FachgrundlageSprint 3fachsystematisch⏱ 6 h

Wie Daten über Kupfer, Glasfaser und Funk laufen, wie weit sie dabei kommen, warum das Signal unterwegs schwächer wird und welche Formen ein Netz annehmen kann.

Sprint 3 · InputBrückenstufe 3

Eure Story: Ihr plant, über welche Medien und Wege das Netz jedes Tor erreicht und welchen Ausfall es übersteht.

Input für eure Storycard. Holt euch die Karte, die eure Storycard gerade braucht. Grundlage für AB 1 bis 8.

Du liest die Karten, die du für Medienwahl und Netzplan brauchst, und prüfst dich am Ende mit drei Fragen.

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Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Jedes Medium hat eine Reichweite, die das Übertragungsverfahren festlegt. Die Topologie entscheidet, was passiert, wenn eine Verbindung wegfällt.

Öffne nur die Karte, die du gerade brauchst. Das hier gilt in jedem Betrieb und in der Technikerprüfung, nicht nur in der Halle.

Übertragungsstrecke vom Verteiler zum Arbeitsplatz: Patchkabel, fester Teil höchstens 90 m, Patchkabel; zusammen höchstens 100 mStrukturierte Verkabelung: die ÜbertragungsstreckeVerteilerSwitch, PatchfeldArbeitsplatzDose, EndgerätPatchPatchfester Teil (Permanent Link): höchstens 90 mÜbertragungsstrecke (Channel): höchstens 100 m, Patchkabel zusammen höchstens 10 mnach DIN EN 50173-1 und ISO/IEC 11801-1, Kupfer, Klasse EA mit Kategorie-6A-Komponenten
Die Übertragungsstrecke der strukturierten Verkabelung: höchstens 90 m fester Teil, zusammen mit den Patchkabeln höchstens 100 m. Eigene Darstellung.
Balken mit logarithmischer Skala: Kupfer Kategorie 6A 100 m, Glasfaser OM4 400 m, Glasfaser OS2 10 km, Funk rund 30 m je ZelleWie weit kommt welches Medium bei 10 Gbit/s?10 m100 m1 km10 kmKupfer Kat. 6A, 10GBASE-TChannel 100 mGlasfaser OM4, 10GBASE-SRbis 400 mGlasfaser OS2, 10GBASE-LRbis 10 kmFunk Wi-Fi 6, IEEE 802.11axFunkzelle, Datenrate geteilt90 m fester TeilReichweiten nach IEEE 802.3 für 10 Gbit/s; Funk als Richtwert in einer Halle mit Regalen und Metall.
Reichweite bei 10 Gbit/s: Kupfer endet nach 100 m, Multimode-Glasfaser OM4 nach 400 m, Singlemode OS2 nach 10 km. Eigene Darstellung.

Die Grundlagen, Karte für Karte

1Übertragungsverfahren
1000BASE-T, 10GBASE-T, SR, LR, Wi-Fi 6
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Ethernet überträgt im Basisband: Das Signal belegt das Medium allein, ohne Trägerfrequenz wie beim Rundfunk. Der Name eines Verfahrens nach IEEE 802.3 sagt, was es kann: Datenrate, Basisband, Medium.

Verfahren Datenrate Medium Reichweite
1000BASE-T 1 Gbit/s Kupfer, vier Aderpaare, ab Kategorie 5e 100 m
10GBASE-T 10 Gbit/s Kupfer, Kategorie 6A 100 m
10GBASE-SR 10 Gbit/s Multimode-Glasfaser, 850 nm OM3 300 m, OM4 400 m
10GBASE-LR 10 Gbit/s Singlemode-Glasfaser, 1310 nm 10 km
Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) geteilt in der Funkzelle Funk 2,4, 5 und 6 GHz eine Funkzelle, in der Halle einige 10 m

Glasfaser-Verfahren stecken in einem steckbaren Transceiver (SFP+ für 10 Gbit/s). Derselbe Switch spricht so über ein anderes Modul ein anderes Verfahren.

2Übertragungsmedien
Kupfer, OM4, OS2, Funk und PoE nach IEEE 802.3
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Medium Stärke Schwäche typisch in der Halle
Kupfer Kategorie 6A, geschirmt günstig, PoE möglich, leicht zu montieren höchstens 100 m, empfänglich für Störungen Endgeräte, Funkzugänge, Kameras
Glasfaser Multimode OM4 unempfindlich gegen Störungen, 10 Gbit/s bis 400 m kein PoE, Module nötig Uplinks zwischen Verteilern
Glasfaser Singlemode OS2 Kilometer weit, zukunftssicher Module etwas teurer Gebäude zu Gebäude, Übergabe an Fremde
Funk Wi-Fi 6 beweglich, keine Dose nötig geteilte Datenrate, Abschattung durch Regale und Metall Handscanner, Staplerterminals

PoE (Power over Ethernet) versorgt Endgeräte über das Datenkabel mit Strom. IEEE 802.3af liefert bis 15,4 W am Port, 802.3at bis 30 W, 802.3bt bis 60 W (Typ 3) oder 90 W (Typ 4). Das reicht für Telefone, Kameras mit Heizung und Funkzugänge mit vielen Antennen.

3Strukturierte Verkabelung
100 m Übertragungsstrecke, 90 m fester Teil
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DIN EN 50173-1 und ISO/IEC 11801-1 legen fest, wie ein Gebäude verkabelt wird: Standortverteiler, Gebäude- und Etagenverteiler, darunter die Anschlüsse. Für Kupfer gilt: Die Übertragungsstrecke (Channel) vom Switch bis zum Endgerät ist höchstens 100 m lang, davon der feste Teil (Permanent Link) zwischen Patchfeld und Dose höchstens 90 m.

Daraus folgt für die Halle: Von einem Punkt aus erreicht Kupfer nur einen Teil der Fläche. Weiter draußen braucht es Verteiler, die per Glasfaser angebunden sind. Diese Glasfaser-Verbindungen zwischen den Verteilern heißen Uplinks.

4Dämpfung
Dezibel addieren sich: Länge und Stecker
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Auf dem Weg wird das Signal schwächer. Die Dämpfung wird in Dezibel angegeben und addiert sich über die Strecke: Kabellänge mal Dämpfung je Kilometer, dazu jede Steckverbindung.

ages = l · α + n · aStecker

Als Planungswerte für den Unterricht, angelehnt an die Höchstwerte der ISO/IEC 11801-1: OM4 bei 850 nm 3,5 dB/km, OS2 bei 1310 nm 0,4 dB/km, je Steckverbindung 0,75 dB. Ist die Summe größer als das Budget des Verfahrens, kommt das Licht zu schwach an. Bei Kupfer steigt die Dämpfung mit der Frequenz, darum gibt es Kategorien: Kategorie 6A ist bis 500 MHz spezifiziert und trägt damit 10GBASE-T.

5Topologien
Stern, Baum, redundanter Stern, Ring, Masche
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Die Topologie beschreibt, wer an wem hängt.

Topologie Aufbau Fällt eine Verbindung aus …
Stern alle Verteiler an einem Kern ist der Verteiler dahinter weg
erweiterter Stern (Baum) Kern, darunter Verteiler, darunter Endgeräte ist der Ast dahinter weg
redundanter Stern jeder Verteiler an zwei Kernen über getrennte Wege läuft der Verkehr über den zweiten Weg
Ring jeder Knoten an zwei Nachbarn läuft der Verkehr andersherum, braucht aber ein Protokoll gegen Schleifen
vermaschtes Netz viele oder alle Knoten untereinander gibt es viele Ersatzwege, aber viele Kabel

Lokale Netze in Gebäuden sind fast immer ein erweiterter Stern, für wichtige Teile redundant. Schleifen, die dabei entstehen, regelt das Spanning Tree Protocol nach IEEE 802.1D und 802.1w, das kommt in Teil 4.

6Netzwerkkomponenten
Kern, Access, Funkzugang, Transceiver
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Komponente Aufgabe in der Halle
Kernswitch verbindet die Verteiler, viele 10-Gbit/s-Ports Serverraum, zwei Stück für Redundanz
Access-Switch schließt Endgeräte an, PoE, Uplinks zum Kern in jedem Verteiler, 24 Ports
Funkzugang (Access Point) macht aus Kabel eine Funkzelle über der Umschlagfläche, an PoE
Transceiver (SFP+) setzt elektrisches in optisches Signal um an jedem Ende eines Glasfaser-Uplinks
Patchfeld, Dose Enden des festen Teils in jedem Verteiler und an jedem Anschluss
7EMV, Umgebung, Konvergenz
Störungen, Kälte, ein Netz für alles
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EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) heißt: Geräte stören sich nicht gegenseitig. Ladegeräte für Stapler arbeiten mit hohen Strömen und Schaltnetzteilen, Röntgenanlagen haben Hochspannungserzeuger und Motoren. Kupfer-Datenkabel brauchen dort Schirmung, einen sauberen Potenzialausgleich und Abstand zu Starkstromleitungen; die Trennung regelt DIN EN 50174-2. Glasfaser leitet keinen Strom und ist unempfindlich.

In der Kühlzone zählen Temperaturbereich von Kabeln, Dosen und Funkzugängen und Kondenswasser an Durchführungen.

Konvergenz heißt: Sprache, Video und Daten laufen auf einem gemeinsamen Netz statt auf drei. Das spart Kabel und Schränke, setzt aber voraus, dass das Netz die Dienstgüte für alle hält, also das QoS-Konzept aus Teil 1 und genug Reserve auf den Uplinks.

So steigt der Anspruch in Teil 3

Stufe I

Abfolge

Kabellängen nach der Rechenregel aus dem Grundriss bestimmen und mit der 90-m-Grenze vergleichen.

Stufe II

Algorithmus

Medium je Strecke nach Länge, Datenrate und Umgebung wählen, Dämpfung und Auslastung nach Schema rechnen.

Stufe III

Heuristik

Redundanz gegen Kosten abwägen und für einen vollen Kabelkanal oder eine zweite Halle eine tragfähige Lösung finden und begründen.