Ethernet

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Ethernet ist eine Technik für kabelgebundene Datennetze

Beschreibung

Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel
Ethernet im TCP/IP-Protokollstapel
Technik, die Software und Hardware für kabelgebundene Datennetze spezifiziert
  • 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
Ursprünglich für lokale Datennetze (LANs) gedacht
  • daher auch als LAN-Technik bezeichnet
Datenaustausch mit Frames
  • zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen)
  • siehe Ethernet/Frame
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.

CSMA/CD-Algorithmus

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.

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.

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.

Siehe auch

  1. MAC-Adresse
  2. VLAN
  3. Patchkabel
  4. Media Independent Interface, Teilkomponente in einem Fast-Ethernet-Chipsatz.
  5. 5-4-3-Regel, Verschaltungsregel in einer Ethernet-Baumtopologie.
  6. Fibre Channel over Ethernet, Übertragungsprotokoll für Fibre-Channel-Rahmen.
  7. PHY (physikalische Schnittstelle), Schaltkreis zur Datencodierung zwischen digitalen und analogen Systemen.
  8. TIA-568A/B, Standards für die Kontaktierung von RJ-45-Steckern und -Buchsen.
  9. RJ45/48, genormte Stecker und Buchsen für Telekommunikationskabel.
  10. BroadR-Reach, ein Ethernet-Physical-Layer-Standard für Connectivity-Anwendungen im Automobilbereich.

Unterseiten

Verwandte Standards

Netzwerkstandards, die nicht zum IEEE-802.3-Ethernet-Standard gehören, aber das Ethernet-Datenblockformat verstehen und mit Ethernet zusammenarbeiten.

Standard  Beschreibung
WLAN (IEEE 802.11) Eine Technik zur drahtlosen Vernetzung per Funktechnik auf kurzen Strecken (Distanzen sind von den örtlichen Gegebenheiten abhängig und vergleichbar mit LAN), anfänglich mit Übertragungsraten ab 1 Mbit/s, aktuell (2010) mit bis zu 600 Mbit/s.
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 (Demand Priority Access Methode, kollisionsfrei, alle Zugriffe werden priorisiert vom Hub/Repeater zentral gesteuert), womit die Nachteile von CSMA eliminiert werden. 100BASE-VG läuft auch über 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 Mbit/s und 100 Mbit/s beherrscht. Die offiziellen Standards können das aufgrund unterschiedlicher Wellenlängen der verwendeten 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 m).

Es nutzt bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zur kostengünstigen und latenzarmen Datenübertragung (unter 2 µs) und schafft pro Kanal theoretische Datenübertragungsraten von bis zu 2,5 Gbit/s in beide Richtungen und in der neueren DDR-Variante 5 Gbit/s. Bei InfiniBand können mehrere Kanäle transparent gebündelt werden, wobei dann ein gemeinsames Kabel verwendet wird. Üblich sind vier Kanäle (4×) also 10 Gbit/s bzw. 20 Gbit/s. Haupteinsatzgebiet sind Supercomputer (HPC-Cluster) wie sie auch in der TOP500-Liste zu finden sind.

Dokumentation

RFC

Man-Pages

Info-Pages

Links

Einzelnachweise

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

Projekt

Weblinks

  1. https://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet Ethernet Wikipedia
  2. http://www.pinoy7.com/winnt/pt2_1.htm Brian Brown Network Topologies
  3. https://networkencyclopedia.com/100basetx/ Networkencyclopedia 100Base-TX
  4. Moderne LANs: IEEE 802.3ab 1000 BASE-T
  5. Ethernet-Paketformate
  6. Jürgen Plate: Grundlagen Computernetze. FH München
  7. Charles Spurgeon’s Ethernet Web Site (englisch)
  8. Projektseite der IEEE 802.3 Working Group (englisch)
  9. Ethernet-Standards als PDF auf der IEEE-Download-Seite (englisch)
  10. 10-Gigabit-Ethernet führt iSCSI und Fibre Channel zusammen
  11. W. Schulte: Metro- / Carrier Ethernet (PDF; 709 kB) DHBW Stuttgart. In: Funkschau, 16, S. 14


Testfragen

Was ist Ethernet?

Die am weitesten verbreitete Technologie für lokale Netzwerke.

Warum ist die Frame Mindestgröße wichtig?

Um die minimale Slot-Time zur Erkennung einer Kollision zu erreichen.

  • Somit werden keine Daten ergänzt.

Was ist ein Bus in der Datenverarbeitung?

Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg

Testfrage 4

Antwort4

Testfrage 5

Antwort5
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