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

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

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

Switches für SDVoE-Anwendungen

Professionelles Audio/Video over Ethernet

Switches für SDVoE-Anwendungen

Die Switches M4300-16X und M4300-24FX, Netgears neue Mitglieder der M4300-Familie, wurden laut Hersteller speziell dafür entwickelt, audiovisuelle Displaylösungen über IP zu optimieren und die Komplexität von AV-Bereitstellungen zu vereinfachen. lesen

Wie Netzbetreiber den Weg zum Highspeed-Internet ebnen

Glasfaserausbau

Wie Netzbetreiber den Weg zum Highspeed-Internet ebnen

Der Breitbandbedarf in Deutschland ist innerhalb der letzten Jahre sowohl bei Privat- als auch bei Geschäftskunden stark angestiegen. Da sich dieser Trend fortsetzt, führt an einem schnellen Glasfaserausbau kein Weg vorbei. Die Netzbetreiber haben dabei die Wahl zwischen aktiver und passiver Glasfasertechnik. lesen

WLAN oder 5G: So sehen es die Mobilfunker

Was leistet 5G auf welchen Frequenzen?

WLAN oder 5G: So sehen es die Mobilfunker

WLAN ist halbwegs unkompliziert, bezahlbar und in Firmen weit verbreitet. Aber die WLAN-Bänder sind oft überlastet. 5G verspricht geschützte Frequenz-Bänder, Stabilität, rasanten Speed und sehr kurze Reaktionszeiten. Jetzt haben die Architekten der Firmennetze die Qual der Wahl. lesen

Mehr Power für den Einplatinenrechner

Raspberry Pi 4

Mehr Power für den Einplatinenrechner

Die Raspberry Pi Foundation hat die vierte Version des Einplatinencomputers mit dem Himbeer-Logo vorgestellt. Der Rasberry Pi 4 soll sich durch seine stärkere Hardware für anspruchsvollere IoT- oder Digital-Signage-Projekte eignen. lesen

20 Jahre Wi-Fi Alliance

Auf gute Funk-Kooperation!

20 Jahre Wi-Fi Alliance

1999 trat die Wi-Fi Alliance an, nervigen Interoperabilitätsproblemen zwischen frühen 802.11-Produkten den Garaus zu machen. Zeit für einen Rückblick, was sich seitdem in puncto Standardisierung getan hat – und für einen Ausblick auf die Zukunft der Drahtlosnetzwerke. lesen

ADVA-Plattform für latenzarmen Ethernet-Dienst

Datensicherheit im Colt IQ Network

ADVA-Plattform für latenzarmen Ethernet-Dienst

Für einen neuen Dienst mit Ethernet Line Encryption wird Colt Technology Services die Plattform ADVA FSP 150 mit ConnectGuard-Technologie einsetzen. Die Lösung biete Ende-zu-Ende-Datensicherheit für latenzarme Hochgeschwindigkeitsdienste mit bis zu 10 GBit/s. lesen

Allegro 500 erfasst Daten mit vier Gbit/s

Network Multimeter für Büros und kleine Rechenzentren

Allegro 500 erfasst Daten mit vier Gbit/s

Allegro Packets erweitert das Portfolio seiner Network Multimeter für Monitoring und Fehlersuche. Die kompakte Appliance Allegro 500 erreicht dabei eine Aufzeichnungsrate bis zu vier Gbit/s. lesen

Mellanox SN3000-Familie kommt mit Spectrum 2

Ethernet Cloud Fabric bringt mehr Performance und Features

Mellanox SN3000-Familie kommt mit Spectrum 2

Mit der SN3000-Familie kündigt Mellanox die ersten Switches an, die auf dem Spectrum-2-ASIC basieren. Der Chip unterstützt Port-Geschwindigkeiten bis zu 400 Gbit/s und soll genug Leistung für anspruchsvolle virtualisierte Umgebungen liefern. lesen

Qualifizierung und Wartung von Netzwerk­verkabelungen

Qualifizierer-Serie von Softing IT Networks

Qualifizierung und Wartung von Netzwerk­verkabelungen

Die Qualifizierer-Geräteserie NetXpert XG von Softing IT Networks soll Installateuren und Betreibern von strukturierter Netzwerkverkabelung eine schnelle, zuverlässige Abnahme und Überprüfung von neuen und bestehenden LAN-Verkabelungen, inklusive entsprechender Dokumentation, ermöglichen. lesen

copyright

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