Definition

Was ist Ethernet?

| Autor / Redakteur: Dirk Srocke / Andreas Donner

(© aga7ta - Fotolia)

Von seinen proprietären Anfängen in den 1970er Jahren hat sich das Ethernet zum weltweit verbreiteten IEEE-Standard 802.3 mit atemberaubenden Bandbreiten entwickelt und erschließt mit Industrial Ethernet und Metro Ethernet auch Einsatzfelder außerhalb traditioneller Büroumgebungen.

Ethernet beschreibt eine kabelgebundene Netzwerktechnologie. Der mittlerweile als IEEE 802.3 standardisierte Ansatz war zunächst für lokale Büroumgebungen konzipiert, wird mittlerweile jedoch auch in Produktionsumgebungen und von Carriern verwendet.

ALOHA und die Anfänge am PARC

Ursprünglich wurde das Ethernetprotokoll vom drahtlosen Forschungsnetzwerk ALOHA abgeleitet und sollte dazu dienen, die PCs im Xerox Palo Alto Research Center (PARC) mit Internetzgängen und einem Laserdrucker zu verbinden. Das Konzept hierfür hat Bob Metcalfe nach eigenen Angaben am 22. Mai 1973 zuerst in einem internen Memo beschrieben und gut drei Jahre später mit seinem Mitstreiter David Boggs unter dem Titel „Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" in den „Communications of the ACM“ öffentlich vorgestellt.

Als Verbindung des frühen Ethernets diente ein einzelnes Koaxialkabel an der Decke, dessen Anmutung in der Literatur mit der eines Gartenschlauches beschrieben wird. Metcalfe und seine Kollegen beschrieben das Medium derweil nur als „Ether“ zu dem sie Datenpakete hochschickten – in Anlehnung an die im 17. Jahrhundert postulierte hypothetische Substanz eines Lichtäthers.

Vom „thick Ethernet“ – einem 10 Millimeter dicken Koaxialkabel, das angebohrt und per Vampirklemme angezapft wurde – hat sich das Transportmedium nach und nach weiterentwickelt. Einem dünneren und flexiblere Koaxialkabel mit BNC-Kopplungen („Thin Ethernet“) folgte schließlich eine Topologie, die sich von einem durchgängigen Kabelstrang löste und mit dem Netzwerkverantwortliche defekte Kabelverbindungen einfacher aufspüren konnten. Zunächst kam hierbei ein zentraler Hub zum Einsatz. Die Clients wurden nun direkt am Hub angeschlossen – und das nicht mehr per Koaxialkabel, sondern mit verbreiteten Telefonkabeln aus Kupfer.

Die Kapazität des Mediums blieb damit freilich unverändert: Im Prinzip verhielt sich die Infrastruktur weiterhin so, als hingen alle Rechner an einem Kabel. Das änderte sich erst mit den Switches – die Datenpakete gezielt an den jeweiligen Empfänger weiterleiteten.

Klassisch versus geswitcht

An dieser Stelle muss zwischen einem klassischen und einem geswitchten Ethernet unterschieden werden. Beim klassischen Ethernet kommen CSMA/CD-Algorithmen (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) eine entscheidende Rolle zu, um Zugriffsrechte auf das Medium zu regeln. Das führt insbesondere bei einer höheren Netzwerknutzung zu Staus respektive Kapazitätsüberlastungen – also einer schlechten Effizienz des gesamten Netzes.

Mit dem geswitchten Ethernet verteilt dagegen ein Switch Pakete an die jeweiligen Zielports. Kollisionen könnten damit lediglich zwischen Switch und Client auftreten, und bei einer typischerweise eingesetzten Vollduplex-Verbindung komplett ausgeschlossen werden. Damit kann das geswitchte Ethernet auf eine CSMA/CD verzichten; alternativ benötigt es nun aber ein Verfahren, das die Datenübertragung in überlasteten Netzen zeitweise stoppt: Die Flußkontrolle.

Nichtsdestotrotz wurde CSMA/CD erst mit 10-Gigabit-Ethernet abgeschafft. Die vorherigen Standards verwendeten derweil noch verschiedene Kniffe um hohe Geschwindigkeiten, Leitungen praktikabler Länge und die Kollisionserkennung unter einen Hut zu bringen. So nutzte Gigabit-Ethernet etwa das Feature „Carrier Extension“, um Frames für die Kollisionserkennung künstlich zu vergrößern. Das resultierte wiederum in einer unnötigen Bandbreitenverschwendung, die per „Frame Bursting“ ausgeglichen werden sollte – das Verfahren ermöglicht es Sendern, mehrere Frames zusammengefasst zu übertragen und so das Verhältnis von Nutz- und Fülldaten zu optimieren. Die mit Gigabit auftauchenden „Jumbo Frames“ mit einer Länge von mehr als 1.500 Byte sind derweil kein Teil des Standards, werden aber von zahlreichen Herstellern unterstützt. Zweck der Datenpakete mit Überlänge ist es, die Arbeitslast für das Verarbeiten einzelner Pakete zu verringern.

Kabel, Kodierungen, PoE

Wurden zunächst Koaxialkabel für Ethernet verwendet, haben sich aktuell Twisted-Pair-Kupfer- und Glasfaser-Kabel durchgesetzt. Die zu Beginn genutzte Manchestercodierung wurde mittlerweile durch effizientere Kodierverfahren ersetzt, darunter 4B/5B oder 8B/10B.

Per Kupfer lassen sich mittlerweile nicht nur mehr Daten übertragen, sondern angeschlossene Geräte auch mit Energie versorgen. Die entsprechenden Verfahren werden in IEEE 802.3af beschrieben und als „Power over Ethernet“ – kurz PoE – bezeichnet.

Standardisierung

Ethernet kann weitgehend mit IEEE 802.3 gleichgesetzt werden. Der von DEC, Intel und Xerox definierte DIX-Standard unterscheidet sich jedoch beim Frame-Format von der später als 802.3 veröffentlichten Spezifikation: Dort wo DIX ein „Type“-Feld vorsieht, definiert die IEEE „Length“. Der Konflikt wurde schließlich wie folgt gelöst: Werte kleiner oder gleich 1.536 (0x600) werden als Framelänge interpretiert, Werte darüber als Typ.

Bei der Diskussion um den Nachfolger des 10 Mbit/s schnellen Ethernets gab es zwei Lager. Als IEEE 802.3u setzte sich schließlich das abwärtskompatible Fast Ethernet durch. Dem neu ins Leben gerufenen und mit 802.3 konkurrierenden Standard 802.12 war derweil kein längeres Leben beschieden.

In Sachen Geschwindigkeit konzentrieren sich die Standardisierungsbemühungen aktuell auf Ethernet-Varianten mit 200 Gbit/s und 400 Gbit/s (P802.3bs). Der als 802.3by geführte Standard beschreibt Ethernet mit Geschwindigkeiten mit 25 Gbit/s – und soll die Lücke zwischen Infrastrukturen mit zehn und 40 Gbit/s zu vergleichsweise niedrigen Kosten schließen. Als weiterer Zwischenstandard gilt 802.3bz, der über Kupferkabel der Kategorien Cat 5e respektive Cat 6 bis zu fünf Gbit/s überträgt.

Der voraussichtlich 2018 final verfügbare Standard 802.3cd widmet sich derweil den Durchsätzen von 50, 100 und 200 Gbit/s.

Abseits des Büros

Der Terminus „Industrial Ethernet“ beschreibt Bestrebungen, Geräte in der industriellen Fertigung per Ethernet anzubinden. Dem entsprechend müssen dann auch Switches, Hubs und Medienkonverter höhere Anforderungen an Störsicherheit und Schutzart erfüllen, für eine Hutschienenmontage vorgesehen sein oder sich per Gleichspannung betreiben lassen. Für Echtzeitanforderungen sind zudem spezielle Protokolle vorgesehen.

Das Metro Ethernet soll derweil die Einfachheit und Kostenstruktur des Ethernet auf Wide Area Networks (WAN) Übertragen. Das Modell wurde mittlerweile um das vom Industriekonsortium MEF (vormals Metro Ethernet Forum) vorangetriebene Carrier Ethernet erweitert, das den Markt für Ethernetdienste voranbringen soll und Servicecharakteristika vergleichbar macht.

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Aktuelle Beiträge zu diesem Thema

Neue Switches und Router für das Backbone

Anexia greift zu Juniper-Produkten

Neue Switches und Router für das Backbone

„Wir müssen unser Netzwerk beträchtlich verstärken.“ Mit dieser Einsicht hat das Projekt begonnen, mit dem der österreichische IT-Service-Provider Anexia sein Backbone komplett erneuerte, anstatt die bestehende Infrastruktur zu aktualisieren. lesen

Single-Pair Ethernet

Das sind die neuen Standards für SPE-Steckverbinder

Single-Pair Ethernet

Single-Pair Ethernet: Gremien haben sich auf die Steckgesichter für die Gebäudeverkabelung (IEC 63171-1) und die Industrie (IEC 61076-3-125) geeinigt. Die neuen Standards basieren auf den Designs von CommScope und Harting. lesen

Sicherer VPN-Zugriff aufs Firmennetzwerk

Router für Remote- und Site-to-Site-Verbindungen

Sicherer VPN-Zugriff aufs Firmennetzwerk

KMU mit Außenstellen bzw. Niederlassungen sollen mit dem Insight Instant VPN Business Router BR500 von Netgear von überall auf der Welt sicher auf ihr Intranet zugreifen können. Der Router könne außerdem bis zu drei Büros weltweit so verbinden, als ob sie lokal vernetzt wären. lesen

Open Networking mit Dells 100-GbE-Fabric-Switch

Doppelte Kapazität im Vergleich zum Vorgänger

Open Networking mit Dells 100-GbE-Fabric-Switch

Dell EMC erweitert seine Z-Serie um einen neuen 100-GbE-Fabric-Switch. Der Z9264F-ON unterstützt das Open Networking von Dell EMC und ist seit dem 31. August weltweit verfügbar. Auf der VMworld-Americas in Las Vegas wurde er vorgestellt. lesen

Darum sind RGMII & SGMII so wichtig für 100-Mbps-PHYs

Automotive: Gigabit xMII für 100BASE-T1

Darum sind RGMII & SGMII so wichtig für 100-Mbps-PHYs

Ethernet empfiehlt sich auch als flexible Netzwerktechnologie im Kfz. Für 4G-Verbindungen waren 100BASE-T1-basierte Bord-Netzwerke noch ausreichend, doch der neue Standard 5G verlangt nach mehr. Welche Möglichkeiten haben Systemdesigner und was gilt es zu beachten? lesen

P2P-Verbindung mit SD-WAN-Technologie

Gebündelte Vernetzung zweier Standorte

P2P-Verbindung mit SD-WAN-Technologie

Mit der SD-WAN-P2P-Verbindung des Internetspezialisten Becom sollen auch kleine und mittlere Unternehmen mit möglichst geringem Aufwand und zu überschaubaren Kosten zwischen zwei Standorten eine redundante Punkt-zu-Punkt-Verbindung als Alternative zur Festverbindung aufbauen können. lesen

High-Power-Geräteserie für Industrie-Netze

Power over Ethernet (PoE)

High-Power-Geräteserie für Industrie-Netze

Vorteile von Power over Ethernet (PoE) sind insbesondere geringe Verkabelungs- und Betriebskosten, schnelle Installation und größere Einsatzflexibilität. Doch oft reicht das Leistungsspektrum aktueller PoE-Generationen nicht aus. ICP bringt für die Industrievernetzung daher jetzt noch leistungsfähigere Geräte auf den Markt. lesen

AMS-IX verbessert und spart mit neuer Verbindungstechnik

Brocade und Rosenberger OSI im Nervensystem des Amsterdamer Internet-Austauschknotens

AMS-IX verbessert und spart mit neuer Verbindungstechnik

Der Amsterdamer Internet-Knoten Amsterdam Internet Exchange (AMS-IX) ist einer der größten. Die Nachfrage nach erhöhter Bandbreite und Netzwerkskalierbarkeit steigt und doch sollen Netzwerkkomplexität und Betriebskosten abnehmen. Wie das in einem Projekt seit 2016 gelungen ist, beschreibt diese Geschichte aus dem Hause Rosenberger OSI und Brocade. lesen

Industrie-Switches für Fast Ethernet

Basisgeräte für raue Umgebungen

Industrie-Switches für Fast Ethernet

Die beiden Fast-Ethernet-Unmanaged-Switches DIS-100E-5W und DIS-100E-8W sind mit fünf bzw. acht 10/100Base-T-Anschlüssen ausgestattet. D-Link erweitert somit sein Portfolio um Basisgeräte für einen kostengünstigen Einstieg in die Industrial-Ethernet-Technologie. lesen

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44598385 / Definitionen)