Definition

Ethernet (IEEE 802.3)

Mitarbeiter: Alissa Irei, John Burke und Michael Eckert

Bei Ethernet handelt es sich um die am weitesten verbreitete Technologie für lokale Netzwerke (Local Area Network, LAN), die es den Geräten ermöglicht, über ein Protokoll – eine Reihe von Regeln oder eine gemeinsame Netzwerksprache – miteinander zu kommunizieren.

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Als Data-Link-Layer-Protokoll im TCP/IP-Stack beschreibt Ethernet, wie Netzwerkgeräte Datenpakete so formatieren und übertragen können, dass andere Geräte im gleichen lokalen oder Standort-Netzwerksegment sie erkennen, empfangen und verarbeiten können. Ein Ethernet-Kabel ist die physische, gekapselte Leitung, über die die Daten übertragen werden.

Im Vergleich zur WLAN-Technologie ist Ethernet in der Regel weniger anfällig für Störungen – sei es durch Funkwellen-Interferenzen oder physische Barrieren. Es kann auch ein größeres Maß an Netzwerksicherheit und -kontrolle bieten als die drahtlose Technologie, da die Geräte über physische Kabel verbunden werden müssen. Das macht es für Außenstehende schwierig, auf Netzwerkdaten zuzugreifen oder Bandbreite für nicht genehmigte Geräte zu kapern.

Wie Ethernet funktioniert

Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) spezifiziert in der Standardfamilie mit der Bezeichnung IEEE 802.3, dass das Ethernet-Protokoll sowohl die Schicht 1 (Layer 1, die Bitübertragungsschicht) als auch die Schicht 2 (Layer2, die Sicherungsschicht) des OSI-Modells betrifft. Ethernet definiert zwei Einheiten der Übertragung: Paket und Frame. Der Frame umfasst nicht nur die Nutzlast der zu übertragenden Daten, sondern auch:

· die physische MAC-Adressen (Media Access Control) von Sender und Empfänger;

· VLAN-Tagging und Informationen zur Dienstqualität; und

· Fehlerkorrekturinformationen zur Erkennung von Übertragungsproblemen.

Jeder Frame wird in ein Paket gehüllt, das mehrere Bytes an Informationen enthält, um die Verbindung herzustellen und zu markieren, wo der Frame beginnt.

Die Ingenieure der Firma Xerox entwickelten Ethernet ursprünglich in den 1970er Jahren. Zunächst lief Ethernet über Koaxialkabel, während ein typisches Ethernet-LAN heute spezielle Qualitäten von Twisted-Pair- oder Glasfaserkabeln verwendet. Das frühe Ethernet verband mehrere Geräte über Hubs. Das sind Layer-1-Geräte, die für den Transport von Netzwerkdaten in Netzwerksegmenten zuständig sind, wobei entweder eine Daisy-Chain- oder Sterntopologie verwendet wurde.

Ethernet wird seit 1983 ständig weiterentwickelt.Abbildung 1: Ethernet wird seit 1983 ständig weiterentwickelt.

Wenn zwei Geräte, die sich einen Hub teilen, versuchen, Daten gleichzeitig zu übertragen, können die Pakete jedoch kollidieren und Verbindungsprobleme verursachen. Um diese digitalen Staus zu verringern, hat das IEEE das Protokoll Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) entwickelt. Damit können die Geräte prüfen, ob eine bestimmte Leitung benutzt wird, bevor sie neue Übertragungen einleiten.

Später wichen die Ethernet-Hubs weitgehend den Switches, ihren anspruchsvolleren und moderneren Gegenstücken. Da ein Hub nicht zwischen Punkten in einem Netzwerksegment unterscheiden kann, kann er keine Daten direkt von Punkt A nach Punkt B senden. Stattdessen kopiert der Hub jedes Mal die Daten, wenn ein Netzwerkgerät eine Übertragung über einen Eingangs-Port sendet und verteilt sie an alle verfügbaren Ausgangs-Ports.

Im Gegensatz dazu sendet ein Switch auf intelligente Weise an einen bestimmten Port nur den für seine Geräte bestimmten Datenverkehr und nicht Kopien sämtlicher Übertragungen auf dem Netzwerksegment. Das verbessert die Sicherheit und Effizienz.

Ethernet-Standards und Kabeltypen

Die Arbeitsgruppe IEEE 802.3 hat 1983 den ersten Ethernet-Standard verabschiedet. Seitdem hat sich die Technologie ständig weiterentwickelt und neue Medien, höhere Übertragungsgeschwindigkeiten und Änderungen des Frame-Inhalts (etwa-802.3ac für VLAN und Priority Tagging) sowie funktionale Anforderungen einbezogen. Eine Funktion ist beispielsweise 802.3af zur Definition von Power over Ethernet (POE), das für die meisten Wi-Fi- und IP-Telefonie-Umgebungen von entscheidender Bedeutung ist. Verschiedene Wi-Fi-Standards, IEEE 802.11a, b, g, n, ac und ax, definieren das Äquivalent von Ethernet für WLANs.

Mit dem Ethernet-Standard IEEE 802.3u wurde 100BASE-T, auch als Fast Ethernet bekannt, mit Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 Megabit pro Sekunde (Mbps) eingeführt. Der Begriff BASE-T bezieht sich auf die Verwendung von Twisted-Pair-Verkabelung.

1000Base-T wird für Gigabit-Ethernet genutzt. bietet Geschwindigkeiten von 1.000 MBit/s (1 Gigabit oder 1 Milliarde Bit pro Sekunde), 10-Gigabit-Ethernet (GbE), bis zu 10 GBit/s, 100GbE bsi zu 100 GBit/s und so weiter. Die unterschiedlichen IEEE-Standards und ihre maximalen Datenraten sind in der Tabelle zusammengefasst.

Ethernet-Standard

Datenrate

IEEE 802.3
IEEE 802.3a
IEEE 802.3i
IEEE 802.3j

10 MBit/s

IEEE 802.3u

100 MBit/s

IEEE 802.3z
IEEE 802.3ab

1 GBit/s

IEEE 802.3ae
IEEE 802.3an

10 GBit/s

IEEE 802.3by

25 GBit/s

IEEE 802.3cd

50 GBit/s

IEEE 802.3ba
IEEE 802.3bm

40 GBit/s, 100 GBit/s

Ethernet-Kabel verbinden Netzwerkgeräte untereinander, wobei die Kabeltypen für unterschiedliche Standards und Geschwindigkeiten geeignet sind. Twisted-Pair-Kabel werden daher in unterschiedliche Kategorien eingeteilt. Das Kabel der Kategorie 5 (CAT5) unterstützt beispielsweise herkömmliches und 100BASE-T-Ethernet, während Kategorie 5e (CAT5e) Gigabit-Ethernet verarbeiten kann und Kategorie 6 (CAT6) auch für 10 GbE geeignet ist.

 

Diese Definition wurde zuletzt im Februar 2020 aktualisiert

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