Was ist Ethernet?

Computer und Router sind für jedes Computernetzwerk erforderlich. Sie erzeugen bzw. verbreiten Netzwerkverkehr. Ohne ein Kommunikationsmedium ist dies jedoch nicht möglich. Wi-Fi ist der vorherrschende Standard im drahtlosen Bereich, zumindest für Heim- und Unternehmensnetzwerke.

Drahtlose Netzwerke können sehr praktisch für die Verwendung mit Geräten sein, die sich bewegen können müssen, während sie verbunden sind. Dies ist jedoch nicht bei allen Geräten der Fall. Desktop-Computer werden selten bewegt, und selbst dann werden sie während des Umzugs nicht verwendet. Während sie über Wi-Fi vernetzt werden können, gibt es eine bessere Option.

Drahtlose Netzwerke müssen mit Signalverschlechterungen aufgrund von Hindernissen wie Wänden fertig werden. Es fungiert auch als eine einzige Broadcast-Domäne, was bedeutet, dass alle Geräte den gesamten Netzwerkverkehr empfangen und den nicht an sie gerichteten Verkehr ignorieren. Ein kabelgebundenes Netzwerk muss sich nicht unbedingt mit diesen Problemen auseinandersetzen. Der einzige Nachteil ist, dass angeschlossene Geräte physisch mit dem Netzwerk verkabelt werden müssen. Das ist für Desktop-Computer in Ordnung und für Laptops im Allgemeinen akzeptabel, aber für Mobiltelefone ist es ein Killer.

Der vorherrschende Standard für kabelgebundene Netzwerke heißt Ethernet. Es wird in Heimnetzwerken, Unternehmensnetzwerken, Supercomputersystemen und Automobilgeräten verwendet. Ethernet-Standards sind derzeit für Netzwerkgeschwindigkeiten von bis zu 40 Gb/s verfügbar.

Hinweis: Netzwerkgeschwindigkeiten werden normalerweise in Einheiten von Megabit pro Sekunde oder Gigabit pro Sekunde angegeben. Dies unterscheidet sich von Megabyte und Gigabyte. Bytes bestehen aus 8 Bits, daher dauert es 8 Sekunden, bis eine Megabit-Verbindung ein Megabyte übertragen hat. Einheiten, die Bytes verwenden, werden immer mit einem großen „B“ gekennzeichnet. Bits, die kleinere Einheit, verwenden ein kleines „b“.

Ursprünge

Ethernet wurde erstmals Mitte der 1970er Jahre bei Xerox PARC entwickelt. Das ursprüngliche Design hatte eine Bandbreite von 2,94 Mb/s. Diese wurde dann auf 10 Mb/s aufgerüstet, die Geschwindigkeit, mit der Ethernet 1980 erstmals kommerzialisiert wurde. IEEE standardisierte es 1983 auch als 802.3. Der frühe 10BASE5-Standard verwendete „dicke“ Koaxialkabel, die relativ teuer waren. 10BASE2 wurde 1985 mit dünneren, billigeren Koaxialkabeln standardisiert, um die Implementierungskosten zu senken. Diese Kostenreduzierung war erheblich, da die meisten Gebäude nur über die für die Telefonie verwendeten Twisted-Pair-Kabel verfügten und die Koaxialkabel von Grund auf neu verlegt werden mussten.

Tipp: Die XBASE-X-Notation ist etwas ungeschickt, hat aber eine gewisse Logik. Die erste Zahl gibt die Klasse der Netzwerkgeschwindigkeit an. Beispielsweise hat 10BASE5 eine Netzwerkgeschwindigkeit der Klasse 10 Mb/s. Das zweite X wird etwas lockerer verwendet, gibt aber im Allgemeinen den Kabeltyp an. Das 10BASE2-Kabel ist schmaler als das 10BASE5-Kabel. 100BASET verwendet ein Twisted-Pair-Kabel anstelle eines Koaxialkabels.

1987 bot der 1BASE5-Standard die erste Ethernet-Version mit Twisted-Pair-Verkabelung. Dieser Standard war zwar ein kommerzieller Misserfolg, legte jedoch die Grundlage für zukünftige Entwicklungen. 1990 wurde 10BASE-T standardisiert. Es war dank seiner Geschwindigkeit und der Unterstützung bestehender Kabelinfrastruktur im Trend.

Wechseln Sie zu Twisted-Pair

Einer der Hauptgründe für den Wechsel von Koaxialkabel zu Twisted Pair war zwar die bereits weit verbreitete Twisted Pair-Verkabelung, doch war dies nicht der einzige Grund für den Erfolg. Die Koaxialkabelstandards waren im Wesentlichen ein gemeinsames Kabel. Die Übertragungen aller anderen Geräte von jedem Gerät wurden gesehen, obwohl die Netzwerkkarten den Datenverkehr, der nicht für ihr Gerät bestimmt war, unterbinden sollten.

Dies bedeutete, dass alle Hosts die Bandbreite teilten und dass ein Problem das gesamte Netzwerk betreffen konnte. Signalkollisionen im Netzwerk bedeuteten, dass die kollidierenden Frames erneut übertragen werden mussten.

Twisted-Pair-Verkabelung ermöglichte einen Wechsel zur Sterntopologie, bei der jedes Gerät eine dedizierte Verbindung zum Router oder Switch hatte. Die Kollisionsdomäne wurde vom gesamten Netzwerk auf jeden Link verkürzt. Es ermöglichte auch zwei Geräten, mit Spitzennetzwerkgeschwindigkeiten zu kommunizieren, ohne die gesamte Bandbreite für andere Geräte zu verbrauchen.

Durch diese Designwahl konnten die Geschwindigkeiten weiter erhöht werden, um ausgedehntere Netzwerke zu ermöglichen und größere Kabellängen zu ermöglichen. Twisted-Pair-Verkabelung wird immer noch für elektrische Ethernet-Kabel verwendet, obwohl es auch Standards für Glasfaserverbindungen gibt.

Andere Standards

Ethernet ist ein breites Sammelsurium von Standards, die erforderlich sind, damit das Ganze funktioniert. Die Kabeltypen sind standardisiert, physische Anschlüsse, Signalisierungsmethoden, Kollisionsbehandlung und Adressierung. Beispielsweise werden Kabel basierend auf der Bandbreite für die Länge des Kabels in Kategorien standardisiert. Die genauen Spezifikationen, wie Abschirmung und Materialien, bleiben dem Hersteller überlassen. Dies bedeutet, dass die Standards zwar eine maximale Kabellänge von 100 m auflisten, ein hochwertiges Kabel jedoch möglicherweise über längere Entfernungen funktioniert.

Physische Anschlüsse sind gut standardisiert, wobei der 8P8C-Anschluss der nahezu universelle Ethernet-Anschluss ist. Es werden einige Varianten angeboten, darunter eine für den Einsatz in rauen Umgebungen und eine für Glasfaserverbindungen. Der 8P8C-Anschluss hat acht Pins, von denen Geschwindigkeiten bei und unter 100BASETX nur 4 verwenden.

Dadurch können die anderen vier Kabel optional zur Stromversorgung verwendet werden, in einem Standard namens Power over Ethernet oder PoE. Der Hauptnachteil des Steckers ist die schwache Verriegelungslasche, die relativ leicht zu brechen ist und nach dem Bruch das Kabel unzuverlässig locker lassen kann.

Zu den standardisierten Signalisierungsmethoden gehören Standardspannungspegel, die Anzahl der verdrillten Paare in einem Kabel, die Wellenlänge des verwendeten Lasers, die Verwendung von Single- oder Multimode-Fasern und die Verwendung von Halb- oder Vollduplex. Ethernet verwendet 48-Bit-MAC-Adressen, um den Netzwerkverkehr zu leiten. Diese Methode ist so gut standardisiert, dass einige andere Technologien sie verwenden und untereinander kompatibel sind, einschließlich Wi-Fi und Wi-Max.

Aktuelle Nutzung

Die meisten Heimnetzwerke, die eine Kabelverbindung verwenden, verwenden ein Cat5e-Kabel, das bis zu 2,5 GBASE-T übertragen kann. Die meisten Heimnetzwerke werden jedoch wahrscheinlich mit FastEthernet ( 100BASE-TX ) oder Gigabit-Ethernet ( 1000BASE-T ) betrieben, das Cat5e mehr als bewältigen kann.

Tipp: Das sind 2,5 Gb/s, 100 Mb/s bzw. 1000 Mb/s.

40GBASE-T ist der derzeit schnellste Ethernet-Standard mit Geschwindigkeiten von 40 Gb/s. Dies wurde erst 2016 standardisiert und bietet Datengeschwindigkeiten, die nur in Rechenzentrumsumgebungen von Unternehmen wirklich nutzbar sind, ist also noch nicht so weit verbreitet. Darüber hinaus erfordert 40GBASE-T ein Cat8-Kabel, um eine ausreichende Bandbreite bereitzustellen.

Abschluss

Ethernet ist eine Sammlung von Standards, die meist direkt am Ethernet-Kabel erkennbar sind. Ethernet-Kabel gibt es in Klassen, wobei Cat5e der primäre Standard für Endbenutzer ist, da es Bandbreiten von bis zu 2,5 Gb/s unterstützt. Die Standards definieren nicht nur, wie Geräte physikalisch über ein Netzwerk verbunden werden, sondern auch, wie Daten übertragen werden. Ethernet ist der vorherrschende kabelgebundene Netzwerkstandard.