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V-Hub by Vodafone BusinessConnectivityTippsPower over Ethernet (PoE): So sparen Sie sich den Stromanschluss
Ein Netzwerkstecker mit etwas Abstand vor dem Ethernet-Anschluss eines Netzwerkrouters. Zwischen Anschluss und Stecker helle Lichtblitze.
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Power over Ethernet (PoE): So sparen Sie sich den Stromanschluss

Marcus Ladwig im PortraitMarcus Ladwig
Portrait von Dr. Lorenz SteinkeLorenz Steinke
28.11.2024
12 Min.

    Geräte im Büro einfach über das geplante oder vorhandene Netzwerk mit Strom versorgen? Der Standard „Power over Ethernet“ (PoE) verspricht genau dies und vereinfacht in der Praxis die Installation von neuen Telefonen, Netzwerk-Hubs oder Überwachungskameras. Was ist dran am Strom über das Netzwerkkabel und wie genau funktioniert die Technik?

    Je mehr Geräte sich in Ihrem Büro ansammeln, desto unübersichtlicher wird die Verkabelung. Power over Ethernet (PoE) kann hier Abhilfe schaffen, indem es bei vielen Geräten das zusätzliche Stromkabel überflüssig macht. Doch damit das funktioniert, müssen Netzwerk und Endgeräte bestimmte Voraussetzungen erfüllen.

    Inhaltsverzeichnis

    Was ist Power over Ethernet? Power over Ethernet Access Point: So funktioniert die Stromversorgung über Netzwerkkabel Diese PoE-Komponenten und Begriffe gibt es PoE-Standards und Leistungsstufen

    Was ist Power over Ethernet?

    Kabel oder Leitung

    Expert:innen unterscheiden in der Elektrik und Elektronik zwischen einem Kabel und einer Leitung. Beides sind isolierte Stromleiter mit einer oder mehreren Adern. Doch das Kabel ist normalerweise fest verlegt im Erdreich oder in Wand und Fußboden – beispielsweise bei Ihrem Kabel-Hausanschluss. Eine „Leitung“ hingegen liegt offen und ist in der Regel beweglich. So ist das Stromkabel Ihres PC eigentlich eine Stromleitung. Weil es sich im Sprachgebrauch aber so eingebürgert hat, verwenden wir hier die gängigen Bezeichnungen wie Netzwerk- und Stromkabel.

    Lange Zeit gab es in Datennetzen eine strikte Zweiteilung: Netzwerkkabel nach Ethernet-Standard waren ausschließlich für den Transport von Daten zuständig. Eine zusätzliche Spannungsversorgung erfolgte in der Regel über ein 230-Volt-Stromnetz – oder bei größeren Netzwerkinstallation (etwa in Serverräumen) auch mit 380 Volt.
    Der Stromanschluss versorgte alle Geräte mit „aktiver“ Technik an Bord mit der von ihnen benötigten Energie. Unter aktiver Technik versteht man solche Geräte, die beispielsweise Strom für das Verstärken oder Verarbeiten von Signalen benötigen und deshalb ein eigenes Netzteil für die Steckdose haben.
    Auch die meisten Endgeräte im Firmennetz wie Server, Drucker, Monitore und Desktop-Computer zählen somit zur aktiven Technik. Manche Geräte gibt es in unterschiedlichen Ausführungen wahlweise als aktive oder passive Technik, beispielsweise Netzwerk-Hubs.
    Mit dem 2003 eingeführten Standard Power over Ethernet (PoE) ist es inzwischen möglich, bestimmte Endgeräte über das vorhandene ein Ethernet-Kabel auch mit Energie zu versorgen. Ein separates Netzteil für dieses Gerät und ein Stromkabel für die Steckdose werden dann nicht mehr benötigt. Das spart nicht nur bei Neuanschaffungen Geld. Allerdings gilt dies nur für Geräte mit vergleichsweise niedrigem Stromverbrauch und auch nur in einer bestimmten Anzahl.
    = Acht Ethernet-Stecker stecken in benachbarten Anschlüssen. Über den Anschlüssen Anzeigenleuchten für die PoE-Stromversorgung.
    Seit 2003 integriert Power over Ethernet Energieversorgung und Datenübertragung über ein gemeinsames Netzwerk. Bei entsprechender Installation und Technik lassen sich Geräte mit einer Leistungsaufnahme von bis zu 70 Watt über das Firmennetz mit Strom versorgen – die Maximalspannung liegt bei 48 Volt.

    Power over Ethernet Access Point: So funktioniert die Stromversorgung über Netzwerkkabel

    Für Power overEthernet müssen Sie Ihr Netzwerk über entsprechende Einspeisepunkte mit Strom versorgen. Alle Geräte, die Sie mittels PoE versorgen wollen, müssen außerdem für diesen Standard zugelassen sein. In der Regel finden Sie bei PoE-Geräten einen entsprechenden Hinweis im Handbuch oder an dessenEthernetanschluss. Dabei können Sie innerhalb Ihres Netzwerkes PoE-Geräte und nicht PoE-fähige Geräte beliebig mischen. Die Technik der versorgenden Stelle sorgt automatisch dafür, dass letztere nicht versehentlich mit Strom versorgt werden.     Größere Geräte wie Drucker, stationäre PCs, aber auch Kopiergeräte und herkömmliche Laptops sind aufgrund ihres hohen Strombedarfs nicht für den Anschluss via PoE geeignet.Interessant ist PoE vor allem für:  
    • IP-Telefone 
    • Hubs und Switches (Netzwerkverteiler) 
    • Überwachungskameras 
    • Kleine Server wie der Raspberry Pi 
    • WLAN-Zugangspunkte und -Repeater 
    • DECT-Repeater 
    • Bewegungsmelder und andere Sensoren  
    • Bestimmte Bluetooth-Geräte 
    Die Hand eines IT-Technikers verbindet einen Ethernetstecker mit der Buchse in einem Rack

    Switched Ethernet oder Dedicated Ethernet: Bestens vernetzt

    Bei Switched Ethernet basiert Ihre Standort-Vernetzung auf Ethernet via sicherheitszertifizierter MPLS-Technologie. Mit EPL (Point-to-Point), EVPL (Hub & Spoke), EP-LAN (Any-to-Any) und/oder E-Tree (Hub & Spoke mit nur 1 EVC) werden beispielsweise der Standort A und B mit dem Zentralsitz verbunden, oder es findet eine Verbindung aller Standorte untereinander via Vollvermaschung statt.

    Dedicated Ethernet wiederum liegt eine Verbindungstechnologie von Ethernet via optischem Netz per Optical Transmission Network (OTN/DWDM) zugrunde. Die Vernetzungsoption basiert auf einer P2P-Topologie und hat Bandbreiten von 1 Gbit/s bis zu 100 Gbit/s inklusive Fiber Channel. Sie profitieren dabei außerdem von besonders geringen Latenzzeiten.

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    Diese PoE-Komponenten und Begriffe gibt es

    Power Sourcing Equipment (PSE)

    Mit Geräten für die Energieeinspeisung (englisch: Power Sourcing Equipment, kurz: PSE) versorgen Sie Ihre Ethernet-Umgebung mit der von Ihren PoE-Geräten benötigen Energie. Hierfür schließen Sie Ihr jeweiliges PSE an die Steckdose oder an das Netzteil des Serverschrankes an, in dem es verbaut ist.PoE-Switches und Injektoren
    Geräte, die Energie in Ihr PoE-Netzwerk einspeisen, werden auch als Injektoren bezeichnet. Neben Standalone-Injektoren gibt es beispielsweise Netzwerk-Switches und Hubs, die einen integrierten Injektor haben. Diese Geräte sind also gleichzeitig Netzwerk-Knoten und Energieversorgung für PoE in Einem.
    Ein Injektor nach älterem Standard kann bis zu 15 Watt einspeisen. Hochleistungs-PoE bringen es sogar auf bis zu 90 Watt. Allerdings gibt es unterwegs je nach Leitungslänge, Qualität und eventuell zwischengeschalteten Geräten immer einige Leistungsverluste, sodass die PoE-Verbraucher nicht die gesamte eingespeiste Energie auch tatsächlich nutzen können. In der Praxis wird pauschal mit einem Leitungsverlust von etwa 10 bis 20 Prozent kalkuliert – ein Wert, bei dem Sie bei üblichen Kabellängen normalerweise auf der sicheren Seite sind.
    Um ein Gerät mit einer Leistungsaufnahme von 20 Watt zu versorgen, muss Ihr Switch oder Injektor somit etwa 24 Watt an Leistung an einem einzelnen Port bereitstellen können.
    Aber Vorsicht: Bei einer Leistung von 15,4 Watt und einer Spannung von etwa 48 Volt gehen rund 320 mA durch Ihre Leitung. Für ein altes Cat-5-Kabel mit einem Widerstand von etwa 20 Ohm über die erlaubten 100 Meter ergibt sich daraus eine Verlustleistung von (320mA zum Quadrat mal 20 Ohm) etwa 2 Watt. Liegen hingegen die vollen 90 Watt an, steigt der Strom auf rund 1,9 Ampere an. Bei einem 100 Meter langen Cat-5-Kabel wären die Leitungsverluste dann bei über 70 Prozent. Für solche Extremfälle sollten Sie also ein Cat-7-Kabel verwenden. Hier liegt der Widerstand über die 100 Meter nur bei etwa 7 Ohm und der Verlust somit bei erträglichen 25 Prozent über diese große Distanz.
    Außerdem müssen Sie natürlich immer die Gesamtlast aller angeschlossenen Verbraucher beachten. Zehn einzelne PoE-Telefone, die jeweils nur 10 Watt benötigen, würden einen Hochleistungs-Injektor gegebenenfalls überlasten, sofern es keine weiteren Einspeisungen gibt.

    Powered Devices (PDs)

    Als Powered Devices werden all jene Geräte („Verbraucher“) bezeichnet, die Sie per PoE mit Strom versorgen können, also beispielsweise Telefone, Kameras oder Sensoren.

    PoE-Splitter

    Mit einem PoE-Splitter können Sie auch nicht PoE-fähige Endgeräte über Ihr PoE-Netz mit Energie versorgen. Dies kann beispielsweise überall dort sinnvoll sein, wo keine Steckdose verfügbar ist.
    Der Splitter trennt hierfür den Netzwerk-Datenkanal (auch Datenleitung genannt) wieder von der Stromversorgung und hat auf der anderen Seite zwei Ausgänge: einen Ethernet-Anschluss und einen Spannungsausgang für Schutzkleinspannung (hier im Bereich bis 48 Volt, was der Maximalwert für PoE ist). An diese beiden Ausgänge können Sie dann beispielsweise ein herkömmliches Telefon ohne PoE-Unterstützung anschließen, das sonst ein zusätzliches Netzteil benötigen würde.
    Das Bild zeigt einen Mann mit einem Smartphone

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    Art der Installation

    Bei Netzwerk-Architekturen wird zwischen einer „Midspan“- und einer „Endspan“-Installation unterschieden.
    Eine sogenannte Midspan-Installation bietet sich dann an, wenn Sie bereits ein bestehendes Netzwerk haben, das noch nicht PoE-fähig ist. Durch die Integration von PoE-Switches oder Injektoren auf dem Weg zu Ihren Endgeräten machen Sie Ihr Netzwerk PoE-fähig.
    Bei der Architekturvariante „Endspan“ errichten Sie Ihr Netzwerk stattdessen ausschließlich aus PoE-fähigen Routern, Switches und Hubs. Dies ist vor allem dann interessant, wenn Sie ein ganz neues Netzwerk errichten oder ältere vorhandene Technik komplett ersetzen möchten.
    Grafische Darstellung einer Endspan-Architektur im Netzwerk im Vergleich zu einer Midspan-Architektur.
    Beim Nachrüsten von PoE-fähigen Routern in einem Bestandsnetzwerk spricht man auch von einer Midspan-Architektur. Neue Netzwerke können Sie hingegen direkt ausschließlich mit PoE-fähigen Geräten errichten. Dies wird auch als Endspan-Architektur bezeichnet.

    PoE-Standards und Leistungsstufen

    Ein handelsübliches Ethernet-Kabel verfügt über vier sogenannte Adernpaare, also insgesamt acht Adern. Hiervon werden beim älteren Standard Fast-Ethernet nur zwei Paare für die eigentliche Datenübertragung genutzt – die anderen beiden Paare stehen somit innerhalb gewisser Grenzen für die Stromversorgung zur Verfügung.
    Aber auch in modernen Gigabit-Netzen, in denen alle vier Adernpaare für die Datenübertragung verwendet werden, kann trotzdem noch Strom an das PoE-Endgerät übertragen werden: Das Datensignal wird dann als Oberwelle auf die PoE-Versorgungsspannung von etwa 48 Volt aufgelegt und beides im Endgerät wieder getrennt.
    Doch wie bei den meisten Technologien hat auch dieses Konzept seine physikalischen Grenzen: Im PoE-Standard gibt es unterschiedliche Leistungsklassen, die unter anderem von der benötigten Netzwerkgeschwindigkeit beziehungsweise der Auslegung des jeweiligen Netzwerkes abhängig sind. Daneben gibt es weitere Faktoren, die die maximale Leistung einer PoE-Verbindung begrenzen:
    • Strom erzeugt Wärme:
      Eine einzelne Ader in einem Ethernetkabel ist um ein Vielfaches dünner als die Adern eines Stromkabels im 230-Volt-Netz. Wenn Sie durch die dünnen Ethernet-Kabel größere Stromstärken übertragen wollen, entsteht zwangsläufig Wärme. Diese könnte im schlimmsten Fall die Technik in Mitleidenschaft ziehen oder sogar einen Brand auslösen. Daher ist der Strom begrenzt, der über ein Ethernetkabel übertragen werden darf.
    • Spannungsabfall:
      Je länger ein Übertragungsweg ist, umso mehr Spannung geht auf dem Weg zum Empfänger verloren (und die verfügbare Leistung sinkt). Achten Sie daher darauf, dass Sie Ihre PoE-Peripheriegeräte mit möglichst kurzen Anschlusskabeln versehen und die Leitungswege auch bei der Verkabelung im Serverraum berücksichtigen. Die maximale Kabellänge sollte vom Injektor bis zum Endgerät nie mehr als 100 Meter betragen. Grundsätzlich können Sie längere Distanzen zwar auch mit einem oder mehreren PoE-Extendern überbrücken. Allerdings hat ein PoE-Extender in der Regel einen Eigenverbrauch von 5 Watt, sodass bei Verwendung mehrerer Extender trotz allem nicht die volle Energie bei den Geräten im Außenbereich Ihres Firmennetzes („Edge“) ankommt. Für echtes
      Edge Computing reicht das in der Regel nicht aus.
    Und noch ein Faktor beeinflusst die Stromversorgung mittels Power over Ethernet, nämlich die Kategorie Ihrer Netzwerkkabel: Je dicker die Stränge Ihres Netzwerkkabels sind, desto geringer ist der Widerstand. Mit dickeren Kabelsträngen können Sie somit auch weitere Distanzen überbrücken oder alternativ leistungshungrigere Geräte versorgen.
    Während ein älteres CAT-5e-Netzwerkkabel beispielsweise einen Leitungsquerschnitt von 0,51 Millimetern besitzt, liegt der Querschnitt bei einem CAT-7-Kabel bei 0,64 Millimetern, sodass hier mehr Strom fließen kann. In vielen Büros werden aber noch CAT-5e-Kabel verwendet. Sie sollten also vor dem Umstieg auf PoE Ihre vorhandene Installation prüfen. Die genaue Kabelbezeichnung und Kategorie finden Sie in der Regel auf die Kabel aufgedruckt.

    PoE-Standards

    Seitdem der PoE-Standard 2003 unter der Bezeichnung IEEE 802.3af-2003 definiert wurde, wurde er immer wieder fortgeschrieben. So gibt es seit 2009 einen weiterentwickelten Standard (IEEE 802.3at), der die verfügbare Leistung gegenüber den ursprünglichen Grenzwerten um fast 70 Prozent erhöht (25,5 Watt am Endgerät und 30 Watt Ausgangsleistung). Achtung: Daneben gibt es auch noch einige Hausstandards verschiedener PoE-Gerätehersteller, die untereinander nicht kompatibel sind.
    Erst mit der letzten Neuerung und Vereinheitlichung IEEE 802.3bt-2018 (auch bekannt als 4PPoE, 4-Pair-PoE, PoE++ oder High-Power PoE) wurde die Technik dann wieder branchenübergreifend kompatibel. Außerdem ist es nun möglich, Verbraucher mit bis zu 70 Watt Eingangsleistung am Endgerät zu versorgen (90 Watt am Ausgang). Hierbei werden alle vier Adernpaare des Ethernet-Kabels zur Stromversorgung zeitgleich genutzt.
    Damit ließe sich prinzipiell sogar mancher Laptop betreiben, ohne dass dieser ein eigenes Netzteil bräuchte.
    Schaubild zu PoE-Standards und den zugehörigen Leistungsstufen
    Schaubild zu PoE-Standards und den zugehörigen Leistungsstufen

    Der Verbindungsaufbau unter PoE – so funktioniert er

    Bevor die Stromversorgung für ein Endgerät über den PoE-Anschluss aktiviert wird, prüft die Versorgungsseite zuerst, ob am anderen Ende (also beim Verbraucher) ein Abschlusswiderstand mit 25 Kilo-Ohm verbaut ist. Ein solcher Abschlusswiderstand ist das Erkennungszeichen für PoE-Geräte. Gibt es einen solchen Widerstand, tauschen die beiden Geräte im nächsten Schritt ihre sogenannte Klassifizierungssignatur aus. Diese regelt, in welche von neun möglichen Leistungsklassen das zu versorgende Gerät fällt. Überwachungskameras mit integrierter Heizung benötigen beispielsweise mehr Strom als ein kleiner Temperatursensor und gehören somit einer anderen Leistungsklasse an.
    Erst wenn auch die Leistungsklasse ausgehandelt ist, wird die eigentliche Energieversorgung eingeschaltet. So ist gewährleistet, dass empfindliche Geräte, die nicht PoE-fähig sind – beispielsweise bestimmte Netzwerkkarten –, nicht versehentlich durch einen anliegenden hohen Strom zerstört werden.

    Power over Ethernet – Vor- und Nachteile

    Mit Power over Ethernet profitieren Sie von zahlreichen Vorteilen:
    • Sie müssen weniger Kabel und Leitungen in Ihren Büroräumen verlegen, weil beispielsweise Ihre Internet-Telefone nur noch ein einziges Kabel benötigen.
    • Geräte in schwer erreichbaren Positionen (etwa Überwachungskameras oder Alarmsensoren auf Fabrikdächern) können Sie dank PoE leichter anschließen, weil keine Stromversorgung per 230-Volt-Steckdose oder generell ein zweites Kabel mehr benötigt wird.
    • In Außenbereichen sowie schmutzbelasteten Produktionsumgebungen brauchen Sie keine staub- und feuchtigkeitsgeschützten 230-Volt-Steckdosen nach IP44 oder höher mehr. Eine Ethernet-Verbindung mit Kleinspannung ist in der Regel wesentlich einfacher einzurichten und gegen Umwelteinflüsse abzusichern.
    • Die Zahl der Mehrfach-Steckdosenleisten in Büroräumen geht zurück, wenn die Zahl der Netzteile abnimmt. Steckdosenleisten sind ein potenzielles Brandrisiko, weil sie oft über die vorgegebene Maximallast hinaus belastet, mechanisch beschädigt oder hintereinander geschaltet werden.
    • Mit Hilfe einer zentralen unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) können Sie die Ausfallsicherheit Ihrer angeschlossenen Geräte sehr einfach sicherstellen. Voraussetzung ist allerdings, dass auch alle aktiven Netzwerkknoten zwischen Injektor und Endgeräten entsprechend abgesichert sind.
    • Jedes im Büro nicht mehr benötigte Netzteil reduziert die Gefahr von WLAN-, PowerLAN- oder Funkstörungen infolge mangelhafter Abschirmung.
    • In Bereichen mit viel Kunden- oder Besucherverkehr sinkt durch wegfallende Steckdosen das Risiko von Stromdiebstahl oder Vandalismus – Beispiel: Restaurantterrasse oder Point-of-Sale-Infodisplay.
    • Auf Verkaufsflächen können Sie Infoterminals oder Bestellautomaten dank PoE auch dort aufstellen, wo es keine Stromversorgung gibt, sondern lediglich einen Ethernet-Anschluss.
    Allerdings hat die PoE-Technik auch einige Nachteile. Im Einzelnen sind dies:
    • Leistungshungrige Endgeräte wie Drucker oder Desktop-PC können Sie nicht per PoE mit Energie versorgen. Hier kommt die Technik an ihre Leistungsgrenzen.
    • In einem bestehenden Netz ohne PoE-fähige Switches und Hubs müssen Sie zuerst einmal neue Technik nachrüsten, bevor Sie PoE nutzen können. Den Einsparungen auf Seiten der Endgeräte und der Stromversorgung stehen also gegebenenfalls höhere Investitionskosten bei ihren Netzwerkgeräten gegenüber.
    • Wenn Sie beim Einrichten von PoE in Ihrem Netz die vorhandenen Verteilerknoten nicht austauschen, sondern eine Midspan-Architektur errichten, wird Ihr Netz im Ganzen komplexer. Dies bedeutet auch mehr Wartungsaufwand für Sie.
    • Netzwerkleitungen mit Aluminiumkern (sogenannte CCA- oder Cu/Al-Leitungen) haben einen zu hohen Innenwiderstand und vertragen sich daher nicht mit PoE. Auch in einem Glasfaser-Ethernet funktioniert PoE nicht.
    • Bei längeren Distanzen von mehr als 100 Metern müssen Sie Ihre Installation mit PoE-Extendern erweitern, was die am Ende verfügbare Energie reduziert.
    • Je länger die Verkabelung ist, je dünner die einzelnen Adern sind und je mehr Energie Sie einspeisen, desto mehr Energie geht unterwegs auch als Wärme verloren. Gleichwohl ist dieser Energieverlust bei richtiger Auslegung in der Regel geringer als der Energieverlust durch viele lokale Netzteile an allen Endgeräten.
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    Anwendungsbereiche von PoE

    Gängige Netzwerkinfrastrukturen in Büros und in der Industrie bestehen naturgemäß aus einer Vielzahl von Komponenten wie Switches, Kabeln, Netzwerkdosen und natürlich den angeschlossenen Endgeräten. Dabei gilt, dass sich der am Endgerät verfügbare Standard stets nach der „schwächsten” Komponente richtet.
    Wenn Sie also ein PoE-Netzwerk nach neuestem Standard aufbauen wollen, müssen sämtliche Komponenten denselben Standard unterstützen. Das gilt natürlich insbesondere für die Switches. Doch auch die Netzwerkkabel sollten für hohe Leistungstransporte nach neuestem Standard der modernen CAT-7-Spezifikation entsprechen.
    Die meisten handelsüblichen Geräte wie IP-Telefone oder Hubs kommen jedoch mit den geringeren Leistungsreserven der ursprünglichen PoE-Spezifikation aus. Sie arbeiten somit auch in herkömmlichen Büroinfrastrukturen zuverlässig und ohne dass größere Hardware-Umrüstungen notwendig wären.

    Das Wichtigste zu Power over Ethernet in Kürze

    • Im Jahr 2003 wurde der Power-over-Ethernet-Standard (PoE) eingeführt.
    • Er ermöglicht die Stromversorgung von Geräten mit Ethernet-Anschluss über ein normales Netzwerkkabel.
    • Seit 2003 wurde der PoE-Standard mehrfach weiterentwickelt. Inzwischen können unter optimalen Bedingungen Geräte mit bis zu 70 Watt Leistungsaufnahme versorgt werden.
    • Über sogenannte PoE-Injektoren, die in viele neure Switches und Hubs bereits integriert sind, speisen Sie die Versorgungsspannung in Ihr PoE-Netz ein.
    • Mit PoE können Sie für mehr Ordnung an Ihren Büroarbeitsplätzen sorgen und benötigen weniger Steckdosen.
    • Die maximale Leistungsaufnahme der angeschlossenen PoE-Geräte ist jedoch begrenzt.
    Marcus Ladwig im PortraitMarcus Ladwig
    Portrait von Dr. Lorenz SteinkeLorenz Steinke
    28.11.2024
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