Ethernet
Ethernet ist eine Technologie für kabelgebundene Datennetze. Sie ermöglicht den Austausch von Daten zwischen den in einem Netz angeschlossenen Geräten. Da Ethernet ursprünglich für lokale Netze gedacht war, trifft man auch häufig auf die Bezeichnung "LAN-Technik". Mittlerweile erreicht man mittels Glasfaser eine Reichweite von >10km.
Das Ethernet Protokoll beinhaltet die Festlegungen für Stecker, Kabeltypen und Übertragungsformen. IM OSI-Modell ist Ethernet in den beiden ersten Schichten zu finden. Seit 1990 ist Ethernet die meistverwendete LAN-Technik. Die erste Idee zu Ethernet entstand 1973, als Robert Metcalfe, der Erfinder von Ethernet, eine Skizze für seine Vorgesetzten entwarf. Ethernet wurde über mehrere Jahre entwickelt. Die erste Version arbeitete damals noch mit 3 Mbit/s. Ab 1980 wurde Ethernet vom IEEE (sprich: "i triple e") im Projekt 802 weiterentwickelt und es war ursprünglich eine Übertragungsrate zwischen 1 und 20 Mbit/s geplant. 1985 wurde der Ethernet-Standard dann auch als internationaler Standard veröffentlicht und wurde in kurzer Zeit von mehr als 100 Herstellerfirmen unterstützt.
Ethernet basiert auf der Idee, dass jeder Teilnehmer in einem LAN Daten durch Hochfrequenzen überträgt, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Netzes. Dafür, dass jeder Teilnehmer eindeutig adressiert werden kann, sorgt die MAC-Adresse (Media-Access-Control-Addresse).
Twisted-Pair-Kabel
Twisted-Pair-Kabel sind Kabel mit verdrillten Adernpaaren. Verdrillte Adernpaare bieten besseren Schutz gegenüber äusseren Einwirkungen, wie magnetische Wechselfelder, als nicht verdrillte Adern. Durch das Verdrillen heben sich Beeinflussungen durch äussere Felder meist gegenseitig auf. Ein elektrisch leitender Schirm aus Alufolie oder einem Metallgeflecht bietet weiteren Schutz. Die verschiedenen Varianten sind aber nicht immer auf die gleiche Weise und auch nicht gleich stark geschirmt.
Ausführungen:
UTP: Unshielded Twisted Pair
Das UTP ist das am weltweit meistverwendete Kabel für Ethernet-LANs. Sie sind bei uns aber wenig verbreitet, da weder die Paare geschirmt sind, noch es einen Gesamtschirm besitzt. Für Übertragungsraten bis Gigabit-Ethernet (später mehr dazu) reicht ein UTP-Kabel aus. Erst ab höheren Übertragungsraten werden geschirmte Kabel zwingend benötigt.
S/UTP: Screened Unshielded Twisted Pair
Der Aufbau ist gleich wie bei UTP, es hat jedoch noch einen Gesamtschirm aus Alufolie oder einem Metallgeflecht.
STP: Shielded Twisted Pair
STP-Kabel gibt es in zwei verschiedenen Varianten:
S/STP: Screened Shielded Twisted Pair (Gesamtschirm: Metallgeflecht, Paarschirm: Metallgeflecht)
F/STP: Foiled Shielded Twisted Pair (Gesamtschirm: Alufolie, Paarschirm: Metallgeflecht)
S/FTP: Shielded Foiled Twisted Pair
Gesamtschirm: Metallgeflecht
Paarschirm: Alufolie
CSMA/CD-Algorithmus
Der CSMA/CD-Algorithmus (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) wird verwendet, um den Zugriff verschiedener Geräte auf ein gemeinsames Übertragungsmedium (z.B. ein Netzwerkkabel) im Halbduplex-Betrieb zu regeln.
Funktionsweise:
Wortbedeutung:
IFS: minimaler zeitlicher Abstand zwischen zwei gesendeten Paketen
JAM-Signal: definiertes Störsignal
Backoff: Zufällige abzuwartende Zeit
Heutzutage spielt die Kollisionsauflösung nur noch eine kleine Rolle, da die meisten Netzwerke im Vollduplexmodus betrieben werden und keine Kollisionen mehr entstehen können.
Duplex
Als Duplex wird die Richtungsabhängigkeit eines Kommunikationskanals bezeichnet. Es werden drei verschiedene Betriebe unterschieden:
Simplex: Daten können nur in eine Richtung übertragen werden.
Halbduplex: Daten können in beide Richtungen übertragen werden, aber nie zur selben Zeit.
Vollduplex: Daten können gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden.
Medientypen
Es gibt viele verschieden Ethernet-Varianten, die sich jeweils in der Übertragungsrate, dem Kabeltyp und dem Leitungscode unterscheiden.Frühere Varianten:
- Xerox Ethernet: Ursprüngliche Ethernet-Implementation, die während ihrer Entwicklung zwei verschiedene Versionen hatte.
- 10Broad36: Standard der früher genutzt wurde, um über grössere Entfernung zu übertragen. Benutzte eine Breitband-Modultechnik (ähnlich wie Kabelmodems)
- StarLAN: Erste Ethernet-Variante, die über ein Twisted-Pair-Kabel lief. Die Reichweite betrug bis zu 500 Metern.
10 Mbit/s-Ethernet
Von 10 Mbit/s-Ethernet gibt es viele verschiedene Varianten, bei denen überall eine Manchesterkodierung zum Einsatz kommt.
- 10BASE2: Verwendet ein Koaxialkabel. Jeder Teilnehmer benutzt einen BNC-T-Stecker für die Anbindung an die Netzwerkkarte. Maximal können sich 30 Teilnehmer im Netzwerk befinden.
-10BASE5 Ähnlich wie das 10BASE2, die maximale Anzahl an Teilnehmern liegt jedoch bei 100.
-StarLAN 10: Ist die erste Ethernet-Variante über ein Twisted-Pair-Kabel mit 10Mbit/s
- 10BASE-T: Weiterentwicklung des StarLAN 10, läuft über vier Adern (Twisted Pair) eines Cat-3 oder Cat-5 Kabels. Als Stecker werden die 8P8C-Modularstecker verwendet, welche Ähnlichkeiten mit den RJ-45-Steckern aufweisen.
Desweiteren gibt es noch einige mehr 10Mbit/s-Ethernet-Varianten die unter anderem auch über Glasfaser-Kabel kommunizieren.
100 Mbit/s-Ethernet
Von 100 Mbit/s-Ethernet die ein Kupferkabel verwenden, gibt es 3 verschiedene Varianten. Durchgesetzt hat sich jedoch nur 100BASE-TX.
100BASE-T: Allgemeine Bezeichnung für die drei 100 Mbit/s-Ethernetstandards. Als Stecker werden auch hier die 8P8C-Stecker verwendet, die häufig fälschlicherweise als RJ-45-Stecker bezeichnet werden.
- 100BASE-T4: Über Cat-3-Kabel und verwendet alle vier Aderpaare. Es verwendet den Halbduplexmodus.
- 100BASE-T2: Verwendet auch Cat-3-Kabel, benutzt aber nur zwei Aderpaare. Unterstützt den Vollduplexbetrieb.
- 100BASE-TX: Benötigt mindestens Cat-5-Kabel, kann aber auch bei eingeschränkter Reichweite normale Telefonkabel verwenden. Verwendet den 4B5B-Code mit MLT-3-Kodierung.
Auch hier gibt es weitere Varianten, die Glasfaser-Kabel verwenden.
Gigabit-Ethernet
Bei Gigabit-Ethernet (oder auch 1000Mbit/s-Ethernet) gibt es zwei verschiedene Kodiervarianten. Zum einen den 8b10-Code, der einen kontinuierlichen gleichspannungsfreien Datenstrom erzeugt, und zum anderen PAM-5, der zusammen mit dem Trellis-Code zum Einsatz kommt, wo der Datenstrom in vier Teilströme unterteilt wird. Die meist genutzte Variante ist 1000BASE-T. Sie kann mit Cat-5, Cat-5e und mit Cat-6-Kabel verwendet werden und benutzt PAM-5 mit dem Trellis-Code. Alle vier Doppeladern des Kabels werden benötigt und im Vollduplexmodus betrieben.
