Ethernet: Unterschied zwischen den Versionen

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* In den meisten Netzwerken werden für wichtige Daten in den höheren Netzwerkschichten Protokolle verwendet, die leichte Übertragungsverluste ausgleichen können, insbesondere [[Transmission Control Protocol]].  
* 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]].
* 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]].
== Formate der Ethernet-Datenübertragungsblöcke und das Typfeld ==
=== Historische Formate ===
Es gibt vier Typen von Ethernet-Datenblöcken (englisch {{lang|en|''ethernet frames''}}):
* Ethernet-Version I (nicht mehr benutzt, Definition 1980 durch Konsortium [[Digital Equipment Corporation|DEC]], [[Intel]] und [[Xerox]])
* Der Ethernet-Version-2- oder Ethernet-II-Datenblock (englisch ''ethernet II frame''), der sogenannte DIX-Frame (Definition 1982 durch das Konsortium [[Digital Equipment Corporation|DEC]], [[Intel]] und [[Xerox]]).
Seit 1983 entsteht der Standard IEEE 802.3.
* Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard.
IEEE 802.3 definiert zwei Frame-Formate:
* IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
* IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame
Der ursprüngliche Xerox-Version-1-Ethernet-Datenblock hatte ein 16-bit-Feld, in dem die Länge des Datenblocks hinterlegt war.
* Da diese Länge für die Übertragung der Frames nicht wichtig ist, wurde es vom späteren Ethernet-II-Standard als Ethertype-Feld verwendet.
* Das Format von Ethernet I mit dem Längenfeld ist jetzt Teil des Standards 802.3.
Das Ethernet-II-Format verwendet die Bytes 13 und 14 im Frame als Ethertype.
* Auf ein Längenfeld wie im Ethernet-I-Frame wird verzichtet.
* Die Länge eines Frames wird nicht durch einen Zahlenwert, sondern durch die bitgenaue Signalisierung des Übertragungsendes übermittelt.
* Die Länge des Datenfeldes bleibt wie bei Ethernet I auf 1500 Bytes beschränkt.
* Auch das Ethernet-II-Format ist jetzt Teil des Standards 802.3, nur die Ethertypen mit Zahlenwerten kleiner als 1500 sind weggefallen, weil jetzt die Zahlenwerte kleiner gleich 1500 in diesem Feld als Länge interpretiert werden und gegen die tatsächliche Länge geprüft werden.
IEEE 802.3 definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld.
* Mit der Konvention, dass Werte zwischen 0 und 1500 auf das originale Ethernet-Format hindeuteten und höhere Werte den [[EtherType]] angeben, wurde die Koexistenz der Standards auf demselben physischen Medium ermöglicht.
* Die zulässigen Werte für Ethertype werden von IEEE administriert.
* Diese Verwaltung beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte.
* IEEE nimmt bei der Neuvergabe Rücksicht auf bereits für Ethernet II vergebene Ethertype-Werte, dokumentiert diese aber nicht.
* So kommt es vor, dass zum Beispiel der Wert 0x0800 für IP-Daten in der IEEE-Dokumentation der Ethertype-Werte fehlt.
* Ethertype beschreibt das Format bzw.
* das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks.
* Das LLC-Feld und ein eventuelles [[Subnetwork Access Protocol|SNAP]]-Feld sind bereits Teil des MAC-Frame-Datenfeldes.
Im Tagged-MAC-Frame werden vier Bytes mit dem QTAG-Präfix nach der Quell-MAC-Adresse eingeschoben.
* Dieses Feld wird durch den Standard 802.1Q definiert und ermöglicht bis zu 4096 virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) auf einem physischen Medium.
* Die erlaubte Gesamtlänge des Mac-Frames wird auf 1522 Bytes verlängert, die Länge des Datenfeldes bleibt auf 1500 Bytes beschränkt.
=== IEEE 802.3 Tagged MAC Frame ===
==== Datenframe ====
[[Datei:Ethernetpaket.svg|mini|ohne|800px|Das heute fast ausschließlich verwendete Ethernet-Datenblockformat Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q [[VLAN]]-Tag)]]
=== Aufbau ===
Ethernet überträgt die Daten seriell, beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der „Einerstelle“) eines Bytes.
* Das bedeutet, dass beispielsweise das Byte 0xD5 als Bitsequenz (links nach rechts) „10101011“ auf die Reise geht.
* Die Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen, d. h. mit dem Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst.
* Beispielsweise wird die MAC-Adresse im Bild 0x0040F6112233 in dieser Reihenfolge als „00 40 F6 11 22 33“ übertragen.
* Da das erste Bit eines Frames das Multicast-Bit ist, haben Multicastadressen ein erstes Byte mit einer ungeraden Zahl, z. B. 01-1B-19-00-00-00 für IEEE 1588.
Eine Abweichung betrifft die FCS ([[Frame Check Sequence]], CRC): Da sämtliche übertragenen Bits durch den CRC-Generator vom [[Bitwertigkeit#LSB-0-Bitnummerierung|LSB]] zum [[Bitwertigkeit#MSB-0-Bitnummerierung|MSB]] geschoben werden, muss das höchstwertige Bit des höchstwertigen Bytes der CRC an vorderster Stelle übertragen werden.
* Ein errechneter CRC-Wert von 0x8242C222 wird somit als „41 42 43 44“ an die übertragenen Datenbytes als FCS-Prüfsumme zur Übertragung angehängt.
Im Gegensatz zum Ethernet-Frame befindet sich bei manchen anderen LAN-Typen (beispielsweise [[Token Ring]] oder [[Fiber Distributed Data Interface|FDDI]]) in einem Frame das höchstwertige Bit eines Bytes an erster Stelle.
* Das bedeutet, dass beim Bridging zwischen einem Ethernet-LAN und einem anderen LAN-Typ die Reihenfolge der Bits eines jeden Bytes der MAC-Adressen umgekehrt werden muss.
==== Die Präambel und SFD ====
Die Präambel besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge „10101010…10101010“, auf diese folgt der Start Frame Delimiter (SFD) mit der Bitfolge „10101011“.
* Diese Sequenz diente einst der Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte.
* Sie war für all jene Geräteverbindungen notwendig, die die Bit-Synchronisation nicht durch die Übertragung einer kontinuierlichen Trägerwelle auch in Ruhezeiten aufrechterhalten konnten, sondern diese mit jedem gesendeten Frame wieder neu aufbauen mussten.
* Das alternierende Bitmuster erlaubte jedem Empfänger eine korrekte Synchronisation auf die Bit-Abstände.
* Da bei einer Weiterleitung über [[Repeater]] (Hubs) jeweils ein gewisser Teil der Präambel verloren geht, wurde sie in der Spezifikation groß genug gewählt, dass bei maximaler Ausdehnung des Netzwerkes für den Empfänger noch eine minimale Einschwingphase übrig bleibt.
Die Bus-Netzwerkarchitekturen, die auf derartige Einschwingvorgänge angewiesen sind, werden heute kaum mehr verwendet, wodurch sich die Präambel, genauso wie das Zugriffsmuster CSMA/CD, die minimale und maximale Frame-Länge und der minimale Paketabstand ([[Inter Frame Spacing|IFG]], auch IPG) nur aus Kompatibilitätsgründen in der Spezifikation befinden.
* Genau genommen sind Präambel und SFD Paketelemente, die auf einer Ebene unterhalb des Frames und damit auch des MACs definiert sein sollten, damit ihre Verwendung vom konkreten physischen Medium abhinge.
* Moderne drahtgebundene Netzwerkarchitekturen sind stern- oder ringförmig und verwenden dauerhaft eingeschwungene (synchrone) Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Endteilnehmern und Netzwerkverteilern ([[Bridge (Netzwerk)|Bridges]] bzw. Switches), die Paketgrenzen in anderer Form signalisieren und daher Präambel und SFD eigentlich unnötig machen.
* Andererseits ergeben sich durch IFGs und minimale Frame-Längen für Netzwerkverteiler auch gewisse maximale zu verarbeitende Paketraten, was deren Design vereinfacht.
==== Ziel- und Quell-MAC-Adresse ====
Die Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation, die die Daten empfangen soll.
* Diese Adresse kann auch eine [[Multicast]]- oder [[Broadcast]]-Adresse sein.
Die Quelladresse identifiziert den Sender.
* Jede MAC-Adresse der beiden Felder hat eine Länge von sechs Bytes bzw. 48 Bit.
Zwei Bit der [[MAC-Adresse]] werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.
* Das erste übertragene Bit und damit Bit 0 des ersten Bytes entscheidet, ob es sich um eine Unicast- (0) oder Broadcast-/Multicast-Adresse (1) handelt.
* Das zweite übertragene Bit und damit Bit 1 des ersten Bytes entscheidet, ob die restlichen 46 Bit der MAC-Adresse global (0) oder lokal (1) administriert werden.
* Gekaufte [[Netzwerkkarte]]n haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird.
* Man kann aber jederzeit individuelle MAC-Adressen wählen und den meisten Netzwerkkarten über die Treiberkonfiguration zuweisen, in denen man für das Bit 1 den Wert (1) wählt und eben spezifikationsgemäß die restlichen 46 Bit lokal verwaltet und in der Broadcast-Domäne eindeutig hält.
MAC-Adressen werden traditionell als Abfolge von sechs zweistelligen Hex-Zahlen dargestellt, die mit Doppelpunkten getrennt sind, z. B.
* als „08:00:01:EA:DE:21“, was der Übertragungsreihenfolge am Medium entspricht.
* Die einzelnen Bytes werden beginnend mit dem LSB gesendet.
==== VLAN-Tag ====
Im Tagged-MAC-Frame nach [[IEEE 802.1Q]] folgen zusätzlich vier Bytes als ''[[Virtual Local Area Network|VLAN]]-Tag''.
* Die ersten beiden Bytes enthalten die Konstante 0x8100 (=802.1qTagType), die einen ''Tagged-MAC-Frame'' als solchen kenntlich machen.
* Von der Position her würde hier im ''Basic-MAC-Frame'' das Feld ''Ethertype'' stehen.
* Den Wert 0x8100 kann man damit auch als ''Ethertype'' für VLAN-Daten ansehen, allerdings folgt nach dem Tag noch der eigentliche Ethertype (s. u.).
* In den nächsten beiden Bytes (''TCI'' Tag Control Information) stehen dann drei Bit für die Priorität (''[[Class of Service]]'', 0 niedrigste, 7 höchste Priorität), ein Bit ''Canonical Format Indicator'' (CFI), das für die Kompatibilität zwischen Ethernet und Token Ring sorgt (dieses 1-bit-Datenfeld zeigt an, ob die MAC-Adresse in einem anerkannten oder nicht anerkannten Format ist.
* Hat das gesetzte Bit eine 0, dann ist es nicht vorschriftsmäßig, bei einer 1 ist es vorschriftsmäßig.
* Für Ethernet-Switches ist es immer 0.
* Empfängt ein Ethernet-Port als CFI-Information eine 1, dann verbindet der Ethernet-Switch das Tagging-Frame nicht zu einem nicht-getaggten Port.), sowie 12 Bit für die ''VLAN-ID''.
* An diesen VLAN-Tag schließt das ursprünglich an der Position des VLAN-Tags stehende Typ-Feld (EtherType) des eigentlichen Frames mit einem Wert ungleich 0x8100 (im Bild beispielsweise 0x0800 für ein IPv4-Paket) an.
Der VLAN-Tag wird als Folge von zwei Bytes „81 00“ übertragen.
* Die 16 Bit des TCI werden in gleicher Weise Big-Endian mit dem höheren Byte voran verschickt.
==== Das Typ-Feld (EtherType) ====
Das Typ-Feld gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten.
* Die Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein ''Ethernet-I-frame'' mit Längenfeld in dieser Position).
* Der spezielle Wert 0x8100 zur Kennzeichnung eines ''VLAN-Tags'' ist im Wertevorrat von ''Type'' reserviert.
* Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein.
Werte im Typfeld (''EtherType'') für einige wichtige Protokolle:
{| class="wikitable"
! Typfeld !! Protokoll
|-----
| 0x0800 || IP Internet Protocol, Version 4 ([[IPv4]])
|-----
| 0x0806
| Address Resolution Protocol ([[Address Resolution Protocol|ARP]])
|-----
| 0x0842 || Wake on LAN ([[Wake on LAN|WoL]])
|-----
| 0x8035
| Reverse Address Resolution Protocol ([[Reverse Address Resolution Protocol|RARP]])
|-----
| 0x809B || [[AppleTalk]] (EtherTalk)
|-----
| 0x80F3
| Appletalk Address Resolution Protocol ([[AppleTalk Address Resolution Protocol|AARP]])
|-----
| 0x8100
| VLAN Tag ([[VLAN]])
|-----
| 0x8137 || Novell [[Internetwork Packet Exchange|IPX]] (alt)
|-----
| 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]] (veraltet)<ref>{{Cite web|title= Extended Ethernet Frame Size Support |url=https://datatracker.ietf.org/doc/draft-kaplan-isis-ext-eth/ |date=2000-05-26}}</ref>
|-----
| 0x888E
| [[802.1X]] Port Access Entity
|-----
| 0x8892
| Echtzeit-Ethernet [[PROFINET]]
|-----
| 0x88A2
| ATA over Ethernet [[ATA over Ethernet|Coraid AoE]]<ref>{{Webarchiv|url=http://support.coraid.com/documents/AoEr11.txt | wayback=20121227034501 | text=Coraid AoE Protokoll Spezifikation}}</ref>
|-----
| 0x88A4
| Echtzeit-Ethernet [[EtherCAT]]
|-----
| 0x88A8
| Provider Bridging
|-----
| 0x88AB
| Echtzeit-Ethernet [[Ethernet Powerlink|Ethernet POWERLINK]]
|-
|0x88B8
|IEC61850 [[Generic Object Oriented Substation Events|GOOSE]]
|-----
| 0x88CC
| Link Layer Discovery Protocol [[LLDP]]
|-----
| 0x88CD
| Echtzeit-Ethernet [[Sercos III]]
|-----
| 0x88E1
| [[HomePlug AV]]
|-
|0x88E5
|[[MACsec]]
|-----
| 0x8906
| [[Fibre Channel over Ethernet]]
|-----
| 0x8914
| [[FCoE Initialization Protocol (FIP)]]
|-
|0x8947
|GeoNetworking protocol
|}
In Ethernet-802.3-Frames kann zur Kompatibilität mit Ethernet&nbsp;I an Stelle des Typfeldes die Länge des Dateninhalts im ''DATA''-Teil angegeben (Längenfeld) sein.
* Da das Datenfeld in keinem ''Ethernet Frame'' länger als 1500 Bytes sein darf, können die Werte 1536 (0x0600) und darüber als Protokolltypen (''Ethertype'') verwendet werden.
* Die Verwendung der Werte 1501 bis 1535 ist nicht spezifiziert.<ref>IEEE Std 802.3-2005, 3.2.6</ref> Die Verwendung als Länge ist praktisch vollständig verschwunden – um das Ende eines Frames zu signalisieren, verwenden alle Ethernet-Varianten entweder ein spezielles Steuersymbol (100 Mbit/s aufwärts)<ref>IEEE 802.3 ''Table 24-1 4B/5B code-groups''</ref> oder beenden den Trägertakt (10 Mbit/s).
Das Typ-Feld wird als Big-Endian-Byte-Folge interpretiert und mit dem höherwertigen Byte voran verschickt.
==== Nutzdaten ====
Pro Datenblock können maximal 1500&nbsp;Bytes an Nutzdaten übertragen werden.
* Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert.<ref name="Vertiefungsmodul">{{Webarchiv|url=https://prof.hti.bfh.ch/uploads/media/Powerlink.pdf |wayback=20120131025841 |text=Vertiefungsmodul Embedded Contrl WS 2005/06}} (PDF; 1&nbsp;MB)</ref> So genannte [[Jumbo Frames]], Super Jumbo Frames<!--siehe [[:en:Jumbo Frame#Super jumbo frames|Super Jumbo Frames]] in der englischsprachigen Wikipedia--> und Jumbogramme<!--siehe [[:en:Jumbogram|Jumbogramme]] in der englischsprachigen Wikipedia--> erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet beziehungsweise IEEE 802.3.
Die Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt.
==== PAD-Feld ====
Das PAD-Feld wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64&nbsp;Byte zu bringen.
* Das ist bei alten Übertragungsverfahren wichtig, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen.
* Präambel und SFD (8&nbsp;Bytes) werden bei der erforderlichen Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt, wohl aber ein VLAN-Tag.
* Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw. 42&nbsp;Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind.
* Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch „Padding Bytes“ genannt) nicht interpretiert werden, wofür es üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe bereithält.
==== FCS (Frame Check Sequence) ====
Das [[Frame Check Sequence|FCS]]-Feld stellt eine 32-Bit-[[Zyklische Redundanzprüfung|CRC-Prüfsumme]] dar.
* Die FCS wird über den eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld.
* Die Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten.
Wenn ein Paket beim Sender erstellt wird, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
* Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
* Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.
* 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 [[Zyklische Redundanzprüfung#Nullproblem und Nachbearbeitung|Nullproblems]]).
In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB zum MSB, durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
* 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.
* Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
* Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
* Beim Ethernet lautet sie 0xC704DD7B.
==== Reihenfolge der Bits und Bytes ====
Bei Ethernet werden Bytes (''Oktette'') grundsätzlich mit dem niederstwertigen Bit voran übertragen (mit Ausnahme der Frame Check Sequence).
* Viele schnellere Varianten übertragen allerdings keine einzelnen Bits, sondern Mehrbit-Symbole oder ganze Oktette in einem Schritt.
* Felder, die aus mehreren Bytes bestehen, werden grundsätzlich mit dem höchstwertigen Oktett voran übertragen.


== Umwandlung in einen Datenstrom ==
== Umwandlung in einen Datenstrom ==

Version vom 3. Dezember 2022, 22:12 Uhr

topic kurze Beschreibung

Beschreibung

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 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 00-A0-C9-E8-5F-64.
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.

Vorlage:Netzwerk-TCP-IP-Netzzugangsprotokoll

Ethernet im AppleTalk-Protokollstapel (EtherTalk)
Anwendung AFP ADSP
Management ZIP ASP NBP RTMP AEP
Transport ATP
Internet DDP
Netzzugang ELAP AARP
Ethernet

Ethernet ([[[:Vorlage:IPA]]][1] oder englisch [[[:Vorlage:IPA]]]) ist eine Technik, die Software (Protokolle usw.) und Hardware (Kabel, Verteiler, Netzwerkkarten usw.) für kabelgebundene Datennetze spezifiziert, welche ursprünglich für lokale Datennetze (LANs) gedacht war und daher auch als LAN-Technik bezeichnet wird.

  • Sie ermöglicht den Datenaustausch in Form von Datenframes zwischen den in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen).[2] Derzeit sind Übertragungsraten von 1, 10, 100 Megabit/s (Fast Ethernet), 1000 Megabit/s (Gigabit-Ethernet), 2,5, 5, 10, 25, 40, 50, 100, 200 und 400 Gigabit/s spezifiziert, 800 Gigabit/s und 1,6 Terabit/s werden entwickelt.
  • 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, wie im Falle von ARCNET in Industrie- und Fertigungsnetzen oder FDDI in hoch verfügbaren Netzwerken, zu Nischenprodukten für Spezialgebiete gemacht.
  • Ethernet kann die Basis für Netzwerkprotokolle, wie z. B. AppleTalk, DECnet, IPX/SPX und TCP/IP, bilden.

Für Anwendungen, in denen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Kommunikation gestellt werden, kommt Echtzeit-Ethernet zum Einsatz.[3]

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.

Definition

  • Eine 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.

Verwendung

  • zum Kommunizieren mehrerer Computer, Drucker, Scanner und dergleichen unter- oder miteinander.
  • zum Anbinden von zentralen Speichersystemen, Überwachungssystemen, ...
  • für Daten- und Nachrichtenverkehr.
  • Die am meisten verwendete Netzwerktechnik (Basis für einen Großteil der Netzwerkkarten).

Ethernet Formate

siehe Ethernet:Frame

Medientypen

siehe Ethernet:Medien

Repeater (5-4-3)-Regel

  • max. 5 Segmente
  • mit 4 Repeatern
  • min. 3 Link-Segmente (phys. Punkt-zu-Punkt)
Erweiterung von Ethernet-basierter Netzwerken mit Repeatern
  • für Ethernet-Segmente mit 10Mbit/s
  • verhindert, dass die Kollisionsdomäne des zu groß wird (kein stabiler Netzwerkbetrieb).

Dokumentation

RFC

Man-Pages

Info-Pages

Siehe auch

  1. MAC-Adresse
  2. VLAN

Links

Projekt-Homepage

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

Einzelnachweise

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

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


Ethernet

Wikipedia

Entwicklung

Ethernet wurde ursprünglich am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt.

  • Metcalfe sagt, dass er das Ethernet erstmals 1973 in einem Memo über das Potenzial von Ethernet an seine Vorgesetzten skizzierte.[1] 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“, 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 Mbit/s. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent David Boggs einen Artikel[2] mit dem Titel Vorlage:Lang

Robert Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Nutzung von Personal Computern und LANs zu fördern, und gründete die Firma 3Com.

  • Er überzeugte 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 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 Glasfaserkabeln, 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 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, Novell usw., die 100 Mbit/s nach dem altbewährten IEEE-802.3-Standard propagierten.

Letztendlich wurde 1995 der 100-Mbit/s-Standard für Ethernet auf Bestreben der Vorlage:Lang gemäß IEEE 802.3u verabschiedet, etwa gleichzeitig mit dem Standard für ein Wireless-LAN mit der Bezeichnung 802.11.

  • Inzwischen nehmen die Arbeiten am 10-Gbit/s-Ethernet und am Vorlage:Lang (EFM) statt des rein lokalen Betriebs bereits Universitäts- und Stadtnetze ins Visier.

In der Form des Industrial Ethernet findet der Ethernet-Verkabelungsstandard heutzutage immer mehr auch in industriellen Fertigungsanlagen Anwendung.

  • 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 Kreuzfahrtschiffen leistungsfähige Netzwerke installiert werden.

Robert Metcalfe wurde für seine Verdienste um die Entwicklung des Ethernets im Jahr 2003 die „National Medal of Technology“[3] verliehen.

Am 21. März 2019 wurde beim DE-CIX als erstem Internetknoten weltweit 400-GBit/s-Ethernet angeboten.[4]

Bitübertragungsschicht

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

Vorlage:Hauptartikel

Ein Algorithmus mit dem Namen „Vorlage:Lang“ (CSMA/CD) regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium.

  • Es ist eine Weiterentwicklung des ALOHAnet-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 (Vorlage:Lang), 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 Kollisionen kommen, die dann festgestellt werden (Vorlage:Lang), 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“.

Damit die Kollision festgestellt und eine Sendewiederholung initiiert werden kann, müssen die Datenframes 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 Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64 Byte (14 Byte Header, 46 Byte Nutzdaten, 4 Byte CRC) vorgeschrieben.
  • Kleinere Datenframes müssen entsprechend aufgefüllt werden.
  • Für eine Übertragungsrate mit 10 Mbit/s (Standard-Ethernet) sind eine maximale Segmentlänge von 100 m sowie vier Repeater erlaubt.
  • Damit können zwei Stationen bis zu einer Distanz von 500 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 Mbit/s) nur zwei Repeater und bei Gigabit-Ethernet (1000 Mbit/s) ein Repeater erlaubt.
  • Bei 1-Gbit/s-Ethernet (1000 Mbit/s) im (allerdings eher hypothetischen) Halbduplex-Betrieb werden kleine Frames im Ethernet-Paket auf 520 Byte verlängert, um noch eine sichere Kollisionserkennung bei sinnvoller physischer Netzwerkgröße zu erlauben.[5]

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 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.[6]

Broadcast und Sicherheit

In den ersten Ethernetimplementierungen wurde die gesamte Kommunikation über einen gemeinsamen Bus, der in Form eines Koaxialkabels realisiert war, abgewickelt.

  • An diesen wurden alle Arbeitsstationen abhängig vom Kabeltyp entweder per T-Stück oder „Invasivstecker“ (auch Vampirklemme, Vampirabzweige oder Vorlage:Lang 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 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 (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 Bridges, heute 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-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 – dann, wenn der Switch die Ziel-MAC-Adresse (noch) nicht kennt – 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. B. 10BASE5, 10BASE2), mit einem von mehreren Geräten gemeinsam als Übertragungsmedium genutzten Kabel (Vorlage:Lang – 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 „Vorlage:Lang“) und der zu sendenden Datenmenge ansteigt, tritt oberhalb einer Auslastung von 50 % vermehrt ein als Vorlage:Lang (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 Switches entwickelt (manchmal auch als Vorlage:Lang, Vorlage:Lang oder Vorlage:Lang bezeichnet), man spricht auch von Vorlage:Lang.

  • 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 Vorlage:Lang, 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. 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

Vorlage:Lang (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 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 (Vorlage:Lang).

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.

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.

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

Vorlage:Hauptartikel

Ebenfalls zur Familie der Ethernet-Standards gehört IEEE 802.3af (IEEE 802.3 Clause 33).

  • 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 V und bis zu 15,4 Watt versorgt.
  • Bis zu 30 W bei 54 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 W versorgen kann.

Verwandte Standards

Folgende Netzwerkstandards gehören nicht zum IEEE-802.3-Ethernet-Standard, unterstützen aber das Ethernet-Datenblockformat und können mit Ethernet zusammenarbeiten:

  • 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.[7]
  • 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 (Vorlage:Lang, 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.

Siehe auch

  • 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.
  • RJ45/48, genormte Stecker und Buchsen für Telekommunikationskabel.
  • BroadR-Reach, ein Ethernet-Physical-Layer-Standard für Connectivity-Anwendungen im Automobilbereich.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ Vorlage:YouTube
  2. ↑ Die erste Grafik über die Funktion des Ethernet
  3. ↑ Liste der Preisträger der „National Medal of Technology“ im Jahr 2003
  4. ↑
  5. ↑ IEEE 802.3 Clause 3.2.10 Extension Field, IEEE 802.3 Clause 4.2.3.4 Carrier extension (half duplex mode only)
  6. ↑ Vorlage:Cite web
  7. ↑ Vorlage:Cite web
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