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Fachübungen 4 – Informationstechnische Systeme bereitstellen - Elektroniker für Automatisierungstechnik

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Einleitung

Du bearbeitest im ersten Ausbildungsjahr das Lernfeld 4: Informationstechnische Systeme bereitstellen (KMK-Zeitrichtwert: 80 Unterrichtsstunden). Du lernst, einen Kundenauftrag zu analysieren, ein geeignetes IT-System zu planen, Komponenten fachlich und wirtschaftlich zu bewerten, Netzwerkeinstellungen in einer Simulation zu prüfen, Fehler systematisch einzugrenzen und Ergebnisse nachvollziehbar zu übergeben. Die Aufgaben richten sich an Auszubildende der industriellen Fachrichtung Elektroniker für Automatisierungstechnik. Arbeitsdaten, Firmennamen, Preise, IP-Adressen und Prüfwerte in den Beispielen sind ausdrücklich fiktiv.

Sicherheitsrahmen: Alle Konfigurations- und Fehlersuchübungen erfolgen ausschließlich auf Papier, mit synthetischen Daten oder in einem abgeschotteten Lernnetz beziehungsweise Simulator. Keine Verbindung zu Produktionsnetzen, keine Freigabe realer Maschinen und keine Arbeiten an offenen elektrischen Anlagen! Arbeiten an elektrischen, maschinellen oder gesundheitsgefährdenden Einrichtungen dürfen nur unter der fachlich gebotenen qualifizierten Anleitung erfolgen.

Die aktuell beim BIBB geführte industrielle Ausbildung umfasst 42 Monate und beruht auf der Ausbildungsordnung für industrielle Elektroberufe in der Neufassung von 2018 sowie dem KMK-Rahmenlehrplan vom 23.02.2018. Der konkrete Ausbildungsbeginn richtet sich nach dem individuellen Ausbildungsvertrag; er ist kein für alle Auszubildenden einheitlicher Kalendertag. Der Beruf hat eine gestreckte Abschlussprüfung mit Teil 1 und Teil 2; dieser Kurs enthält keine originalen Prüfungsaufgaben und macht bewusst keine ungeprüften Angaben zu Prüfungszeiten oder Gewichtungen. Fachlicher Ausgangspunkt: KMK-Rahmenlehrplan, Lernfeld 4, Seite 13 und BIBB-Berufsprofil.

Kundenauftrag und Anforderungsanalyse

Vom Bedarf zur überprüfbaren Anforderung

Ein IT-System im Automatisierungsumfeld kann ein Diagnose-PC, ein Bedienrechner oder eine rein virtuelle Testumgebung sein. Lastenheft bedeutet: Die auftraggebende Seite formuliert, was benötigt wird und unter welchen Bedingungen. Pflichtenheft bedeutet: Die ausführende Seite beschreibt, wie die Anforderungen technisch umgesetzt und nachgewiesen werden. Beide müssen eindeutig, vollständig und prüfbar sein. „Der Rechner soll schnell sein“ ist nicht messbar; „mindestens 16 GiB Arbeitsspeicher und Start der Lernanwendung innerhalb von 30 Sekunden im definierten Test“ ist überprüfbar.

Vorgehen bei der Analyse: Auftragsziel erfassen; vorhandene Hard- und Software dokumentieren; Anforderungen nach Muss, Soll und Wunsch sortieren; Schnittstellen und Netzgrenzen festlegen; Kosten, Nachhaltigkeit und Risiken bewerten; Abnahmekriterien vereinbaren. Nutze Fachtexte und Datenblätter auch auf Englisch: requirements, compatibility, network adapter, backup, driver.

Auftragsfrage	Eintrag im Lastenheft	Nachweis im Pflichtenheft
Anwendung	Simulation und Protokollauswertung	kompatibles Betriebssystem, 16 GiB RAM, 512-GB-SSD
Kommunikation	Verbindung zum Übungsgerät	isoliertes IPv4-Lernnetz, feste Testadressen
Datensicherung	Ergebnisse dürfen nicht verloren gehen	automatisierte Sicherung, Wiederherstellungstest
Kosten	Höchstens 850 € netto im Modell	nachvollziehbare Stückliste und Kalkulation

Typische Fehler: Produktnamen statt Anforderungen vorgeben; Anschlüsse übersehen; Voraussetzungen für Softwarelizenzen ignorieren; keine Abnahmetests festlegen; realen Anlagenzugriff voraussetzen.

Technische und wirtschaftliche Machbarkeit

Vergleiche mindestens zwei Lösungen nicht nur nach Kaufpreis: Betriebssystemunterstützung, Leistungsreserve, Reparierbarkeit, Energieaufnahme, Ersatzteilversorgung und Gesamtaufwand sind wichtig. Die Gesamtkosten einer Modellbeschaffung entstehen beispielsweise aus Hardware + Zubehör + Lizenzkosten + Arbeitszeit. Bei 2 Stunden zu 45 € pro Stunde ergibt die Dienstleistung 90 €. Die Beträge sind didaktische Rechenwerte ohne Marktpreisbehauptung. Dokumentiere bei realen Aufträgen stets Angebotsdatum, Vergleichsbasis und tatsächliche Steuern.

Hard- und Software passend auswählen

Bauteile, Schnittstellen und Kompatibilität

CPU verarbeitet Befehle; RAM hält aktive Programme und Daten flüchtig; eine SSD speichert Dateien dauerhaft; die Netzwerkschnittstelle überträgt Daten. Ein Betriebssystem verwaltet Hardware, Nutzer und Dateien. Ein Treiber ermöglicht die korrekte Ansprache bestimmter Geräte. Anwendungssoftware erledigt den Fachauftrag, zum Beispiel eine virtuelle SPS-Umgebung oder ein Protokollbetrachter. Prüfe Architektur, Schnittstellen, freigegebene Versionen, Speicherbedarf, Sicherheitspatches und Nutzungsrechte anhand der jeweiligen Dokumentation.

Schema eines Personalcomputers mit Bauteilen; Quelle: Wikimedia Commons, HereToHelp, CC BY-SA 3.0 (alternativ CC BY 2.5).

Komponente	Funktion	Fachliche Prüffrage
Prozessor	Rechenoperationen	Unterstützt er Betriebssystem und Anwendung?
Arbeitsspeicher	schneller flüchtiger Arbeitsspeicher	Reicht die Kapazität bei gleichzeitigen Programmen?
SSD	nichtflüchtiger Datenspeicher	Reichen Kapazität und Anschluss?
Netzwerkkarte	Schnittstelle zum lokalen Netz	Sind Standard und Übertragungsrate kompatibel?
Betriebssystem	verwaltet Geräte, Rechte und Programme	Gibt es Updates und passende Treiber?

Fehlerbild: Ein Rechner besitzt genügend SSD-Speicher, reagiert aber bei drei Anwendungen sehr langsam. Eine volle SSD ist nur eine mögliche Ursache; fehlender RAM, hohe CPU-Auslastung, Treiberkonflikte oder Hintergrundprozesse sind ebenfalls zu prüfen. Nicht ohne Diagnose Komponenten austauschen.

Datenmengen und Übertragungszeiten berechnen

Achte auf die Einheiten: 1 Byte = 8 bit; 1 MB = 1 000 000 Byte; 1 MiB = 1 048 576 Byte. Datenmenge = Anzahl der Datensätze × Größe je Datensatz. Eine Testanwendung schreibt 1 200 Datensätze pro Minute mit je 64 Byte. In einer Stunde entstehen 1 200 × 64 × 60 = 4 608 000 Byte = 4,608 MB ≈ 4,39 MiB. Pro Tag sind das 110 592 000 Byte. Für 7 Tage ergibt sich eine Netto-Datenmenge von 774 144 000 Byte, ohne Dateisystem- und Protokolloverhead.

Für einen idealisierten Transfer von 120 MB über einen Link mit 100 Mbit/s gilt: 120 × 8 / 100 = 9,6 Sekunden. In der Praxis ist die Dauer wegen Protokoll-, Geräte- und Speichergrenzen meist größer. Verwechsle Mbit/s nicht mit MB/s: 100 Mbit/s entsprechen theoretisch höchstens 12,5 MB/s.

Ergonomie, Beschaffung und Nachhaltigkeit

Bei einer Bildschirmarbeitsstation berücksichtige blendarmes Licht, verstellbare Sitz- und Bildschirmposition, genügend Arbeitsfläche, Kabelordnung, Pausen und individuelle Bedürfnisse. Bevorzuge bedarfsgerechte, langlebige, wartbare Hardware. Beispiel Energiebedarf: Ein Gerät mit mittleren 30 W benötigt bei 8 Stunden Nutzung 30 W × 8 h = 240 Wh = 0,24 kWh am Tag. Ein 50-W-Gerät benötigt 0,40 kWh; Differenz 0,16 kWh pro Arbeitstag. Das ist nur ein Modellvergleich; reale Leistungsaufnahmen schwanken mit Last und Betriebszustand.

Netzwerke verstehen und logisch planen

Topologien, Geräte und Protokolle

Ein LAN verbindet Geräte lokal; ein WAN verbindet größere beziehungsweise räumlich getrennte Netze. In einem sternförmigen Ethernet-LAN verbindet ein Switch Endgeräte auf der lokalen Ebene; ein Router vermittelt zwischen IP-Netzen. Ein Access Point stellt Funkzugang bereit. Ethernet beschreibt verbreitete Übertragungstechniken für kabelgebundene Netze. IP adressiert und vermittelt Pakete, TCP sorgt unter anderem für geordnete, zuverlässige Übertragung, UDP für eine verbindungslose Datagrammübertragung; DNS löst Namen auf und DHCP kann IP-Konfigurationen automatisch zuteilen.

Schemata verschiedener Netztopologien; Wikimedia Commons, Malyszkz nach Maksim, Public Domain.

Sieben Schichten des OSI-Referenzmodells als Orientierungshilfe; Michael von Brandenburg, CC BY-SA 4.0.

Vereinfachtes Kommunikationsdiagramm für den Lernfall:

Quelle	Lokale Verbindung	Ziel	Prüfkriterium
Diagnose-PC	Ethernet-Kabel zum Übungs-Switch	HMI-Simulator	IP-Konfiguration konsistent
Diagnose-PC	Ethernet-Kabel zum Übungs-Switch	SPS-Emulator	ausschließlich Testdaten
Backup-Medium	gesicherte Offline-Verbindung	Testdateien	Wiederherstellung nachweisbar

Wichtig: Ein gezeichnetes Netzwerk ist kein Nachweis einer sicheren produktiven Steuerungsarchitektur. Segmentierung, Zugriffsregelung, funktionale Sicherheit und betriebliche Freigabe gehören zur Planung qualifizierter Fachleute.

IPv4, Subnetzmaske und Adressplanung

Eine IPv4-Adresse umfasst 32 bit. Bei 192.168.50.0/27 sind 27 bit Netzanteil und 5 bit Hostanteil. Daraus folgen 2 hoch 5 = 32 Adressen im Teilnetz. Die Maske lautet 255.255.255.224. Im üblichen IPv4-Subnetz stehen nach Abzug von Netz- und Broadcastadresse 30 Hostadressen zur Verfügung: Netzadresse 192.168.50.0, nutzbare Hosts 192.168.50.1 bis 192.168.50.30, Broadcast 192.168.50.31. Die Berechnung gilt hier für das gezeigte konventionelle Lernnetz, nicht als allgemeine Aussage über alle Spezialfälle.

Visualisierung einer IPv4-Unterteilung in Teilnetze; Wikimedia Commons, Michel Bakni, CC BY-SA 4.0. Englische Beschriftung.

Eine IP-Adresse ist nicht die MAC-Adresse der Netzwerkschnittstelle. Die Subnetzmaske legt fest, welcher Adressenteil das Netz identifiziert. Das Standardgateway wird für Ziele außerhalb des lokalen Netzes benötigt. Bei zwei Geräten mit gleichem IPv4-Wert droht ein Adresskonflikt. Typische Diagnoseabfolge im abgeschotteten Übungsnetz: lokale Einstellungen vergleichen, Linkstatus prüfen, Hostadresse und Maske prüfen, erreichbares Testziel prüfen und Ergebnisse protokollieren.

Physische Schnittstellen und Medien

Ethernet-Twisted-Pair-Verbindungen verwenden häufig modulare 8P8C-Steckverbinder, umgangssprachlich oft „RJ45“. Prüfe Datenrate, passende Kabelkategorie, Schirmung, Steckertyp, Umgebungsbedingungen und zulässige Leitungslänge anhand der jeweiligen Normen und Herstellerunterlagen. Ein Link-LED-Signal zeigt nur eine mögliche physische Verbindung an: korrekte Adressierung, Anwendung und Berechtigung sind damit nicht bewiesen.

Steckverbinder und Buchse, Foto Clemens Pfeiffer; Wikimedia Commons, freie Nachnutzung mit Namensnennung.

Fachvideo zur IPv4-Adressierung (deutsch): Bitjunkie erklärt Grundlagen von IP-Adresse und Subnetzmaske. Pausiere und prüfe die Subnetzrechnung eigenständig.

Installation, Konfiguration und Fehlersuche

Geordneter Bereitstellungsprozess

Planung, Beschaffung, Konfiguration, Test und Übergabe sind getrennte Arbeitsschritte. Lege zunächst eine Soll-Konfiguration fest: Betriebssystem und Patchstand, Benutzerrollen, Netzadresse, benötigte Anwendungen, Updates, Sicherungsplan und Testfälle. Arbeite nur mit freigegebenen, legalen Lizenzen und Prüfsystemen. Für diesen Kurs genügt ein virtueller Rechner mit simuliertem Netzwerk. Installationen an realen Schaltschränken, SPSen und Produktionsmaschinen sind ausdrücklich kein Kursauftrag.

Muster für einen Prüfplan:

Test-ID	Testfall im Simulator	Soll-Ergebnis	Dokumentation
T1	Virtuelle Netzwerkkarte aktiv?	Linkstatus aktiv	Bildschirmprotokoll
T2	IPv4 von PC und Ziel vergleichen	gleiches Lern-Teilnetz, eindeutige Adressen	Adresstabelle
T3	Testpaket zum Emulator im Lernnetz	Antwort oder erklärbarer, protokollierter Filter	Testergebnis
T4	Unberechtigten Zugriff simulieren	Zugriff verweigert	Rollenmatrix
T5	Gesicherte Testdatei wiederherstellen	Inhalt stimmt mit Original überein	Prüfsumme und Datum

Fehler eingrenzen statt raten

Nutze einen reproduzierbaren Ablauf: Symptom sichern → möglichen Fehlerbereich eingrenzen → Hypothese formulieren → risikoarmen Test durchführen → Ergebnis vergleichen → Ursache dokumentieren → Lösung erneut testen. Beispiel: Ein virtueller PC hat 192.168.51.10/27, sein Emulator 192.168.50.12/27, und es gibt im Lernfall keine Weiterleitung zwischen Netzen. Die Adressen gehören verschiedenen /27-Netzen an. Die Korrektur des PC auf eine unbenutzte 192.168.50.10/27 ist eine plausible Lösung. Andere Ursachen wie Firewall-Regeln oder gesperrte Dienste müssen bei ausbleibendem Erfolg weiter geprüft werden.

Häufige Diagnosefehler: „Ping antwortet nicht“ als eindeutigen Hardwaredefekt werten; IP-Adresse mit Subnetzmaske verwechseln; DNS-Probleme mit physischem Linkausfall verwechseln; Änderungen ohne Ausgangszustand dokumentieren; ohne Befugnis Schutzmechanismen deaktivieren.

Dokumentation und Übergabe

Ein professionelles Übergabeprotokoll enthält Ausgangsauftrag, eingesetzte Komponenten und Versionen, Netzplan, Konfigurationsübersicht, sichere Zugangsdatenverwaltung ohne Klartextpasswörter, Testfälle mit Soll-Ist-Vergleich, offene Abweichungen, Backup-Nachweis und Betriebsgrenzen. Präsentiere Ergebnisse in einer Tabelle oder einer kurzen Folie und unterscheide „im Simulator geprüft“ von „in der Anlage freigegeben“. Eine digitale Simulation ersetzt niemals eine sicherheitsgerechte technische Abnahme.

Datensicherung, IT-Sicherheit und Recht

Datenverlust und Schutzmaßnahmen

Datensicherung schützt vor Datenverlust durch wiederherstellbare Kopien. Datensicherheit umfasst Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit technischer Informationen. Datenschutz schützt personenbezogene Daten und bezieht sich unter anderem auf Rechtsgrundlagen, Zweckbindung und Datenminimierung. Eine Sicherungskopie ersetzt keine Zugriffskontrolle; Verschlüsselung ersetzt keine verfügbare Sicherung. Verwende in diesem Lernkurs ausschließlich Testdatensätze ohne Personenbezug.

Als einfache Merkhilfe dient die 3-2-1-Regel: drei Datenkopien einschließlich Original, auf mindestens zwei unterschiedlich geeigneten Speichermedien oder Speicherarten, davon eine außerhalb des Hauptstandorts. Ergänze nach Risikoanalyse Schutz vor unbemerkter Veränderung, Zugriffsbeschränkung und regelmäßige Wiederherstellungstests. Ein Backup gilt erst als belastbar, wenn eine Testdatei vollständig und nachvollziehbar zurückgespielt werden kann.

Fachvideo: ValueTechTV erläutert Sicherungsfehler und die 3-2-1-Regel. Das Video enthält externe Produkthinweise und ist keine Werbeempfehlung.

Berechtigungen, Updates und Urheberrecht

Vergib Zugriffsrechte nach dem Minimalprinzip: Nutzer erhalten nur Rechte, die für ihre Aufgabe erforderlich sind. Dokumentiere Update- und Patchstände, sichere Administrationszugänge, verwende individuelle Kennungen und berücksichtige Netztrennung sowie Freigabeprozesse des Betriebs. Erstelle keine öffentlichen Screenshots mit Kennwörtern, realen IP-Adressen eines Unternehmens oder persönlichen Inhalten.

Auch technische Bilder, Software, Dokumentationen und Videos unterliegen dem Urheberrecht. Prüfe vor Übernahme Urheber, Lizenz, Lizenzbedingungen und gegebenenfalls Änderungshinweise. OER sind Bildungsmaterialien mit einer ausdrücklichen offenen Nutzungslizenz oder entsprechend freiem Status, nicht einfach alle kostenlos abrufbaren Inhalte. Die unten belegten Commons-Dateien lassen sich mit den angegebenen Bedingungen verwenden; externe Videos bleiben grundsätzlich im Recht ihrer jeweiligen Anbieter.

Vollständiger berufstypischer Modellfall: Diagnosearbeitsplatz

Auftrag und Modell-Datenblatt

Fall: Die rein erfundene Firma „Testwerk Lernsysteme“ möchte einen offline betriebenen Diagnosearbeitsplatz für eine virtuelle Förderbandsteuerung. Es existiert kein reales Förderband und es werden keine Produktionsdaten verarbeitet. Eine Fachkraft hat die Anforderung für die Lernsimulation freigegeben: Ein Diagnose-PC mit mindestens 16 GiB RAM und 512-GB-SSD, ein Gigabit-Übungsswitch, zwei Patchkabel, ein externes Sicherungsmedium und eine nachvollziehbare Abnahme. Für das Rechenbeispiel gilt die Netto-Obergrenze von 850 €, einschließlich 2 Stunden konzeptioneller Arbeit.

Variante oder Position	Fiktiver Nettopreis	Daten oder Begründung
PC A, generalüberholt	420 €	8 GiB RAM, 256 GB SSD; erfüllt die Muss-Anforderungen nicht
PC B, reparierbar	550 €	16 GiB RAM, 512 GB SSD; erfüllt die Muss-Anforderungen
Gigabit-Lernswitch	85 €	mindestens fünf Ports, ausschließlich Testnetz
Zwei Patchkabel	24 €	2 × 12 €, passende Steckverbinder
Backup-SSD	90 €	separates Sicherungsmedium für Testdateien
Konzeptionsarbeit	90 €	2 h × 45 €/h; synthetischer Stundensatz

Musterentscheidung: PC B statt PC A wählen. Kalkulation: 550 + 85 + 24 + 90 + 90 = 839 € netto. Gegenüber der 850-€-Grenze bleiben 11 € Reserve. Die Alternative PC A wäre billiger, verfehlt aber zwei zwingende Leistungsanforderungen. Eine mögliche Einkaufsteuer, Versandkosten oder reale Stundenpreise werden hier nicht erfunden; im echten Auftrag wären sie zu ergänzen.

Muster-Netzplan und Rechenweg

Das gesamte Szenario befindet sich im virtuellen Labor. Adressraum 192.168.50.0/27, Maske 255.255.255.224, Netzwerk 192.168.50.0, Broadcast 192.168.50.31, 30 nutzbare Adressen. Die Adresse .1 ist lediglich als reserviertes Testgateway eingetragen; ein Internetrouter wird nicht vorausgesetzt.

Virtuelles Gerät	IPv4-Adresse	Funktion und Abnahme
Reserviertes Testgateway	192.168.50.1	Platzhalter, keine reale Route
Diagnose-PC	192.168.50.10	soll den Emulator im gleichen Teilnetz erreichen
HMI-Simulator	192.168.50.11	nur synthetische Anzeigedaten
SPS-Emulator	192.168.50.12	ausschließlich Simulation, keine Aktoren

Rechenweg: 32 − 27 = 5 Hostbits; 2 hoch 5 = 32 Adressen; im üblichen Fall 32 − 2 = 30 nutzbare Hostadressen. Alle drei virtuellen Endgeräte liegen zwischen .1 und .30 und nutzen eindeutige Werte. Der Switch überträgt lokale Frames, verteilt aber nicht automatisch IP-Adressen. Für feste Adressen ist kein DHCP-Dienst erforderlich.

Datenmuster: Pro Minute werden 1 200 virtuelle Zustände mit je 64 Byte protokolliert. Pro Stunde: 1 200 × 64 × 60 = 4,608 MB. Für sieben Tage: 4 608 000 × 24 × 7 = 774 144 000 Byte ≈ 774 MB. Selbst mit zusätzlichem Verwaltungsaufwand ist die 512-GB-SSD für diese isolierte Datenmenge deutlich größer als benötigt. Speicherreserven für Betriebssystem und Software sind separat einzuschätzen.

Synthetischer Fehler und dokumentierte Lösung

Fehlermeldung F-01: Der Diagnose-PC erreicht im Simulator 192.168.50.12 nicht. Im Ist-Protokoll steht versehentlich 192.168.51.10/27 statt 192.168.50.10/27; der Emulator hat 192.168.50.12/27. Hypothese: Netzkonflikt wegen abweichenden dritten Oktetts. Test: Einstellungen mit dem freigegebenen Soll-Adressplan vergleichen. Korrektur im Simulator: PC 192.168.50.10/27 setzen. Erwartetes Ergebnis: Lokale Erreichbarkeit kann hergestellt werden, sofern Link, Firewall und emulierter Dienst dies zulassen. Der Status wird erst nach einem aufgezeichneten Test als bestanden markiert.

Musterarbeitsprodukt – Auszug aus dem Abnahmeprotokoll:

Prüffeld	Nachweis	Ergebnis
Hardware-Abgleich	16 GiB RAM und 512-GB-SSD der gewählten Option B	erfüllt
Budget	Kostentabelle mit Summe 839 €	erfüllt
Adressierung	.10, .11, .12 eindeutig im /27-Netz	erfüllt
Fehler F-01	Soll-Ist-Vergleich und korrigierte virtuelle PC-Adresse	in Simulation nachvollzogen
Datensicherung	Testdatei kopiert und erfolgreich wiederhergestellt	nur bei protokolliertem Test erfüllt
Übergabe	Netzplan, Versionen, offene Punkte, keine Passwörter	dokumentiert

Bewertungsraster für den Modellfall

Kriterium	Maximalpunkte	Volle Punktzahl, wenn ...
Auftragsanalyse	15	Muss-Anforderungen, Grenzen und sichere Testumgebung klar dokumentiert sind.
Komponentenwahl und Kosten	15	Kompatibilität, Nachhaltigkeit und 839-€-Kalkulation begründet sind.
Subnetz und Adresstabelle	25	/27-Maske, Netz, Broadcast, 30 Hosts und eindeutige Adressen korrekt sind.
Datenrechnung	15	Bytes, MB, Zeitraum, Rechenweg und Einheit sauber unterschieden werden.
Fehlerdiagnose und Schutz	15	Ursache hypothesengeleitet geprüft und Backup-/Zugriffsmaßnahmen bedacht werden.
Prüfprotokoll und Kommunikation	15	Soll-Ist, Teststatus, Grenzen und lesbare Übergabe vollständig sind.
Gesamt	100	Fachliches Verständnis und prüfbare Musterarbeitsprodukte entscheiden.

Qualitätsstufen: 90–100 Punkte = sehr sicherer Fachtransfer; 75–89 = weitgehend selbstständig; 60–74 = Grundanforderungen mit Verbesserungsbedarf; unter 60 = Nacharbeit mit gezieltem Feedback. Die Punkteskala ist ausschließlich ein didaktisches Raster und kein Kammer-Prüfungsschema.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz: Fachwissen anwenden

Wähle jeweils eine richtige Antwort. Die Rückmeldung nach jeder Frage erklärt das entscheidende Kriterium.

Welche Aussage trifft auf ein Pflichtenheft zu? (Es beschreibt die technische Umsetzung und überprüfbare Abnahme einer Anforderung.) (!Es benennt ausschließlich den Preiswunsch des Kunden.) (!Es ersetzt jedes Testprotokoll nach der Inbetriebnahme.) (!Es enthält nur eine Auflistung vorhandener Geräte.)

Rückmeldung: Im Pflichtenheft steht, wie die Anforderungen aus dem Lastenheft erfüllt und geprüft werden sollen.

Welche PC-Variante erfüllt die Muss-Anforderungen des Modellfalls? (PC B mit 16 GiB RAM und 512 GB SSD.) (!PC A mit 8 GiB RAM und 256 GB SSD.) (!Beide Varianten sind technisch identisch.) (!Keine Variante kann je für einen Diagnoseplatz verwendet werden.)

Rückmeldung: Entscheidend sind gleichzeitig RAM- und SSD-Mindestanforderung, nicht nur der Anschaffungspreis.

Welche Rolle hat der Arbeitsspeicher RAM? (Er hält gerade benötigte Daten und Programme flüchtig bereit.) (!Er übernimmt die dauerhafte Archivierung ausgeschalteter Geräte.) (!Er verbindet zwei verschiedene IP-Netze miteinander.) (!Er ersetzt das Betriebssystem bei jeder Installation.)

Rückmeldung: RAM ist schnell und flüchtig; eine SSD dient normalerweise der dauerhaften Speicherung.

Wie viele Adressen umfasst ein IPv4-Teilnetz mit Präfix /27? (32 Adressen.) (!16 Adressen.) (!64 Adressen.) (!256 Adressen.)

Rückmeldung: Fünf Hostbits ergeben zwei hoch fünf gleich 32 Adressen; im üblichen Teilnetz sind 30 Hosts nutzbar.

Welcher IPv4-Wert gehört im Modell zur Broadcastadresse von 192.168.50.0/27? (192.168.50.31) (!192.168.50.0) (!192.168.50.32) (!192.168.51.31)

Rückmeldung: Der Adressblock eines /27-Netzes enthält hier die letzten Oktettwerte 0 bis 31.

Welche Aufgabe erfüllt ein Switch im lokalen Ethernet-Lernnetz typischerweise? (Er vermittelt Ethernet-Frames zwischen angeschlossenen Geräten.) (!Er vergibt zwangsläufig öffentliche Internetadressen.) (!Er stellt ohne Software jedes Datei-Backup wieder her.) (!Er ersetzt alle Regeln zur Benutzerberechtigung.)

Rückmeldung: Ein Switch übernimmt lokale Vermittlung und ist weder automatisch Router noch Sicherungssystem.

Welche Datenmenge entsteht bei 1200 Datensätzen pro Minute zu je 64 Byte in 60 Minuten? (4608000 Byte.) (!76800 Byte.) (!460800 Byte.) (!46080000 Byte.)

Rückmeldung: Datensätze pro Minute mal Bytes pro Satz mal 60 liefert 4 608 000 Byte.

Was bedeutet die führende Drei der 3-2-1-Regel? (Drei vorhandene Kopien der Daten einschließlich des Originals.) (!Drei identische Passwörter für alle Konten.) (!Drei Server müssen im selben Raum betrieben werden.) (!Drei Tage dürfen niemals gesichert werden.)

Rückmeldung: Mehrere Kopien reduzieren das Risiko eines vollständigen Verlusts; Wiederherstellungstests bleiben notwendig.

Was ist bei dem simulierten Fehler 192.168.51.10/27 gegenüber Ziel 192.168.50.12/27 zuerst zu prüfen? (Ob Quelle und Ziel gemäß Sollplan im gleichen Teilnetz liegen.) (!Ob die Tastaturbelegung des PC korrekt eingestellt ist.) (!Ob das Gehäuse des Switches eine andere Farbe hat.) (!Ob ein neues Benutzerfoto gespeichert wurde.)

Rückmeldung: Die beiden Adressen gehören zu verschiedenen /27-Netzen; zuerst den Soll-Ist-Abgleich durchführen.

Welcher Nachweis eignet sich für die Abnahme einer Datensicherung am besten? (Eine protokollierte Wiederherstellung einer Testdatei mit Inhaltsprüfung.) (!Ein Screenshot des unbestätigten Sicherungsknopfs.) (!Eine bloße Zusage, dass eine Kopie existiert.) (!Das Umbenennen einer Datei in Backup ohne Kopie.)

Rückmeldung: Entscheidend ist die nachgewiesene Wiederherstellbarkeit, nicht das alleinige Vorhandensein eines Dateinamens.

Memory: Begriffe und Funktionen

Finde die fachlich richtigen Paare. Jeder Begriff kommt nur einmal vor.

Lastenheft	Beschreibt die Anforderungen aus Sicht des Auftraggebers
Pflichtenheft	Beschreibt Umsetzung und Prüfkriterien durch die ausführende Seite
Arbeitsspeicher	Flüchtiger Speicher für aktuell benötigte Daten
Subnetzmaske	Kennzeichnet den Netzanteil einer IP-Adresse
Switch	Vermittelt Frames im lokalen Ethernet
Wiederherstellungstest	Prüft die tatsächliche Lesbarkeit gesicherter Daten

Drag and Drop: Richtige Zuordnung

Ordne den Fachbegriff seiner Bedeutung zu.

Ordne die Begriffe korrekt zu.	Bedeutung im Übungsfall
DNS	Namensauflösung zu Netzadressen
DHCP	Automatische Zuteilung von Netzkonfigurationen
Router	Vermittlung zwischen verschiedenen IP-Netzen
Treiber	Bindeglied zwischen Betriebssystem und passender Hardware
SSD	Dauerhafter elektronischer Datenspeicher

Kreuzworträtsel: Netz und System

Trage die fachlich passenden Einzelwörter ein.

LASTENHEFT	Wie heißt die Anforderungssammlung aus Kundensicht?
SWITCH	Welches Gerät vermittelt im LAN Ethernet-Frames?
ROUTER	Welches Gerät verbindet unterschiedliche IP-Netze?
TREIBER	Welche Software spricht eine bestimmte Hardwarekomponente an?
BACKUP	Wie heißt eine Sicherungskopie in der IT-Kurzsprache?
SUBNETZ	Wie nennt man einen abgegrenzten Teil eines IP-Netzes?

LearningApps: Ergänzende interaktive Übungen

Die externe Suchseite zeigt zusätzliche Lernangebote. Prüfe vor Nutzung selbst Aktualität, fachliche Genauigkeit und Nutzungsrechte einzelner Apps; die Suchseite ist keine eigens erstellte oder geprüfte App.

Lückentext: Fachbegriffe im Zusammenhang

Das Dokument mit den Anforderungen aus Sicht des Kunden heißt

.

Die geplante technische Umsetzung wird im

beschrieben.

Der flüchtige Hauptspeicher eines Rechners heißt

.

Eine SSD dient der dauerhaften

.

Ein lokales Rechnernetz wird auch

genannt.

Die Vermittlung von Frames im lokalen Ethernet ist eine typische Aufgabe des

.

Die Maske 255.255.255.224 entspricht dem Präfix

.

Bei fünf Hostbits umfasst der betrachtete Adressblock

IPv4-Adressen.

Die automatische Zuweisung einer Netzkonfiguration kann mit

erfolgen.

Der Nachweis der Nutzbarkeit einer Sicherung gelingt durch einen

.

Für die Fehlersuche vergleichst du den Sollzustand mit dem

.

Abschließend hältst du die Ergebnisse in einem

fest.

Offene Aufgaben

Bearbeite insgesamt zwölf Aufgaben auf drei Niveaus. Nutze nur anonymisierte oder künstlich erzeugte Daten und niemals eine reale Maschinenfreigabe.

Leicht

Computerhardware: Erstelle eine beschriftete Skizze eines Diagnose-PCs mit CPU, RAM, SSD und Netzwerkschnittstelle. Erläutere je eine Funktion.
Lastenheft: Formuliere für einen rein virtuellen Wartungs-PC drei überprüfbare Muss-Anforderungen und zwei Wunsch-Anforderungen.
Rechnernetz: Zeichne eine Sternstruktur mit einem Übungsswitch, zwei simulierten PCs und einem HMI-Simulator. Markiere die Verbindungsarten.
Datensicherung: Stelle die 3-2-1-Regel als eigene Infografik dar und ergänze einen konkreten Wiederherstellungstest mit einer Testdatei.

Standard

Pflichtenheft: Überführe vier Anforderungen aus deinem Lastenheft in ein Pflichtenheft mit Lösung und jeweils einem Abnahmetest.
Subnetzmaske: Berechne für 192.168.50.0/27 Netzadresse, Broadcastadresse, Maske und Hostanzahl; weise drei eindeutige Testadressen zu.
Wirtschaftlichkeitsrechnung: Vergleiche PC A und PC B des Modellfalls anhand der Muss-Anforderungen, erstelle die 839-€-Kalkulation und beurteile die 11-€-Reserve.
Fehlerdiagnose: Erstelle zu F-01 ein Ablaufdiagramm mit Symptom, zwei Hypothesen, risikoarmen virtuellen Tests und dokumentierter Entscheidung.

Schwer

Netzwerkplanung: Plane zwei getrennte virtuelle Test-Teilnetze aus 192.168.50.0/24 mit jeweils mindestens zehn möglichen Hosts und begründe die gewählten Präfixe.
Datenauswertung: Erstelle ein Tabellenblatt für sieben Tage mit 1 200 Datensätzen pro Minute zu 64 Byte und vergleiche dezimale MB mit binären MiB.
IT-Sicherheit: Entwickle eine Rollenmatrix für Ausbildungs-PC, betreuende Fachkraft und Gastzugang samt Sicherungs- und Wiederherstellungsverfahren in einer Simulation.
Technische Dokumentation: Verfasse ein vollständiges Pflichtenheft und eine fünfminütige Übergabepräsentation für den Modellfall mit messbaren Soll-Ist-Nachweisen und reflektierten Grenzen.

Musterlösungen und Bewertungshinweise zu den offenen Aufgaben

Aufgabe	Beispiel für ein fachlich tragfähiges Ergebnis und Prüfkriterium
L1	Skizze mit vier benannten Komponenten; RAM ist flüchtig, SSD nichtflüchtig.
L2	Beispiel: mindestens 16 GiB RAM, 512-GB-SSD, Testnetz ohne Produktionsverbindung; jedes Muss ist testbar.
L3	Drei Endgeräte am Switch; keine falsche Behauptung, ein Switch sei automatisch Router.
L4	Original plus zwei Sicherungskopien und eine räumlich getrennte; Testdatei wird nachweislich wiederhergestellt.
S1	Tabelle aus Anforderung, technischer Umsetzung, messbarem Test und Sollwert; keine vagen Adjektive.
S2	255.255.255.224; Netz .0, Broadcast .31, übliche Hostzahl 30 und drei verschiedene Adressen .10 bis .12.
S3	PC B ist technisch geeignet; 550 + 85 + 24 + 90 + 90 = 839 €; 11 € Budgetreserve sind knapp.
S4	Falsches drittes Oktett als begründete Hypothese; Gegenprüfung von Link und Regelwerk als Alternative.
H1	Beispielsweise 192.168.50.0/28 und 192.168.50.16/28 mit je 14 nutzbaren Hosts; getrennte Netze.
H2	4 608 000 Byte pro Stunde und 774 144 000 Byte pro Woche; Formel und Einheit nachvollziehbar.
H3	Gast nur Lesezugriff auf Testdaten, Fachkraft administrative Freigabe; Wiederherstellung dokumentiert.
H4	Versionierte Konfiguration, Netzplan, Kosten, Testprotokoll, offene Risiken und klare Abgrenzung zur Anlagenfreigabe.

Lernkontrolle

Löse diese zusätzlichen Transferaufgaben schriftlich und vergleiche danach deine Begründung mit den Lösungskriterien.

Anforderungsmanagement: Eine Kundin schreibt nur „möglichst schnell und sicher“. Formuliere vier nachweisbare Anforderungen mit messbaren Kriterien.
Netzwerkdiagnose: Ein Lern-PC kann seine eigene Adresse sehen, aber den Emulator nicht erreichen. Erkläre zwei unabhängige Fehlerursachen und die Reihenfolge deiner Prüfungen.
Einheitenumrechnung: Rechne 250 MB in Mbit um und ermittle eine ideale Mindestübertragungsdauer bei 100 Mbit/s; erläutere die praktische Abweichung.
Nachhaltige Beschaffung: Eine billigere Hardwarevariante erfüllt eine Muss-Anforderung nicht. Bewerte die Entscheidung mithilfe von Kosten, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer.
Datenschutz: Ein Team möchte reale Nutzerkennungen in einen öffentlich abrufbaren Übungskurs übernehmen. Entscheide begründet über ein datensparsames Alternativverfahren.
Qualitätssicherung: Ein Backup läuft laut Zeitplan, aber die Wiederherstellung scheitert. Leite drei geeignete Maßnahmen und einen Abnahmenachweis ab.

Musterantworten zur Lernkontrolle

Frage	Erwartungshorizont
1	Konkrete RAM-/SSD-Größen, Startzeit im festen Test, Rollenprüfung, definierter Backup-Test mit klaren Sollwerten.
2	Beispielsweise falsche IP-/Maskenkombination und blockierender Testdienst; zuerst Soll-Ist, dann Link, Erreichbarkeit, Dienst und Regeln prüfen.
3	250 MB = 2 000 Mbit; bei idealen 100 Mbit/s = 20 s; reale Zeit durch Overhead und Gerätegrenzen größer.
4	Anforderungen zuerst als Ausschlusskriterium verwenden, anschließend Anschaffungs- und Folgekosten sowie Reparierbarkeit vergleichen.
5	Keine realen Kennungen veröffentlichen; vollständig synthetische Daten einsetzen und Zweck, Zugriff und Löschung beschreiben.
6	Sicherungsprotokoll untersuchen, Test auf separatem Medium wiederholen, Defekt beheben und Restore mit Prüfsumme nachweisen.

Lernnachweis

Als Lernnachweis reichst du ein Portfolio aus Soll-Ist-Analyse, einseitigem Pflichtenheft, beschriftetem Hardware- und Netzplan, /27-Subnetzrechnung, Kostenkalkulation, simuliertem Fehlerprotokoll, Wiederherstellungsnachweis für Testdateien und kurzer Übergabepräsentation ein. Die Lehrkraft bewertet die fachliche Korrektheit, Rechenwege und Einheiten, reproduzierbare Tests, Sicherheitsbewusstsein, Datenschutz, fachsprachliche Erläuterungen sowie den Transfer auf einen anderen virtuellen Auftrag.

Selbstreflexion: Kannst du die Entscheidung für PC B fachlich begründen? Kannst du die 30 nutzbaren Hosts eines /27-Netzes herleiten? Erkennst du den Unterschied zwischen einer gelungenen Simulation und einer freigegebenen Anlage? Dokumentiere mindestens eine Verbesserung nach Rückmeldung. Das Bewertungsraster des Modellfalls bietet eine transparente Orientierung ohne Anspruch auf eine offizielle Prüfungsbewertung.

OER und Wikipedia

Verifizierte fachliche Quellen:

KMK: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik, Fassung 23.02.2018, Lernfeld 4 auf PDF-Seite 13 – amtlicher Bildungsplan; keine pauschale freie Nachnutzung behauptet.
BIBB: Berufsprofil mit Rechtsgrundlagen, Ausbildungsdauer und Einsatzgebieten – amtliche Berufsübersicht.
IHK Karlsruhe: Prüfungsstruktur für den Beruf – Informationen zu Teil 1 und Teil 2, ohne Übernahme originaler Prüfungsaufgaben.
Wikipedia: Rechnernetz – Überblick über Netze, Geräte und Topologien; Artikel unter CC BY-SA gemäß Wikipedia-Lizenzhinweisen.
Wikipedia: IP-Adresse – Begriffe und Adressierung; jeweilige Versions- und Lizenzhinweise beachten.
Wikipedia: Datensicherung – Ergänzung zu Backup-Strategien und Restore.

Quellen- und Rechteübersicht der eingebetteten Medien:

Exakte Datei oder Medienadresse	Geprüfte Quellseite	Urheber beziehungsweise Anbieter	Rechte und Nutzung
File:Personal computer, exploded 6.svg	Wikimedia Commons	HereToHelp	CC BY-SA 3.0, alternativ auf Dateiseite ausgewiesene Lizenz
File:NetworkTopologies.svg	Wikimedia Commons	Malyszkz nach Maksim	Public Domain gemäß Dateiseite
File:ISO OSI-Modell.svg	Wikimedia Commons	Michael von Brandenburg	CC BY-SA 4.0
File:Subnetting Concept.svg	Wikimedia Commons	Michel Bakni	CC BY-SA 4.0
File:RJ-45-Stecker-und-Buechse.jpg	Wikimedia Commons	Clemens Pfeiffer	Freie Nutzung mit Attribution laut Dateiseite
https://www.youtube.com/watch?v=86ss1VVtcoA	YouTube: IPv4-Adresse und Subnetzmaske	Bitjunkie	YouTube-Video des Anbieters, keine offene Lizenz behauptet; nur eingebettet
https://www.youtube.com/watch?v=_8Wqicf-eyo	YouTube: Das 1x1 der Datensicherung	ValueTechTV	YouTube-Video des Anbieters, keine offene Lizenz behauptet; nur eingebettet

Hinweis zu externen Medien: Verlinkung und Einbettung vermitteln kein eigenes Recht zur Weiterverbreitung der Videodateien. Das Öffnen von YouTube und LearningApps kann Daten an deren Betreiber übertragen. Für barrierearme Arbeit steht sämtliches prüfungsrelevante Fachwissen zusätzlich als Text im Kurs.

Weiterführender Wikipedia-Artikel (Deutsch):

Verknüpfte Lernbereiche

Der Kurs knüpft an elektrotechnische Grundlagen, Steuerungen und die späteren Aufgaben der Netz- und Systemintegration an. Vertiefe die Themen über das Berufsportal Ausbildung – Elektroniker für Automatisierungstechnik sowie passende Kurse, soweit diese auf MOOCwiki bereits veröffentlicht sind: Fachübungen 1, Fachübungen 3 und Fachübungen 9. Diese Links ersetzen keine Prüfung der jeweiligen Veröffentlichung.

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