Übungsaufgaben zum Internetanschluss und zur Standortanbindung

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Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Internetanschluss und
Standortanbindung“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/internetanbindung
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/internetanbindung-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Internetanschluss
- FTTx
- Glasfaser
- Shared Medium
- Standleitung
- Dual-Stack
- DS-Lite
- Carrier-Grade NAT

Kompetenzstufe: Kernkompetenz (alternativ: Basiskompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Download (1 Punkt): Er sinkt im Lauf des Tages von 488 auf 214 Mbit/s um 18:30 Uhr und erholt sich spät abends. Kabelinternet ist ein Shared Medium; abends nutzen viele Haushalte im Segment gleichzeitig das Netz. Der Bedarf von 150 Mbit/s bleibt aber jederzeit gedeckt.

Upload (1 Punkt): Er liegt den ganzen Tag gleichmäßig bei 31–34 Mbit/s, also an der Grenze des Tarifs (35 Mbit/s), und damit deutlich unter den nötigen 60 Mbit/s.

Begründung (2 Punkte): Das Bild aus dem Showroom wird hochgeladen – es hängt am Upload. Weil der Upload nicht schwankt, sondern dauerhaft zu knapp ist, liegt die Ursache im asymmetrischen Tarif und nicht in der Auslastung durch andere. Das passt dazu, dass der Ton (geringe Datenrate) verständlich bleibt.

Zuordnung (je 1 Punkt):

• Stockende Videoberatung → Bandbreite mit 100 Mbit/s Upload. Das deckt die nötigen 60 Mbit/s mit Reserve.
• Tablets nicht erreichbar → festes IPv6-Präfix. Die Adressen der Tablets bilden sich aus dem Präfix; bleibt es gleich, bleiben auch die Adressen gleich, und die Einträge in der Verwaltungssoftware stimmen dauerhaft.
• Kein Ausgleich → Gutschrift je angefangene 24 Stunden. Die Störung von Samstag bis Dienstag hätte automatisch eine Gutschrift ausgelöst, ohne Antrag.

Ausfallzeit (2 Punkte):

Geg.: Verfügbarkeit A = 99{,}6\ \%, ein Jahr = 365 \cdot 24\ \text{h} = 8760\ \text{h}
Ges.: zulässige Ausfallzeit t_{aus}

t_{aus} = (1 - 0{,}996) \cdot 8760\ \text{h} = 0{,}004 \cdot 8760\ \text{h} \approx \underline{\underline{35{,}0\ \text{h}}}

Rund 35 Stunden pro Jahr sind also erlaubt – die Zusage schließt einzelne Ausfälle nicht aus.

Rechnung (3 Punkte):

Geg.: 368 GB in 25 Öffnungstagen, Überbrückung 12 Öffnungstage, Inklusivvolumen 120 GB
Ges.: Tag der Drosselung, Zusatzvolumen V_{zus}

\begin{aligned} v_{Tag} &= \frac{368\ \text{GB}}{25} = 14{,}72\ \text{GB} \\ n &= \frac{120\ \text{GB}}{14{,}72\ \text{GB}} \approx 8{,}2 \quad \Rightarrow \text{Drosselung im Laufe des 9. Öffnungstags} \\ V_{12} &= 12 \cdot 14{,}72\ \text{GB} = 176{,}64\ \text{GB} \\ V_{zus} &= 176{,}64\ \text{GB} - 120\ \text{GB} \approx \underline{\underline{56{,}6\ \text{GB}}} \end{aligned}

Maßnahme (1 Punkt), z. B.: 3D-Vorschaubilder lokal auf den Tablets zwischenspeichern; Updates und Sicherungen in dieser Zeit aussetzen; Videoberatung mit geringerer Auflösung führen.

• Bei rund 600 m sind etwa 75 Mbit/s Download zu erwarten (1 Punkt).
• VDSL ist FTTC (Fiber to the Curb): Die Glasfaser endet im Kabelverzweiger, ab dort geht es über die Kupferdoppelader weiter (1 Punkt).
• Das hochfrequente VDSL-Signal wird auf der Kupferleitung mit der Länge immer stärker gedämpft; je schwächer das Signal im Verhältnis zu Störungen ist, desto weniger Daten lassen sich pro Sekunde übertragen (1 Punkt).

Je Aussage 1 Punkt für die Einordnung, 1 Punkt für die Begründung:

1. Falsch (bzw. nur teilweise richtig): Das ist FTTB. Der Engpass von heute ist die lange Kupferstrecke von der Straße bis ins Gebäude; sie entfällt. Im Haus übernimmt das eigene Schulnetz die Verteilung – am RRB sogar mit Lichtwellenleitern zu A und C und strukturierter Verkabelung. Kurze Ethernet-Strecken im Gebäude begrenzen die Rate nicht.
2. Falsch: Über den Splitter teilen sich mehrere Anschlüsse eine Faser (GPON, Shared Medium). Ohne vertraglich zugesicherte Mindestbandbreite gilt weiter „bis zu“.
3. Nicht unbedingt: Das Medium könnte es, entscheidend sind aber Technik und Tarif. GPON ist selbst asymmetrisch (z. B. 2,5 Gbit/s abwärts, 1,25 Gbit/s aufwärts für alle Anschlüsse am Splitter zusammen), und viele Tarife bieten weniger Upload als Download. Symmetrische Raten muss die Schule ausdrücklich buchen.

OLT (Vermittlungsstelle) → Splitter → Glasfaser-Abschlusspunkt (Gf-AP) im Keller → ONT → Router/Firewall der Schule → Standortverteiler-Switch (3 Punkte; je falsch platzierter Komponente 1 Punkt Abzug).

Gestrichen (1 Punkt): VDSL-Modem – es gibt keine VDSL-Strecke mehr; Medienkonverter – das ONT übersetzt bereits vom Licht der Anbieterfaser auf Ethernet, ein weiterer Wandler ist nicht nötig.

Geg.: Stream 6 Mbit/s, Rückkanal 2,5 Mbit/s, Reserve 30 %
Ges.: Mindest-Upload r

r = (6\ \text{Mbit/s} + 2{,}5\ \text{Mbit/s}) \cdot 1{,}3 = 8{,}5\ \text{Mbit/s} \cdot 1{,}3 \approx \underline{\underline{11{,}05\ \text{Mbit/s}}}

Bewertung (je Option 1 Punkt):

• Bonding-Router: Auch der untere Messwert von 12 Mbit/s liegt knapp über den rund 11 Mbit/s. Fällt ein Netz aus, läuft die Verbindung über das andere weiter. Kosten und Aufbau passen zu einem Tag.
• 5G-Router: Die Messung schwankt zwischen 6 und 19 Mbit/s; der untere Wert reicht nicht. Am Barcamp-Samstag können viele Menschen vor Ort die Funkzelle zusätzlich belasten (Shared Medium). Günstig und schnell, aber allein zu unsicher.
• Richtfunk: Leistung weit über Bedarf, aber teuer, mit Planungsaufwand, und die Sichtverbindung ist ungeklärt – für einen einzigen Tag unverhältnismäßig.

Empfehlung (2 Punkte), z. B.: Bonding-Router, weil er als einzige günstige Option den Bedarf auch im schlechtesten gemessenen Fall deckt und den Ausfall eines Netzes überbrückt. Die Reserve ist knapp; deshalb einen Plan B mit geringerer Auflösung vorbereiten. Andere begründete Empfehlungen sind ebenfalls richtig.

Der Stream läuft nur in eine Richtung und wird beim Publikum gepuffert; ob er eine halbe Sekunde später ankommt, merkt niemand. Bei der Fragerunde sprechen Menschen abwechselnd miteinander; jede Verzögerung führt zu Pausen und Ins-Wort-Fallen (1 Punkt). Beim Bonding laufen die Daten zusätzlich über den Server im Rechenzentrum, der die Teilströme wieder zusammensetzt und auf das langsamere Netz warten muss (1 Punkt).

Rechnung (2 Punkte):

r_{720p} = (3{,}5\ \text{Mbit/s} + 2{,}5\ \text{Mbit/s}) \cdot 1{,}3 = \underline{\underline{7{,}8\ \text{Mbit/s}}} < 9\ \text{Mbit/s}

Mit 720p reicht der gemessene Upload einschließlich Reserve.

Weitere Maßnahme (1 Punkt), z. B.: den 5G-Router eines dritten Anbieters zusätzlich für die Videokonferenz nutzen; die Antennen höher montieren; die Fragen aus der Aula nur als Audio oder Chat übertragen.

• Jonas: DS-Lite (1 Punkt). Beleg (1 Punkt): keine eigene IPv4-Adresse, Hinweis auf eine DS-Lite-Gegenstelle (AFTR); dafür eine globale IPv6-Adresse aus 2000::/3 und ein delegiertes /56-Präfix.
• Anh: Dual-Stack (1 Punkt). Beleg (1 Punkt): Die IPv4-Adresse 198.51.100.73 ist öffentlich – sie liegt weder in einem privaten Bereich nach RFC 1918 noch in 100.64.0.0/10 für Carrier-Grade NAT –, und daneben gibt es ein globales IPv6-Präfix.

192.168.40.20 ist eine private Adresse nach RFC 1918; sie gilt nur in Jonas’ Heimnetz und wird im Internet nicht geroutet. Wer sie anspricht, landet im eigenen Netz (1 Punkt). Eine Portweiterleitung von einer öffentlichen IPv4-Adresse ist auch nicht möglich, weil Jonas bei DS-Lite keine hat; die öffentliche IPv4-Adresse gehört dem Übergangsrouter des Anbieters (1 Punkt). Von außen erreichbar sein kann nur die globale IPv6-Adresse des Servers 2001:db8:4c2:8e01::20, sofern die Router-Firewall den Dienst freigibt; fe80::1 ist Link-Local und gilt nur im lokalen Netz (1 Punkt).

Zwei Wege (je 1 Punkt):

• IPv6: Am Router von Jonas eine Firewall-Regel für den Port des Testservers auf 2001:db8:4c2:8e01::20 anlegen. Ohne Zusatzkosten, keine Änderung beim Anbieter.
• Ausgehender Tunnel: Der Testserver baut selbst eine VPN-Verbindung zum Büro auf (192.0.2.10); Zugriffe laufen durch diesen Tunnel. Funktioniert auch ohne eingehende Verbindungen bei Jonas.

Entscheidung (2 Punkte), z. B.: IPv6, weil alle Beteiligten es haben – Anh und das Büro sind beide Dual-Stack angebunden. Eine öffentliche IPv4-Adresse zu buchen ist nicht nötig. Der VPN-Weg ist ebenfalls gut begründbar, wenn der Testserver nicht direkt im Internet sichtbar sein soll; Anh müsste dann zusätzlich per VPN ins Büro.

Ursache (1 Punkt): Der Anbieter hat ein neues IPv6-Präfix vergeben, wie es bei Privatanschlüssen üblich ist. Damit hat auch der Testserver eine neue globale Adresse, und die alte Adresse sowie eine darauf bezogene Firewall-Regel laufen ins Leere.

Abhilfe (1 Punkt), z. B.: einen DynDNS-Dienst nutzen, der den AAAA-Eintrag eines Hostnamens automatisch aktualisiert, und im Router die Freigabe auf das Gerät statt auf die feste Adresse beziehen; alternativ beim Anbieter ein festes Präfix buchen.

• FTTB (Fiber to the Building): Die Glasfaser endet im Keller; dort sitzt die aktive Technik des Anbieters, und das Signal gelangt über die vorhandene Hausverkabelung (Telefonkabel, z. B. mit G.fast, oder Ethernet) ins Büro. Kein Leitungsbau im Haus nötig, die Rate wird aber durch die Kupferstrecke begrenzt. (2 Punkte)
• FTTH (Fiber to the Home): Eine Glasfaser wird vom Keller durch das Treppenhaus bzw. einen Steigschacht bis ins Büro gezogen; dort wandelt ein ONT das Licht in Ethernet. Volle Glasfaserrate, aber Arbeiten im Gebäude und Zustimmung des Vermieters nötig. (2 Punkte)

Angebot B entspricht FTTH (der Hausanschlusspreis deckt das Verlegen bis ins Büro) (1 Punkt).

Geg.: V = 180\ \text{GiB}, Overhead 10 %, t = 2\ \text{h} = 7200\ \text{s}
Ges.: Mindest-Upload r

\begin{aligned} \text{I:}\quad V_{bit} &= 180 \cdot 1024^3\ \text{Byte} \cdot 8\ \tfrac{\text{bit}}{\text{Byte}} = 1\,546\,188\,226\,560\ \text{bit} \\ \text{II:}\quad r &= \frac{V_{bit} \cdot 1{,}1}{t} \\ \text{I in II:}\quad r &= \frac{1\,546\,188\,226\,560\ \text{bit} \cdot 1{,}1}{7200\ \text{s}} \approx 236\,223\,201\ \tfrac{\text{bit}}{\text{s}} \approx \underline{\underline{236{,}223\ \text{Mbit/s}}} \end{aligned}

Bewertung: Umrechnung GiB in bit 1 Punkt, Overhead 1 Punkt, Zeit in Sekunden 1 Punkt, Ergebnis 1 Punkt. Wer mit GB = 10⁹ Byte rechnet (≈ 220 Mbit/s), erhält 3 Punkte.

Geg.: monatliche und einmalige Kosten laut Tabelle, Laufzeit 24 Monate
Ges.: Gesamtkosten K = 24 \cdot k_{monat} + k_{einmalig}

\begin{aligned} K_A &= 24 \cdot 89{,}00\ \text{€} = \underline{\underline{2.136{,}00\ \text{€}}} \\ K_B &= 24 \cdot 149{,}00\ \text{€} + 799{,}00\ \text{€} = 3.576{,}00\ \text{€} + 799{,}00\ \text{€} = \underline{\underline{4.375{,}00\ \text{€}}} \\ K_C &= 24 \cdot 690{,}00\ \text{€} + 1.500{,}00\ \text{€} = 16.560{,}00\ \text{€} + 1.500{,}00\ \text{€} = \underline{\underline{18.060{,}00\ \text{€}}} \end{aligned}

Je Angebot 1 Punkt.

Beispielhafte Empfehlung: Angebot B (1 Punkt).

Begründung (3 Punkte): Angebot A scheidet aus, weil 200 Mbit/s Upload unter den nötigen rund 236 Mbit/s liegen. B bietet 500 Mbit/s Upload, also gut das Doppelte des Bedarfs, und kostet über 24 Monate mit 4.375 € nur etwa ein Viertel von C. GPON ist zwar ein Shared Medium und die Rate nicht garantiert; die Sicherung läuft aber nachts zwischen 2 und 4 Uhr, wenn kaum andere Kunden Last erzeugen, und selbst eine Halbierung der Rate würde noch genügen. Entstörzeit 8 Stunden und feste IPv4-Adresse erfüllen die Anforderungen für Testserver und VPN.

Ebenfalls vertretbar ist C, wenn mit der garantierten Bandbreite und der Entstörung rund um die Uhr argumentiert wird (z. B. weil künftig die gesamte Plattform vom Büro abhängt); dann muss der Mehrpreis von 13.685 € begründet werden.

Je 1 Punkt, z. B.:

• garantierte Bandbreite, die nicht mit anderen Kunden geteilt wird (kein Shared Medium) – die Sicherung ist planbar,
• symmetrische Raten (500 Mbit/s auch im Upload, etwa für Videokonferenzen und Sicherungen),
• schnellere Entstörung (4 Stunden, rund um die Uhr) und in der Regel höhere zugesicherte Verfügbarkeit,
• als Punkt-zu-Punkt-Verbindung könnte sie das Büro auch direkt mit dem Rechenzentrum verbinden, getrennt vom öffentlichen Internet.

Andere Technik (2 Punkte): Ein Ersatzanschluss erhöht die Verfügbarkeit nur, wenn er nicht aus demselben Grund ausfällt. 5G nutzt einen anderen Anbieter bzw. ein anderes Netz und keine Leitung im Boden – ein Bagger, der die Glasfaser trennt, oder eine Störung beim Festnetzanbieter trifft ihn nicht. Der Router schaltet bei Ausfall automatisch um (Failover).

Einschränkung (2 Punkte): Mit einer CGN-Adresse funktionieren nur ausgehende Verbindungen. Der Testserver und der VPN-Zugang sind während eines Ausfalls über IPv4 von außen nicht erreichbar, weil 192.0.2.10 zum ausgefallenen Hauptanschluss gehört und am Ersatzanschluss keine Portweiterleitung möglich ist. Abhilfe wäre z. B. ein Tarif mit öffentlicher IPv4-Adresse, Erreichbarkeit über IPv6 oder ein VPN, das das Büro selbst ausgehend zum Rechenzentrum aufbaut.