vorkommen das eine Verbindung, trotz NBase-T Unterstützung, wieder nur z.B. mit 1Gbit/s läuft. Der Grund ist dann die Qualität der Verkabelung, welche dazu führt das die Geräte auf die entsprechende niedrigere Geschwindigkeit geschaltet haben.

Kompatibilität mit 100Mbit/s und 1Gbit/s LAN

NBase-T ist kompatibel zu den langsamerer LAN-Technologien 100Base-Tx (100Mbit/s) und 1000Base-T (1Gbit/s). Sie können also ein Gerät mit z.B. 2,5Gbit/s LAN-Port an einen Internet-Router mit 1Gbit/s LAN-Ports verbinden. Wie schon erwähnt ist es ganz explizit das Ziel von NBase-T auch über alte LAN-Installationen zu arbeiten. Von daher kann man die schon verlegten oder vorhandenen Kabel weiterbenutzen. Es werden auch keine neuen Stecker benötigt.

Nicht ausschließen kann man das, trotz des Einsatz von NBase-T, das LAN weiterhin nur 1Gbit/s liefert. Wahrscheinlicher Grund ist dann, dass schon vorher die Verkabelung mangelhaft war, aber noch für 1Gbit/s ausreichte. Eine nicht ordnungsgemäße Erdung des Kabelschirms kann dann eine Ursache für eine mangelhafte Verbindung sein, obwohl eigentlich die Kabelkategorie ausreichen müsste.

Einsatz von geschirmten Kabeln

Ein Dauerbrenner ist die Frage ob man für seine LAN-Verkabelung geschirmte oder ungeschirmte Kabel einsetzen sollte. Die Antwort ist, dass beides möglich ist. Mit einer Schirmung kann man Störeinflüsse benachbarter LAN-Kabel, des Stromnetzes oder auch von Radiowellen minimieren. Das ist für eine Verbindung mit 1Gbit/s in der Regel allerdings völlig unnötig.

Für NBase-T, bzw 10Gbit/s wird eine Schirmung etwas interessanter, wenngleich weiterhin keine Voraussetzung. Störeinflüsse können sich stärker bei Verbindungen mit hoher Datenrate auswirken. Jetzt hängt es von Ihrem individuellen Fall ab ob bei Ihnen so starke Störeinflüsse vorliegen das Fehlübertragungen hervorgerufen werden.

Notiz: Unter Windows 10 können Sie sich einfach auf der Kommandozeile über den Befehl „netstat -e“ ausgeben lassen ob es zu fehlerhaften Ethernet-Frames gekommen ist.

Setzt man aber Kabel mit einem Schutzschirm ein, dann wird es nun wichtiger denn je den Kabelschirm ordnungsgemäß zu erden. Können die induzierten Störspannungen nur unzureichend abgeleitet werden oder man erzeugt eine sogenannte Erdschleife, dann verursacht ein Kabelschirm sogar eher Probleme, als das er hilft. Als Folge könnte die Verbindung dann auf einer niedrigeren Datenrate laufen als gewünscht.

Fazit

Die Einführung der LAN-Technologie für 2,5/5Gbit/s (NBase-T) ist eine schöne Möglichkeit das Maximum aus einer bestehenden LAN-Installation herauszuholen. Für das typische Heimnetzwerk lohnt derzeit allerdings keine dedizierte Aufrüstung. Außer man kennt seine Bedürfnisse genau und kann benennen wo das schnellere LAN deutliche Vorteile bringt.

Es ist aber abzusehen, dass über die Jahre das eigene Heimnetzwerk eh fast von alleine auf NBase-T aktualisiert wird. Denn die zugrundliegenden LAN-Chips dürften Standard in neuen Routern, Switches, PCs und anderen Geräten werden und finden dann so nach und nach automatisch Verbreitung.

Ich hoffe ich konnte Ihnen helfen einen guten Einblick in die neue LAN-Technologie für 2,5/5Gbit/s zu gewinnen. Möchten Sie noch etwas mehr über LAN wissen, dann finden Sie hier eine Einführung in Ethernet.

Matthias (25.06.2020)

Notiz: Wenn man akkurat ist sollte man den Begriff „LAN“, so wie in diesem Artikel, eigentlich nicht verwenden. Dieser Begriff steht in der Theorie für Ihr gesamtes lokales Netzwerk, gleich ob PowerLine, WLAN oder Ethernet eingesetzt wird. Umgangssprachlich wird „LAN“ allerdings häufig als synonym für eine kabelgebundene Verbindung im Heimnetzwerk verwendet. Mit der Verwendung des Begriffes „LAN“ beuge ich mich auch Google, da es wichtig ist die in der Praxis verwendeten Begriffe in einem Artikel zu verwenden, um von den Suchmaschinen als Treffer angezeigt zu werden. Nichtsdestotrotz hier der Hinweis das eigentlich der Term „Ethernet“ zutreffender ist.

Quelle [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/2.5GBASE-T_and_5GBASE-T

Quelle [2]: https://archive.nbaset.ethernetalliance.org/library-category/white-papers/