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bfkl-cat-projekt/CAT-Projekt_Maar_Kittelberg...

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Carl Kittelberger \and Jenny Maar Das CAT-Projekt Ferdinand-von-Steinbeis Berufsschule 2018-03-21 de-DE ngerman
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Arbeitsauftrag

Für den Ausstellungsraum einer IT-Firma soll ein Hausnetzwerk exemplarisch auf einem Board dargestellt werden. Folgende Aufgabenstellung ist gegeben:

  1. Montage von 2 CAT6a-Datendosen mit je zwei RJ-45-Buchsen
  2. Montage von zwei AMJ-S-CAT6a-Anschlussbuchsen
  3. Montage eines 6-Port-Patchpanels
  4. Verlegung von CAT7-Leitungen
  5. Qualitätsprüfung der Leitung
  6. Herstellen von zwei Crossover-Kabel (1 Gbit/s)
  7. Einrichten eines Peer-to-Peer-Netzwerks mit zwei Notebooks
  8. Einrichten eines Internetzugangs mit Switch und Router

Montageplan

Der Montageplan beinhaltet die feste Installation des Patchpanels und der Anschlussdosen mit Verdrahtung von jeweiligen Komponenten:

{height=9cm}

Bauteile

Einzubauen sind folgende Bauteile:

  • Patchpanel, leere Netzwerkdosen

    {width=8cm}

  • ELTROPA CAT7 Kabel

    {width=8cm}

  • AMJ-S Modul CAT6A T568A

    {height=3.5cm}

  • RJ45-Stecker, CAT6 STP geschirmt

    {height=3.5cm}

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Werkzeuge

Uns stehen für das Projekt Werkzeuge aus einem Koffer zur Verfügung, enthalten sind:

  • Feinschraubendreher
  • Schraubendreher Plus-Minus
  • Anlegewerkzeug LSA-Plus
  • Automatische Abisolierzange Jokari
  • Abisolierer
  • Flachrundzange
  • Elektronikseitenschneider
  • Seitenschneider
  • Schere
  • Lineal

{height=10cm}

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Messgeräte

Zur Messung der Leitung und der durch den Aufbau zu schickenden Leitungen werden die unten aufgelisteten Geräte verwendet.

Zur digitalen Messung:

  • Ethernet Performance Tester KE7200

Zur analogen Messung:

  • Multimeter FLUKE 175
  • taco-nauert electronic Splitbox

{height=8cm} {height=8cm} {height=8cm}

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Verdrahtungsplan

{height=11.5cm}

Die Verdrahtung geschieht per Norm EIA/TIA-568A.

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Aufbau des Netzwerkkabels

{height=3cm}

Das Netzwerkkabel selbst besteht aus einem Schirmgeflecht und verschiedenen miteinander verwirrten Kabelsträngen, jeweils in Paaren mittels Folie gebündelt und voneinander isoliert. Es ist ein so genanntes Twisted-Pair-Kabel.

Twisted-Pair-Kabel

Bei Kabeln dieser Art sind die Adern in Paaren miteinander verwoben. Normalerweise entsteht die Möglichkeit, dass die parallel gelegten Adern sich gegenseitig stören und übersprechen können. Diese gegenseitige Störung nennt sich auch Crosstalk und kann am stärksten gemessen werden, wenn eine Leitung alleine Daten überträgt und dieses Signal auf die anderen Leitungen überspringt. Dadurch, dass die Adern von Leitungen in den verschiedenen Richtungen miteinander gepaart verwoben sind, wird dieser Crosstalk weitestgehend unterdrückt.

Kategorien und Klassen

Die Kabeln sind in nummerierte Kategorien eingeteilt, die jeweils den Frequenzbereich und die daraus resultierende Bandbreite und Reichweite der Kabeln bezeichnet. Die Nummerierung beginnt bei eins und inkrementiert mit neueren und fortgeschritteneren Kabelkategorien. Die Kategorien können wiederum in Klassen gruppiert werden, die ähnliche Eigenschaften aufweisen und somit verwendet werden um Geräte zu kennzeichnen, die mehrere Kategorien unterstützen.. Die am weitesten genutzten Kabeln heutzutage sind in den Kategorien CAT5 (100 MBit/s), CAT5e (1 GBit/s), CAT6 (1 GBit/s) und CAT7 (10 GBit/s). Das ELTROPA-Kabel das wir verwenden ist ein CAT7-Kabel und kann damit theoretisch bis zu 10 GBit/s übertragen, allerdings sind die Netzwerkdosen in der E-Klasse (CAT6) und können damit selbst nur 1 GBit/s durch die Leitung übertragen.

Kategorie Klasse Typ Bandbreite Anwendungen
CAT1 A UTP 0,4 MHz Telefon-/Modemleitungen
CAT2 B UTP 4 MHz Ältere Terminalsysteme
CAT3 C UTP 16 MHz 10BASE-T und 100BASE-T4
CAT4 UTP 20 MHz 16-MBit/s-Token-Ring
CAT5 D UTP 100 MHz 100BASE-TX und 1000BASE-T, LAN
CAT5e D UTP 100 MHz 100BASE-TX und 1000BASE-T, LAN
CAT6 E UTP 250 MHz 10GBASE-T
CAT6a E~A~ STP 500 MHz 10GBASE-T
CAT7 F S/FTP 600 MHz Telefon, CCTV, 10GBASE-T
CAT7a F~A~ S/FTP 1000 MHz Telefon, CCTV, 10GBASE-T
CAT8 G S/FTP 1600-2000 MHz Telefon, PoE, 40GBASE-T

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Kabelbezeichnungsschema

Kabelbezeichnungen folgen der ISO-Norm ISO/IEC-11801 (2002)E. Die Nomenklatur ist XX/YZZ, wobei:

  • XX die Gesamtschirmung bezeichnet.
    • U - ohne Schirm
    • F - Folienschirm
    • S - Geflechtschirm
    • SF - Geflecht- und Folienschirm
  • Y die Adernschirmung.
    • U - ohne Schirm
    • F - Folienschirm
    • S - Geflechtschirm
  • ZZ die Verdrillung, eigentlich immer TP für Twisted Pair.

Beispiele

UTP - Unshielded Twisted Pair

UTP ist die verbreiteste Kabelart. UTP entspricht einem Unshielded Twisted Pair Kabel, also einem nicht abgeschirmten verwobenen Kabel. Solche Kabel können mit Bandbreiten bis zu 1 GBit/s arbeiten, entsprechend klassifizierbar bis CAT6.

S/UTP - Screened, Unshielded Twisted Pair

Wie oben, jedoch ist die gesamte Kabelbündelung abgeschirmt mit einem Geflechtsstrang.

S/FTP - Screened, Foliage-shielded Twisted Pair

{height=3cm}

Wie S/UTP, außer dass die Aderpaare zusätzlich von einer Folie umgeben sind. Dies entspricht unserem ENTROPA-Kabel.

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Steckerbelegungen

Die Kabeladern müssen per einem vorgegebenen Standard mit Steckermodulen verbunden werden, um korrekt Daten zwischen zwei Netzwerkteilnehmern übertragen zu können. Die entsprechenden Standards sind in den EIA/TIA-568A und EIA/TIA-568B Normen niedergeschrieben. Festgelegt sind die exakten Kontaktbelegungen nach Farbe und Nummer.

EIA/TIA-568A

Diese Norm ist die modernere der beiden Normen die von den drei Organisationen Electronic Industries Alliance, Telecommunications Industry Association und International Telecommunications Union kreiert wurde.

{height=3.5cm}

EIA/TIA-568B

In dieser Norm sind die grünen und orangenen Kabelpaare vertauscht. Diese Norm wurde von der zum Zeitpunkt der Definition der Normen bereits stark verbreiteten 258A-Norm übernommen.

{height=3.5cm}

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LSA-Plus-Anschlusstechnik

Die Anschlusstechnik ist ein Verfahren zum Verbinden der einzelnen Adern mit Steckerverbindungen. Das Auflegen wird von einem dafür speziell gebauten Gerät übernommen. Die Plus-Erweiterung beschreibt einen Schneidklemmenwinkel von 45° zum Kabel.

Es werden mit einem speziellen Werkzeug, dem sogenannten Anlegewerkzeug, die Adern eines Kabels mitsamt Isolierung einzeln in eine so genannte Schneidklemme gepresst. Dabei wird durch das Werkzeug das überschüssige Aderende gekürzt und durch die scharfen Kontakte in der metallenen Schneidklemme die Isolierung der Ader durchtrennt und eine gasdichte, elektrische Verbindung hergestellt. Diese Verbindungstechnik funktioniert ohne Löten, Schrauben und Abisolieren, daher die Abkürzung.

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Montage der Patchdose

Mit den nun bekannten Informationen und Hilfsmitteln haben wir nun die Montage der Patchdose mit Verkabelung begonnen. Die Verkabelung findet per Norm EIA/TIA-568A statt.

Verbindung zum Patchpanel

{height=13cm}

Folgende Ziele sollten erfüllt werden:

  • Die Abschirmung sollte möglichst weit bis zum Kabelende reichen ohne eine Störung zu verursachen
  • Bei der oberen Kabelklemme von den zwei verfügbaren sollte der Schirmstrang mitbefestigt werden.
  • Bei der unteren Kabelklemme sollte das Kabel samt Verkleidung befestigt werden.

Leitungsmessungen

Nun, da die Leitungen in der Installation stehen, ist es Zeit, die Messungen durchzuführen. Wir haben für unser Projekt sowohl eine digitale Messung mit dem KE7200 und eine analoge Messung mit der Splitbox und dem FLUKE 175 Multimeter durchgeführt.

Zur Referenz, eine fehlerhafte Messung würde vom digitalen Messgerät wie folgt angezeigt werden:

{height=5cm}

Die Adern würden nicht parallel verlaufen und zu beiden Enden eine Verbindung haben.

Und bei der analogen Messung würde der gemessene Widerstand der Leitung unendlich oder sehr hoch sein.

{height=5cm}

{height=5cm}

Auf den ersten Versuch haben wir bei einer der beiden Patchdosen keine Probleme feststellen können, aber die zweite Patchdose hatte eine fehlerhafte Leitung, die durch eine nicht mit korrekten Abständen installierte Aderverbindung in der Patchdose verursacht wurde. Erst durch das Entfernen der Verbindung und der erneuten Einklemmung wurde das Problem behoben.

Mit allen Steckern im funktionsfähigen Zustand können nun Verbindungen aufgebaut werden.

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Peer-to-Peer-Netz

{width=6cm}

Das Crossover-Kabel

Für die Verbindung von zwei Rechnern wurde eigens ein normaler CAT6-Kabelabschnitt in ein Crossover-Kabel umgewandelt. Dafür kamen entsprechende RJ45-Stecker zum Einsatz, wobei an einem Ende die Leitung zum Senden und Empfangen von Nutzdaten vertauscht wurden. Exakterweise geschieht das durch Umtauschen der Belegung von jeweils Pinpaar 1 und 3 und Pinpaar 2 und 6. Das Resultat ist auch eine Kabelbelegung nach Norm EIA/TIA-568B.

{height=4.5cm}

Aufbau der Peer-to-Peer-Verbindung

Zum Aufbauen einer Peer-to-Peer Verbindung werden die Anschlüsse an den Ports des Patchpanels, die mit den Ethernet-Ports der angeschlossenen Computer verbunden sind, mit einem Crossover-Kabel miteinander verbunden. Den Computern muss vom Nutzer manuell eine statische IP-Addresse zugewiesen werden. Beide IP-Addressen müssen dabei im gleichen Subnetz liegen, in diesem Beispiel wären das 192.168.1.1 und 192.168.1.2, wobei das Subnetz zum Beispiel 192.168.1.0/24 ist.

Die entsprechenden Einstellungen werden in den Netzwerkeinstellungen der Computer vorgenommen, zum Beispiel bei Windows 10 unter "Netzwerk- und Interneteinstellungen", dort "Netzwerk- und Freigabecenter" öffnen, "Adaptereinstellungen ändern" anklicken, per Rechtsklick den entsprechenden Ethernetadapter auswählen, "Eigenschaften" öffnen, "Internetprotokoll, Version 4 (TCP/IPv4)" dann "Eigenschaften" anklicken und im sich öffnenden Dialog kann dann auf eine statische IP-Addresse umgestellt werden.

{width=6cm}

Ergebnis

Die Peers im Netz können sich gegenseitig mit Ping Anfragen und Antworten schicken:

Genauso funktioniert das verschicken von anderen Anfragen, hier zum Beispiel vom Windows-Laptop zu einem Webserver der auf dem Linux-Laptop für diesen Zweck aufgesetzt wurde:

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Client-Server-Netz

{height=10cm}

Dieses Netz konnte mit einfachen Kabeln die bereits von der Schule zur Verfügung gestellt wurden (alle CAT6) realisiert werden. Zusätzlich wurde ein ZyXEL-Router zur Verfügung gestellt, das an ein existierendes geroutetes Netz der Schule angeschlossen wurde.

Aufbau der Verbindung zum Router

Die Konfiguration der teilnehmenden Netzwerkgeräte war einfach zu bewerkstelligen. Der Router selbst richtet selbständig ein neues LAN-Netz ein mit eigenem Subnetz und eigenem DHCP-Server, der Addressen in diesem Netz vergibt. Die Clients wurden auf ihre Standardeinstellungen zurückgestellt, denn diese definieren, dass automatisch IP-Addressen ausgehandelt werden mit eben diesem DHCP-Server.

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Ergebnis

Die Clients können erfolgreich die Google-DNS-Serveraddresse im Internet anpingen:

{width=8cm}

Websites können ebenfalls ohne Probleme aufgerufen werden.

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Zeitplanung

Tätigkeit/Aufgabe Dauer (h)
Planung 1
Montage von 2 CAT 6a-Datendosen mit je zwei RJ-45-Buchsen 3
Montage eines 6-Port-Patchpanels 2
Montage von zwei AMJ-S CAT6a Modulen 1,5
Herstellen von 2 Crossover-Kabeln (1 GBit/s) 2,5
Einrichten eines Peer-to-Peer-Netzwerks mit zwei Notebooks 1
Einrichten eines Internetzugangs mit Switch und Router 0,5
Qualitätsprüfung 0,5
Gesamt 12

Kostenrechnung

Bezeichnung Menge Einzelpreis Gesamtpreis
CAT7 Netzwerkkabel (m) 7 1,50€ 10,50€
AMJ-S Modul CAT6A T568A 2 13,90€ 27,80€
RJ45-Stecker, CAT6 STP geschirmt 6 1,50€ 9,00€
6-Port-Patchpanel 1 20,00€ 20,00€
Datendosen Klasse E 3 10,00€ 30,00€
Kabelkanal (m) 1,5 17,00€ 25,50€
Arbeitszeit (h) 24 80,00€ 1.920,00€
Gesamt 2.042,80€

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Quellenangaben

Alle Quellen wurden zuletzt abgerufen am 20. März 2018.