Begleitmaterial zum Unterricht M117 «Ethernetverkabelung»

Von der einfachen Ethernet-Netzwerkverkabelung zur UGV

Falls sie einer der folgenden Aufgabe nicht auf die Spur kommen, sind ihnen die Fachbeiträge auf dieser Webseite empfohlen oder aber jede andere Quellle im Internet oder im Buchhandel. Die Fachbeiträge können übrigens auch mittels der Suchfunktion gefunden werden.

1.0 Grundlagen

1.1 Massvorsätze üben

Zu Beginn etwas Mathematik für das bessere Verständnis der nachfolgenden Texte. Lesen sie dazu die Fachbeiträge zu den Themen Massvorsätze, Zahlensysteme, Bit & Byte. Lösen sie anschliessend die folgenden Aufgaben:

  • Der Erddurchmesser beträgt rund 13’000’000m. Wieviele km sind das?
  • Ihre ADSL-Downloadgeschwindigkeit beträgt maximal 100’000’000 Bit pro Sekunde. Geben sie diesen Wert in Mbit/s an.
  • Ihr PC arbeitet mit einem Adressbus von 64 Bit. Wie vielen Bytes entspricht dies?
  • Ihr PC hat eine Festplatte mit einer Kapazität von 7’000’000’000 Byte. Geben sie diesen Wert mit dem adäquaten Massvorsatz an.
  • Sie tippen einen Text ein. Dieser hat 12’000 ASCII-Zeichen. Wie gross ist das File? (Ein Zeichen belegt beim erweiterten ASCII-Zeichensatz 8 Bit)

1.2 Kennenlernen der verschiedenen Verbindungstypen

Sie lernen in dieser Aufgabe die Verbindungstypen Simplex, Halfduplex und Duplex kennen. Sie erhalten 3 x 4 Kästchen zu den Verbindungstypen. Einmal ein Text, dann ein Bild mit einer Analogie aus der Eisenbahnwelt und schlussendlich ein Praxisbeispiel  aus der Telekommunikation. Ordnen sie nun die Kästchen.

1.3 Netzwerktopologien

Die Netzstruktur eines Rechnernetzes wird mit seiner Topologie beschrieben, der spezifischen Anordnung der Geräte, die mittels dieses Netz untereinander verbunden sind und darüber Daten austauschen. Es wird zwischen physikalischer und logischer Topologie unterschieden.

  • Die physikalische Topologie beschreibt den Aufbau der Netzverkabelung
  • Die logische Topologie beschreibt den Datenfluss zwischen den Endgeräten

Topologien werden grafisch (nach der Graphentheorie) mit Knoten und Kanten dargestellt. In grossen Netzen findet
man oftmals eine Struktur, die sich aus mehreren verschiedenen Topologien zusammensetzt. Die Topologie eines Netzes ist entscheidend für seine Ausfallsicherheit: Nur wenn alternative Wege zwischen den Knoten existieren, bleibt bei Ausfällen einzelner Verbindungen die Funktionsfähigkeit erhalten. Es gibt neben dem Arbeitsweg einen oder mehrere Ersatzwege (oder
auch Umleitungen). Die Kenntnis der Topologie eines Netzes ist ausserdem nützlich zur Bewertung seiner Performance sowie der Investitionen und für die Auswahl geeigneter Hardware.

Für uns sind drei Netzwerktopologien relevant. Füllen sie dazu diese Tabelle aus. (Hinweis: Die Ringtopologie wird hier nicht behandelt)

1.4 Die ursprüngliche Bustopologie bei Ethernet

Die historische Netzwerktopologie, wie sie z.B. beim früheren Yellow-Kabel oder Cheap-Net (Beides Koaxialkabel) anzutreffen war, entsprach der Bustopologie: Wenn mehrere gleichzeitig «sprechen», gibt’s Kakophonie oder etwas volkstümlicher «Guggenmusik». Was sind die Nachteile dieser Topologie und wie könnte man eine Verbesserung erreichen?

1.5 Das Kabelmaterial

Beim Kabelmaterial sind zwei Ausführungen denkbar: Litze oder Draht.

  • Beschreiben sie in Stichworten den Aufbau eines solchen Leiters
  • Was sind die Eigenschaften bzw. Vorteile/Nachteile von Litze bzw. Draht? (Tipp: Physikalische Eigenschaften, Kosten, Einsatz)
  • Bei welcher Art der Netzwerkverkabelung wird Litzenmaterial eingesetzt? (Patch / UGV)
  • Welche Verbindungstechnik kommt bei Stecker- bzw. Steckdosenmontage zur Anwendung? (Crimpen / Quetschen / Schrauben / Löten)

2.0 Das Ethernetkabel

2.1 Die Ethernet-Kabelverdrahtung

Wird das Netzwerkkabel nicht korrekt verdrahtet, kann es im ungüstigsten Fall zu keiner Verbindung kommen. Geben sie an, wie das Kabel richtig verdrahtet wird, indem sie in der Zeichnung die Leiter mit den richtigen Farben kennzeichnen.

2.2 Wie schützt man sich vor Blitzeinschlag?

Richtig! Durch ein umhüllendes und geerdetes Metallgitter. Man nennt das Faradayscher Käfig.

2.3 Wie schützt man die elektrischen Verbindungen (Leitungen) vor Störungen?

  • Was bewirkt das «Verdrillte Aderpaar» oder auf Englisch: «Twisted Pair»?

Das Kupfergeflecht, mit dem Störungen abgeschirmt werden, wirkt wie ein Faradayscher Käfig. Störeinflüsse treten ausserhalb des Kabels auf. Allerdings kann die Störquelle auch innerhalb des Kabel liegen, nämlich dann, wenn sich hochfrequente Signale in einem Kabel gegenseitig stören. Beantworten sie nun die folgenden Fragen. Was bedeutet nun...

  • Screened
  • Shielded
  • Foiled

2.4 Kabelaufbau und Massnahmen gegen Störeinflüsse

  • In welcher Umgebung ist mit besonders viel elektrischer Störung zu rechnen?
  • Was bedeutet die Bezeichnung S/FTP?
  • Zeichnen Sie mit blauer Farbe Abschirmungen mit Kupferdrahtgeflecht und mit roter Farbe Abschirmungen mit Alufolie in die untenstehende Skizze ein. Schreiben Sie die volle Bezeichnung der Abkürzungen wie z.B. UTP etc. auf. (Übrigens: Zur letzten Aufgabe - Sie haben es herausgefunden? Shielded bedeutet Abschirmung des verdrillten Kabelpaares / Screend bedeutet Abschirmung als Kabelmantelung / Foiled bedeutet Folie um TwistedPair oder Folie als Kabelmantel)

2.5 Ethernetstandards und Kabelkategorien

  • Was bedeutet 100Base-T?
  • Da Kabel im Fachhandel nach Kabelkategorien bestellt wird, stellt sich die z.B. Frage, welche Bandbreite man bei CAT5e zu erwarten hat
  • Oder soll nicht besser in eine zukunftssichere Erschliessung mit Glasfaser investiert werden?

Füllen sie die folgende Tabelle aus. (Sie finden in den Fachbeiträgen Hinweise, die ihnen sicher weiterhelfen)

2.6 Netzwerkkopplungselemente

Gestern Hub, heute Switch. Zeigen sie anhand dieser Skizze die interne Arbeitsweise bzw. Unterschied zwischen einem Hub und einem Switch auf. Welches Verfahren ist performanter und warum? Und wie gestaltet sich ein Geräteaustausch Hub zu Switch?

2.7 Ethernetkabel: Straight Through oder Crossover

  • Zeichnen sie die farbigen Aderpaare und Steckerbelegungen für ein 100BaseTX-Kabel, mit dem man ein PC mit einem Switch verbinden kann. Beachten sie, dass moderne Switch's in der Lage sind, die Verbindungen «Senden» und «Empfangen» situationsbedingt auszukreuzen. Skizzieren sie daher in dieser Aufgabe ein «Straight-Through-Kabel».
  • Zeichnen sie die farbigen Aderpaare und Steckerbelegungen für ein 100BaseTX-Kabel, mit dem man direkt zwei PC's miteinander verbinden kann. Da sie nicht wissen, ob die Netzwerkkarten in der Lage sind, «Senden» und «Empfangen» auszukreuzen, skizzieren sie ein «Crossover-Kabel».

2.8 Internetzugang bei Home- und SmallOffice-Netzwerken

In’s Internet verbinden wir uns meist mit xDSL (ADSL oder SDSL). Handelt es sich bei diesen Geräten, die auf dem Markt salopp «ADSL-Router» genannt werden, nicht um wesentlich mehr als nur um «Router»? Beantworten sie dazu nun die folgenden Fragen: Zählen sie auf, welche Funktionen ein moderner xDSL-Router neben der Routingfunktion sonst noch enthält. Beschreiben sie jede Funktion mit ein paar Stichworten.

2.9 Angebote von ISP's für den Internetzugang bei Home- und SmallOffice

Suchen sie im Internet nach aktuellen Angeboten von ISP's (Internet Service Provider). Es interessieren dabei die angebotene Bandbreite, der Preis, die Verfügbarkeit, abgegebene Netzwerkgeräte wie xDSL-Router, die Unterstützung via Hotline, Kündigungstermine etc. (Hinweis: xDSL steht für ADSL, SDSL oder VDSL)

2.10 Logisches Layout und Verkabelungsplan

Haben sie schon einmal das Kabelgewirr über den Strassen von z.B. asiatischen Metropolen bewundern dürfen? So möchten wir keinem Kunden seine Netzwerkinstallation übergeben. Die Verkabelung soll strukturiert realisiert werden. Stichwort dabei ist UGV, was soviel heissen soll wie Universelle Gebäudeverkabelung. Dabei werden die Netzwerkkabel, sofern das beim Bau auch bereits so eingeplant wurde, in Netzwerkschächten geführt. Bei den festinstallierten Kabeln wird Drahtkabel verwendet. Die Anschlusskabel, sogennannte Patchkabel werden mit Litze ausgeführt.

Wichtig ist dabei: Das UGV-Kabel führt immer von einer RJ45-Steckdose zu einer RJ45-Steckdose.

Zeichnen Sie nun für dieses logische Layout den Verkabelungsplan (Physikalische Layout). Die Kabelverbindung von PC zu Switch führt durch einen Kabelkanal. Bezeichnen Sie die Geräte so, wie im logischen Layout vorgegeben. Benutzen Sie für die Patch-Kabelverbindung die Farbe Rot und für die UGV-Kabelverbindung die Farbe Blau. Beachten sie die maximale Ethernetkabellänge von 100 Meter.

3.0 Musterlösungen

Sie finden alle Lösungen zu diesen Aufgaben in den entsprechenden Fachbeiträgen auf dieser Webseite.