Ethernet/Schnittstelle

topic - Kurzbeschreibung

Beschreibung

Eine Netzwerkkarte ist ein Gerät zur Verbindung eines Computers mit einem lokalen Netzwerk zum Austausch von Daten.

100-Mbit/s-PCI-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse

Diese Funktion befand sich früher fast ausschließlich auf einer Steckkarte für einen Erweiterungssteckplatz und ist mittlerweile auf den meisten Hauptplatinen direkt integriert.

• Umgangssprachlich wird der Begriff auch für eine integrierte Netzwerkschnittstelle verwendet, die sich nicht auf einer separaten Steckkarte befindet.

Ihre primäre Aufgabe ist die Herstellung einer physikalischen Verbindung zum Netzwerk über ein geeignetes Zugriffsverfahren (z. B. CSMA/CD) und die Implementierung der ersten oder auch zweiten OSI-Schicht (größtenteils Ethernet).

Was ist eine Netzwerkkarte?

• Erweiterungskarte oder Onboard
• Ermöglicht Verbindung zu einem Computernetzwerk
• Bietet Anschlussmöglichkeit für Netzwerkkabel/-medium.
• Stellt eine Computeradresse zur Verfügung (Hardwareadresse).

Bezeichnungen für Netzwerkkarten

Netzwerkadapter

• NIC
• Netzwerkadapter
• Netzwerk-Contoller
• Network Interface Card
• Network Interface Controller

Aufgaben einer Netzwerkkarte

• Anpassung von parallel verarbeiteten Daten in bitserielle Daten
• Feststellen, ob der Übertragungskanal frei ist
• Entdecken von Daten-Kollisionen
• Erzeugen von Signalen auf dem Übertragungsmedium

Erweiterte Funktionen

Funktion	Beschreibung
Parallel tasking	gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten vom/zum Prozessor
Auto Negotiation	Automatische Anpassung der Geschwindigkeit an das Netzwerk
Hot-Swap/Hot-Plug	Ausfallsicherheit, Austausch im laufenden Betrieb
Load balancing	Lastenverteilung auf mehrere Netzwerkkarten
Prozessor	Protokollsoftware auf Netzwerk-Controller implementiert, um CPU zu entlasten

Kartentypen

Netzwerkkarten bestehen auf der einen Seite aus einer Netzwerkschnittstelle, die für die jeweiligen Netzwerktypen bzw.

• die Netzwerkarchitektur ausgelegt ist, und auf der anderen Seite aus einer an die jeweilige Computerarchitektur angepasste Bus-Schnittstelle.
• Seit einigen Jahren haben praktisch alle Computer die (kabelgebundene) Netzwerkfunktionalität bereits auf ihrer Hauptplatine und benötigen nur noch eine Netzwerkkarte, falls eine weitere, schnellere oder drahtlose Verbindung benötigt wird.
• Für drahtlose Netzwerke sind USB-Sticks oder PCI Express Mini Cards als Bauform üblicher als die traditionellen Einbaukarten.

Netzwerktypen

Anfang der 1980er-Jahre gab es noch viele konkurrierende Netzwerkarchitekturen und Netzwerkkartentypen, die größere Verbreitung hatten, insbesondere ARCNET, Ethernet, LocalTalk und Token Ring.

• ARCNET operierte mit einem Token-Passing-Verfahren bei 2,5 Mbit/s und arbeitete meist auf Koaxialkabel (RG-62) als Bus- oder Stern-Topologie.
• Es hatte bis 1985 deutliche Preisvorteile gegenüber Ethernet, daraus resultierten hohe Marktanteile.
• Durch das Token-Passing-Verfahren arbeitet ARCNET deterministisch, lässt sich daher in Echtzeitsystemen einsetzen, was mit dem nicht höchstlasttauglichen ungeswitchten Ethernet problematisch ist.
• Ethernet verwendete zunächst meist 10-Mbit/s-Karten, die meist über ein Koaxialkabel (RG-58; Thin- oder Thick-Wire) als Bus verbunden wurden.
• Bis 1985 waren diese Karten noch sehr teuer, mit den NE1000/NE2000-Modellen kam es zu einem Preisverfall.
• Ethernet ist heute das am weitesten verbreitete Verfahren.
• Viele der anfänglichen Nachteile, insbesondere die Probleme bei hoher Last, konnten durch verbesserte Techniken und Komponenten wie Switches weitestgehend eliminiert werden.
• LocalTalk wurde fast ausschließlich von Apple eingesetzt, nutzte ein 232-kbit/s-Token-Passing-Verfahren über eine Zweidraht-Busverkabelung mit enger Anlehnung an die seriellen RS-422-Schnittstellen.
• Diese Art der Vernetzung war bei Apple-Rechnern sehr populär, denn von 1984 bis 1998 war diese Schnittstelle bei jedem Apple-Computer serienmäßig (ohne zusätzliche Einsteckkarte) vorhanden.
• Für PCs (auch Novell Netware-Server) gab es passende LokalTalk-Netzwerkkarten, meist in 8-Bit-ISA-Bus-Ausführung.
• Token Ring wurde vorwiegend im IBM-Umfeld (Banken) genutzt, es arbeitete bei 4 Mbit/s oder 16 Mbit/s im Token-Passing-Verfahren und hatte eine Ring-Topologie.

Als 1995 der Fast-Ethernet-Standard verabschiedet wurde, lichtete sich der Markt, und reine 10-Mbit/s-Ethernet-Karten wurden durch 10/100-Mbit/s-Karten ersetzt.

• Diese sind nicht mehr am stärksten verbreitet, da Gigabit-Ethernet-Karten (die ebenfalls 10/100-Mbit/s-kompatibel sind) deutliche Marktanteile gewinnen konnten.

Diese Karten werden über Twisted-Pair-Kabel mit RJ45-/8P8C-Steckern an einen Switch angeschlossen (früher auch an einen Hub) und bilden so ein lokales Netzwerk (LAN).

1000-Mbit/s-Netzwerkkarten werden meist über Twisted-Pair-Kabel mit RJ45-Steckern (1000BASE-T) verbunden, zunehmend aber auch per Glasfaser (z. B. 1000BASE-SX).

• Glasfasern werden bei noch schnelleren Verbindungen immer häufiger verwendet und ab 25 Gbit/s fast ausschließlich.

Netzwerkkarten für drahtlose Netzwerke (Wireless LAN) fanden zunächst hauptsächlich in mobilen Geräten wie z. B. Notebooks oder PDAs Verwendung, werden aber zunehmend auch in Desktop-PCs verbaut.

Bussysteme

Busseitig wechselten sich auch bei Netzwerkkarten verschiedene Standards ab

• Nicht für alle Bussysteme gab es Netzwerkkarten, beispielsweise nicht für den Accelerated Graphics Port (AGP).
• Auch gab es eher exotische Konstruktionen über den SCSI-Bus oder über Druckerschnittstellen, wobei letztere eine Zeitlang bei Notebooks zum Einsatz kamen.
• Im UNIX-Bereich, bei Workstations und Servern, genauso wie bei Großrechnern gab es zahlreiche herstellerspezifische Bussysteme, die auch für Netzwerkkarten genutzt wurden.

siehe Bussysteme

Bilder

• 
  Madge ISA-Token-Ring-Netzwerkkarte (4/16 Mbit/s)
• 
  10 MBit/s XT-Ethernet-Netzwerkkarte mit RG58-Buchse und 15-pol.
• 
  10 Mbit/s Legacy-ISA-Ethernet-Netzwerkkarte mit RG58-Buchse
• 
  EISA Netzwerkkarte mit RG58- und 15-pol.
• Datei:* SUB-D-Buchse (AUI)
• 
  10 MBit/s ISA-PnP-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse, RG58-Buchse und 15-pol.
• Datei:* SUB-D-Buchse
• 
  MCA-Netzwerkkarte mit RG58-Buchse
• 
  NuBus-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse
• 
  10 Mbit/s PCI-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse und RG58-Buchse
• 
  1000 Mbit/s PCI-X-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse
• Netzwerkkarte mit RG58-Buchse für Druckerschnittstelle
  Netzwerkkarte mit RG58-Buchse für Druckerschnittstelle
• 
  10 Mbit/s PCMCIA-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse und RG58-Buchse
• 
  100 Mbit/s PC-Card-Ethernet-Netzwerkkarte mit RJ45-Anschluss

Siehe auch

1. PCI-Bus
2. VLAN
3. Ethernet

Links

Weblinks

1. https://de.wikipedia.org/wiki/Autonegotiation
2. https://de.wikipedia.org/wiki/Hot_Swapping
3. https://de.wikipedia.org/wiki/Lastverteilung_(Informatik)
4. https://de.wikipedia.org/wiki/Datenflusssteuerung
5. https://de.wikipedia.org/wiki/Logical_Link_Control
6. https://de.wikipedia.org/wiki/Media_Access_Control
7. https://de.wikipedia.org/wiki/Zugriffsverfahren_(Netzwerk)

Testfragen

Testfrage 1

Antwort1

Testfrage 2

Antwort2

Testfrage 3

Antwort3

Testfrage 4

Antwort4

Testfrage 5

Antwort5

TMP

Aufgaben der Datensicherungsschicht

• unverfälschter Datentransport über einen einzelnen Übermietlungenabschnitt
• Aufteilung in Frames (Rahmen)
• Zerlegen der Frames in Bit
• Checksummenbildung (CRC: Cyclic Redundancy Check)
• Neuanforderung defekter Frames
• Daten-Flußsteuerung

Aufteilung des Data-Link-Layers

Logical Link Control (LLC)

Netzprotokoll

• Flußkontrolle (Datenflußsteuerung)
• Definition des SAP

(Service Access Point): Stelle, wo der Service angeboten wird (identifiziert durch eine Adresse) für Schicht 3

Media Access Control

Medienzugriffssteuerung

• Kommunikation mit der Netzwerkkarte
• Steuerung des Sendevorgangs
• MAC-Adressierung der Frames
• Zugriffsverfahren (z.B. CSMA/CD): Medienzugriff in Netzwerken
• Netzwerkkartentreiber

MAC Layer

• Media Access Control: Medienzugriffssteuerung (Zugriffsverfahren) auf die Bitübertragungsschicht

Aufgaben der Bitübertragungsschicht

Physical Layer

• Zuständig für den physikalischen Transport der digitalen Informationen
• Definiert den direkten Übertrag und Empfang einzelner Bit auf / von einem Medium

Option	Beschreibung
Mechanisch	Verbindungselemente, ...
Elektrisch	Spannungspegel, Widerstand des Kabels, Zeitdauer von Spannungswechsel, ...
Funktional	Taktgebung, Pin-Belegung, ...
Verfahrenstechnisch	Übertragungsmodus (Halb-, Volldublex), ...

Ausstattung

Standard-Netzwerkkarte

• gängige Netzwerkkarte besitzt nur einen Ethernet-Anschluss

Höherwertige Netzwerkkarten

• spezielle Ausführungen auch mehrere (bis zu vier)
• mit besserem Datendurchsatz, geringerer CPU-Last, besserer Ausstattung) kosten je nach Ausführung bis zu 100 EUR, sehr spezielle Karten (z. B. mit mehreren unabhängigen Anschlüssen) auch darüber.

• Seit Ende 2003 befinden sich bei vielen neuen PCs bereits Gigabit-Ethernet-Anschlüsse auf der Hauptplatine.

MAC-Adresse

Jede Ethernet-Netzwerkkarte besitzt eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die vom Hersteller vergeben wird.

• Allerdings gibt es auch Treiber, die es erlauben, die MAC-Adresse per Software temporär zu ändern, wodurch Sicherheitsprobleme in einem LAN entstehen können.

Anwendungen

Booten vom Netzwerk

siehe Booten vom Netzwerk