POF-Switch

Ein POF-Switch verteilt Ethernet über mehrere POF-Ports. Er arbeitet auf Schicht 2 und bildet den Sternpunkt einer optischen Verkabelung.

Ein POF-Switch ist ein Ethernet-Switch, dessen Ports ganz oder teilweise als optische Schnittstellen für POF-Kabel ausgeführt sind. Er unterscheidet sich vom POF-Konverter dadurch, dass er nicht zwei Medien miteinander verbindet, sondern Datenpakete anhand von MAC-Adressen zwischen mehreren Ports vermittelt. Damit ermöglicht er eine sternförmige Topologie über polymere optische Fasern.

Funktion

Wie jeder Switch arbeitet auch der POF-Switch auf der Sicherungsschicht. Er lernt aus den Quelladressen eingehender Rahmen, welches Endgerät an welchem Port erreichbar ist, und leitet Pakete gezielt an den zugehörigen Port weiter statt an alle. Nur Broadcasts, Multicasts und Rahmen an noch unbekannte Ziele werden geflutet.

Die optische Umsetzung an den POF-Ports entspricht der eines POF-Konverters: Gesendet wird mit Leuchtdioden im roten Spektralbereich bei etwa 650 nm über Duplex-POF, je eine Faser pro Übertragungsrichtung. Die Eigenschaften des Mediums — Reichweite, Dämpfung, Konfektionierung — sind im Artikel POF-Kabel beschrieben und unterscheiden sich beim Switch nicht.

Portbestückung

Reine POF-Switches, bei denen alle Ports optisch ausgeführt sind, sind die Ausnahme. Verbreiteter sind Mischbestückungen: mehrere POF-Ports für die Anbindung entfernter oder störungsbelasteter Segmente, dazu ein oder mehrere RJ45-Ports als Uplink oder für lokale Endgeräte.

Häufig arbeiten die optischen Ports mit 100 Mbit/s, während der elektrische Uplink Gigabit unterstützt. Diese Asymmetrie ist beabsichtigt: Der Uplink bündelt den Verkehr mehrerer optischer Segmente. Gigabit-fähige optische Ports setzen einen Standard nach IEEE 802.3bv voraus, wenn Geräte unterschiedlicher Hersteller zusammenarbeiten sollen.

Eine Alternative zum dedizierten POF-Switch sind Standard-Switches mit SFP-Slots, in die POF-Transceiver eingesetzt werden. Das erlaubt eine gemischte Bestückung nach Bedarf, setzt aber die Verfügbarkeit passender Module und deren Akzeptanz durch den Switch voraus.

Topologie und Kaskadierung

Der entscheidende Unterschied zum Konverter liegt in der Topologie. Konverter verbinden genau zwei Punkte; mehrere Segmente lassen sich damit nur in Reihe schalten. Ein Switch bildet dagegen einen Sternpunkt, von dem aus mehrere Strecken unabhängig voneinander abgehen. Der Ausfall eines Segments betrifft die übrigen nicht.

Kaskadierte Switches verlängern zudem die Gesamtstrecke: Jeder Switch regeneriert das Signal vollständig, sodass für jeden Abschnitt das volle Streckenbudget erneut zur Verfügung steht. Eine Kette aus drei Switches mit je 50 Metern überbrückt so 150 Meter, ohne dass sich Dämpfung akkumuliert.

Der Preis dafür ist Latenz: Jeder Switch nimmt einen Rahmen im Store-and-Forward-Betrieb vollständig entgegen, bevor er ihn weitersendet. Bei üblichen Anwendungen fällt das nicht ins Gewicht, bei zeitkritischen Automatisierungsprotokollen mit engen Zykluszeiten ist die Anzahl der Kaskadenstufen dagegen ein Planungsparameter.

Werden redundante Pfade aufgebaut, ist ein Verfahren zur Schleifenvermeidung erforderlich — Spanning Tree oder ein herstellerspezifisches Ringprotokoll. Unmanaged Switches beherrschen dies nicht; ein versehentlich geschlossener Ring führt dort zum Broadcast-Sturm.

Stromversorgung und PoE

Eine optische Strecke überträgt keine Energie. Anders als bei Kupferverkabelung lässt sich ein entferntes Endgerät über POF also nicht mitversorgen — Power over Ethernet endet zwangsläufig am Switch.

Praktisch bedeutet das: Kameras, Access Points oder Sensoren am fernen Ende benötigen eine lokale Stromversorgung oder einen dortigen PoE-Injektor auf der Kupferseite hinter dem Konverter. Wo eine Leitung sowohl Daten als auch Energie führen soll, ist POF das falsche Medium. Umgekehrt kann derselbe Umstand erwünscht sein, wenn eine galvanische Trennung ausdrücklich gefordert ist.

Manche POF-Switches lassen sich ihrerseits über PoE speisen oder bieten redundante Versorgungseingänge für den Betrieb an zwei getrennten Stromkreisen.

Managed und Unmanaged

Unmanaged Switches arbeiten ohne Konfiguration und decken einfache Verteilaufgaben ab. Managed Varianten bieten VLANs zur Trennung von Netzsegmenten, Priorisierung nach Quality of Service, Port-Statistiken sowie Zustandsmeldungen über SNMP.

Für Installationen, deren Verfügbarkeit überwacht werden soll, ist der Zugriff auf Portzustände und Fehlerzähler der praktisch wichtigste Unterschied. Eine optische Strecke degradiert schleichend, etwa durch verschmutzte oder mechanisch belastete Faserenden. Ansteigende Fehlerzähler zeigen das an, bevor die Verbindung ganz abreißt — bei einem Unmanaged Switch bleibt diese Information unzugänglich.

Einsatzszenarien

Verteilung im Gebäudebestand. Ein Switch im Verteilerraum bedient über POF mehrere Räume oder Etagen, die über vorhandene Leerrohre erreichbar sind, ohne dass strukturierte Kupferverkabelung nachgerüstet werden muss.

Maschinen- und Anlagennetze. Anbindung mehrerer Schaltschränke oder Maschinen an ein übergeordnetes Netz in Umgebungen mit starken elektromagnetischen Störungen. Industrietaugliche Ausführungen sind für Hutschienenmontage vorgesehen und für erweiterte Temperaturbereiche spezifiziert.

Bereiche mit unterschiedlichem Erdpotential. Da die optischen Segmente keine leitende Verbindung herstellen, entstehen keine Ausgleichsströme zwischen den angeschlossenen Bereichen.

Auswahlkriterien

Anzahl und Datenrate der optischen Ports sowie Ausführung des Uplinks
Anschlussform auf der optischen Seite, passend zur vorgesehenen Konfektionierung
Managed oder unmanaged, abhängig vom Bedarf an VLANs und Zustandsüberwachung
Unterstützung eines Schleifenschutzverfahrens bei redundanten Pfaden
Stromversorgung, Redundanz der Versorgungseingänge, PoE-Fähigkeit der Kupferports
Temperaturbereich und Montageform bei industriellem Einsatz
Einhaltung von IEEE 802.3bv bei herstellerübergreifendem Gigabit-Betrieb