Ethernet: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Ethernet''' - Technik für kabelgebundene Datennetze


=Namensherkunft=
=== Beschreibung ===
*Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz)
{| class="float"
*Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum.
|+ Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel
=Definition=
|-
*eine Technik die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert
| style="background-color:#ffeebb;" | Anwendung || style="background-color:#ddddff;" | [[HTTP]] || style="background-color:#ddddff;" | [[IMAP]] || style="background-color:#ddddff;" | [[SMTP]] || style="background-color:#ddddff;" | [[DNS]] || style="background-color:#ddddff;" | …
*beschreibt wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können.
|-
*ursprünglich für lokale Netzwerke gedacht (daher auch LAN-Technik)
| style="background-color:#ffeebb;" | Transport
*ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten
| colspan="3"  style="background-color:#eeeeff;" | [[TCP]]
| colspan="2"  style="background-color:#eeeeff;" | [[UDP]]
|-
| style="background-color:#ffcc99;" | '''Internet'''
| colspan="5"  style="background-color:#9999ff;" | '''[[IP]] ([[IPv4]], [[IPv6]])'''
|-
| style="background-color:#ffeebb;" | Netzzugang
| style="background-color:#eeeeee;" | [[Ethernet]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[TokenBus]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[TokenRing]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[WLAN]]
| style="background-color:#eeeeee;" | …
|-
|}
 
Beschreibt, wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können.
* Ursprünglich für lokale Netzwerke gedacht (daher auch LAN-Technik).
* Ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten.
 
; Technik für kabelgebundene Datennetze
{| class="wikitable options big"
|-
! Bereich !! Beschreibung
|-
| [[Software]] || Protokolle, Rahmenformate, …
|-
| [[Hardware]] || Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten, …
|}
 
; Übertragungsraten
Spezifiziert
* 1, 10 Megabit/s
* 100 Megabit/s (Fast Ethernet)
* 1000 Megabit/s (Gigabit-Ethernet)
* 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400 Gigabit/s spezifiziert,
 
In Entwicklung
* 800 Gigabit/s und 1,6 Terabit/s
 
; Ausdehnung
In seiner ursprünglichen Form erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude; Ethernet-Standard-Varianten über Glasfaser haben eine Link-Reichweite von bis zu 80 km, proprietäre auch mehr.


=Verwendung=
Die Ethernet-Protokolle umfassen Festlegungen für Kabeltypen und Stecker sowie für Übertragungsformen (Signale auf der Bitübertragungsschicht, Paketformate).  
*zum Kommunizieren mehrerer Computer, Drucker, Scanner und dergleichen unter- oder miteinander
* Im [[OSI-Modell]] ist mit Ethernet sowohl die physische Schicht (OSI Layer 1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer 2) festgelegt.
*zum Anbinden von zentralen Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...  
*für Daten- und Nachrichtenverkehr
*die am meisten Verwendete Netzwerktechnik (Basis für ein Großteil der Netzwerkkarten)


=Historische Formate=
; Ethernet entspricht weitestgehend der [[Institute of  and Electronics Engineers|IEEE]]-Norm [[IEEE 802|802.3]]
Es gibt vier Typen von Ethernet-Datenblöcken (englisch ''ethernet frames'')
* Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technik und
* hat andere LAN-Standards wie [[Token Ring]] verdrängt
* oder zu Nischenprodukten für Spezialgebiete gemacht
** [[ARCNET]] in Industrie- und Fertigungsnetzen
** [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]] in hoch verfügbaren Netzwerken,


* Ethernet-Version I (nicht mehr benutzt, Definition 1980 durch Konsortium DEC, Intel und Xerox)
; Basis für höhere Protokolle auf OSI-Layser 3
* Der Ethernet-Version-2- oder Ethernet-II-Datenblock (englisch ''ethernet II frame''), der sogenannte DIX-Frame (Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox).
* [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP]]
* [[AppleTalk]]
* [[DECnet]]
* [[IPX/SPX]]


Seit 1983 entsteht der Standard IEEE 802.3. Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard. IEEE 802.3 definiert zwei Frame-Formate:
Für Anwendungen, in denen hohe Anforderungen an die [[Zuverlässigkeit (Technik)|Zuverlässigkeit]] der Kommunikation gestellt werden, kommt [[Echtzeit-Ethernet]] zum Einsatz.<ref>[[Jürgen Jasperneite|J. Jasperneite]]: ''Echtzeit-Ethernet im Überblick'', atp 3/2005, S. 29–34, {{ISSN|0178-2320}}.</ref>


* IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
; Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs)
* IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame
Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software


IEEE 802.3 definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld.
; MAC-Adresse
* Jede Ethernet-Schnittstelle, also die Netzwerkkarte oder der fest eingebaute Anschluss, ist mit einer weltweit einmaligen Identifikationsnummer ausgestattet
* der MAC-Adresse (für Media Access Control, einer der beiden Bestandteile der OSI-Netzzugangsschicht).
* Es handelt sich um eine 48 Bit lange Zahl, die in sechs hexadezimalen Blöcken zwischen 0 und 255 (00 bis FF hex) geschrieben wird, zum Beispiel <tt>00-A0-C9-E8-5F-64</tt>.
siehe [[MAC-Adresse]]


=Bitwertigkeit=
; Frames
Die Bitwertigkeit legt den Stellenwert eines einzelnen Bits fest.
Die Datenpakete – auf der Netzzugangsschicht Frames genannt – werden mit den MAC-Adressen der sendenden und der empfangenden Station versehen und in der Regel an alle Stationen im Segment versandt.
==LSB-0-Bitnummerierung==
* Jede Station überprüft daraufhin, ob die Daten für sie bestimmt sind.
Sind die Bits innerhalb einer Binärzahl gemäß LSB 0 nummeriert, dann hat das Bit mit dem niedrigsten Stellenwert (least significant bit) die Nummer 0 (= ist das Bit mit dem Index 0).  
* Im Übrigen kann man Ethernet-Schnittstellen auch in den »Promiscuous Mode« schalten, in dem sie ohne Unterschied alle Daten entgegennehmen.
==MSB-0-Bitnummerierung==
* Auf diese Weise kann der gesamte Datenverkehr in einem Netzsegment überwacht werden.
Sind die Bits innerhalb einer Binärzahl gemäß MSB 0 nummeriert, dann hat das Bit mit dem höchsten Stellenwert (most significant bit) die Nummer 0 (= ist das Bit mit dem Index 0).


=Datenframe=
Die MAC-Adresse wird normalerweise nicht über das jeweilige Teilnetz hinaus weiterverbreitet.
[[Datei:Ethernetpaket.svg|mini|ohne|800px|Das heute fast ausschließlich verwendete Ethernet-Datenblockformat Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)]]


*das Ethernetframe ist auf der Sicherungsschicht (Schicht 2) des OSI-Modells
; Ausnahmen
==Aufbau==
: Das im weiteren Verlauf des Kapitels beschriebene IPX/SPX-Protokoll verwendet die MAC-Adresse auch für die Adressierung auf der Netzwerkschicht, und die IP-Weiterentwicklung IPv6 benutzt die MAC-Adresse als Teil der 128 Bit langen IP-Adresse.
*Ethernet überträgt die Daten seriell, beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der „Einerstelle“) eines Bytes
*Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen (Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst)
*das erste Bit eines Frames ist das Multicast-Bit (Multicastadressen: meist das erste Byte mit einer ungeraden Zahl)
==Präambel und SFD==
===Präambel===
*Datenpräambel oder Präambel ist ein Signal, das in einem Rechnernetz übertragenen Nachrichten vorangestellt wird
*besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge („101010…1010“)
*diente zur Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte
===SFD===
*heißt "Start Frame Delimiter"
*folgt auf die Präambel
*besteht aus einer festen Bitsequenz „10101011“
*dient als Startmuster
*kennzeichnet den Beginn des Frames
*dient dem Empfänger als Zeichen für den beginnenden Frame-Anfang


==Ziel- und Quell-MAC-Adresse==
Nach außen ergäbe ihre Verwendung auch keinen Sinn, da das nächste Teilnetz auf einer Route womöglich noch nicht einmal zum Ethernet-Standard gehört.
===Allgemeines===
*Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation welche Daten empfangen soll (den Empfänger)
*Die Quelladresse identifiziert den Sender.
*Diese Adresse kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein.
*Gekaufte Netzwerkkarten haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird.
===Aufbau===
*Jede MAC-Adresse der beiden Felder (Ziel/Quelle) hat eine Länge von sechs Bytes (48 Bit).
*Zwei Bit der MAC-Adresse werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.
*MAC-Adressen werden traditionell als Abfolge von sechs zweistelligen Hex-Zahlen dargestellt, die mit Doppelpunkten getrennt sind, z. B. als „08:00:01:EA:DE:21“, was der Übertragungsreihenfolge am Medium entspricht.
*Die einzelnen Bytes werden beginnend mit dem LSB gesendet.
===Klassifizierung===
*Das erste übertragene Bit (Bit 0 des ersten Bytes) entscheidet, ob Unicast- (0) oder Broadcast-/Multicast-Adresse (1).
*Das zweite übertragene Bit (Bit 1 des ersten Bytes) entscheidet, ob die restlichen 46 Bit der MAC-Adresse global (0) oder lokal (1) administriert werden.
*Man kann jederzeit individuelle MAC-Adressen wählen und den meisten Netzwerkkarten über die Treiberkonfiguration zuweisen, in denen man für das Bit 1 den Wert (1) wählt und eben spezifikationsgemäß die restlichen 46 Bit lokal verwaltet und in der Broadcast-Domäne eindeutig hält.


==VLAN-Tag (TPID/TCI)==
; Namensherkunft
* Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz).
* Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum.


*Im Tagged-MAC-Frame nach IEEE 802.1Q folgen zusätzlich vier Bytes als VLAN-Tag.
; Verwendung
*Die ersten beiden Bytes enthalten die Konstante 0x8100 (=802.1qTagType), die einen Tagged-MAC-Frame als solchen kenntlich machen.
* Kommunikation von Computer, Drucker, Scanner, ...
*Von der Position her würde hier im Basic-MAC-Frame das Feld Ethertype stehen.
* Anbinden zentraler Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
*Den Wert 0x8100 kann man damit auch als Ethertype für VLAN-Daten ansehen, allerdings folgt nach dem Tag noch der eigentliche Ethertype (s. u.).
* Daten- und Nachrichtenverkehr
*In den nächsten beiden Bytes (TCI Tag Control Information) stehen dann drei Bit für die Priorität (Class of Service, 0 niedrigste, 7 höchste Priorität), ein Bit Canonical Format Indicator (CFI), das für die Kompatibilität zwischen Ethernet und Token Ring sorgt (dieses 1-bit-Datenfeld zeigt an, ob die MAC-Adresse in einem anerkannten oder nicht anerkannten Format ist.
*Hat das gesetzte Bit eine 0, dann ist es nicht vorschriftsmäßig, bei einer 1 ist es vorschriftsmäßig.
*Für Ethernet-Switches ist es immer 0. Empfängt ein Ethernet-Port als CFI-Information eine 1, dann verbindet der Ethernet-Switch das Tagging-Frame nicht zu einem nicht-getaggten Port.), sowie 12 Bit für die VLAN-ID.  
*An diesen VLAN-Tag schließt das ursprünglich an der Position des VLAN-Tags stehende Typ-Feld (EtherType) des eigentlichen Frames mit einem Wert ungleich 0x8100 (im Bild beispielsweise 0x0800 für ein IPv4-Paket) an.
*Der VLAN-Tag wird als Folge von zwei Bytes „81 00“ übertragen. Die 16 Bit des TCI werden in gleicher Weise Big-Endian mit dem höheren Byte voran verschickt.


; Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten)


Weiteres zu VLAN: [[Netzwerke:VLAN]]
=== Data-Link-Layer ===
Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs Nachrichten durch Hochfrequenz übertragen, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes.
* Jede [[Netzwerkschnittstelle]] hat einen global eindeutigen 48-Bit-Schlüssel, der als [[MAC-Adresse]] bezeichnet wird.
* Tatsächlich werden MAC-Adressen teilweise mehrfach ausgegeben, aber die Hersteller versuchen durch geografische Trennungen lokale Kollisionen zu vermeiden.
* Da MAC-Adressen modifizierbar sind, muss man darauf achten, keine doppelten Adressen im selben Netz zu verwenden, da es sonst zu Fehlern kommt.
* Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium im sogenannten [[Basisbandübertragung|Basisbandverfahren]] und in digitalem [[Multiplexverfahren|Zeitmultiplex]].


==Typ-Feld (Ether-Type)==
=== Umwandlung in einen Datenstrom ===
*Ethertype beschreibt das Format bzw. das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks
Nachdem der Datenstrom als Folge von Bytes bereitgestellt wurde, werden nun abhängig vom physischen Medium und der Übertragungsrate ein oder mehrere Bit in einen [[Leitungscode]] kodiert, um einerseits die physischen Eigenschaften des Mediums zu berücksichtigen und andererseits dem Empfänger eine [[Taktrückgewinnung]] zu ermöglichen.  
*zulässigen Werte für Ethertype werden von IEEE administriert (beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte)
* So wird, je nach Code, die erlaubte Frequenz-Bandbreite nach unten (Gleichspannungsfreiheit) und oben limitiert.
*Gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten.
*Die Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position).
*Der spezielle Wert 0x8100 zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags ist im Wertevorrat von Type reserviert.
*Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein.


{| class="wikitable"
In übertragungsfreien Zeiten, also zwischen zwei Frames, kommt es definitionsgemäß zu Ruhepausen („Inter-Frame-Spacing“) mit einer gewissen Mindestlänge.
! Typfeld !! Protokoll
* Bei physischem Halbduplex-Modus schaltet sich in dieser Zeit der Sender ab, um anderen Stationen auf dem geteilten Medium Zugriff zu ermöglichen.
|-----
* Bei moderneren Medientypen mit physischem Vollduplex-Modus wird eine Trägerschwingung aufrechterhalten, die dem Empfänger ein schnelleres Aufsynchronisieren auf den Datenstrom ermöglicht.
| 0x0800 || IP Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
* Außerdem können in der sendefreien Zeit Out-of-Band-Informationen zwischen den Stationen ausgetauscht werden.
|-----
| 0x0806
| Address Resolution Protocol (ARP)
|-----
| 0x0842 || Wake on LAN (WoL)
|-----
| 0x8035
| Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
|-----
| 0x809B || AppleTalk (EtherTalk)
|-----
| 0x80F3
| Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)
|-----
| 0x8100
| VLAN Tag (VLAN)
|-----
| 0x8137 || Novell Internetwork Packet Exchange (IPX (alt))
|-----
| 0x8138 || Novell
|-----
| 0x86DD
| IP Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
|-----
| 0x8847
| MPLS Unicast
|-----
| 0x8848
| MPLS Multicast
|-----
| 0x8863 || PPP over Ethernet PPPoE Discovery
|-----
| 0x8864 || PPP over Ethernet PPPoE Session
|-----
| 0x8870
| Jumbo Frames (veraltet)
|-----
| 0x888E
| 802.1X Port Access Entity
|-----
| 0x8892
| Echtzeit-Ethernet PROFINET
|-----
| 0x88A2
| ATA over Ethernet ATA over Ethernet Coraid AoE
|-----
| 0x88A4
| Echtzeit-Ethernet (EtherCAT)
|-----
| 0x88A8
| Provider Bridging
|-----
| 0x88AB
| Echtzeit-Ethernet Ethernet Powerlink (Ethernet POWERLINK)
|-
|0x88B8
|IEC61850 Generic Object Oriented Substation Events (GOOSE)
|-----
| 0x88CC
| Link Layer Discovery Protocol (LLDP)
|-----
| 0x88CD
| Echtzeit-Ethernet Sercos III
|-----
| 0x88E1
| HomePlug AV
|-
|0x88E5
|MACsec
|-----
| 0x8906
| Fibre Channel over Ethernet
|-----
| 0x8914
| FCoE Initialization Protocol (FIP)
|-
|0x8947
|GeoNetworking protocol
|}


==Nutzdaten==
Bei manchen physischen Vollduplex-Medientypen wie beispielsweise 10BASE-T deaktiviert sich die Sendestation trotz exklusiven Zugriffs auf das Medium zwischen den Frames.  
*auch Payload genannt
* Hier wird die sendefreie Zeit zur Out-of-Band-Signalisierung (Link-Pulse, Fast-Link-Pulse) der Link-Parameter genutzt.
*Pro Datenblock können maximal 1500 Bytes an Nutzdaten übertragen werden.
*Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert.
*Jumbo Frames, Super Jumbo Frames und Jumbogramme erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet beziehungsweise IEEE 802.3.
*Die Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt.


==PAD-Feld==


*Das PAD-Feld wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64 Byte zu bringen.
<noinclude>
*Wichtig bei alten Übertragungsverfahren, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen.
*Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der erforderlichen Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt, ein VLAN-Tag schon.
*Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind.
*Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch „Padding Bytes“ genannt) nicht interpretiert werden, wofür es üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe bereithält.


==FCS (Frame Check Sequence)==
== Anhang ==
=== Siehe auch ===
{{Special:PrefixIndex/Ethernet}}
----
* [[CSMA/CD]]
* [[Broadcast]]
* [[Switch]]


*Das FCS-Feld stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar.
==== Links ====
*Die FCS wird über dem eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld.
===== Weblinks =====
*Die Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten.
*Wird ein Paket beim Sender erstellt, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
*Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
*Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.
*Zur Berechnung der CRC-32-Prüfsumme werden die ersten 32 Bits der Mac-Adresse invertiert und das Ergebnis der Prüfsummenberechnung wird ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).
*In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB zum MSB, durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
*In Schieberichtung steht damit das MSB der CRC zuerst zur Verfügung und gerät auch in Abweichung zu allen anderen Daten zuerst auf die Leitung.
*Wird nun der Datenstrom beim Empfänger inklusive empfangenem CRC-Wert in das Schieberegister geschrieben, enthält die CRC im fehlerfreien Fall den Wert Null.
*Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
*Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
*Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
*Beim Ethernet lautet die Magic Number 0xC704DD7B.


=Ethernet-Medientypen=
[[Kategorie:Ethernet]]
{| class="wikitable"
</noinclude>
! Bild !! Standard !! Übertragungsraten !! Max. Segmentlänge !! Verbindungstyp !! Topologie !! Richtungsabhängigkeit !! Eigenschaften
|-----
|[[Datei:F-Stecker und Kabel.jpg|rahmenlos|150px|RG-8 Koaxial-Stecker]] || 10BASE-5 || bis 10 Mbit/s || 500m || Koaxialkabel (RG-8) || Bus || Halbduplex || max. drei 10BASE5-Segmente mit jeweils max. 100 Teilnehmer, Mindestabstand 2,5m (zwischen Transceivern)
|-----
|[[Datei:BNC connector with 10BASE2 cable-92170.jpg|rahmenlos|150px|10BASE2-Kabel mit BNC-Konnektor]]|| 10BASE-2 || bis 10 Mbit/s || 185m || flex. Koaxialkabel (RG-58) || Bus || Halbduplex || max. drei Segmente mit insgesamt max. 90 Stationen, Mindestabstand 0,5m (zwischen T-Stücken), Maximalabstand ca. 30cm (zwischen T-Stück und Transceiver)
|-----
|[[Datei:10baseT jack.png|rahmenlos|150px|8P8C-Stecker]]|| 10BASE-T|| bis 10 Mbit/s || 100m || Modular-Verbinder (8P8C/RJ-45) || Bus || Vollduplex || Ein Hub oder Switch sitzt in der Mitte, jeder Teilnehmer wird über einen dedizierten Port angeschlossen, normalerweise 1:1-Kabel im Einsatz
|-----
|[[Datei:CAT5 Cable.jpg|rahmenlos|150px|Cat5 Kabel]]|| 100BASE-T || bis 100 Mbit/s || 100m || Modular-Verbinder (8P8C/RJ-45) || Bus || Vollduplex || Typisch per Hub oder Switch verbunden, Alternativ lassen sich zwei Rechner per Crossover-Kabel direkt verbinden, verwendet Cat5 oder höher
|-----
|[[Datei:EthernetCableGreen.jpg|rahmenlos|150px|Cat6 Kabel terminiert mit 8P8C-Stecker]]|| 1000BASE-T || bis 1 Gbit/s || 100m || Modular-Verbinder (8P8C/RJ-45) || Bus || Vollduplex || Typisch per Hub oder Switch verbunden, Verwendung aller vier Doppeladern in beide Richtungen, Autonegotiation ist eine Vorraussetzung um 1000BASE-T zu benutzen, verwendet Cat5, 5e oder 6
|-----
|}

Aktuelle Version vom 2. November 2024, 10:58 Uhr

Ethernet - Technik für kabelgebundene Datennetze

Beschreibung

Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel
Anwendung HTTP IMAP SMTP DNS …
Transport TCP UDP
Internet IP (IPv4, IPv6)
Netzzugang Ethernet TokenBus TokenRing WLAN …

Beschreibt, wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können.

  • Ursprünglich für lokale Netzwerke gedacht (daher auch LAN-Technik).
  • Ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten.
Technik für kabelgebundene Datennetze
Bereich Beschreibung
Software Protokolle, Rahmenformate, …
Hardware Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten, …
Übertragungsraten

Spezifiziert

  • 1, 10 Megabit/s
  • 100 Megabit/s (Fast Ethernet)
  • 1000 Megabit/s (Gigabit-Ethernet)
  • 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400 Gigabit/s spezifiziert,

In Entwicklung

  • 800 Gigabit/s und 1,6 Terabit/s
Ausdehnung

In seiner ursprünglichen Form erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude; Ethernet-Standard-Varianten über Glasfaser haben eine Link-Reichweite von bis zu 80 km, proprietäre auch mehr.

Die Ethernet-Protokolle umfassen Festlegungen für Kabeltypen und Stecker sowie für Übertragungsformen (Signale auf der Bitübertragungsschicht, Paketformate).

  • Im OSI-Modell ist mit Ethernet sowohl die physische Schicht (OSI Layer 1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer 2) festgelegt.
Ethernet entspricht weitestgehend der IEEE-Norm 802.3
  • Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technik und
  • hat andere LAN-Standards wie Token Ring verdrängt
  • oder zu Nischenprodukten für Spezialgebiete gemacht
    • ARCNET in Industrie- und Fertigungsnetzen
    • FDDI in hoch verfügbaren Netzwerken,
Basis für höhere Protokolle auf OSI-Layser 3

Für Anwendungen, in denen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Kommunikation gestellt werden, kommt Echtzeit-Ethernet zum Einsatz.[1]

Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs)

Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software

MAC-Adresse
  • Jede Ethernet-Schnittstelle, also die Netzwerkkarte oder der fest eingebaute Anschluss, ist mit einer weltweit einmaligen Identifikationsnummer ausgestattet
  • der MAC-Adresse (für Media Access Control, einer der beiden Bestandteile der OSI-Netzzugangsschicht).
  • Es handelt sich um eine 48 Bit lange Zahl, die in sechs hexadezimalen Blöcken zwischen 0 und 255 (00 bis FF hex) geschrieben wird, zum Beispiel 00-A0-C9-E8-5F-64.

siehe MAC-Adresse

Frames

Die Datenpakete – auf der Netzzugangsschicht Frames genannt – werden mit den MAC-Adressen der sendenden und der empfangenden Station versehen und in der Regel an alle Stationen im Segment versandt.

  • Jede Station überprüft daraufhin, ob die Daten für sie bestimmt sind.
  • Im Übrigen kann man Ethernet-Schnittstellen auch in den »Promiscuous Mode« schalten, in dem sie ohne Unterschied alle Daten entgegennehmen.
  • Auf diese Weise kann der gesamte Datenverkehr in einem Netzsegment überwacht werden.

Die MAC-Adresse wird normalerweise nicht über das jeweilige Teilnetz hinaus weiterverbreitet.

Ausnahmen
Das im weiteren Verlauf des Kapitels beschriebene IPX/SPX-Protokoll verwendet die MAC-Adresse auch für die Adressierung auf der Netzwerkschicht, und die IP-Weiterentwicklung IPv6 benutzt die MAC-Adresse als Teil der 128 Bit langen IP-Adresse.

Nach außen ergäbe ihre Verwendung auch keinen Sinn, da das nächste Teilnetz auf einer Route womöglich noch nicht einmal zum Ethernet-Standard gehört.

Namensherkunft
  • Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz).
  • Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum.
Verwendung
  • Kommunikation von Computer, Drucker, Scanner, ...
  • Anbinden zentraler Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
  • Daten- und Nachrichtenverkehr
Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten)

Data-Link-Layer

Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs Nachrichten durch Hochfrequenz übertragen, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes.

  • Jede Netzwerkschnittstelle hat einen global eindeutigen 48-Bit-Schlüssel, der als MAC-Adresse bezeichnet wird.
  • Tatsächlich werden MAC-Adressen teilweise mehrfach ausgegeben, aber die Hersteller versuchen durch geografische Trennungen lokale Kollisionen zu vermeiden.
  • Da MAC-Adressen modifizierbar sind, muss man darauf achten, keine doppelten Adressen im selben Netz zu verwenden, da es sonst zu Fehlern kommt.
  • Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium im sogenannten Basisbandverfahren und in digitalem Zeitmultiplex.

Umwandlung in einen Datenstrom

Nachdem der Datenstrom als Folge von Bytes bereitgestellt wurde, werden nun abhängig vom physischen Medium und der Übertragungsrate ein oder mehrere Bit in einen Leitungscode kodiert, um einerseits die physischen Eigenschaften des Mediums zu berücksichtigen und andererseits dem Empfänger eine Taktrückgewinnung zu ermöglichen.

  • So wird, je nach Code, die erlaubte Frequenz-Bandbreite nach unten (Gleichspannungsfreiheit) und oben limitiert.

In übertragungsfreien Zeiten, also zwischen zwei Frames, kommt es definitionsgemäß zu Ruhepausen („Inter-Frame-Spacing“) mit einer gewissen Mindestlänge.

  • Bei physischem Halbduplex-Modus schaltet sich in dieser Zeit der Sender ab, um anderen Stationen auf dem geteilten Medium Zugriff zu ermöglichen.
  • Bei moderneren Medientypen mit physischem Vollduplex-Modus wird eine Trägerschwingung aufrechterhalten, die dem Empfänger ein schnelleres Aufsynchronisieren auf den Datenstrom ermöglicht.
  • Außerdem können in der sendefreien Zeit Out-of-Band-Informationen zwischen den Stationen ausgetauscht werden.

Bei manchen physischen Vollduplex-Medientypen wie beispielsweise 10BASE-T deaktiviert sich die Sendestation trotz exklusiven Zugriffs auf das Medium zwischen den Frames.

  • Hier wird die sendefreie Zeit zur Out-of-Band-Signalisierung (Link-Pulse, Fast-Link-Pulse) der Link-Parameter genutzt.



Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks
  1. ↑ J. Jasperneite: Echtzeit-Ethernet im Überblick, atp 3/2005, S. 29–34, Vorlage:ISSN.
Abgerufen von „https://wiki.foxtom.de/index.php?title=Ethernet&oldid=113499“