Ethernet: Unterschied zwischen den Versionen

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'''topic''' kurze Beschreibung
'''Ethernet''' - Technik für kabelgebundene Datennetze


== Beschreibung ==
=== Beschreibung ===
; Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs)
{| class="float"
Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software
|+ Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel
 
; 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).
* 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>.
 
; 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.
 
{{Netzwerk-TCP-IP-Netzzugangsprotokoll|Ethernet}}
{| class="float-right" style="text-align:center" cellspacing="3"
|+ Ethernet im [[AppleTalk]]-Protokollstapel (EtherTalk)
|style="background:#FFEEBB"| ''Anwendung''
|style="background:#FFFFFF"|
|style="background:#EEEEFF"| [[Apple Filing Protocol|AFP]]
| rowspan ="3" rowspan="2" style="background:#EEEEFF"| [[AppleTalk Data Stream Protocol|ADSP]]
|-
|-
|style="background:#FFEEBB"| ''Management''
| 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;" | …
|style="background:#EEEEFF"| [[Zone Information Protocol|ZIP]]
|style="background:#EEEEFF"| [[AppleTalk Session Protocol|ASP]]
|rowspan="2" style="background:#EEEEFF"| [[Name Binding Protocol|NBP]]
|rowspan="2" style="background:#EEEEFF"| [[Routing Table Maintenance Protocol|RTMP]]
|rowspan="2" style="background:#EEEEFF"| [[AppleTalk Echo Protocol|AEP]]
|-
|-
|style="background:#FFEEBB"| ''Transport''
| style="background-color:#ffeebb;" | Transport  
|colspan="2" style="background:#EEEEFF"| [[AppleTalk Transaction Protocol|ATP]]
| colspan="3"  style="background-color:#eeeeff;" | [[TCP]]
| colspan="2" style="background-color:#eeeeff;" | [[UDP]]
|-
|-
|rowspan="1" style="background:#FFEEBB"| ''Internet''
| style="background-color:#ffcc99;" | '''Internet'''  
|colspan="6" style="background:#EEEEFF"| [[Datagram Delivery Protocol|DDP]]
| colspan="5" style="background-color:#9999ff;" | '''[[IP]] ([[IPv4]], [[IPv6]])'''
|-
|-
|rowspan="2" style="background:#FFCC99"| '''Netzzugang'''
| style="background-color:#ffeebb;" | Netzzugang  
|rowspan="1" colspan="5" style="background:#EEEEEE"| [[EtherTalk Link Access Protocol|ELAP]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[Ethernet]]
|rowspan="1" colspan="1" style="background:#EEEEEE"| [[AppleTalk Address Resolution Protocol|AARP]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[TokenBus]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[TokenRing]]
| style="background-color:#eeeeee;" | [[WLAN]]
| style="background-color:#eeeeee;" | …
|-
|-
|rowspan="1" colspan="6" style="background:#CCCCCC"| '''Ethernet'''
|}
|}


'''Ethernet''' ([{{IPA|ˈeːtɐˌnɛt}}]<ref name="duden">{{Internetquelle |hrsg=[[Dudenverlag]] |werk=Duden online |titel=Ethernet |zugriff=2015-03-24 |url=https://www.duden.de/rechtschreibung/Ethernet}}</ref> oder englisch [{{IPA|ˈiθəɹˌnɛt}}]) ist eine Technik, die [[Software]] (Protokolle usw.) und [[Hardware]] (Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten usw.) für kabelgebundene Datennetze spezifiziert, welche ursprünglich für lokale Datennetze ([[Local Area Network|LANs]]) gedacht war und daher auch als LAN-Technik bezeichnet wird.  
Beschreibt, wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können.
* Sie ermöglicht den Datenaustausch in Form von [[Datenframe]]s zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen).<ref>{{Literatur |Titel=Optische Netze – Systeme Planung Aufbau |Auflage=1 |Verlag=dibkom GmbH |Ort=Straßfurt |Datum=2010 |ISBN=978-3-9811630-6-3 |Seiten=35}}</ref> Derzeit sind [[Datenübertragungsrate|Übertragungsraten]] von 1, 10, 100&nbsp;Megabit/s (Fast Ethernet), 1000&nbsp;Megabit/s (Gigabit-Ethernet), 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400&nbsp;Gigabit/s spezifiziert, 800&nbsp;Gigabit/s und 1,6&nbsp;Terabit/s werden entwickelt.
* Ursprünglich für lokale Netzwerke gedacht (daher auch LAN-Technik).
* 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&nbsp;km, proprietäre auch mehr.
* Ermöglicht Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten.


Die Ethernet-Protokolle umfassen Festlegungen für Kabeltypen und Stecker sowie für Übertragungsformen (Signale auf der Bitübertragungsschicht, Paketformate).
; Technik für kabelgebundene Datennetze
* Im [[OSI-Modell]] ist mit Ethernet sowohl die physische Schicht (OSI Layer&nbsp;1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer&nbsp;2) festgelegt.
{| class="wikitable options big"
Ethernet entspricht weitestgehend der [[Institute of Electrical and Electronics Engineers|IEEE]]-Norm [[IEEE 802|802.3]].
|-
* Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technik und hat andere LAN-Standards wie [[Token Ring]] verdrängt oder, wie im Falle von [[ARCNET]] in Industrie- und Fertigungsnetzen oder [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]] in hoch verfügbaren Netzwerken, zu Nischenprodukten für Spezialgebiete gemacht.
! Bereich !! Beschreibung
* Ethernet kann die Basis für [[Netzwerkprotokoll]]e, wie z.&nbsp;B. [[AppleTalk]], [[DECnet]], [[IPX/SPX]] und [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP]], bilden.
|-
| [[Software]] || Protokolle, Rahmenformate, …
|-
| [[Hardware]] || Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten, …
|}


Für Anwendungen, in denen hohe Anforderungen an die [[Zuverlässigkeit (Technik)|Zuverlässigkeit]] der Kommunikation gestellt werden, kommt [[Echtzeit-Ethernet]] zum Einsatz.<ref>[[Jürgen Jasperneite|J.
; Übertragungsraten
* Jasperneite]]: ''Echtzeit-Ethernet im Überblick'', atp 3/2005, S. 29–34, {{ISSN|0178-2320}}.</ref>
Spezifiziert
* 1, 10&nbsp;Megabit/s
* 100&nbsp;Megabit/s (Fast Ethernet)
* 1000&nbsp;Megabit/s (Gigabit-Ethernet)
* 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400&nbsp;Gigabit/s spezifiziert,


===Namensherkunft===
In Entwicklung
*Kompositum aus ether (englisch für Äther), das Medium zur Ausbreitung von Funkwellen, und net (englisch für Netz).
* 800&nbsp;Gigabit/s und 1,6&nbsp;Terabit/s
*Begriff entstand um 1973 am Xerox Forschungszentrum.


===Definition===
; Ausdehnung
*Eine Technik die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert.
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&nbsp;km, proprietäre auch mehr.
*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.


===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&nbsp;1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer&nbsp;2) festgelegt.
*zum Anbinden von zentralen Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
*für Daten- und Nachrichtenverkehr.
*Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten).


===Ethernet Formate===
; Ethernet entspricht weitestgehend der [[Institute of  and Electronics Engineers|IEEE]]-Norm [[IEEE 802|802.3]]
siehe '''[[Ethernet:Frame]]'''
* 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,


=== Medientypen ===
; Basis für höhere Protokolle auf OSI-Layser 3
siehe '''[[Ethernet:Medien]]'''
* [[TCP/IP-Referenzmodell|TCP/IP]]
* [[AppleTalk]]
* [[DECnet]]
* [[IPX/SPX]]


=== Repeater (5-4-3)-Regel ===
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>
* max. '''5''' Segmente
* mit '''4''' Repeatern
* min. '''3''' Link-Segmente (phys. Punkt-zu-Punkt)


; Erweiterung von Ethernet-basierter Netzwerken mit Repeatern
; Ethernet ist heute der verbreitetste Standard für lokale Netze (LANs)
* für Ethernet-Segmente mit 10Mbit/s
Viele Hersteller unterstützen diese Art von Netzwerken mit Hard- und Software
* verhindert, dass die Kollisionsdomäne des zu groß wird (kein stabiler Netzwerkbetrieb).


== Dokumentation ==
; MAC-Adresse
=== RFC ===
* Jede Ethernet-Schnittstelle, also die Netzwerkkarte oder der fest eingebaute Anschluss, ist mit einer weltweit einmaligen Identifikationsnummer ausgestattet
=== Man-Pages ===
* der MAC-Adresse (für Media Access Control, einer der beiden Bestandteile der OSI-Netzzugangsschicht).
=== Info-Pages ===
* 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 auch ==
siehe [[MAC-Adresse]]
# [[MAC-Adresse]]
# [[VLAN]]
# [[Patchkabel]]
# [[Media Independent Interface]], Teilkomponente in einem Fast-Ethernet-Chipsatz.
# [[5-4-3-Regel]], Verschaltungsregel in einer Ethernet-Baumtopologie.
# [[Fibre Channel over Ethernet]], Übertragungsprotokoll für Fibre-Channel-Rahmen.
# [[PHY]] (physikalische Schnittstelle), Schaltkreis zur Datencodierung zwischen digitalen und analogen Systemen.
# [[TIA-568A/B]], Standards für die Kontaktierung von RJ-45-Steckern und -Buchsen.
# [[RJ-Steckverbindung|RJ45/48]], genormte Stecker und Buchsen für Telekommunikationskabel.
# [[BroadR-Reach]], ein Ethernet-Physical-Layer-Standard für Connectivity-Anwendungen im Automobilbereich.


== Links ==
; Frames
=== Projekt-Homepage ===
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.
=== Weblinks ===
* Jede Station überprüft daraufhin, ob die Daten für sie bestimmt sind.
# https://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet Wikipedia
* Im Übrigen kann man Ethernet-Schnittstellen auch in den »Promiscuous Mode« schalten, in dem sie ohne Unterschied alle Daten entgegennehmen.
# http://www.pinoy7.com/winnt/pt2_1.htm Brian Brown Network Topologies
* Auf diese Weise kann der gesamte Datenverkehr in einem Netzsegment überwacht werden.
# https://networkencyclopedia.com/100basetx/ Networkencyclopedia 100Base-TX
== Weblinks ==
# [http://www.ip-insider.de/themenbereiche/grundlagen/basiswissen/articles/191377/ Moderne LANs: IEEE 802.3ab 1000 BASE-T]
# [http://www.koehler-ks.de/Ethernet.html Ethernet-Paketformate]
# [[Jürgen Plate]]: [http://www.netzmafia.de/skripten/netze/ Grundlagen Computernetze.] FH München
# [http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html Charles Spurgeon’s Ethernet Web Site] (englisch)
# [http://www.ieee802.org/3/ Projektseite der IEEE 802.3 Working Group] (englisch)
# [http://standards.ieee.org/getieee802/index.html Ethernet-Standards] als PDF auf der IEEE-Download-Seite (englisch)
# [http://www.storage-insider.de/themenbereiche/rz-techniken/konsolidierung-tco/articles/244941/ 10-Gigabit-Ethernet führt iSCSI und Fibre Channel zusammen]
# W. Schulte: [http://wwwlehre.dhbw-stuttgart.de/~schulte/doc/Funkschau_16.pdf Metro- / Carrier Ethernet] (PDF; 709&nbsp;kB) DHBW Stuttgart. In: ''Funkschau'', 16, S. 14


=== Einzelnachweise ===
Die MAC-Adresse wird normalerweise nicht über das jeweilige Teilnetz hinaus weiterverbreitet.
<references />
== Testfragen ==
<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
Was ist Ethernet?
<div class="mw-collapsible-content">
'''Die am weitesten verbreitete Technologie für lokale Netzwerke.'''
</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">
; Ausnahmen
''Testfrage 4''
: 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.
<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>


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.


= Ethernet =
; Verwendung
= Wikipedia =
* Kommunikation von Computer, Drucker, Scanner, ...
== Entwicklung ==
* Anbinden zentraler Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
Ethernet wurde ursprünglich am [[Xerox PARC|Xerox Palo Alto Research Center]] (PARC) entwickelt.
* Daten- und Nachrichtenverkehr
* [[Robert Metcalfe|Metcalfe]] sagt, dass er das Ethernet erstmals 1973 in einem [[Memorandum|Memo]] über das Potenzial von Ethernet an seine Vorgesetzten skizzierte.<ref>{{YouTube|id=g5MezxMcRmk|title=The History of Ethernet}}</ref> Er leitete das Protokoll von dem an der Universität von Hawaii entwickelten funkbasierten [[ALOHAnet]] ab.
* Aus dem Funk leitet sich der Name ''Ether''-net ab (englisch für „[[Äther (Physik)|Äther]]“, der nach historischen Annahmen das Medium zur Ausbreitung von (elektromagnetischen) Wellen wäre).
* Metcalfe selbst sagt, dass Ethernet über mehrere Jahre entwickelt worden sei und sich daher kein Anfangszeitpunkt festmachen ließe.
 
Ursprünglich war es also ein firmenspezifisches und nicht standardisiertes Produkt.
* Diese erste Version des Ethernet arbeitete noch mit 3&nbsp;Mbit/s. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent [[David Boggs]] einen Artikel<ref>[http://www.tcp-ip-info.de/tcp_ip_und_internet/ethernet.htm Die erste Grafik über die Funktion des Ethernet]</ref> mit dem Titel {{lang|en|''Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks.''}}
 
Robert Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Nutzung von [[Personal Computer]]n und [[Local Area Network|LANs]] zu fördern, und gründete die Firma [[3Com]].
* Er überzeugte [[Digital Equipment Corporation|DEC]], [[Intel]] und [[Xerox]], mit ihm zusammenzuarbeiten, um Ethernet zum Standard zu machen.
* Ihre erste Ethernet-Version 1 wurde ab 1980 vom IEEE ([[Institute of Electrical and Electronics Engineers]]) in der Arbeitsgruppe 802 weiterentwickelt.  
* Ursprünglich war nur ein LAN-Standard für Übertragungsraten zwischen 1 und 20&nbsp;Mbit/s geplant.  
* Ebenfalls 1980 kam noch eine sogenannte „Token-Access-Methode“ hinzu.  
* Ab 1981 verfolgte das IEEE drei verschiedene Techniken: [[CSMA/CD]] (802.3), [[Token Bus]] (802.4) und [[Token Ring]] (802.5), wovon die letzten beiden bald in einer wahren Flut von Ethernet-Produkten untergingen. 3Com wurde dabei ein großes Unternehmen.
 
Die Arbeiten am Cheapernet-Standard (10BASE2) wurden im Juni 1983 veröffentlicht.
* Zur gleichen Zeit begann die Arbeit an den Spezifikationen für Ethernet-on-Broadband ([[10BROAD36]]) und für das StarLAN (1BASE5).  
* Als 1985 der Ethernet-Standard auch als internationaler Standard ISO/DIS 8802/3 veröffentlicht wurde, wurde er binnen kurzer Zeit von über 100 Herstellerfirmen unterstützt. 1986 begannen einige kleinere Firmen mit der Übertragung von Daten im Ethernet-Format auf Vierdrahtleitungen aus dem Telefonbereich (CAT-3).
* Danach verstärkte das IEEE seine Aktivitäten in den Gebieten Ethernet-on-[[Twisted Pair]], was 1991 zum Standard für 10BASE-T wurde, sowie Ethernet auf [[Glasfaserkabel]]n, was 1992 zu den 10BASE-F-Standards (F für Fibre-Optics) führte.
* Mitte der 1990er Jahre kam es zu einem Tauziehen um den Nachfolge-Standard; auf der einen Seite standen [[AT&T]] und [[Hewlett-Packard|HP]], die eine technisch elegantere Lösung nach [[IEEE 802.12]] (100BASE-VG) anstrebten, auf der anderen Seite standen die Hersteller der ''Fast Ethernet Alliance'', bestehend aus ca. 35 namhaften Firmen wie [[Bay Networks]], [[3Com]], [[Intel]], [[Sun Microsystems|SUN]], [[Novell]] usw., die 100&nbsp;Mbit/s nach dem altbewährten IEEE-802.3-Standard propagierten.


Letztendlich wurde 1995 der 100-Mbit/s-Standard für Ethernet auf Bestreben der {{lang|en|''Fast Ethernet Alliance''}} gemäß [[IEEE 802]].3u verabschiedet, etwa gleichzeitig mit dem Standard für ein [[WLAN|Wireless-LAN]] mit der Bezeichnung 802.11.
; Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten)
* Inzwischen nehmen die Arbeiten am 10-Gbit/s-Ethernet und am {{lang|en|''Ethernet in the First Mile''}} (EFM) statt des rein lokalen Betriebs bereits Universitäts- und [[Metropolitan Area Network|Stadtnetze]] ins Visier.


In der Form des [[Industrial Ethernet]] findet der Ethernet-Verkabelungsstandard heutzutage immer mehr auch in industriellen Fertigungsanlagen Anwendung.
=== Data-Link-Layer ===
* Die weltweite Vernetzung und die dadurch wachsenden Anforderungen an die Datenübertragung – nicht nur für berufliche, sondern auch für private Zwecke – hat dazu geführt, dass auch in Privatgebäuden und sogar [[Kreuzfahrtschiff]]en leistungsfähige Netzwerke installiert werden.
 
Robert Metcalfe wurde für seine Verdienste um die Entwicklung des Ethernets im Jahr 2003 die „National Medal of Technology“<ref>[http://www.uspto.gov/about/nmti/recipients/2003.jsp Liste der Preisträger der „National Medal of Technology“ im Jahr 2003]</ref> verliehen.
 
Am 21. März 2019 wurde beim [[DE-CIX]] als erstem Internetknoten weltweit 400-GBit/s-Ethernet angeboten.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.de-cix.net/en/about-de-cix/media-center/press-releases/de-cix-first-internet-exchange-worldwide-to-offer-400-gigabit-ethernet-access-technology |titel=DE-CIX first Internet Exchange worldwide to offer 400-Gigabit Ethernet access technology |zugriff=2019-04-03 |sprache=en}}</ref>
 
== Bitübertragungsschicht ==
Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs Nachrichten durch Hochfrequenz übertragen, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes.  
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.  
* Jede [[Netzwerkschnittstelle]] hat einen global eindeutigen 48-Bit-Schlüssel, der als [[MAC-Adresse]] bezeichnet wird.  
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* Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium im sogenannten [[Basisbandübertragung|Basisbandverfahren]] und in digitalem [[Multiplexverfahren|Zeitmultiplex]].
* Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium im sogenannten [[Basisbandübertragung|Basisbandverfahren]] und in digitalem [[Multiplexverfahren|Zeitmultiplex]].


=== CSMA/CD-Algorithmus ===
=== Umwandlung in einen Datenstrom ===
{{Hauptartikel|Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection}}
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.  
 
Ein [[Algorithmus]] mit dem Namen „{{lang|en|''Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection''}}“ (''CSMA/CD'') regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium.
* Es ist eine Weiterentwicklung des [[ALOHA]]net-Protokolls, das in den 1970er-Jahren auf [[Hawaii]] zum Einsatz kam.
 
In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Diskussionsrunde ohne Moderator, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen.
* Bevor sie zu sprechen beginnen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast zu reden aufgehört hat.
* Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne, bevor sie einen neuen Anlauf wagen.
 
Die Stelle, die Daten senden möchte, lauscht also auf dem Medium ({{lang|en|Carrier Sense}}), ob es bereits belegt ist und sendet erst, wenn die Leitung frei ist.
* Da zwei Stellen gleichzeitig zu senden anfangen können, kann es trotzdem zu [[Datenkollision|Kollisionen]] kommen, die dann festgestellt werden ({{lang|en|Collision Detection}}), woraufhin beide Stellen noch kurz ein „Störung-Erkannt“-Signalmuster erzeugen, dann mit dem Senden aufhören und eine zufällige Zeit warten, bis sie einen erneuten Sendeversuch starten.
* Hierzu muss ein Sender während des Sendens zugleich auf dem Medium lauschen, ob ein anderer Sender mit ihm kollidiert.
* Daher sind Medien ungeeignet für CSMA/CD, wenn eine hohe Sendeleistung notwendig ist und einem sehr schwachen Empfangssignal gegenübersteht, das dann „untergeht“.
 
=== Kollisionserkennung ===
Damit die Kollision festgestellt und eine Sendewiederholung initiiert werden kann, müssen die [[Datenframe]]s abhängig von der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben – das Störsignal des zweiten Senders muss den ersten erreichen, bevor dieser sein Datenpaket beendet hat (und als „kollisionsfrei gesendet“ betrachtet).
* Diese Mindestlänge ergibt sich aus der [[Signalgeschwindigkeit]] und der Übertragungsrate.
* Bei einer Übertragungsrate von 10&nbsp;Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5&nbsp;km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64&nbsp;Byte (14&nbsp;Byte Header, 46&nbsp;Byte Nutzdaten, 4&nbsp;Byte CRC) vorgeschrieben.
* Kleinere Datenframes müssen entsprechend aufgefüllt werden.
* Für eine Übertragungsrate mit 10&nbsp;Mbit/s (Standard-Ethernet) sind eine maximale Segmentlänge von 100&nbsp;m sowie vier Repeater erlaubt.
* Damit können zwei Stationen bis zu einer Distanz von 500&nbsp;m direkt verbunden werden.
* Bei höheren Übertragungsraten und maximaler Segmentlänge reduziert sich die Anzahl der Repeater aufgrund der physikalischen Abhängigkeiten.
* So sind bei Fast-Ethernet (100&nbsp;Mbit/s) nur zwei Repeater und bei Gigabit-Ethernet (1000&nbsp;Mbit/s) ein Repeater erlaubt.
* Bei 1-Gbit/s-Ethernet (1000&nbsp;Mbit/s) im (allerdings eher hypothetischen) Halbduplex-Betrieb werden kleine Frames im Ethernet-Paket auf 520&nbsp;Byte verlängert, um noch eine sichere Kollisionserkennung bei sinnvoller physischer Netzwerkgröße zu erlauben.<ref>IEEE 802.3 Clause 3.2.10 Extension Field, IEEE 802.3 Clause 4.2.3.4 Carrier extension (half duplex mode only)</ref>
 
Auch wenn die Norm IEEE 802.3 den Namen „CSMA/CD“ im Titel hat, spielt die Kollisionsauflösung heute nur mehr in geringem Maße eine Rolle.
* Die meisten Netzwerke werden heute im [[Duplex (Nachrichtentechnik)|Vollduplexmodus]] betrieben, bei dem Teilnehmer (Router, Switches, Endgeräte etc.) mittels Punkt-zu-Punkt-Verbindung die Sende- und Empfangsrichtung unabhängig voneinander nutzen können und somit keine Kollisionen mehr entstehen.
* Trotzdem blieb das Frame-Format, insbesondere der Frame-Header und die für die Kollisionserkennung vorgeschriebene minimale Frame-Länge, bis hinauf zu 400-Gbit/s-Ethernet, unverändert.<ref>{{cite web|url=http://www.ieee802.org/3/bs/Objectives_14_0320.pdf |title=Objectives |publisher=IEEE 802.3bs Task Force |date=2014-03-20 |accessdate=2015-08-27}}</ref>
 
=== Broadcast und Sicherheit ===
In den ersten Ethernetimplementierungen wurde die gesamte Kommunikation über einen gemeinsamen Bus, der in Form eines [[Koaxialkabel]]s realisiert war, abgewickelt.
* An diesen wurden alle Arbeitsstationen abhängig vom Kabeltyp entweder per T-Stück oder „Invasivstecker“ (auch Vampirklemme, Vampirabzweige oder {{lang|en|Vampire Tap}} genannt) angeschlossen.
* Jede Information, die von einem Computer gesendet wurde, wurde auch von allen empfangen.
* Die über Ethernet verbundenen Geräte müssen ständig Informationen ausfiltern, die nicht für sie bestimmt sind.
 
Diese Tatsache kann genutzt werden, um Broadcast- (deutsch: Rundruf)-Nachrichten an alle angeschlossenen Systeme zu senden.
* Bei TCP/IP beispielsweise verwendet das [[Address Resolution Protocol|ARP]] einen derartigen Mechanismus für die Auflösung der Schicht-2-Adressen.
* Diese Tatsache ist auch ein Sicherheitsproblem von Ethernet, da ein Teilnehmer mit bösen Absichten den gesamten Datenverkehr auf der Leitung mitprotokollieren kann.
* Eine mögliche Abhilfe ist der Einsatz von [[Kryptographie]] (Verschlüsselung) auf höheren Protokollebenen.
* Die Vertraulichkeit der Verkehrsbeziehungen (wer tauscht mit wem in welchem Umfang wann Daten aus?) ist aber so nicht zu schützen.
 
Der Einsatz von [[Hub (Netzwerktechnik)|(Repeater) Hubs]] zur Bildung von Multi-Segment-Ethernet-Netzen ändert hier nichts, weil alle Datenpakete in alle Segmente repliziert werden.
 
In moderneren Ethernetnetzen wurden zur Aufteilung der Kollisions-Domänen zunächst [[Bridge (Netzwerk)|Bridges]], heute [[Switch (Netzwerktechnik)|Switches]] eingesetzt.
* Durch diese wird ein Ethernet in Segmente zerlegt, in denen jeweils nur eine Untermenge an Endgeräten zu finden ist.
* Werden ausschließlich Switches verwendet, so kann netzweit im [[Full-duplex Ethernet|Full-Duplex-Modus]] kommuniziert werden, das ermöglicht das gleichzeitige Senden und Empfangen für jedes Endgerät. Über Switches werden Datenpakete in der Regel direkt vom Sender zum Empfänger befördert – unbeteiligten Teilnehmern wird das Paket nicht zugestellt.
* Broadcast- (deutsch: Rundruf-) und Multicast-Nachrichten hingegen werden an alle angeschlossenen Systeme gesendet.
 
Das erschwert das Ausspionieren und Mithören, der Sicherheitsmangel wird durch die Einrichtung einer „geswitchten“ Umgebung allerdings nur verringert und nicht behoben.
* Zusätzlich zu den Broadcast-Meldungen werden auch die jeweils ersten Pakete nach einer Sendepause –&nbsp;dann, wenn der Switch die Ziel-MAC-Adresse (noch) nicht kennt&nbsp;– an alle angeschlossenen Systeme gesendet.
* Dieser Zustand kann auch böswillig durch [[MAC-Flooding]] herbeigeführt werden.
* Pakete können auch böswillig durch [[MAC-Spoofing]] umgeleitet werden.
 
Die Sicherheit des Betriebs im Sinne der störungsfreien Verfügbarkeit von Daten und Diensten beruht auf dem Wohlverhalten aller angeschlossenen Systeme.
* Beabsichtigter oder versehentlicher Missbrauch muss in einer Ethernetumgebung durch Analyse des Datenverkehrs aufgedeckt werden ([[LAN-Analyse]]).
* Switches stellen vielfach statistische Angaben und Meldungen bereit, die Störungen frühzeitig erkennbar werden lassen bzw. Anlass geben zu einer detaillierteren Analyse.
 
== Verbesserungen ==
=== Switching ===
Ethernet in seinen frühen Ausprägungen (z.&nbsp;B. 10BASE5, 10BASE2), mit einem von mehreren Geräten gemeinsam als Übertragungsmedium genutzten Kabel ({{lang|en|collision domain/shared medium}} – im Unterschied zu dem späteren geswitchten Ethernet), funktioniert gut, solange das Verkehrsaufkommen relativ zur nominalen Bandbreite niedrig ist.
* Da die Wahrscheinlichkeit für Kollisionen proportional mit der Anzahl der Sender (englisch „{{lang|en|transmitter}}“) und der zu sendenden Datenmenge ansteigt, tritt oberhalb einer Auslastung von 50 % vermehrt ein als {{lang|en|''Congestion''}} (Stau) bekanntes Phänomen auf, wobei Kapazitätsüberlastungen entstehen und somit eine gute Effizienz der Übertragungsleistung innerhalb des Netzwerks verhindert wird.
 
Um dieses Problem zu lösen und die verfügbare Übertragungskapazität zu maximieren, wurden [[Switch (Netzwerktechnik)|Switches]] entwickelt (manchmal auch als {{lang|en|''Switching Hubs''}}, {{lang|en|''Bridging Hubs''}} oder {{lang|en|''MAC bridges''}} bezeichnet), man spricht auch von {{lang|en|''Switched Ethernet''}}.
* Switches speichern Pakete/Frames zwischen und beschränken damit die Reichweite der Kollisionen (die ''[[Kollisionsdomäne]]'') auf die an dem entsprechenden Switchport angeschlossenen Geräte.
* Bei Twisted-Pair- oder Glasfaser-Verkabelung können Verbindungen zwischen zwei Geräten (''Link'') außerdem im [[Vollduplex]]-Modus (''FDX'') betrieben werden, wenn beide Geräte dies unterstützen (dies ist dann die Regel).
 
Wenn (alle) Hubs/Repeater aus einem Netzwerk entfernt und durch vollduplex-fähige Komponenten ersetzt werden, spricht man von einem {{lang|en|(pure) switched Ethernet}}, bei dem es keine Halbduplex-Links und damit auch keine Kollisionen mehr gibt.
* Die Verwendung von Switches ermöglicht also eine kollisionsfreie Kommunikation im FDX-Modus, d.&nbsp;h., Daten können gleichzeitig gesendet und empfangen werden, ohne dass es zu Kollisionen kommt.
* Trotz kollisionsfreier Bearbeitung kann es jedoch zu Paketverlusten kommen, etwa wenn zwei Sender jeweils die Bandbreite beanspruchen, um zu einem gemeinsamen Empfänger Datenpakete zu senden.
* Der Switch kann zwar Pakete kurzzeitig puffern, wenn der Empfänger aber nicht über die doppelte Bandbreite verfügt oder der Datenfluss nicht verlangsamt werden kann, muss er bei Überlauf des Puffers Daten verwerfen, so dass sie nicht zugestellt werden können.
 
=== Ethernet flow control ===
{{lang|en|Ethernet flow control}} (Flusskontrolle) ist ein Mechanismus, der die Datenübertragung bei Ethernet temporär stoppt.
* In CSMA/CD-Netzen konnte auf diese spezielle Signalisierung verzichtet werden, denn hier ist die Signalisierung einer Kollision praktisch gleichbedeutend mit einem Stopp- oder Pausensignal (''Back Pressure'').
 
Seit Fast-Ethernet und der Einführung von [[Switch (Netzwerktechnik)|Switches]] findet die Datenübertragung praktisch nur noch kollisionsfrei im Vollduplex-Modus statt.
* Da damit auf CSMA/CD verzichtet wird, ist eine zusätzliche Flusskontrolle erforderlich, die es einer Station beispielsweise bei Überlastung ermöglicht, ein Signal zu geben, dass sie zurzeit keine weiteren Pakete zugesandt haben möchte – anders als mit CSMA/CD gibt es keine Möglichkeit, einen Verlust und damit die Notwendigkeit einer erneuten Sendung anzuzeigen.
* Hierzu wurde Flow Control eingeführt.
* Damit kann eine Station die Gegenstellen auffordern, eine Sendepause einzulegen und vermeidet so, dass Pakete (zumindest teilweise) verworfen werden müssen.
* Die Station schickt hierzu einer anderen Station (einer MAC-Adresse) oder an alle Stationen (Broadcast) ein PAUSE-Paket mit einer gewünschten Wartezeit.
* Die Pause beträgt 0 bis 65535 Einheiten; eine Einheit entspricht der Zeit, die für die Übertragung von 512 Bit benötigt wird.
 
Ethernet Flow Control verbessert die Zuverlässigkeit der Zustellung – da die angeforderten Pausen direkt auf den sendenden Knoten wirken, kann es aber zu Leistungseinbußen kommen.
* Wenn zum Beispiel ein Zielknoten die zu empfangenden Daten nur langsamer als mit der Übertragungsrate aufnehmen kann und deshalb Pause-Frames verschickt, bremst es den sendenden Knoten insgesamt, und dieser versorgt auch andere Zielknoten langsamer mit Daten als eigentlich möglich wäre (''{{lang|en|head-of-line blocking}}'').
 
Flow Control ist optional und wird häufig nicht eingesetzt, um Head-of-Line-Blocking zu vermeiden.
* In den meisten Netzwerken werden für wichtige Daten in den höheren Netzwerkschichten Protokolle verwendet, die leichte Übertragungsverluste ausgleichen können, insbesondere [[Transmission Control Protocol]].
* Wenn dies nicht möglich ist, muss durch die Netzwerkarchitektur oder andere Mechanismen sichergestellt werden, dass wichtige Pakete nicht verloren gehen können, zum Beispiel mit [[Quality of Service]] oder bei [[Fibre Channel over Ethernet]].
 
== 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 Bits 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.
* So wird, je nach Code, die erlaubte Frequenz-Bandbreite nach unten (Gleichspannungsfreiheit) und oben limitiert.


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


== Metro-Ethernet ==
''Metro Ethernet Netze'' (MEN) sind ethernetbasierte [[Metropolitan Area Network]] (MAN) Netze, die auf Carriergrade-Ethernet basieren.
* Nachdem mit der Einführung ausgefeilter Glasfasertechniken die Längenbeschränkungen für Ethernet-Netze praktisch aufgehoben sind, gewinnt Ethernet auch bei Weitverkehrsnetzen wie den MAN an Bedeutung.
* MANs basieren vor allem auf Kundenseite auf kostengünstiger bekannter Technik und garantieren eine vergleichsweise hohe Effizienz bei geringer Komplexität.
== Power over Ethernet ==
{{Hauptartikel|Power over Ethernet}}


Ebenfalls zur Familie der Ethernet-Standards gehört [[Power over Ethernet|IEEE 802.3af (IEEE 802.3 Clause 33)]].
<noinclude>
* Das Verfahren beschreibt, wie sich Ethernet-fähige Geräte über das Twisted-Pair-Kabel mit Energie versorgen lassen.
* Dabei werden entweder die ungenutzten Adern der Leitung verwendet, oder es wird zusätzlich zum Datensignal ein Gleichstromanteil über die vier verwendeten Adern übertragen.
* Eine Logik stellt sicher, dass nur PoE-fähige Geräte mit Energie versorgt werden.
* Gemäß 802.3af werden entsprechend ausgelegte Geräte mit 48&nbsp;V und bis zu 15,4&nbsp;Watt versorgt.
* Bis zu 30&nbsp;W bei 54&nbsp;V erreicht der Ende 2009 ratifizierte Standard 802.3at oder ''PoE+''. 2018 wurde die dritte Generation ''4PPoE'' als 802.3bt verabschiedet, die über alle vier Leitungspaare Geräte mit bis zu 100&nbsp;W versorgen kann.


== Verwandte Standards ==
== Anhang ==
Folgende Netzwerkstandards gehören nicht zum IEEE-802.3-Ethernet-Standard, unterstützen aber das Ethernet-Datenblockformat und können mit Ethernet zusammenarbeiten:
=== Siehe auch ===
 
{{Special:PrefixIndex/Ethernet}}
{| class="wikitable sortable"
----
|-
* [[CSMA/CD]]
! Standard !! Beschreibung
* [[Broadcast]]
|-
* [[Switch]]
| [[Wireless Local Area Network|WLAN]] ([[IEEE 802.11]]) || Eine Technik zur drahtlosen Vernetzung per [[Funktechnik]] auf kurzen Strecken (Distanzen sind von den örtlichen Gegebenheiten abhängig und vergleichbar mit [[Local Area Network|LAN]]), anfänglich mit Übertragungsraten ab 1&nbsp;Mbit/s, aktuell (2010) mit bis zu 600&nbsp;Mbit/s.
|-
| [[100VG AnyLAN|VG-AnyLan]] ([[IEEE 802.12]]) oder ''100BASE-VG'' || Ein früher Konkurrent zu 100-Mbit/s-Ethernet und 100-Mbit/s-TokenRing.
Ein Verfahren das [[Multimedia]]-Erweiterungen besitzt und beispielsweise wie [[FDDI]] garantierte Bandbreiten kennt, es basiert auf einem [[Demand Priority]] genannten Zugriffsverfahren ({{lang|en|Demand Priority Access Methode}}, kollisionsfrei, alle Zugriffe werden priorisiert vom Hub/Repeater zentral gesteuert), womit die Nachteile von [[Carrier Sense Multiple Access|CSMA]] eliminiert werden. ''100BASE-VG'' läuft auch über [[Cat-3|Kategorie-3]]-Kabel, benutzt dabei aber vier Aderpaare.
Federführend bei der Entwicklung waren [[Hewlett-Packard]] und [[AT&T]] beteiligt, kommerziell war VG-AnyLan ein Fehlschlag.
|-
| [[TIA 100BASE-SX]] || Von der [[Telecommunications Industry Association]] geförderter Standard. 100BASE-SX ist eine alternative Implementation von 100-Mbit/s-Ethernet über Glasfaser und ist inkompatibel mit dem offiziellen 100BASE-FX-Standard.
Eine hervorstehende Eigenschaft ist die mögliche Interoperabilität mit 10BASE-FL, da es [[Autonegotiation]] zwischen 10&nbsp;Mbit/s und 100&nbsp;Mbit/s beherrscht.
Die offiziellen Standards können das aufgrund unterschiedlicher [[Wellenlänge]]n der verwendeten [[Leuchtdiode|LEDs]] nicht.
Zielgruppe sind Organisationen mit einer bereits installierten 10-Mbit/s-Glasfaser-Basis.
|-
| [[TIA 1000BASE-TX]] || stammt ebenfalls von der Telecommunications Industry Association.
Der Standard war ein kommerzieller Fehlschlag, und es existieren keine Produkte, die ihn umsetzen. 1000BASE-TX benutzt ein einfacheres Protokoll als der offizielle 1000BASE-T-Standard, benötigt aber [[Cat-6]]-Kabel (Gegner behaupten, dieser primär von der Kabelindustrie geförderte Standard sei gar nicht zur Produktentwicklung gedacht gewesen, sondern ausschließlich dafür, um eine erste Anwendung für diese bis dahin mit keinerlei Vorteilen gegenüber [[Cat-5]] ausgestattete Kabelklasse vorweisen zu können).
|-
| [[InfiniBand]] || ist ein bereits seit 1999 spezifiziertes schnelles Hochleistungsverfahren zur Überbrückung kurzer Strecken (über Kupferkabel bis zu 15&nbsp;m).
Es nutzt bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zur kostengünstigen und latenzarmen Datenübertragung (unter 2&nbsp;µs) und schafft pro Kanal theoretische Datenübertragungsraten von bis zu 2,5&nbsp;Gbit/s in beide Richtungen und in der neueren DDR-Variante 5&nbsp;Gbit/s.
Bei InfiniBand können mehrere Kanäle transparent gebündelt werden, wobei dann ein gemeinsames Kabel verwendet wird. Üblich sind vier Kanäle (4×) also 10&nbsp;Gbit/s bzw. 20&nbsp;Gbit/s. Haupteinsatzgebiet sind [[Supercomputer]] (HPC-Cluster) wie sie auch in der [[TOP500]]-Liste zu finden sind.
|}


== Einzelnachweise ==
==== Links ====
<references />
===== Weblinks =====


[[Kategorie:Ethernet| ]]
[[Kategorie:Ethernet]]
[[Kategorie:Netzwerkeprotokoll (Netzzugang)]]
</noinclude>
[[Kategorie:Entwurf]]

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“