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| '''topic''' kurze Beschreibung | | '''Ethernet''' - Technik für kabelgebundene Datennetze |
| == Beschreibung ==
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| ===Namensherkunft===
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| *Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz).
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| *Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum.
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| ===Definition=== | | === Beschreibung === |
| *Eine Technik die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert.
| | [[Datei:Ethernet im TCP-IP-Protokollstapel.png|Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel|mini|Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel]] |
| *Beschreibt wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können.
| | 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). | | * Ursprünglich für lokale Netzwerke gedacht (daher auch LAN-Technik). |
| *Ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten. | | * Ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten. |
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| ===Verwendung===
| | ; Technik für kabelgebundene Datennetze |
| *zum Kommunizieren mehrerer Computer, Drucker, Scanner und dergleichen unter- oder miteinander.
| | {| class="wikitable options big" |
| *zum Anbinden von zentralen Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
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| *für Daten- und Nachrichtenverkehr.
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| *Die am meisten Verwendete Netzwerktechnik (Basis für ein Großteil der Netzwerkkarten).
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| ===Ethernet Formate===
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| *Es gibt vier Typen von Ethernet-Frames.
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| **Ethernet-Version I (nicht mehr benutzt, Definition 1980 durch Konsortium DEC, Intel und Xerox).
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| **Der Ethernet-Version-2- oder Ethernet-II-Frame, der sogenannte DIX-Frame (Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox).
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| Seit 1983 entsteht der Standard IEEE 802.3, dieser definiert zwei weitere Frame-Formate:
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| # IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
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| # IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame
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| *definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld.
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| *Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard.
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| ==== Ethernet Version 2 ====
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| Das heute ausschließlich verwendete Ethernet-Datenblockformat
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| [[Datei:Ethernet II Frame.PNG|thumb|ohne|800px|Ethernet-Version-2 Frame]]
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| ; Ethernet Version 2 Tagged | |
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| [[Datei:Ethernet II Tagged Frame.PNG|mini|ohne|800px|Ethernet-II Standard mit 802.1Q VLAN-Tag]]
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| ==== Ethernet 802.3 Raw (Novell)====
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| [[Datei:Novell Ethernet 802.3 Raw Frame.PNG |thumb|ohne|800px| 802.3raw, die vermeintliche Rohversion des 802.3-Pakets]]
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| ==== Ethernet IEEE 802.3 Basic====
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| [[Datei:IEEE 802.3 Ethernet Frame.PNG|thumb|ohne|800px|Neu sind „DSAP“ und „SSAP“, ersetzt Type-Field ]]
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| ; Ethernet 802.3 Tagged
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| [[Datei:Ethernet IEEE 802.3 Tagged Frame.PNG|mini|ohne|800px|Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)]]
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| *das Ethernetframe ist auf der Sicherungsschicht (Schicht 2) des OSI-Modells.
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| ===Aufbau nach IEEE 802.3===
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| *Ethernet überträgt die Daten seriell, beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der „Einerstelle“) eines Bytes.
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| *Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen (Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst).
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| *Das erste Bit eines Frames ist das Multicast-Bit (Multicastadressen: meist das erste Byte mit einer ungeraden Zahl).
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| ====Präambel und Start Frame Delimiter (SFD)====
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| =====Präambel=====
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| *Datenpräambel oder Präambel ist ein Signal, das in einem Rechnernetz übertragenen Nachrichten vorangestellt wird.
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| *Besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge („101010…1010“).
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| *Dient zur Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte.
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| =====SFD (Start Frame Delimiter)=====
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| *Folgt auf die Präambel.
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| *Besteht aus einer festen Bitsequenz „1010 1011“.
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| *Kennzeichnet den Beginn des Frames (dient als Startmuster).
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| *Dient dem Empfänger als Zeichen für den beginnenden Frame-Anfang.
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| ====Ziel- und Quell-MAC-Adresse====
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| =====Allgemeines=====
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| *Die Quelladresse identifiziert den Sender, die Zieladresse den Empfänger.
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| *Diese Adresse kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein.
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| *Gekaufte Netzwerkkarten haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird.
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| =====Aufbau=====
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| *MAC-Adressen werden traditionell als Hex-Zahlen dargestellt, die mit Doppelpunkten getrennt sind, z. B. „08:00:01:EA:DE:21“.
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| *Quell- und Ziel-Mac-Adressen haben eine Länge von sechs Bytes (48 Bit).
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| *Zwei Bit der MAC-Adresse werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.
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| =====Klassifizierung=====
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| *Dabei wird entschieden:
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| ** ob Unicast- oder Broadcast-/Multicast-Adresse.
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| ** ob die MAC-Adresse (46 Bit) global oder lokal administriert werden.
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| Weiteres zu MAC-Adressen: [[MAC-Adresse]]
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| ====VLAN-Tag (TPID/TCI)====
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| * Im Tagged-MAC-Frame (IEEE 802.1Q) folgen vier Bytes als VLAN-Tag.
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| Weiteres zu VLAN: [[VLAN]]
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| ====Typ-Feld (Ether-Type)====
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| * Ethertype beschreibt das Format bzw. das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks.
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| ** Zulässige Werte für Ethertype werden von der IEEE administriert (beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte).
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| ** Gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten.
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| * Die Werte sind größer als 0x0600 (sonst ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position).
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| * Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein (0x8100 ist zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags reserviert).
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| {| class="wikitable" | |
| ! Typfeld !! Protokoll
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| |-----
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| | 0x0800 || IP Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
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| |-----
| |
| | 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)
| |
| |-----
| |
| | 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
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| |-----
| |
| | 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
| | ! Bereich !! Beschreibung |
| |IEC61850 Generic Object Oriented Substation Events (GOOSE)
| |
| |-----
| |
| | 0x88CC
| |
| | Link Layer Discovery Protocol (LLDP)
| |
| |-----
| |
| | 0x88CD
| |
| | Echtzeit-Ethernet Sercos III
| |
| |-----
| |
| | 0x88E1
| |
| | HomePlug AV
| |
| |- | | |- |
| |0x88E5 | | | [[Software]] || Protokolle, Rahmenformate, … |
| |MACsec | |
| |----- | |
| | 0x8906
| |
| | Fibre Channel over Ethernet
| |
| |-----
| |
| | 0x8914
| |
| | FCoE Initialization Protocol (FIP)
| |
| |- | | |- |
| |0x8947 | | | [[Hardware]] || Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten, … |
| |GeoNetworking protocol | |
| |} | | |} |
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| ====Nutzdaten====
| | ; Übertragungsraten |
| *auch Payload genannt.
| | Spezifiziert |
| *Pro Datenblock können maximal 1500 Bytes an Nutzdaten übertragen werden.
| | * 1, 10 Megabit/s |
| *Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert.
| | * 100 Megabit/s (Fast Ethernet) |
| *Die Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt. | | * 1000 Megabit/s (Gigabit-Ethernet) |
| *Jumbo Frames, Super Jumbo Frames und Jumbogramme erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet (beziehungsweise IEEE 802.3).
| | * 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400 Gigabit/s spezifiziert, |
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| ==== Jumbo Frames ====
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| *bezeichnet nicht standardisierte und übergroße Frames. | |
| *Frames länger als die Standardgröße (IEEE 802.3), werden als Jumbo Frames bezeichnet.
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| ===== Maximum Transmission Unit (MTU) =====
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| *beschreibt die maximale Paketgröße eines Protokolls der Vermittlungsschicht (gemessen in Oktetten (Bytes)). | |
| *die Maximum Transmission Unit (MTU) kann ohne Fragmentierung in den Frame eines Netzes der Sicherungsschicht (Schicht 2) übertragen werden. | |
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| ==== maximale Größe eines Frames der Sicherungsschicht ====
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| *Maximale Rahmengröße = Größte MTU aller benutzten Protokolle der Vermittlungsschicht + Größe der Sicherungsschichtheader
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| ==== Padding-Feld (PAD-Feld)====
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| *Wird verwendet um den Ethernet-Frame auf die Minimalgröße von 64 Byte zu bringen.
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| *Wichtig bei alten Übertragungsverfahren, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen.
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| *Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt (ein VLAN-Tag schon).
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| *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.
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| *Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch „Padding Bytes“ genannt) nicht interpretiert werden (üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe).
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| ====Frame Check Sequence (FCS)====
| | In Entwicklung |
| =====Allgemeines=====
| | * 800 Gigabit/s und 1,6 Terabit/s |
| *Das FCS-Feld stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar.
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| *Die FCS wird über dem eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld.
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| *Die Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten.
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| =====Ablauf=====
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| *Wird ein Paket beim Sender erstellt, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
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| *Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
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| *Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.
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| =====Berechnung=====
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| *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).
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| *In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB (least significant bit) zum MSB (most significant bit), durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
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| *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.
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| *Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
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| *Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
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| *Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
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| *Beim Ethernet lautet die Magic Number 0xC704DD7B.
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| === Medientypen ===
| | ; Ausdehnung |
| {| class="wikitable"
| | 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. |
| ! Bild !! Standard !! Übertragungsraten !! Max. Segmentlänge !! Kabel / Stecker !! Topologie !! Richtungsabhängigkeit !! Eigenschaften
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| |-----
| |
| |[[Datei:Netzwerk_Layout_10Base5.PNG|rahmenlos|350px|RG-11 Koaxial-Stecker]] || 10BASE-5 || 10 Mbit/s || 500m || Koaxialkabel (RG-11) || Bus || Halbduplex ||
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| * max. drei 10BASE5-Segmente mit jeweils max. 100 Teilnehmer
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| * Mindestabstand 2,5m (zwischen Transceivern)
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| * Maximale Buslänge 2.500 Meter
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| |-----
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| |[[Datei:Netzwerk Layout 10Base2.PNG|rahmenlos|350px|10BASE2-Kabel mit BNC-Konnektor]]|| 10BASE-2 || 10 Mbit/s || 185m || flex. Koaxialkabel (RG-58) || Bus || Halbduplex ||
| |
| * max. drei Segmente mit insgesamt max. 90 Stationen
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| * Mindestabstand 0,5m (zwischen T-Stücken)
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| * Maximalabstand ca. 30cm (zwischen T-Stück und Transceiver)
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| |-----
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| |[[Datei:Netzwerk Layout 10Base-T.PNG|rahmenlos|300px|8P8C-Stecker]]|| 10BASE-T|| 10 Mbit/s || 100m || Modular-Verbinder (RJ-45) || Geswitches Netzwerk || Vollduplex ||
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| * Per Hub verbunden
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| * jeder Teilnehmer wird über einen dedizierten Port angeschlossen
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| * normalerweise 1:1-Kabel im Einsatz
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| |[[Datei:Netzwerk Layout 100Base-T.PNG|rahmenlos|300px|Cat5 Kabel]]|| 100BASE-T || 100 Mbit/s || 100m || Modular-Verbinder (RJ-45) || Geswitches Netzwerk || Vollduplex ||
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| * Typisch per Hub oder Switch verbunden
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| * Alternativ lassen sich zwei Rechner per Crossover-Kabel direkt verbinden
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| * verwendet Cat5 oder höher
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| * max. 1024 Knoten pro Switch
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| |-----
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| |[[Datei:EthernetCableGreen.jpg|rahmenlos|150px|Cat6 Kabel terminiert mit 8P8C-Stecker]]|| 1000BASE-T || 1 Gbit/s || 100m || Modular-Verbinder (RJ-45) || Geswitches Netzwerk || Vollduplex ||
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| * per Switch verbunden
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| * Verwendung aller vier Doppeladern in beide Richtungen
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| * Autonegotiation ist eine Vorraussetzung um 1000BASE-T zu benutzen
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| * verwendet Cat5e, 6 oder höher
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| |-----
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| |}
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| === Repeater (5-4-3)-Regel ===
| | Die Ethernet-Protokolle umfassen Festlegungen für Kabeltypen und Stecker sowie für Übertragungsformen (Signale auf der Bitübertragungsschicht, Paketformate). |
| * max. '''5''' Segmente
| | * Im [[OSI-Modell]] ist mit Ethernet sowohl die physische Schicht (OSI Layer 1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer 2) festgelegt. |
| * mit '''4''' Repeatern | |
| * min. '''3''' Link-Segmente (phys. Punkt-zu-Punkt)
| |
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| ; Erweiterung von Ethernet-basierter Netzwerken mit Repeatern | | ; Ethernet entspricht weitestgehend der [[Institute of and Electronics Engineers|IEEE]]-Norm [[IEEE 802|802.3]] |
| * für Ethernet-Segmente mit 10Mbit/s | | * Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technik und |
| * verhindert, dass die Kollisionsdomäne des zu groß wird (kein stabiler Netzwerkbetrieb). | | * 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, |
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| === Mindestgröße der Frames ===
| | ; Basis für höhere Protokolle auf OSI-Layser 3 |
| *Das Frame muß mindestens 64 Byte (68 Byte bei Tagged) groß sein, um die minimale Slot-Time zur Erkennung einer Kollision zu erreichen. | | * [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP]] |
| *Andernfalls werden Bits ergänzt | | * [[AppleTalk]] |
| | * [[DECnet]] |
| | * [[IPX/SPX]] |
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| {| class="wikitable"
| | 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> |
| ! Standard !! Mindestgröße Daten
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| |----- | |
| |Ethernet II
| |
| |46 Bytes
| |
| |----- | |
| |Ethernet 802.3
| |
| |42 Bytes
| |
| |----- | |
| |}
| |
|
| |
|
| {| class="wikitable"
| |
| |+ VLAN 802.1q (tagged)
| |
| ! Standard !! Mindestgröße Daten
| |
| |-----
| |
| |Ethernet Version 2.0 tagged
| |
| |46 Bytes
| |
| |-----
| |
| |IEEE 802.3 tagged
| |
| |46 Bytes
| |
| |-----
| |
| |}
| |
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| == Dokumentation ==
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| === RFC ===
| |
| === Man-Pages ===
| |
| === Info-Pages ===
| |
| == Siehe auch ==
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| # [[MAC-Adresse]]
| |
| # [[VLAN]]
| |
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| |
| == Links ==
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| === Projekt-Homepage ===
| |
| === Weblinks ===
| |
| # https://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet Wikipedia
| |
| # http://www.pinoy7.com/winnt/pt2_1.htm Brian Brown Network Topologies
| |
| # https://networkencyclopedia.com/100basetx/ Networkencyclopedia 100Base-TX
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| === Einzelnachweise ===
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| <references />
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| == Testfragen ==
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| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
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| Was ist Ethernet?
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| <div class="mw-collapsible-content">
| |
| '''Die am weitesten verbreitete Technologie für lokale Netzwerke.'''
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| </div>
| |
| </div>
| |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
| |
| Warum ist die Frame Mindestgröße wichtig?
| |
| <div class="mw-collapsible-content">
| |
| '''Um die minimale Slot-Time zur Erkennung einer Kollision zu erreichen. Somit werden keine Daten ergänzt.'''
| |
| </div>
| |
| </div>
| |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
| |
| Was ist ein Bus in der Datenverarbeitung?
| |
| <div class="mw-collapsible-content">
| |
| '''Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg'''
| |
| </div>
| |
| </div>
| |
|
| |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
| |
| ''Testfrage 4''
| |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Antwort4'''</div>
| |
| </div>
| |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
| |
| ''Testfrage 5''
| |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Antwort5'''</div>
| |
| </div>
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| = Ethernet =
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| ; Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs) | | ; Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs) |
| Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software | | Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software |
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| ; MAC-Adresse | | ; MAC-Adresse |
| Jede Ethernet-Schnittstelle, also die Netzwerkkarte oder der fest eingebaute Anschluss, ist mit einer weltweit einmaligen Identifikationsnummer ausgestattet, der sogenannten MAC-Adresse (für Media Access Control, einer der beiden Bestandteile der OSI-Netzzugangsschicht). | | * 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>. | | * 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]] |
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| ; Frames | | ; Frames |
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| Die MAC-Adresse wird normalerweise nicht über das jeweilige Teilnetz hinaus weiterverbreitet. | | Die MAC-Adresse wird normalerweise nicht über das jeweilige Teilnetz hinaus weiterverbreitet. |
| '''Ausnahmen'''
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| 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.]
| | ; 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. |
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| Nach außen ergäbe ihre Verwendung auch keinen Sinn, da das nächste Teilnetz auf einer Route womöglich noch nicht einmal zum Ethernet-Standard gehört. | | Nach außen ergäbe ihre Verwendung auch keinen Sinn, da das nächste Teilnetz auf einer Route womöglich noch nicht einmal zum Ethernet-Standard gehört. |
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| == CSMA/CD ==
| | ; Namensherkunft |
| Es ist wichtig, zu verstehen, dass mit dem Namen Ethernet gar keine einheitliche Netzwerkhardware bezeichnet wird.
| | * Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz). |
| * Vielmehr handelt es sich um einen Sammelnamen für diverse Netzwerkstandards, die ein bestimmtes Netzzugangsverfahren verwenden. | | * Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum. |
| * Insofern sind alle Ethernet-Varianten auf der OSI-Schicht 2 identisch, unterscheiden sich aber auf der untersten Schicht.
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| Als der Vorläufer von Ethernet Ende der 60er-Jahre des vorigen Jahrhunderts an der Universität von Hawaii konzipiert wurde (anfangs unter dem geografisch passenden Namen ALOHANet), handelte es sich zunächst um Datenfunk.
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| * Diesem Umstand ist übrigens auch der endgültige Name zu verdanken: ether, zu Deutsch Äther, ist das gedachte Medium, durch das sich Funkwellen fortpflanzen.
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| * Erst in den 70er-Jahren wurde dasselbe Netzzugangsverfahren auch für die Datenübertragung per Kabel eingesetzt, und zwar zunächst über Koaxialkabel.
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| Das gemeinsame Netzzugangsverfahren aller Ethernet-Formen trägt den Namen CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.
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| ; Schematisch gesehen funktioniert dieses Verfahren wie folgt:
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| # Ein Gerät, das Daten senden möchte, lauscht den Netzabschnitt ab, um festzustellen, ob dieser gerade frei ist, das heißt, ob gerade kein anderes Gerät sendet (Carrier Sense).
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| # Wurde in Schritt 1 festgestellt, dass der Netzabschnitt frei ist, beginnt die Station mit dem Senden der Daten.
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| * Möglicherweise hat auch eine andere Station festgestellt, dass das Netz frei ist, und beginnt gleichzeitig ebenfalls mit dem Senden (Multiple Access).
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| # Falls auf die beschriebene Art und Weise zwei Stationen gleichzeitig mit dem Senden begonnen haben, findet eine sogenannte Datenkollision statt, die von den beteiligten Stationen entdeckt wird (Collision Detection).
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| * Eine Station, die eine Kollision bemerkt, stellt das Senden von Nutzdaten ein und versendet stattdessen eine Warnmeldung (Jam Signal).
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| # Eine Station, die wegen einer Datenkollision das Senden abgebrochen hat, beginnt nach einer zufällig gewählten Zeitspanne von wenigen Millisekunden erneut mit dem Senden.
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| * Genau diese Zufälligkeit der Zeitspanne, die nach einem komplizierten Verfahren berechnet wird, ist enorm wichtig, damit die beiden Stationen beim nächsten Versuch nicht wieder genau gleichzeitig mit dem Senden beginnen.
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| Das große Problem von Ethernet besteht darin, dass das CSMA/CD-Verfahren umso ineffektiver wird, je frequentierter der jeweilige Netzabschnitt ist: Ab einem gewissen Grenzwert überschreitet die Anzahl der Datenkollisionen die Menge der Nutzdaten.
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| * Heutzutage umgeht man dieses Problem in der Regel durch die Verwendung sogenannter Switches, die für zwei miteinander kommunizierende Stationen jeweils eine exklusive Punkt-zu-Punkt-Verbindung einrichten.
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| * Wo diese Möglichkeit aufgrund veralteter, inkompatibler Hardware nicht zur Verfügung steht, muss ein Netz mit viel Datenverkehr stattdessen segmentiert, das heißt in kleinere Abschnitte unterteilt werden.
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| == Ethernet-Hardware ==
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| Die Bezeichnungen der verschiedenen Arten der Hardware, die für Ethernet-Netzwerke verwendet werden, setzen sich aus der Übertragungsgeschwindigkeit des jeweiligen Netzes in MBit/s und einer spezifischen Bezeichnung für den Kabeltyp oder die maximal zulässige Kabellänge zusammen.
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| Wie bereits erwähnt, waren Koaxialkabel die ersten für Ethernet verwendeten Kabel.
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| Die Verwendung von Koaxialkabeln für Ethernet ist weitgehend historisch, interessant ist die Entwicklung dennoch; sie erklärt, warum bei Ethernet Dinge so und nicht anders gelöst wurden.
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| ; Aufbau dieser Kabel
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| * Im Zentrum befindet sich ein leitender Draht, der von einer Isolationsschicht umgeben ist, darüber befindet sich ein weiterer Ring aus leitendem Metall und außen natürlich wiederum eine Isolationsschicht.
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| * Das bekannteste Alltagsbeispiel für ein Koaxialkabel ist ein handelsübliches Fernsehantennenkabel.
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| Es gibt zwei Arten von Koaxialkabeln, die für Ethernet eingesetzt werden:
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| * 10Base2: dünnes schwarzes Koaxialkabel
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| : Die 10 steht für die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit des Netzes, in diesem Fall 10 MBit/s.
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| * Die nähere Spezifikation, die durch die 2 angegeben wird, betrifft die maximal zulässige Gesamtlänge eines 10Base2-Netzsegments von etwa 200 Metern (eigentlich 200 Yard, was ca. 185 Metern entspricht).
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| * In einem Segment dürfen sich maximal 30 Stationen befinden. | |
| * Um eine größere Entfernung zu überbrücken oder mehr Stationen zu betreiben, muss eine Signalverstärkung durch sogenannte Repeater durchgeführt werden. <br/>Alternative Bezeichnungen für diese Ethernet-Form sind Thinnet Coaxial oder Cheapernet, weil es sich früher um die billigste Art der Vernetzung handelte. <br/>An der Netzwerkkarte wird an eine BNC-Buchse ein T-Adapter angeschlossen.
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| * An dessen beiden Seiten werden wiederum über BNC-Stecker die Koaxialkabel angeschlossen, die zu den T-Stücken der Netzwerkkarten der benachbarten Rechner führen.
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| * Der Mindestabstand zwischen zwei T-Stücken, das heißt die minimale Länge eines einzelnen Kabels, beträgt 50 cm.
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| * Das Netzwerk ist in einer Bus-Topologie organisiert; die T-Stücke des ersten und des letzten Rechners im Netzwerk werden auf je einer Seite mit einem Abschlusswiderstand oder Terminator versehen.
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| * 10Base5: dickes gelbes KoaxialkabelDer Vorteil dieser auch Thicknet Coaxial genannten Variante besteht in der größeren zulässigen Länge des Netzsegments, nämlich – wie die Zahl 5 vermuten lässt – 500 Yard (knapp 460 m).
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| * Andererseits ist dieses erheblich dickere Kabel weniger flexibel als das dünnere 10Base2.
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| * Beispielsweise ist es schwieriger, solche Kabel durch verwinkelte Kabelkanäle zu ziehen. <br/>Auf dem Kabel sitzen bei dieser Ethernet-Form sogenannte Transceiver, die über 15-polige Buchsen an die Netzwerkkarten angeschlossen werden.
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| * Zwischen zwei Transceivern muss ein Mindestabstand von 2,5 Metern eingehalten werden; das Kabel enthält ab Werk Markierungen in diesem Abstand.
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| * Die Transceiver werden an diesen Stellen einfach in das Kabel hineingebohrt (deshalb werden sie als Vampirabzweige bezeichnet).
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| * In einem Segment dürfen sich maximal 100 davon befinden.
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| * Auch dieses Netz ist busförmig, und beide Enden müssen durch Abschlusswiderstände terminiert werden.
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| ; Ethernet über Twisted-Pair-Kabel
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| * Bei dieser Kabelsorte handelt es sich um einen verdrillten Kupfer-Zweidrahtleiter: Je zwei isolierte Kupferdrähte werden umeinandergewickelt.
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| * Dies verhindert die gegenseitige Beeinträchtigung der Signalqualität, die bei parallel zueinander verlaufenden Kabeln durch die elektromagnetischen Felder aufträte.
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| * In einem Twisted-Pair-Kabel verlaufen üblicherweise vier, manchmal auch acht solcher Doppeladern nebeneinander.
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| * Sie enden auf beiden Seiten in einem RJ-45-Stecker, der auch für ISDN-Anschlüsse verwendet wird.
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| * Bekannt sind solche Kabel vor allem durch ihre Verwendung als Telefonleitungen.
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| Man unterscheidet zwei verschiedene Grundarten von Twisted-Pair-Kabeln:
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| * UTP oder Unshielded Twisted Pair ist ein nicht abgeschirmter Zweidrahtleiter
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| * STP (Shielded Twisted Pair) ein abgeschirmter, der eine höhere Signalqualität aufweist, sodass er etwa größere Entfernungen überbrücken kann.
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| Twisted-Pair-Kabel werden in verschiedene Kategorien unterteilt, die unterschiedliche maximale Datenübertragungsraten erlauben
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| ; Twisted-Pair Kabelkategorien
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| {|| class="wikitable sortable"
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| || Kategorie
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| || Übertragungsrate
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| || Verwendungszweck
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| |-
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| || 1
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| || nicht festgelegt
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| || Telefonie
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| |-
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| || 2
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| || 4 MBit/s
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| || ISDN
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| |-
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| || 3
| |
| || 10 MBit/s
| |
| || Ethernet; Token Ring
| |
| |-
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| || 4
| |
| || 16 MBit/s
| |
| || verschiedene
| |
| |-
| |
| || 5
| |
| || 100 MBit/s
| |
| || Fast Ethernet; allgemeiner Standard
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| |-
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| || 6
| |
| || 200 MBit/s
| |
| || verschiedene
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| |-
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| || 7
| |
| || 600 MBit/s
| |
| || verschiedene
| |
| |-
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| |}
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| ; Über Twisted Pair verkabelten Arten von Ethernet weisen eine sternförmige Topologie auf zumindest im physischen Sinn: | | ; Verwendung |
| * Alle Stationen werden jeweils über ein eigenständiges Kabel an einen zentralen Verteiler angeschlossen. | | * Kommunikation von Computer, Drucker, Scanner, ... |
| * Der Vorteil dieser Form der Vernetzung besteht grundsätzlich darin, dass der Ausfall einer einzelnen Verbindung zwischen einem Rechner und dem Verteiler nicht zur Unterbrechung des gesamten Netzes führt, wie es beim busförmigen Koaxialkabel-Ethernet der Fall ist. | | * Anbinden zentraler Speichersystemen, Überwachungssystemen, ... |
| | * Daten- und Nachrichtenverkehr |
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| Der zentrale Verteiler wird in seiner einfacheren Form Hub genannt, die etwas teurere, aber leistungsfähigere Bauweise heißt Switching Hub oder kurz Switch.
| | ; Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten) |
| * Die innere Struktur des Hubs ist letztlich busförmig, sodass es genau wie bei der Vernetzung über Koaxialkabel zu Datenkollisionen kommen kann.
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| * Ein Switch stellt dagegen für zwei Stationen, die miteinander kommunizieren möchten, eine exklusive Punkt-zu-Punkt-Verbindung bereit.
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| * Dies geschieht dadurch, dass ein Switch die MAC-Adressen aller Schnittstellen zwischenspeichert, an die er bereits Daten ausgeliefert hat, und auf diese Weise die restlichen Stationen nicht mehr mit Daten behelligen muss, die gar nicht für sie bestimmt sind.
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| * Da die Preise für Netzwerkzubehör in den letzten Jahren stark gesunken sind, gibt es eigentlich keinen Grund mehr, etwas anderes als einen Switch einzusetzen.
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| Bei einem Hub teilen sich alle Stationen die gesamte Übertragungsgeschwindigkeit, beim Switch steht sie dagegen jeder einzelnen Verbindung zur Verfügung.
| | === 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]]. |
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| ; Im Übrigen gibt es besondere Hubs, die als Bridges bezeichnet werden.
| | === Umwandlung in einen Datenstrom === |
| * Sie verbinden Ethernet-Netzwerke verschiedenen Typs miteinander, sie besitzen etwa eine Reihe von RJ-45-Ports für Twisted-Pair-Kabel und zusätzlich einen Anschluss für 10Base2-BNC-Kabel; oder sie unterstützen einfach verschiedene maximale Übertragungsgeschwindigkeiten. | | 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. |
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| Hubs oder Switches weisen in der Regel 5 bis 24 Anschlüsse (Ports) auf, an die jeweils ein Gerät angeschlossen werden kann.
| | 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. |
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| ; Um Netzwerke mit mehr Geräten zu betreiben, sind diese Geräte kaskadierbar
| | Bei manchen physischen Vollduplex-Medientypen wie beispielsweise 10BASE-T deaktiviert sich die Sendestation trotz exklusiven Zugriffs auf das Medium zwischen den Frames. |
| * Die meisten Hubs oder Switches besitzen einen speziellen Port, den sogenannten Uplink-Port, der über ein Kabel mit einem normalen Port eines weiteren Verteilers verbunden werden kann. | | * Hier wird die sendefreie Zeit zur Out-of-Band-Signalisierung (Link-Pulse, Fast-Link-Pulse) der Link-Parameter genutzt. |
| * Bei vielen Hubs/Switches kann ein einzelner Port über einen Schalter zwischen »Normal« und »Uplink« umgeschaltet werden.
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| Die einzige Ausnahme von der allgemeinen Regel, dass ein Hub oder Switch benötigt wird, bildet der Sonderfall, in dem nur zwei Rechner miteinander vernetzt werden sollen:
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| * Die beiden Stationen können unmittelbar über ein sogenanntes Crosslink-Kabel verbunden werden.
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| * Dieses spezielle Kabel besitzt überkreuzte Anschlusspaare anstelle der geradlinig verlaufenden bei normalen Twisted-Pair-Kabeln.
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| Historisch betrachtet existieren zwei Arten von Ethernet über Twisted Pair, die unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten unterstützen:
| | <noinclude> |
| * 10BaseT: Die Datenübertragungsrate beträgt 10 MBit/s.
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| * 100BaseT (auch Fast Ethernet genannt): Daten werden mit bis zu 100 MBit/s übertragen; hierzu sind mindestens UTP-Kabel der Kategorie 5 erforderlich.
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| * Genauer gesagt gibt es zwei Unterarten: 100BaseTX ist voll kompatibel mit 10BaseT, sodass das Netz schrittweise umgerüstet werden kann.
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| * 100BaseT4 verwendet dagegen alle vier Kupferdrahtpaare eines Twisted-Pair-Kabels und ist mit den anderen Standards inkompatibel; in der Praxis spielt es keine Rolle mehr.
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| Die meisten Netzwerkkarten, Hubs und Switches, die heute verkauft werden, unterstützen beide Übertragungsraten.
| | == Anhang == |
| * Der zu verwendende Wert kann bei vielen Netzwerkkarten per Software eingestellt werden, häufiger wird er automatisch gewählt.
| | === Siehe auch === |
| * Natürlich sollten Sie prinzipiell darauf achten, keine reine 10-MBit-Hardware mehr zu kaufen.
| | {{Special:PrefixIndex/Ethernet}} |
| * Aber möglicherweise hat 100-MBit-Hardware der ersten Generation, die nicht auf 10 MBit/s heruntergeschaltet werden kann, sogar noch schlimmere Einschränkungen zur Folge. | | ---- |
| * Zwar ist es bei normalen Standard-PCs ein Leichtes, die Netzwerkkarte gegen ein neueres Modell auszutauschen, um die Kompatibilität zu einer aktualisierten Netzwerkumgebung aufrechtzuerhalten, aber bei anderen Geräten wie beispielsweise Netzwerkdruckern oder kompakten Router-Boxen ist das eventuell nicht möglich. | | * [[CSMA/CD]] |
| * Solche Geräte sind mit einem reinen 100er-Netz eventuell nicht mehr kompatibel. | | * [[Broadcast]] |
| | * [[Switch]] |
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| Noch neuere Formen von Ethernet erreichen Übertragungsraten von 1.000 MBit/s (Gigabit-Ethernet), entweder über Lichtwellenleiter (1000BaseFL für »Fiber Logic«) oder über mehradrige Twisted-Pair-Kabel (1000BaseTX).
| | ==== Links ==== |
| * Bereits entwickelt, aber noch nicht weitverbreitet, sind Ethernet-Varianten mit 10 oder gar 100 GBit/s – anfangs nur über verschiedene Arten von Lichtwellenleitern, aber inzwischen ebenfalls über Twisted Pair.
| | ===== Weblinks ===== |
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| [[Kategorie:Entwurf]] | | [[Kategorie:Ethernet]] |
| [[Kategorie:OSI:02]]
| | </noinclude> |
