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Power over Ethernet (PoE)

Die Stromversorung von Endgeräten in der Netzwerktechnik wurde bisher den Herstellern der Endgeräte selber überlassen. Die lösten die Stromversorgung mit geringen Leistungen meist über Steckernetzteile. Dazu ist neben jeder Netzwerkdose auch eine Steckdose des 230V-Netzes erforderlich. Mit dem IEEE-Standard Power over Ethernet (PoE) bzw. IEEE 802.3af wurde dieses Problem gelöst. Laut Spezifikation wird eine Leistung von 12,95 Watt zu Verfügung gestellt. Damit eignet sich diese Technik hervorragend, um Webcams, Print-Server, IP-Telefone (Voice-over-IP), Wireless LAN Access Points, Handheld-Computer und sparsame Notebooks mit Strom zu versorgen.

Die Stromversorgung über die Signalleitungen wirkt sich bei 10BaseT (10 Mbit/s) und 100BaseTX (100 Mbit/s) nicht allzu störend auf das Ethernet-Signal aus. Auf 1000BaseT Gigabit-Ethernet ist PoE zwar möglich, wird aber nicht empfohlen, da 1000BaseT alle 8 Adern im Kabel belegt und man deshalb in jedem Fall auf das ohnehin empfindliche Gigabit-Ethernet-Signal einwirken würde.

Bis alle eingesetzten Switches und Hubs über PoE verfügen, muss man noch auf eine Bastellösung zurückgreifen. Bei einzelnen Komponenten, die über Power over Ethernet mit Strom versorgt werden können, tut es ein einfacher Power Injektor, der im Leitungsnetz zwischen Hub/Switch und Endgerät geschaltet wird. Gibt es in einem Netzwerk mehrere Power-over-Ethernet-Endgeräte, dann ist ein Power Hub notwendig, der dann beim Hub/Switch installiert sein sollte.

Die Technologie von Power over Ethernet erlaubt es, kleinere Netzwerkgeräte, wie z. B. IP-Telefone, Accesspoints, Netzwerkameras etc. ohne eine externe Stromquelle zu betreiben. Die Idee der Stromversorgung über die Netzwerkleitung ist jedoch schon älter, nur gab es bislang keinen gültigen Standard, so dass verschiedene Hersteller eigene Lösungen entwickelten. Dadurch war die Gefahr groß, daß man aus Versehen inkompatible Komponenten durch das Anschliessen beschädigt. Im IEEE 802.3af wird zwischen 2 Kernkomponenten unterschieden:

  • Power Sourcing Equipment (PSE) – Diese Komponenten speisen das Netz mit Strom. Es sind meistens aktive Netzkomponenten oder Patchfelder mit PoE-Support.
  • Powered Devices (PD) – Dies sind die Energieverbraucher. Sie müssen PoE unterstützen.

Bei den Stromeinspeisungen unterscheidet man zwischen Endspan und Midspan Insertion. Die Endspan-Systeme sind aktive Komponenten (hauptsächlich Switches), die die angeschlossenen Geräte direkt über die Ethernetports mit Strom versorgen. Die Nachteile dieser Geräte sind hohe Leistungsaufnahme und hohe Abwärme. Die Midspan-Systeme nehmen die Daten der aktiven Komponente entgegen und leiten sie gemeinsam mit der Versorgungsspannung an die Endgeräte weiter.

Die Übertragung der 48-V-Gleichspannung ist für maximal 100 Meter ausgelegt, was auf das Ethernet abgestimmt wurde. Die angeschlossenen Geräte dürfen 350 mA Strom abnehmen und die maximale Speiseleistung beträgt 15,4 W. Die Versorgung der Endgeräte erfolgt über Cat. 5 Kabel mit RJ-45-Steckern. Das PoE-Verfahren macht sich die Tatsache zu nutze, dass von den 4 vorhandenen Adernpaaren lediglich 2 zur Datenübertragung benutzt werden.

poePoE Schutzmechanismen

Da man in einem LAN natürlich nicht nur PoE-Geräte betreiben will, hat das IEEE ein Verfahren erarbeitet, das Endgeräte vor möglichen Schäden schützt. Dieses Verfahren wird Resistive Power Discovery genannt. Hierbei prüft der PSE das PD auf Kompatibilität, indem es in zyklischen Abständen einen minimalen Strom einspeist und daran erkennt, ob das PD einen 25-Kiloohm-Abschlusswiderstand besitzt. Wenn nicht ist das Endgerät nicht PoE-fähig. Wenn ja kann der PSE das PD mit Energie versorgen.

Jetzt wird das PD mit einer geringen Leistung versorgt. Das PD signalisiert nun dem PSE welcher der 5 Leistungsklassen es angehört. Die Erkennung erfolgt innerhalb einer Sekunde. Einen weiteren Schutz bietet der Disconnect-Schutzmechanismus. Wenn ein PD entfernt wird, deaktiviert der PSE automatisch die Stromversorgung des entsprechenden Ports. Dieser Mechanismus soll das Vertauschen von PoE-fähigen mit Standardgeräten verhindern. Es werden folgende Leistungsklassen unterschieden:

Klasse Verwendung Max. Einspeiseleistung (PSE) Max. Entnahmeleistung (PD)
0 default 15,4W 0,44W bis 12,95W
1 optional 04,0W 0,44W bis 3,84W
2 optional 07,0W 3,84W bis 6,49W
3 optional 15,4W 6,49W bis 12,95
4 reserviert 15,4W reserviert

Belegung des RJ45-Steckers

Für die Übertragung der Stromversorgung wird das Adernpaar 4/5 für den Pluspol und das Adernpaar 7/8 für den Minuspol verwendet.

Pin  Leitung
1 TX+
2 TX-
3 RX+
4 PoE/G
5 PoE/G
6 RX-
7 PoE / -48V
8 PoE / -48V

Wird die Netzwerkverkabelung auch für andere Anwendungen (z. B. für Telefonie) genutzt, dann ist Vorsicht beim Einsatz von Power-over-Ethernet-Netzwerk-Komponenten geboten. Mit einem Mechanismus sollten die Power-over-Ethernet-Netzwerkkomponenten vor dem Einschalten der PoE-Stromversorgung alle angeschlossenen Endgeräte auf PoE-Unterstützung überprüfen. Auf einen Anschluss sollte nur dann Spannung geschaltet werden, wenn dort auch ein Endgerät mit PoE-Unterstützung angeschlossen ist.


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