Ethernet

Sicherlich hast du schon einmal ein Ethernet-Kabel an einen Router anschließen müssen.

Aber was ist eigentlich Ethernet überhaupt? Woraus besteht ein Ethernet-Frame? Werden über Ethernet nur Daten oder auch elektrische Energie übertragen?

simpleclub erklärt dir, wie Ethernet als Netzwerkstandard verwendet wird!

Ethernet einfach erklärt

Wenn du dich mit anderen Geräten über das Internet vernetzen willst, kannst du dich zum Beispiel über WLAN (Wireless Local Area Network) kabellos mit deinem Heimnetzwerk verbinden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, deine Geräte über ein LAN-Kabel mit deinem lokalen Netzwerk zu verbinden, wobei diese Möglichkeit eine deutlich schnellere Datenübertragung ermöglicht.

Mit der Ethernet-Technologie ist es möglich, verschiedene Standards für die Datenübertragung in einem lokalen Netzwerk zu spezifizieren, wie unter anderem:

• Die Datenübertragungsrate
• Die Hardwarekomponenten (Kabeltypen, Steckverbinder, Netzwerkkarten usw.)
• Signalkodierung
• Netzwerkprotokolle (hauptsächlich für die ersten beiden Schichten des OSI-Modells)

Es gib verschiedene Varianten von diesen Standards, wobei sich der IEEE 802.3-Standard als wichtigste Ethernet-Spezifikation etabliert hat.

Heutzutage ist Ethernet die marktführende Technologie im Bereich der lokalen Netzwerke. Das hat damit zu tun, dass Ethernet sehr viele Vorteile mit sich bringt, wie zum Beispiel Skalierbarkeit und Abwärtskompatibilität. Somit können neue Geräte auch in älteren Verkabelungen hinzugefügt werden.

Die Datenübertragung bei Ethernet erfolgt seriell und kann verschiedene Geschwindigkeiten haben:

Ethernet Definition

Ethernet Erklärung

Das Zugriffsverfahren CSMA/CD

Bei der Datenübertragung über Ethernet kann es zu einer sogenannten „Datenkollision“ kommen, wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden.

Mithilfe von CSMA/CD können solche Datenkollisionen verhindert werden. Die Abkürzung steht für Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection und bezeichnet ein Protokoll, das den Zugriff verschiedener Netzwerkteilnehmer auf ein gemeinsames Übertragungsmedium regelt.

Hierbei wird der Zustand der Leitung permanent geprüft, um eine eventuelle Datenkollision frühzeitig zu erkennen und zu verhindern.

Viele Netzwerke werden auch im Vollduplexmodus betrieben, bei denen die Sende- und Empfangsrichtung unabhängig voneinander sind. In diesem Fall braucht man kein CSMA/CD, da keine Kollisionen entstehen können.

Ethernet-Frame

Bei dem Datenaustausch über Ethernet werden die Daten nicht als kontinuierlicher Datenstrom übertragen, sondern in kleinere Datenmengen zerlegt und in sogenannte „Frames“ eingepackt. Somit hat man den Vorteil, dass man bei einem Übertragungsfehler nicht alle Daten komplett neu verschicken muss, sondern nur die fehlerhaften Frames.

Wenn man zusätzlich zum Ethernet-Frame noch die Präambel und den SFD (Start Frame Delimiter) dazu zählt, spricht man von einem Ethernet-Paket. Folgende Abbildung zeigt die wichtigsten Informationen, die ein Ethernet-Paket beinhaltet:

\triangleright$\triangleright$ Die Präambel (7 Byte) ist eine alternierende Bitfolge (10101010…10101010) und dient zur Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger.

\triangleright$\triangleright$ Der SFD (Start Frame Delimiter) besteht aus 1 Byte mit der Bitfolge 10101011. Die letzten beiden Bits werden mit 11 gekennzeichnet, um das Bitmuster der Präambel zu unterbrechen und den Beginn des eigentlichen Frames zu signalisieren.

\triangleright$\triangleright$ Die Ziel- und Quell-MAC-Adresse (jeweils 6 Byte) dienen dazu, andere Teilnehmer im lokalen Netzwerk zu adressieren und somit die Zustellung der Frames zu ermöglichen.

\triangleright$\triangleright$ Der VLAN-Tag (IEEE 802.1Q-Tag) besteht aus 4 Byte und ist optional. In ihm werden Informationen über virtuelle lokale Netzwerke gespeichert, um somit ein physisches Netzwerk in mehrere logische Netzwerke zu unterteilen.

\triangleright$\triangleright$ Das Typ-Feld (EtherType) besteht aus 2 Byte und kennzeichnet das Protokoll der nächsthöheren Schicht (z. B. das IPv4-Protokoll).

\triangleright$\triangleright$ Die Nutzdaten bestehen aus maximal 1500 Byte und sind die eigentlichen Daten, die verschickt werden.

\triangleright$\triangleright$ Das PAD-Füllfeld wird gebraucht, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Mindestgröße von 64 Byte zu bringen. Hierbei werden die 8 Byte von der Präambel und dem SFD nicht mitgezählt. Falls also ein 4 Byte großer VLAN-Tag vorhanden ist und die Nutzdaten kleiner als 42 Byte sind, werden sogenannte Füllbytes (auch Padding-Bytes genannt) eingefügt. Gleiches gilt, wenn ein VLAN-Tag nicht vorhanden ist und die Nutzdaten kleiner als 46 Byte sind.

\triangleright$\triangleright$ Die CRC-Prüfsumme, auch FCS (Frame Check Sequence) genannt, besteht aus 4 Byte, die nach dem CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Check) berechnet werden. Diese Prüfsumme wird dann mit der empfangsseitig errechneten Prüfsumme verglichen. Wenn die Werte unterschiedlich sind, war die Übertragung des Frames fehlerhaft.

Power over Ethernet (PoE)

Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, die es ermöglicht sowohl Daten als auch elektrische Energie über die Datenleitung zu übertragen.

\rarr$\rarr$ Somit erspart man sich sehr viel Verkabelungsaufwand bei der Installation von Netzwerkgeräten.

Ethernet Beispiele

10 Base-T

10Base-T (Standard Ethernet) ist eine Technologie, die Twisted-Pair-Leitungen verwendet und eine Bitrate von 10 Mbit/s erreicht. Hierbei sind die Teilnehmer sternförmig angeschlossen, wobei die Kabel maximal 100 m lang sein können.

Bei 10 Base-F werden Lichtwellenleiter (Fiber) eingesetzt, die eine größere Reichweite von bis zu 2000 m ermöglichen.

100 Base-TX

Bei 100 Base-TX erreicht man über die Twisted-Pair-Leitungen eine Datenübertragung von 100 Mbit/s. Hierbei werden zwei Stationen über Switches verbunden, wobei die maximale Kabellänge 100 m beträgt.

Bei 100 Base-FX werden zwei Lichtwellenleiter für jede Übertragungsrichtung verwendet. Auch hier können die Leitungen eine Länge von bis zu 2000 m erreichen.

Ethernet Zusammenfassung

Fassen wir nochmal das Wichtigste zusammen:

• Ethernet ist eine Netzwerktechnologie, die sowohl Software als auch Hardware für lokale Netzwerke (LANs) spezifiziert.

• Bei dem Datenaustausch über Ethernet werden die Daten in kleinere Datenmengen zerlegt und in sogenannte „Frames“ eingepackt.

• Power over Ethernet (PoE) ist eine Technologie, die es ermöglicht sowohl Daten als auch elektrische Energie über die Datenleitung zu übertragen.

• Beispiele für Ethernet-Technologien sind: 10Base-T, 10Base-F, 10Base-TX und 10Base-FX.