Power over Ethernet, aber sicher

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20.10.2008

Buyer’s Guide: Kabeltester – Viel Zeit und Geld kann sparen, wer den Erfolg von Diensten, die PoE nutzen oder darauf basieren, bereits vor der Implementierung sicherstellt. Unverzichtbar ist dabei der Test des Ethernet-Verkablungssystems – möglichst mit einem Kabeltester, der PoE versteht.

Der Test eines Ethernet-Verkablungssystems an sich ist ein alter Hut. Doch der Einzug neuer Techniken und Anwendungen, beispielsweise Power-over-Ethernet (PoE) und VoIP, stellt neue Anforderungen an Tester und Testgeräte.

Die Nutzung von Diensten wie IP-Telefonie, mobile Datenerfassung und Wireless-Networking setzt natürlich entsprechende Geräte voraus. Und diese Geräte wollen mit Strom versorgt werden. Nun existiert aber nicht unbedingt an jedem gewählten Gerätestandort eine Stromversorgung. Eine Lösung dieses Problems wäre es, einfach Anschlussdosen mit einer 220-Volt-Netzspanung zu installieren. Aus finanziellen, ästhetischen oder strukturellen Gründen kommt dies in der Praxis jedoch nicht immer in Frage. Die Netzwerkindustrie beschäftigte sich mit diesem Problem und entwickelte den IEEE-Standard 802.3af, der die Richtlinien für die Stromversorgung von PoE-Geräten über Ethernet-Kabel der Kategorien 5, 5e und 6 vorgibt. Der PoE-Standard ist inzwischen für viele Dinge maßgebend, besonders für die IP-Telefonie.

Zur Implementierung von PoE wird einer Ethernet-Verkabelung Strom zugeführt. Dies leistet beispielsweise ein 802.3af-konformer Ethernet-Switch, der auch als Endspan-Switch bezeichnet wird. Die Ethernet-Ports eines solchen Switches übermitteln neben Daten auch Stromsignale gemäß 802.3af-Standard über die angeschlossenen Ethernet-Kabel. Endspan-Switches sind für PoE optimal, wenn eine neue Netzwerkinfrastruktur installiert wird.

Nun existieren aber unzählige Switches, die nicht PoE-fähig sind. Sie vollständig zu ersetzen, wäre unwirtschaftlich. Deshalb sieht der 802.3af-Standard eine Alternativlösung vor, die man Midspan-Power-over-Ethernet-Controller nennt. Ein Midspan-Controller ist ein einem Patch-Panel ähnelndes Gerät, das zwischen dem Ethernet-Switch und den zugehörigen Endgeräten sitzt und den Ethernet-Kabeln Strom zuführt, ohne den Datenverkehr zu stören.

PoE-Midspans erschweren Kabeltests

Eine zuverlässige und hochwertige Sprachkommunikation ist für jedes Unternehmen unverzichtbar, und deshalb muss die Ethernet-Verkabelung frei von Mängeln sein. PoE-Midspans erschweren aber die Durchführung kritischer Tests, die sicherstellen, dass die Kupferpaare in jedem Konnektor ordnungsgemäß verdrahtet sind. Bei diesen Tests führt ein Testgerät normalerweise jedem Paar Gleichstromsignale zu und misst dann den Signalrücklauf. Die Ergebnisse werden in einem Verdrahtungsplan (Wiremap) zusammengefasst, der die Verbindungen der Twisted-Pairs in jedem physischen Konnektor darstellt.

Um diesen Verkabelungsplan zu erstellen, überprüft ein Techniker die Verkabelung. Dazu wählt er im Kabelprüfgerät einen Anschlusskonfigurationsparameter aus, der die korrekten Verbindungen für die Aderpaare vorgibt. Anschließend führt er den Verdrahtungstest durch. Das Testgerät vergleicht die Testergebnisse mit der gewählten Anschlusskonfiguration. Stimmen die Ergebnisse mit der Konfiguration überein, gelten die Kabelverbindungen als korrekt. Bei Diskrepanzen führt das Testgerät die potenziellen Fehler auf.

Midspan-Controller behindern Verdrahtungstests, ja machen sie gar unmöglich. Die Ursache ist eine Schutzelektronik, mit der Midspan-Controller ausgestattet sind, die den Stromrückfluss an einem Ethernet-Switch verhindert. Diese Schutzfunktion ist wichtig, denn sie vermeidet versehentliche Kurzschlüsse bei Ethernet-Ports. Gleichzeitig blockiert sie aber auch den Rückfluss der Gleichstromsignale, die das Kabeltestgerät misst und für den Verdrahtungsplan dringend benötigt. Das bedeutet, dass ein Unternehmen mit einem gewöhnlichen Kabeltestgerät nicht in der Lage ist, zu überprüfen, ob die Ethernet-Verkabelung IP-Telefonie und Midspan-Controller unterstützen kann.

Lösungen für PoE-Midspans

Aber nicht verzagen, es existieren mittlerweile Geräte beziehungsweise Tests, für die Midspan-PoE-Controller kein Problem darstellen. Fluke, beispielsweise, hat einen Test entwickelt, der speziell zur Überprüfung von Verkabelungen mit Midspan-PoE-Controllern dient. Der Test spürt Kabeldefekte und Verdrahtungsfehler nicht mit Hilfe von Gleichstromsignalen auf, sondern mit Wechselstromsignalen. Der Gleichstrom fließt in eine Richtung, die konstant bleibt, der Wechselstrom hingegen in Form einer Sinuswelle, wobei er nach jeder Zyklushälfte die Richtung ändert. Die Kondensatoren in einem Midspan-Controller erkennen daher die Wechselstromsignale nicht und blocken sie folglich auch nicht ab. Die Wechselstromsignale vollziehen die Verdrahtung in einem Kondensator präzise nach, selbst wenn der Midspan-Controller in die Verkabelungsstrecke geschaltet ist.

Die Erstellung eines Verdrahtungsplans anhand von Wechselstromsignalen gestaltet sich allerdings schwieriger als die herkömmliche, auf Gleichstromsignalen beruhende Methode. Der Test mit Gleichstrom legt für jede Ader ein bestimmtes Spannungspotenzial fest und prüft dann, ob die übrigen Adern die gleiche Spannung aufweisen. Der Test mit Wechselstrom arbeitet zwar mit einem ähnlichen Prinzip, ist aber komplexer. Der Wechselstromtest löst in einem Twisted-Pair-Kabel Signale aus und prüft die Wirkung dann auf allen anderen Paaren bei jedem einzelnen Konnektor. Existiert ein Verdrahtungsfehler oder Kabeldefekt, sind zur Identifizierung des Fehlers weitere Untersuchungen notwendig. Bei einem Fehler zwischen zwei Paaren muss der Test beispielsweise in der Lage sein, einen direkten Pfad zwischen zwei Paaren von einer Wechselstromkopplung zwischen den Paaren zu unterscheiden.

Obwohl die Prüfung eines Verdrahtungsplans mit Wechselstrom alles andere als einfach ist, zeichnet sich dieser beispielsweise in Flukes »DTX CableAnalyzer« implementierte Test durch ein Höchstmaß an Geschwindigkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus.

Fluke war der erste Hersteller von Kabeltestern, der einen solchen Test in einem Testgerät implementierte. Inzwischen bieten aber auch andere Hersteller vergleichbare Tests an, was heißen soll, dass deren Testgeräte ebenfalls Verdrahtungspläne erzeugen können, ohne sich dabei von Midspan-Controllern beeinträchtigen zu lassen. Stellvertretend sei der »LanScraperPro« von JDSU erwähnt, der dies leistet.

Andere (oft einfachere) Testgeräte messen lediglich den Widerstand einer Kabelstrecke. So können sie beispielsweise beschädigte Kabel oder defekte Stecker identifizieren, Kabellängen messen, offene Verbindungen und Kurzschlüsse feststellen. Einen Verdrahtungsplan erstellen solche Geräte nicht, dafür lassen sie sich aber auch nicht durch Midspan-Controller beeinflussen. Ein solches Gerät ist beispielsweise der »NetPower«-Tester von Blackbox. »NetPower« testet Netzwerkkabelpaare auf PoE und identifiziert dabei den Power-Typ als IEEE 802.3af, Cisco-Inline-Power (ILP) oder nicht standardisierte Typen. Der Tester führt Messungen mit einer Last durch, die eingeschaltete Geräte simulieren. Er zeigt Volt, Polarität und die Strom-Konfiguration der Kabelpaare.

Power-over-Ethernet erfreut sich in Unternehmensnetzwerken wachsender Beliebtheit. Und Midspan-Controller werden noch lange Zeit (bis alle Legacy-Switches durch Endspan-Switches ersetzt sind) eine effiziente Methode darstellen, eine Ethernet-Infrastruktur PoE-fähig zu machen. Da sich Midspan-Controller mitten im Datenverkehr befinden, muss die durch diesen Controller führende Verkabelung geprüft werden, denn nur so lässt sich der Erfolg PoE nutzender Geräte gewährleisten. »Alte« Kabeltester sind für diese Prüfung nicht geeignet, es bedarf neuer Testgeräte, die mit PoE richtig umgehen.

dj@networkcomputing.de [1]

[1] dj@networkcomputing.de