Power over Ethernet (PoE) - Strom und Daten über ein Kabel einfach erklärt

Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, die es ermöglicht, sowohl Strom als auch Daten über ein einziges Ethernet-Kabel zu übertragen. Dadurch hat sich PoE als Standard für IP-Kameras, WLAN-Access Points, VoIP-Telefone und viele andere Geräte etabliert, bei denen eine separate Stromversorgung oft umständlich wäre. Statt zwei Kabeln reicht ein einziges Netzwerkkabel aus, und die Stromzufuhr erfolgt direkt über die Netzwerkleitung.

Was ist PoE und warum wird es eingesetzt?

PoE (Power over Ethernet) ist eine Technik, mit der elektrische Energie und Netzwerkdaten gemeinsam über ein Ethernet-Kabel übertragen werden. So erhält das Gerät alles Notwendige über nur eine Leitung - ein separater Netzadapter oder eine Steckdose am Installationsort entfallen.

Das Hauptziel von PoE ist die Vereinfachung der Installation von Geräten an schwer zugänglichen Orten - etwa an der Decke, an Fassaden, Masten oder in Serverschränken. Besonders relevant ist PoE für:

• IP-Überwachungskameras,
• WLAN-Access Points,
• VoIP-Telefone,
• Mini-Server, Netzwerksensoren und Controller.

PoE reduziert Installationskosten, eliminiert den Bedarf an separaten Stromleitungen und erhöht die Zuverlässigkeit: Die Stromzufuhr erfolgt zentral über einen Switch oder Injektor, Geräte können aus der Ferne neustarten und verwaltet werden.

Wie funktioniert Power over Ethernet?

PoE überträgt Strom über dieselben Adern wie das Netzwerksignal, ohne die Ethernet-Kommunikation zu beeinträchtigen. Möglich wird das durch die differenzielle Datenübertragung im Netzwerkkabel, während die Energie als Gleichspannung eingespeist wird und den Datenverkehr nicht stört.

Es gibt zwei Gerätetypen im PoE-System:

• PSE (Power Sourcing Equipment) - die Stromquelle, meist ein PoE-Switch oder -Injektor;
• PD (Powered Device) - das empfangende Gerät, etwa eine Kamera, ein Access Point oder ein Telefon.

Beim Anschluss prüft der PoE-Switch zunächst, ob das Gerät PoE unterstützt. Dazu wird ein schwaches, ungefährliches "Sondierungssignal" auf das Kabel gelegt. Erkennt der Switch den passenden Widerstand, identifiziert er die Geräteklasse und gibt erst dann die eigentliche Versorgungsspannung (meist 48 V) frei. Damit wird verhindert, dass nicht-kompatible Geräte Strom erhalten.

Ob Strom und Daten über dieselben oder verschiedene Paare laufen, hängt vom Standard ab. Moderne PoE-Standards nutzen alle vier Adernpaare, um Verluste zu minimieren und mehr Leistung bereitzustellen.

PoE-Standards: 802.3af, 802.3at (PoE+), 802.3bt (PoE++)

PoE entwickelt sich stetig weiter. Jede neue Standardversion bietet mehr Leistung und bessere Kompatibilität. Alle offiziellen Standards prüfen das angeschlossene Gerät vor der Stromzufuhr und sind damit sicher und interoperabel.

802.3af (PoE)

• Leistung pro Gerät: bis zu 15,4 W, real nutzbar ca. 12,95 W,
• für IP-Kameras, VoIP-Telefone, stromsparende Access Points,
• Spannung: 44-57 V.

802.3at (PoE+)

• Leistung: bis zu 30 W, nutzbar ca. 25,5 W,
• für leistungsstärkere Access Points und PTZ-Kameras,
• vollständig kompatibel zu af.

802.3bt (PoE++) - Typ 3 & Typ 4

• Typ 3: bis zu 60 W,
• Typ 4: bis zu 90-100 W je Gerät,
• nutzt alle 4 Adernpaare für minimale Verluste,
• geeignet für Panoramakameras, Thin Clients, Panels und leistungsstarke Geräte.

Alle bt- und at-Standards führen vor der Stromzufuhr eine Geräteerkennung durch - das macht PoE sicher. Dies unterscheidet sie klar von passivem PoE, das keine solche Prüfung vornimmt.

Aktives und passives PoE: Unterschiede und Sicherheit

Aktives PoE entspricht dem offiziellen IEEE-Standard (802.3af/at/bt) und erkennt automatisch kompatible Geräte. Der Switch oder Injektor sendet zunächst ein Testsignal und schaltet erst bei erkanntem Widerstand die Versorgung frei - so werden Geräte geschützt, die PoE nicht unterstützen.

Merkmale von aktivem PoE:

• sicher,
• herstellerübergreifend kompatibel,
• Spannung: 44-57 V,
• strikte Einhaltung der Leistungsnormen.

Passives PoE ist eine nicht standardisierte Umsetzung, typisch für manche MikroTik-Produkte und günstige IP-Kameras. Hier wird sofort eine feste Spannung (meist 24 V oder 48 V) auf das Kabel gelegt, ohne Geräteerkennung. Das kann nicht-kompatible Geräte beschädigen.

Merkmale von passivem PoE:

• günstiger,
• nicht IEEE-kompatibel,
• potenziell riskant für ungeeignete Geräte.

Fazit: Aktives PoE ist immer vorzuziehen - sicher, zuverlässig und universell einsetzbar. Passives PoE sollte nur genutzt werden, wenn die Kompatibilität genau bekannt ist.

PoE-Injektor: Funktionsweise und Einsatzgebiete

Ein PoE-Injektor speist Strom in das Ethernet-Kabel ein, wenn Ihr Switch kein PoE unterstützt. Er besitzt zwei Eingänge und einen Ausgang: Einer empfängt das Datensignal, einer wird an das Netzteil angeschlossen. Am Ausgang werden Daten und Strom kombiniert weitergegeben.

1. Empfängt reguläres Ethernet vom Switch oder Router.
2. Fügt die Versorgungsspannung gemäß Standard hinzu (meist 48 V).
3. Sendet beides gemeinsam zum Endgerät über ein Kabel.

Einsatzgebiete:

• IP-Kameras an nicht-PoE-Switches,
• Access Points, die hoch installiert werden,
• Einzelgeräte in verteilten Netzwerken,
• wenn ein kompletter Switch-Tausch nicht sinnvoll ist.

Es gibt aktive (IEEE 802.3af/at/bt) und passive Injektoren. Aktive sind sicher und mit allen PoE-Geräten kompatibel, passive eignen sich nur für spezielle Fälle und können ungeeignete Geräte beschädigen.

PoE-Switch: Funktionsprinzip und Vorteile

Ein PoE-Switch kombiniert Netzwerkswitch und Stromquelle. Jeder PoE-Port enthält ein PSE-Modul, das Strom liefert und die Leistung steuert. Anders als ein Injektor, der nur einen Port versorgt, kann ein PoE-Switch mehrere Geräte gleichzeitig speisen - von 4 bis zu 48 Ports.

1. Prüft, ob das angeschlossene Gerät PoE unterstützt.
2. Ermittelt die Lastklasse und zulässige Leistung.
3. Stellt die Versorgung gemäß Standard sicher und überwacht sie permanent.
4. Schützt vor Überlast, Kurzschluss und Überhitzung.

Vorteile eines PoE-Switches:

• Komfort: Ein Kabel für Daten und Strom,
• Sicherheit: Aktives PoE verhindert Schäden an inkompatiblen Geräten,
• Leistungsmanagement: Switch steuert die Gesamtlast,
• Fernwartung: PoE-Ports können per Software neugestartet werden.

Wer mehrere PoE-Geräte im System nutzt, ist mit einem PoE-Switch deutlich flexibler und zuverlässiger als mit einzelnen Injektoren.

Welche Geräte nutzen PoE?

PoE kommt überall dort zum Einsatz, wo Geräte dauerhaft Strom benötigen, aber separate Steckdosen unpraktisch oder unnötig wären. Daher ist PoE in modernen Netzwerken von Wohn- und Geschäftsgebäuden Standard.

Typische PoE-Geräte:

• IP-Überwachungskameras: Hauptanwendungsfeld von PoE. Kameras werden an Fassaden, Decken oder Masten montiert - PoE erleichtert die Installation und erhöht die Zuverlässigkeit.
• WLAN-Access Points: Vorzugsweise an Decken oder hoch an Wänden installiert - PoE macht separate Stromleitungen überflüssig. Die meisten modernen Business-Access Points nutzen 802.3at (PoE+).
• VoIP-Telefone: Strom und Netzwerk über ein Kabel - das vereinfacht die Einrichtung von Arbeitsplätzen im Büro.
• Netzwerksensoren, Controller, Mini-Server: Zutrittskontrolle, Klimasensoren, IoT-Geräte werden zunehmend über PoE versorgt.
• Monitore, Panels und Mini-PCs mit PoE++: Mit 802.3bt (PoE++) lassen sich Geräte bis zu 90-100 W betreiben, darunter Terminals und Displays.

Die Liste wächst stetig - PoE vereinfacht die Netzwerkstruktur und senkt die Kosten für den Ausbau.

PoE-Leistung: Wie viele Watt liefert Ethernet?

Die PoE-Leistung hängt vom Standard und der Zahl der genutzten Kabelpaare ab. Je höher die Klasse, desto mehr Watt erhält das Gerät; neuere Versionen nutzen alle vier Paare zur Verlustminimierung.

• 802.3af (PoE): bis zu 15,4 W/Port, real ca. 12,95 W.
• 802.3at (PoE+): bis zu 30 W/Port, real ca. 25,5 W.
• 802.3bt (PoE++):
  • Typ 3: bis zu 60 W,
  • Typ 4: bis zu 90-100 W.

Damit lassen sich auch stromhungrige Geräte wie große PTZ-Kameras, leistungsfähige Wi-Fi-6-Access Points, Infopanels oder Mini-PCs betreiben.

Ethernet-Kabel können Strom über Distanzen bis zu 100 Metern übertragen. Bei langen Leitungen steigt jedoch der Leistungsverlust, und die verfügbare Leistung am Endgerät sinkt leicht. Für leistungsstarke Geräte sollte daher ein hochwertiges Kabel mindestens der Kategorie Cat.5e verwendet werden.

PoE-Stromversorgung: Adernpaare, Polarität und Geräteschutz

PoE kann Strom auf zwei Arten einspeisen: Entweder über dieselben Paare wie die Datenübertragung oder über freie Paare - abhängig vom Standard und vom Ethernet-Typ.

Zwei Methoden der Stromzufuhr:

• Mode A (Datenpaare): Strom über die Paare 1-2 und 3-6.
• Mode B (freie Paare): Strom über die Paare 4-5 und 7-8.

Die PoE-Standards erlauben beide Methoden, das Endgerät erkennt automatisch beide Varianten. In modernen Gigabit-Netzwerken werden alle vier Paare für Daten genutzt, sodass PoE den Strom auf alle Paare verteilt, um Verluste zu minimieren.

Schutzmechanismen bei aktivem PoE:

• Widerstandsmessung vor Stromzufuhr,
• Ermittlung der Lastklasse,
• Schutz vor Kurzschluss,
• Abschalten bei Überhitzung oder Überlast,
• automatische Wiederherstellung nach Störung.

Aktives PoE macht Fehlinstallationen praktisch unmöglich: Strom wird erst freigegeben, wenn das Gerät seine Kompatibilität bestätigt.

Fazit

Power over Ethernet ist ein komfortabler und sicherer Weg, Strom und Daten über nur ein Netzwerkkabel zu übertragen. Dank der Standards 802.3af/at/bt ist PoE heute Basis für IP-Kameras, Access Points, VoIP-Telefone und viele IoT-Geräte. Zusätzliche Stromleitungen werden überflüssig, die Installation wird einfacher und der Betrieb zuverlässiger.

Aktives PoE erkennt automatisch den Gerätetyp, liefert eine sichere Spannung und kontrolliert die Leistung in Echtzeit - das verhindert Geräteschäden. Moderne PoE-Switches versorgen Dutzende Geräte gleichzeitig; PoE++ ermöglicht sogar die Stromversorgung von Panels und Mini-PCs.

Wer die Grundlagen von PoE versteht, kann besser das passende Equipment auswählen und ein zuverlässiges Netzwerk aufbauen, in dem Strom und Daten effizient und sicher über ein einziges Kabel übertragen werden.