Kategorie-Archiv: Netzwerke

Powerline im Heimnetz

Durch PLC (Powerline Communications) werden Internetzugänge und Telefonie über das vorhandene Stromnetz realisiert. Der Begriff Powerline steht im Allgemeinen für die Übertragungstechnik mittels Stromleitungen.

Für die Datenübertragung wird hierbei ein Signal auf der Stromleitung moduliert.

Das 230V-Netz wird schon sehr lange für die Datenkommunikation genutzt:

  • hausinterne Gegensprechanlagen

  • Babyphones

  • Einfache Fernsteuerungen oder vernetzte Industrie-Bussysteme 

  • Inhouse Netzwerk 

Das nicht nur Internet über DSL, Satellit und Kabelnetz angeboten wird, sondern auch an der Stromleitung experimentiert wurde, ergibt sich durch die große Nachfrage nach Breitband-Internet-Zugang

Des Weiteren ist die Übertragung von Sprache und Daten über das Stromnetz von sehr starkem Interesse geworden.

Grundsätzliche Überlegungen zur Powerline Technik

  • Schirmung bei Netzwerkkabel aber nicht bei Stromkabel
  • Kabelenden weisen ein Endgerät auf, sind terminiert oder abgeschlossen
    • Termination verhindert Signalreflektionen
    • Wie Mehrwegeausbreitung und Vielfachechos
  • Parallel zum Koaxial-Kabel bei Untersuchung des dreiphasigen Stromkabels (L, N, PE) gefunden
  • Erreichen der Übertragungseigenschft beim Stromkabel durch Terminator
  • Anstatt Nutzsignal vor Störsignalen zu schützen, wird das Netz vor den Störpunkten geschützt.
  • Filter muss in die Stromverteilerkästen eingebaut werden
    • Störungsfreie Verwendung des vorhandenen Stromnetzes
    • Verfahren sorg für umbauen des gesamten Stromnetzes

 

Bekannte Probleme

  • Kabeltypen, die für die Datenübertragung genutzt werden, wurden entwickelt, um möglichst störungsfreie Signale zu übertragen
  • Die spannungführenden Andern sind mit einem metallischen Mantel umgeben und auf beiden Seiten geerdet
    • Ungeschirmte Adern hätten sie zur “Antenne” gemacht
    • Schirmung verhindert Aufnahme von Störungsstrahlen durch andere Kabel
  • Stromkabel/ Steckdose sind nicht abgeschirmt
    • Bei hoher Übertragungsfrequnz wirken die Kabel wie Antennen, die Störstrahlung aussenden
  • Störpegel, die im Kabel auftreten, macht das Powerline System instabil
    • Herabsetzung der Übertragungsfrequenz
    • Sehr hohe Schutzmassnahmen, um Störung von außen zu verhindern
  • Signale, die zusätzlich zum Strom, auf das Kabel aufmoduliet werden, stellen eine Verunreinigung dar.
    • Stromverbraucher, wie Lampen und Haushaltsgeräte -> kein Einfluss
    • Probleme bei Unterhaltungselektronik
      • Jedes Gerät müsste nachträglich Aufgerüstet werden
  • Bei Analyse eines Stromnetzes im Haushalt
    • Auftreten von periodischen Störungen durch Schlatnetze von Computern, Monitoren, Fernsehgeräten
    • Impulshafte Störungen treten durch Ein – und Ausschaltvorgänge
      • Schuld sind induktive Lastanteile der Verbraucher
      • Geräte mit Universalmotoren (Staubsauger, Bohrmaschinen und Kühlschrank)
  • Sicherheitsrisiko
    • Stromnetze werden als „shared medium“ verwendet

Funktionsweise

Die Trägerfrequenzanlage (TFA) dient zur Datenübertagung über das Stromnetz, hierfür wird das Signal ein oder auch mehrerer Trägerfrequenzen moduliert.

Die Signale werden für die Übertragung auf der 230 V Leitung im Frequenzbereich von 4,5 – 27 MHz aufmoduliert.

Die Topologie eines Powerline- Netzwerkes ist die Busstruktur, d. h. alle Ge-

räte sind an einen Datenbus angeschlossen, es kann immer nur ein ver-

wendetes Gerät senden oder empfangen.

Die Reichweite bei Powerline beträgt ca. 200m, was durchaus von der Leitungsqualität abhängt. Das eingerichtete Netzwerk ist begrenzt duch den Stromzähler und kann darüber hinaus nicht weitergeführt werden.

CENELEC-Norm

- Frequenzspektrum zur Signalübertragung eingeschränkt auf 3 – 148,5 kHz

- Sendepegel darf einen Wert von 5 mW nicht überschreiten

Techniken

- Access-Lösung

Hierbei werden die Daten direkt über den Energieversorger in den Haushalt

gespeist, d.h. das Energieunternehmen nimmt die Funktion einer Domäne

ein und versorgt die Endkunden direkt über das Stromnetz.

Es wird also ein eigenständiger Internetzugang bereitgestellt.

Diese Technik der Powerline-Übertragung ist nur in einigen Städten vorhanden,

zum Beispiel in Dresden, Ellwangen, Hameln, Haßfurt und Mannheim.

 

- Inhouse-Lösung

Hier handelt es sich sich um eine hausinterne Netzwerklösung, der

Internetanschluss muss bereits vorhanden sein.

Powerline im Heimnetz  kann eine sinnvolle Alternative zu WLAN sein (muss aber nicht xD), wenn man 2 oder mehr Rechner quer durchs Haus verbinden will.

  • Datenübertragung über normales Stromnetz

  • bisher nicht standardisiert, mehrere Initiativen (am weitesten fortgeschritten: HomePlug)

  • Modulation: bei HomePlug OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)(wie bei WLAN 802.11a und g), aber auch andere (z.B. ACSK (Adaptive Code Shift Keying))

  • Max. Datentransferrate (Brutto): bei HomePlug 14MBit

  • Max. Datentransferrate in der Realität (Netto)(mit aktivierter Verschlüsselung): bei HomePlug maximal 5.2Mbit/s (=665kByte/s) bei idealen Bedingungen (‘sauberes’ Stromnetz ohne hochfrequente Störungen)

typische Reichweiten: ca. 30 Meter

Vorteile

- mehrfaches Nutzen vorhandener Leitungen

( kein Kabelverlegen)

- wenig Installationsaufwand

Nachteile

- Abstrahlung störender Frequenzen

- niedrige Datenübertragungsraten

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VLAN mit Packet Tracer

Erstellung von VLANs unter Packet Tracer

Mithilfe des Programms Packet Tracer wird der Aufbau der Arbeitsumgebung simuliert, wobei entsprechende Einstellungen vorgenommen werden müssen, um das Netz zu konfigurieren. Den PCs werden die IP-Adressen sowie als Standard-Gatewayadressen die IP-Adresse des Routers zugewiesen.

Konfiguration

Einstellungen

Client1

Client2

Router

IP-Adresse

192.168.60.50

192.168.60.51

192.168.60.1

Subnetzmaske

255.255.255.0

255.255.255.0

255.255.255.0

Gateway

192.168.60.1

192.168.60.1

-

 

Überprüfung der Einstellungen

Hierbei wird getestet, ob die beiden Clients und der Router so konfiguriert sind, dass sie sich gegenseitig erreichen können. Zum Testen wird der Befehl [ping] verwendet.

Client1-Client2: erfolgreich

Client1-Router: erfolgreich

Skizze der Simulation

                  Router

                       |

                   Switch2

                        |

Client1——-Switch1——Client2

Konfiguration VLAN Pcket Tracer

Um ein Testnetzwerk zu unterteilen, werden zwei virtuelle Netze konfiguriert. Am anliegenden Switch werden die VLANs eingerichtet, wobei die vier eingerichteten Clients nur noch jeweils im zugewiesenen VLAN Kontakt haben. Die Unterteilung erfolgt anhand der Ports. Die PCs können durch die fehlende Port-Security erfolgreich an andere Ports angeschlossen werden, somit lässt sich die VLAN-Zuweisung ändern.

Konfiguration der Clients:
Zuweisung der IP-Adressen

PC1: 192.168.60.2 PC2: 192.168.60.3

PC3: 192.168.60.4 PC4: 192.168.60.5

Subnetzmaske: 255.255.255.0

Konfiguration des Switches:

Einrichtung VLAN Verwaltung

Switch(config)#vlan 10

Switch(config-vlan)#name verwaltung

Zuweisung der Ports

Switch(config)#interface fastethernet 0/1

Switch(config-if)#switchport mode access

Switch(config-if)#switchport access vlan 10

Switch(config)#interface fastethernet 0/2

Switch(config-if)#switchport mode access

Switch(config-if)#switchport access vlan 10

Einrichtung VLAN Geschäftsführung

Switch(config)#vlan 20

Switch(config-vlan)#name geschaeftsfuehrung

Zuweisung der Ports

Switch(config)#interface fastethernet 0/3

Switch(config-if)#switchport mode access

Switch(config-if)#switchport access vlan 20

Switch(config)#interface fastethernet 0/4

Switch(config-if)#switchport mode access

Switch(config-if)#switchport access vlan 20

Überprüfen der Einstellungen

PC1-PC2: erfolgreich

PC3-PC4: erfolgreich

PC1-PC3: fehlgeschlagen

PC3-PC2: fehlgeschlagen

Da PC1 und PC3 verschiedenen VLANs zugewiesen wurden, schlägt der Verbindungsaufbau fehl, ebenso darf das Pingen von PC3 zu PC2 nicht funktionieren. Ein Datenaustausch ist nur im gleichen VLAN möglich.

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