Ethernet

Ethernet

Ethernet ist die herkömmliche Technologie zur Verbindung von Geräten in einem kabelgebundenen lokalen Netzwerk (LAN) oder Weitverkehrsnetz (WAN), die es ihnen ermöglicht, über ein Protokoll – eine Reihe von Regeln oder eine gemeinsame Netzwerksprache – miteinander zu kommunizieren. Ethernet beschreibt, wie Netzwerkgeräte Daten formatieren und übertragen können, damit andere Geräte im selben lokalen oder Campus-Netzwerksegment die Informationen erkennen, empfangen und verarbeiten können. Ein Ethernet-Kabel ist die physische, ummantelte Verkabelung, über die die Daten übertragen werden.

Angeschlossene Geräte, die über ein Kabel auf ein geografisch begrenztes Netzwerk zugreifen, d. h. über eine kabelgebundene und nicht über eine drahtlose Verbindung, verwenden wahrscheinlich Ethernet. Von Unternehmen bis hin zu Spielern verlassen sich verschiedene Endnutzer auf die Vorteile von Ethernet-Verbindungen, zu denen Zuverlässigkeit und Sicherheit gehören.

Im Vergleich zur drahtlosen LAN-Technologie (WLAN) ist Ethernet in der Regel weniger anfällig für Störungen. Außerdem bietet es ein höheres Maß an Netzwerksicherheit und -kontrolle als die drahtlose Technologie, da die Geräte über eine physische Verkabelung verbunden werden müssen. Dies erschwert es Außenstehenden, auf Netzwerkdaten zuzugreifen oder Bandbreite für nicht zugelassene Geräte zu entführen.

Warum wird Ethernet verwendet?

Ethernet wird verwendet, um Geräte in einem Netzwerk zu verbinden und ist immer noch eine beliebte Form der Netzwerkverbindung. In lokalen Netzwerken, die von bestimmten Organisationen genutzt werden – wie z. B. Firmenbüros, Schulgeländen und Krankenhäusern – wird Ethernet wegen seiner hohen Geschwindigkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit eingesetzt.

Ethernet wurde zunächst aufgrund seines günstigen Preises im Vergleich zu konkurrierenden Technologien wie IBMs Token Ring populär. Mit der Weiterentwicklung der Netzwerktechnologie wurde Ethernet immer beliebter, da es sich weiterentwickeln und eine höhere Leistung bei gleichzeitiger Abwärtskompatibilität bieten konnte. Der ursprüngliche Ethernet-Durchsatz von 10 Megabit pro Sekunde verzehnfachte sich Mitte der 1990er Jahre auf 100 Mbit/s, und das Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE) sorgt mit aufeinanderfolgenden Aktualisierungen für eine weitere Leistungssteigerung. Aktuelle Versionen von Ethernet können bis zu 400 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) übertragen.

Vor- und Nachteile

Ethernet hat viele Vorteile für die Benutzer, weshalb es so beliebt wurde. Allerdings gibt es auch einige Nachteile.

Vorteile

• relativ niedrige Kosten;
• Abwärtskompatibilität;
• generell resistent gegen Rauschen;
• gute Datenübertragungsqualität;
• Geschwindigkeit;
• Zuverlässigkeit; und
• Datensicherheit – gängige Firewalls können verwendet werden.

Nachteile

• Es ist für kleinere, kürzere Netzwerke gedacht.
• Die Mobilität ist eingeschränkt.
• Bei Verwendung längerer Kabel kann es zu Übersprechen kommen.
• Es eignet sich nicht für Echtzeit- oder interaktive Anwendungen.
• Bei erhöhtem Datenverkehr sinkt die Ethernet-Geschwindigkeit.
• Empfänger bestätigen den Empfang von Datenpaketen nicht.
• Bei der Fehlersuche ist es schwierig, herauszufinden, welches Kabel oder welcher Knoten das Problem verursacht.

Ethernet vs. Wi-Fi

Wi-Fi ist die beliebteste Art der Netzwerkverbindung. Im Gegensatz zu kabelgebundenen Verbindungen, wie z. B. Ethernet, ist für die Verbindung kein physisches Kabel erforderlich; die Daten werden durch drahtlose Signale übertragen.

Unterschiede zwischen Ethernet- und Wi-Fi-Verbindungen

Ethernet-Verbindungen

• übertragen Daten über ein Kabel;
• eingeschränkte Mobilität – ein physisches Kabel ist erforderlich;
• mehr Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit als Wi-Fi;
• gleichbleibende Geschwindigkeit;
• keine Datenverschlüsselung erforderlich;
• geringere Latenzzeit; und
• aufwändigeres Installationsverfahren.

Wi-Fi-Verbindung

• Übertragung von Daten durch drahtlose Signale statt über ein Kabel;
• bessere Mobilität, da keine Kabel erforderlich sind;
• nicht so schnell, zuverlässig oder sicher wie Ethernet;
• bequemer – Nutzer können sich von überall aus mit dem Internet verbinden;
• inkonsistente Geschwindigkeit – Wi-Fi ist anfällig für Signalstörungen;
• erfordert Datenverschlüsselung;
• höhere Latenz als Ethernet; und
• einfacherer Installationsprozess.

Wie Ethernet funktioniert

IEEE spezifiziert in der Normenfamilie IEEE 802.3, dass das Ethernet-Protokoll sowohl die Schicht 1 (physikalische Schicht) als auch die Schicht 2 (Datenverbindungsschicht) des OSI-Netzwerkprotokollmodells (Open Systems Interconnection) berührt.

Ethernet definiert zwei Übertragungseinheiten: Paket und Rahmen. Der Frame enthält nicht nur die Nutzlast der übertragenen Daten, sondern auch die folgenden Informationen:

• die physikalischen MAC-Adressen (Media Access Control) von Sender und Empfänger;
• virtuelles LAN (VLAN) Tagging und QoS-Informationen (Quality of Service); und
• Fehlerkorrekturinformationen, um Übertragungsprobleme zu erkennen.

Jeder Rahmen ist in ein Paket verpackt, das mehrere Bytes an Informationen enthält, um die Verbindung herzustellen und zu markieren, wo der Rahmen beginnt.

Ingenieure bei Xerox entwickelten Ethernet erstmals in den 1970er Jahren; Ethernet lief zunächst über Koaxialkabel. Heute verwendet ein typisches Ethernet-LAN spezielle Typen von Twisted-Pair-Kabeln oder Glasfaserkabeln. Das frühe Ethernet verband mehrere Geräte in Netzwerksegmenten über Hubs – Layer-1-Geräte, die für den Transport von Netzwerkdaten zuständig sind – und verwendete dabei entweder eine Daisy-Chain- oder eine Sterntopologie.

Wenn jedoch zwei Geräte, die sich einen Hub teilen, versuchen, gleichzeitig Daten zu übertragen, können die Pakete kollidieren und Verbindungsprobleme verursachen. Um diese digitalen Staus zu vermeiden, entwickelte die IEEE das CSMA/CD-Protokoll (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), mit dem Geräte prüfen können, ob eine bestimmte Leitung belegt ist, bevor sie neue Übertragungen starten.

Später wichen die Ethernet-Hubs weitgehend den Netzwerk-Switches. Da ein Hub nicht zwischen den Punkten eines Netzwerksegments unterscheiden kann, kann er keine Daten direkt von Punkt A nach Punkt B senden. Stattdessen kopiert der Hub jedes Mal, wenn ein Netzwerkgerät eine Übertragung über einen Eingangsport sendet, die Daten und verteilt sie an alle verfügbaren Ausgangsports.

Im Gegensatz dazu sendet ein Switch auf intelligente Weise an jeden gegebenen Port nur den Verkehr, der für seine Geräte bestimmt ist, anstatt Kopien aller Übertragungen auf dem Netzwerksegment zu erstellen, was die Sicherheit und Effizienz verbessert.

Wie bei anderen Netzwerktypen müssen die beteiligten Computer eine Netzwerkkarte (NIC) enthalten, um eine Verbindung zum Ethernet herzustellen.

Typen von Ethernet-Kabeln

Die Arbeitsgruppe IEEE 802.3 verabschiedete 1983 den ersten Ethernet-Standard. Seitdem hat sich die Technologie ständig weiterentwickelt und neue Medien, höhere Übertragungsgeschwindigkeiten und Änderungen des Frame-Inhalts einbezogen:

• 802.3ac wurde eingeführt, um VLAN und Prioritätskennzeichnung zu ermöglichen.
• 802.3af definiert Power over Ethernet (PoE), das für die meisten Wi-Fi- und Internetprotokoll (IP)-Telefonie-Implementierungen von entscheidender Bedeutung ist.
• 802.11a, b, g, n, ac und ax definieren das Äquivalent von Ethernet für WLANs.
• 802.3u führte 100BASE-T – auch bekannt als Fast Ethernet – mit Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 Mbps ein. Der Begriff BASE-T weist auf die Verwendung von Twisted-Pair-Verkabelung hin.

Gigabit-Ethernet bietet Geschwindigkeiten von 1.000 Mbps – 1 Gigabit oder 1 Milliarde Bits pro Sekunde (bps) – 10 GbE, bis zu 10 Gbps, und so weiter. Netzwerktechniker verwenden 100BASE-T hauptsächlich für den Anschluss von Endbenutzer-Computern, Druckern und anderen Geräten, für die Verwaltung von Servern und Speichern sowie für höhere Geschwindigkeiten in Netzwerk-Backbone-Segmenten. Mit der Zeit nimmt die typische Geschwindigkeit jeder Verbindung tendenziell zu.

Ethernet-Kabel verbinden Netzwerkgeräte mit den entsprechenden Routern oder Modems, wobei verschiedene Kabel mit unterschiedlichen Standards und Geschwindigkeiten arbeiten. So unterstützt das Kabel der Kategorie 5 (Cat5) herkömmliches und 100BASE-T-Ethernet, das Kabel der Kategorie 5e (Cat5e) kann GbE verarbeiten und das Kabel der Kategorie 6 (Cat6) arbeitet mit 10 GbE.

Ethernet-Crossover-Kabel, die zwei Geräte desselben Typs miteinander verbinden, gibt es ebenfalls, so dass zwei Computer ohne einen Switch oder Router dazwischen verbunden werden können.