Netzwerktechnik – Switches und Verkabelung

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In der Netzwerktechnik nehmen Switches und die Verkabelung zentrale Funktionen ein. Was zu beachtende Unterschiede und Auswahlkriterien betrifft, soll nachfolgend erörtert werden.

Netzwerk-Kabel

Abschirmung

Netzwerkkabel sind als 4-paarig verdrillte Einzelkabel mit gemeinsamem Kupfer-Geflecht zur Abschirmung externer Störfelder ausgeführt (S/FTP – Screened Foiled Twisted Pair). Die Verdrillung eliminiert intern auftretende Störfelder.
Kabel mit einzeln zusätzlich mit Geflecht abgeschirmten Aderpaaren bezeichnet man als S/STP-Kabel (Screened Shielded Twisted Pair).
Bei FTP-Kabeln (Foiled Twisted Pair) wird kein Kupfer-Geflecht, sondern eine aluminiumbedampfte Folie verwendet.
Ein sog. Beidraht dient in allen Varianten als Masseleitung.

Eine Sonderstellung nehmen UTP-Kabel (Unshielded Twisted Pair) ein, die über keinerlei Abschirmung verfügen und daher auch keinen Beidraht führen.

Klassifizierung (CAT)

Die Kategorien CAT1 bis CAT6(A) werden nicht behandelt, da sie den heutigen Bandbreiten-Anforderungen nicht mehr entsprechen, wenn 10 Gbit/s-Ethernet oder höher gefordert sind.

Ab CAT7 sind die Adernpaare einzeln geschirmt. Sie entsprechen den Anforderungen nach IEEE 802.3an, können bis 600 MHz, CAT7A bis 1.000 MHz und Datenraten von bis zu 10 Gbit/s in 10GBASE-T-Anwendungen eingesetzt werden.
Die maximale Kabellänge beträgt 100 m bei der nominellen Übertragungsgeschwindigkeit.

Die derzeit höchste Datenrate erreichen Kabel der Kategorie CAT8.2, die eine Bandbreite von 2Gbit/s und eine Datenrate von 40 Gbit/s für 25GBASE-T, bzw. 40GBASE-T-Anwendungen aufweisen.
Bei 40GBASE-T ist die Kabellänge auf 30m limitiert.

Glasfaser vs. Kupfer

Die Leistungsfähigkeit der Kupferleitungen, insbesondere CAT8, ist mittlerweile mit Glasfaser vergleichbar. Dennoch gibt es einen nur mit Kupfer realisierbaren Unterschied, nämlich PoE (Power over Ethernet), der Spannungsversorgung von Verbrauchern, wie z,.B. Kameras über das Ethernet-Kabel.

Ist PoE nicht gefordert, geht der Trend zu Glasfaser, obwohl das Handling, wie die Konfektionierung der Steckverbindungen weitaus komplexer und Spezialwerkzeug erforderlich ist.

Preisfrage

Der Preisunterschied CAT7(A) zu CAT8(.1/.2) ist mit 10% marginal. So kann man für 3m CAT7 etwa 10 Euro, für CAT8.1 rund 11 Euro kalkulieren.
Wichtig ist jedoch zu bedenken, dass die Infrastruktur, wie z.B. Switche ebenso die Klassifikations-Anforderungen erfüllen, sollen sie nicht das Nadelöhr im Datenfluss darstellen.

Hub vs. Switch

Hubs und Switche dienen der Verteilung des eigehenden Datenstroms, so z.B. vom Router, über verfügbare Port-Anschlüsse Richtung Endgeräte, wie Computer, Drucker, Scanner, Kameras oder andere Netzwerkgeräte.

Hub

Der Hub verteilt den eigehenden Datenstrom gleichmäßig auf alle Ports. Angeschlossene Teilnehmer nehmen den Datenstrom entgegen.

Switch

Ein Switch analysiert den Header des empfangenen Datenstroms. Die erkannte MAC-Adresse definiert das Zielgerät. Wird die MAC-Adresse nicht erkannt, sendet er das Datenpaket an alle Ports. Sobald das relevante Zielgerät antwortet, übermittelt es seine MAC-Adresse, die der Switch daraufhin in seine CAM- (Content Adressable Memory), auch SAT-Tabelle (Source-Adress-Table) genant, einträgt. Somit können mittels der MAC-Adresse Pakete ohne Umweg sofort an die korrekte Zieladresse weitergeleitet werden.
Durch die direkte Zuordnung via MAC-Adresse werden Kollisionen von Datenpaketen vermieden und eine Vollduplex-Kommunikation ermöglicht, womit der Datendurchsatz optimiert wird.

Weiter können Switches virtuelle LANs (VLAN) aufbauen und Datenverkehr auf verschiedene logische Netze auteilen und so getrennt von einander verarbeiten.

Ports

Die Anzahl der Ports ist variabel, von 4, 8, 16, 24 bis hin zu 48 Ports ist auf dem Markt alles zu bekommen.

Man sollte also zunächst alle Geräte notieren, die per LAN an einen Switch angeschlossen werden sollen.

Bei via PoE zu versorgenden Endgeräten ist die Stromaufnahme zu beachten. Denn die Summe aller PoE-Ports bestimmt die geforderte Gesamtleistung der Spannungsverorgung des Switches – und damit auch den Preis.

Ein z.B. 16-Port-Switch kann u.U. 12 Nicht-PoE-Ports, sowie 4 PoE-Ports zur Verfügung stellen. Es ist also wichtig zu prüfen, wieviel PoE-Ports tatsächlich – und mit welcher Leistung -. verfügbar sind.

In Anbetracht der meist wachsenden Netzwerk-Infrastruktur sollte eine gewisse Reserve in der Port-, wie PoE-Port-Anzahl bedacht werden.

Switches – (un)managed

Es teilen sich viele Hersteller den Markt. Aus meiner Sicht ratsam ist stets einen Hersteller zu wählen, der im Business-Sektor tätig und so über fundierte Erfahrung in diesem Marktsegment verfügt.

Zu unterscheiden ist zwischen sog. managed und unmanaged Switches. Nur managed Switches sind konfigurierbar. Wenn auch die Konfigurierbarkeit anfangs selten eine Bedeutung für den individuellen Anwender hat, so ist, wie meist im Leben, mit der Zeit der Anspruch höher und damit die Erfordernis einer Konfigurationsmöglichkeit absehbar.

Die Einfachheit der Konfiguration sinkt mit zunehmender Professionalität und damit einhergehender steigender Komplexität der Administration.

Ein Switch „funktioniert“ jedoch stets in seiner werksseitigen Grundkonfiguration. Somit ist – erst einmal – kein Konfigurationsaufwand zwangsläufig, wenn auch optional, gegeben.

Insoweit kann man sich nun auf managed Switches konzentrieren.

Hersteller von Switches

Die Qual der Wahl reduziert sich m.M.n. auf zwei Hersteller. Wer Cisco-affin ist, wird ohne Frage Cisco wählen. Wer noch nicht voreingenommen ist, kein endloses Budget zur Verfügung und nicht der Business-Profi in Sachen Netzwerk ist, wird Ubiquiti schätzen lernen.

Beiden Herstellern gemeinsam ist, dass i.d.R. größere Switche (z.T. bereits ab 8, bzw. 16 Ports) Uplink-Ports (SFP/SFP+ mit 16 Gbit/s oder Enhanced Quad-Small Form-factor Pluggable mit 40 Gbit/s (QSFP+)) mittels Glasfaser-Anschlüssen, meist 2 oder 4 Stück zur Verfügung stellen.
QSFP-DD (Double Densitity) unterstützt bis zu 56 GBit/s und 400 Gbit/s.

Die maximale Kabellänge für Uplink-Ports nach o.g. Standards beträgt je nach Fasertyp 550m (Multimode) oder 10 km (Singlemode LX), bzw. 40 km (Singlemode EX) und 80 km (Singlemode ZX).

CWDM und DWDM-Module ermöglichen gar Entfernungen von bis zu 80, bzw. 120 km, sofern entsprechende Sendeleistungen und Empfangsempfindlichketen gegeben sind.

Cisco

Der wohl renommierteste Hersteller dürfte Cisco sein. Oft schreckte die, weil nahezu alle Möglichkeiten abdeckende und damit sehr komplexe, Administration, nichtprofessionelle Anwender ab. Im professionellen Umfeld ist Cisco nicht wegzudenken und Quasi-Standard.

SG und CBS (Cisco Business Switch) bedienen den privaten Anwender, wie kleinen bis mittleren Unternehmer, Cisco Catalyst richtet sich an industrielle Anwender und Cisco Nexus an Netzwerkstrukturen, die hohe Skalierbarkeit und entsprechende Performance benötigen.

Ubiquiti

Ubiquiti ist ein ursprünglich im professionellen Bereich tätiger Hersteller, nicht nur von Switchen, sondern auch WLAN- und Richtfunk-Komponenten, der eine Consumer-Schiene mit professioneller Technik aus dem Business-Sektor zu erschwinglichen Preisen anbietet.
Zudem zeichnet er sich durch einen 24/7-Online-RealTime-Support aus, der aus der Controller-GUI heraus aufrufbar ist und sich auch remote aufschalten kann. Sitzungsprotokolle werden aufgezeichnet und nach Sitzungsende per Mail zur Verfügung gestellt. So lassen sich auch im Nachhinein noch die Schritte im Einzelnen nachvollziehen.

UniFi und Edge sind die von Ubiquiti angebotenen Sparten für den Consumer- und Enterprise-Markt. Beide Linien haben den Vorteil einer umfassenden, netzwerkweiten Visualisierung und einer zentralen, dedizierten Verwaltung via UniFi CloudKey Controller oder UniFi DreamMachine (UDM), speziell in Verbindung mit dem UniFi-Kamera-System (UniFi Protect), bzw. UniFi DreamRouter (UDR).
Alle Pro- oder Enterprise-Varianten unterstützen erweiterte Layer-3-Funktionen, wie z.B. VLAN.