Ethernet: Unterschied zwischen den Versionen

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

↑ J. Jasperneite: Echtzeit-Ethernet im Überblick, atp 3/2005, S. 29–34, Vorlage:ISSN.

[1] J. Jasperneite: Echtzeit-Ethernet im Überblick, atp 3/2005, S. 29–34, Vorlage:ISSN.

[1]

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-'''Ethernet''' ist eine Technik für kabelgebundene Datennetze
+'''Ethernet''' - Technik für kabelgebundene Datennetze
-== Beschreibung ==
+=== Beschreibung ===
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-; Technik, die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert
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+|}
+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.
-; Definiert Technik für kabelgebundene Datennetze
+; Technik für kabelgebundene Datennetze
-* [[Software]]: Protokolle usw.
+{| class="wikitable options big"
-* [[Hardware]]: Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten usw.
+|-
+! Bereich !! Beschreibung
-; Ursprünglich für lokale Datennetze ([[Local Area Network|LANs]]) gedacht
+|-
-* daher auch als LAN-Technik bezeichnet
+| [[Software]] || Protokolle, Rahmenformate, …
+|-
-; Datenaustausch mit Frames
+| [[Hardware]] || Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten, …
-* zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen)
+|}
-* siehe [[Ethernet/Frame]]
 ; Übertragungsraten
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 * Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium im sogenannten [[Basisbandübertragung|Basisbandverfahren]] und in digitalem [[Multiplexverfahren|Zeitmultiplex]].
-=== CSMA/CD-Algorithmus ===
+=== Umwandlung in einen Datenstrom ===
-{{:CSMA/CD}}
-=== Broadcast und Sicherheit ===
-[[Broadcast#Sicherheit]]
-=== Verbesserungen ===
-==== Switching ====
-[[Switch#Switching]]
-==== 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.
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 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.
+<noinclude>
 == Anhang ==
 === Siehe auch ===
-# [[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.
-==== Unterseiten ====
 {{Special:PrefixIndex/Ethernet}}
+----
+* [[CSMA/CD]]
+* [[Broadcast]]
+* [[Switch]]
-==== Verwandte Standards ====
-Netzwerkstandards, die nicht zum IEEE-802.3-Ethernet-Standard gehören, aber das Ethernet-Datenblockformat verstehen und mit Ethernet zusammenarbeiten.
-{| class="wikitable sortable options"
-|-
-! Standard !! Beschreibung
-|-
-| [[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]]) 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 (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.
-|}
-==== Sicherheit ====
-==== Dokumentation ====
-===== RFC =====
-===== Man-Pages =====
-===== Info-Pages =====
 ==== Links ====
-===== Einzelnachweise =====
-<references />
-===== Projekt =====
 ===== 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
-# [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
-<noinclude>
-=== 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>
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-<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed">
-''Testfrage 4''
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-''Testfrage 5''
-<div class="mw-collapsible-content">'''Antwort5'''</div>
-</div>
 [[Kategorie:Ethernet]]
 </noinclude>
-= TMP =
-== Weiter Aspekte ==
-=== 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.