Ethernet
Anwendung | FTP | SMTP | HTTP | DNS | DHCP | ... |
Transport | TCP | UDP | ||||
Netzwerk | IP | |||||
ARP | ||||||
Netzzugang | Ethernet |
Ethernet mit AppleTalk-Protokollstapel
Anwendung | AFP | ADSP | ||||
Management | ZIP | ASP | NBP | RMTP | AEP | |
Transport | ATP | |||||
Netzwerk | DDP | |||||
Netzzugang | ELAP | AARP | ||||
Ethernet |
Ethernet ist eine rahmenbasierte Computer-Vernetzungstechnologie für lokale Netzwerke (LANss). Sie definiert Kabeltypen und Signalisierung für die Bitübertragungsschicht (physikalische Schicht) und Paketformate und Protokolle für die Medienzugriffskontrolle (Media Access Control, MAC)/Verbindungsschicht des OSI-Modells. Ethernet ist weitestgehend in der IEEE-Norm 802.3 standardisiert. Sie wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technologie und hat alle anderen LAN-Standards wie Token Ring, FDDI und ARCNET verdrängt. Ethernet kann die Basis für Netzwerkprotokolle wie z.B. TCP/IP, AppleTalk oder DECnet bilden.
Ethernet wurde ursprünglich am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt. Eine weitverbreitete Geschichte besagt, dass Ethernet 1973 erfunden wurde, als Robert Metcalfe ein Memo über das Potenzial von Ethernet an seine Vorgesetzten schrieb.
Metcalfe selbst sagt, dass Ethernet über mehrere Jahre entwickelt wurde und sich daher kein Zeitpunkt festmachen lässt. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent David Boggs ein Papier mit dem Titel Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks.
Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Benutzung von Personal Computern und LANss zu fördern und gründete die Firma 3Com. Er überzeugte erfolgreich DEC, Intel und Xerox zusammenzuarbeiten, um Ethernet zum Standard zu machen.
Damals konkurrierende Techniken waren die proprietären Systeme Token Ring und ARCNET, die beide bald in einer wahren Flut von Ethernet-Produkten untergingen. 3Com wurde dabei ein großes Unternehmen.
Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines Netzwerks Nachrichten durch eine Art Funk-System versenden, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes, das manchmal als Äther bezeichnet wurde (der Äther war in der Vorstellung des 19. Jahrhunderts der Stoff, durch den sich das Licht hindurch bewegte). Jeder Teilnehmer hat einen global eindeutigen 48-bit-Schlüssel, der als seine MAC-Adresse bezeichnet wird. Dies soll sicherstellen, dass alle Systeme in einem Ethernet unterschiedliche Adressen haben.
Ein Algorithmus mit dem Namen "Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection" (CSMA/CD) regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium.
Er wurde ursprünglich in den 1960er Jahren für das ALOHAnet, ein Funknetz in Hawaii entwickelt.
In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Dinner-Party, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen. Bevor sie sprechen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast geendet hat.
Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne in der Hoffnung, dass beide nicht wieder zur gleichen Zeit weitersprechen, und vermeiden so eine weitere Kollision.
Damit die Kollision festgestellt und eine Sendewiederholung initiiert werden kann, müssen die Pakete abhängig von der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben. Diese ergibt sich aus der physikalischen Übertragungsgeschwindigkeit (ca. 2/3 Lichtgeschwindigkeit) und der Übertragungsrate. Bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindeslänge von 64 Byte vorgeschrieben. Kleinere Pakete müssen entsprechend aufgefüllt werden.
Da die gesamte Kommunikation auf der selben Leitung passiert, wird jede Information, die von einem Computer gesendet wurde, von allen empfangen. Diese Tatsache kann von Protokollen auf höheren Schichten genutzt werden, um Broadcast- (dt. Rundruf)-Nachrichten an alle angeschlossenen Systeme zu senden. Bei TCP/IP beispielsweise verwendet das ARP-Protokoll einen derartigen Mechanismus für die Auflösung der Schicht-2-Adressen.
Andererseits werden Unicast-Nachrichten (also für genau einen Empfänger) ebenso von allen angeschlossenen Computern empfangen. Die meisten Ethernet-verbundenen Geräte müssen ständig Informationen ausfiltern, die nicht für sie bestimmt ist. Dies ist eine Sicherheitslücke von Ethernet, da ein Teilnehmer mit bösen Absichten den gesamten Datenverkehr auf der Leitung mitschneiden kann wenn er möchte.
Dieser Sicherheitsmangel kann zum großen Teil durch die Einrichtung einer geswitchten Umgebung (wobei Switches anstatt Hubss als Zentralstücke benutzt werden) behoben werden.
Ethernet als gemeinsames Medium funktioniert gut, solange das Verkehrsaufkommen niedrig ist. Da die Chance für Kollisionen proportional mit der Anzahl der Transmitter und der zu sendenden Datenmenge ansteigt, tritt oberhalb von 50% Auslastung vermehrt ein als Congestion bekanntes Phänomen auf, wobei regelrechte Staus entstehen und eine vernünftige Arbeit mit dem Netzwerk nicht mehr möglich ist.
Um dies zu lösen und die verfügbare Bandbreite zu maximieren, wurden Switches und der Full-Duplex-Modus (Daten können gleichzeitig gesendet und empfangen werden) entwickelt.
Es gibt vier Typen von Ethernet-Frames:
Der ursprüngliche Xerox Version 1 Ethernet-Frame hatte ein 16-bit-Feld, in dem die Länge des Frames hinterlegt war, obwohl die maximale Paketlänge auf 1.500 Bytes begrenzt war.
Dieses Längen-Feld wurde in Xerox's Ethernet II-Frame als Label weiterverwendet, mit der Konvention, dass Werte zwischen 0 und 1.500 auf das originale Ethernet-Format hindeuteten, und höhere Werte den EtherType und die Verwendung des neuen Frame-Formats anzeigten.
Dies wird inzwischen in IEEE 802-Protokollen durch den SNAP Header unterstützt. Der EtherType zeigt über eine Protokollnummer das im Datenteil des Frames verwendete Protokoll an.
IEEE 802.x definierte das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen wieder als Längen-Feld. Da Ethernet I-Frames nicht mehr benutzt werden, erlaubt dies festzustellen, ob es sich um einen Ethernet II-Frame oder einen IEEE 802.x-Frame handelt und damit die Koexistenz beider Standards auf dem selben physischen Medium.
Alle 802.x-Frames haben ein LLC-Feld. Durch Untersuchung des LLC-Feldes kann festgestellt werden, ob noch ein SNAP-Feld folgt.
Die 802.x-Varianten haben heute eher akademische Bedeutung und sind nicht weit verbreitet. Der übliche Typ ist heute der Ethernet II-Frame, wie er von den meisten Internet Protocol-basierten Netzwerken benutzt wird. Es gibt zwar Techniken, um IP-Verkehr in 802.3-Frames zu kapseln, sie werden aber kaum verwendet.
Das heute fast ausschließlich verwendete Ethernet II-Frameformat
Die Gesamtlänge beträgt zwischen 64 und 1518 Bytes. Die ersten 6 Bytes enthalten die 48-Bit MAC-Adresse des Zielrechners oder die Broadcast-Adresse
Typfeld (EtherType) der wichtigsten Protokolle
Die verschiedenen Ethernet-Varianten unterscheiden sich in Geschwindigkeit, den verwendeten Kabeltypen und der Leitungscodierung. Der Protokoll-Stack (Software) arbeitet deshalb bei den meisten der folgenden Typen identisch.
Die folgenden Abschnitte geben einen kurzen Überblick über alle offiziellen Ethernet-Medientypen. Zusätzlich zu diesen offiziellen Standards haben viele Hersteller proprietäre Medientypen entwickelt, häufig, um mit Glasfaserkabeln höhere Reichweiten zu erzielen.
Der neue 10-Gigabit Ethernet-Standard bringt acht unterschiedliche Medientypen, sieben Glasfaser- und einen Kupfermedientyp, für LAN, MAN und WAN mit sich. Der Standard für die Glasfaserübertragung heißt IEEE 802.3ae, der Standard für Kupfer ist IEEE 802.3ak.
Siehe auch: Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren
Ebenfalls zur Familie der Ethernet-Standards gehört IEEE 802.3af, der Verfahren beschreibt, mit denen sich Ethernet-fähige Geräte über die freien Adern eines Twisted-Pair-Kabels mit Energie versorgen lassen.
Folgende Netzwerk-Standards gehören nicht zum IEEE 802.3 Ethernet-Standard, unterstützen aber das Ethernet-Frameformat und können mit Ethernet zusammenarbeiten:
Geschichte
Physikalische Schicht
Der CSMA/CD-Algorithmus
Broadcast und Sicherheit
Verbesserungen
Ethernet-Frameformate und das EtherType-Feld
Historische Formate
Die unterschiedlichen Frame-Typen haben unterschiedliche Formate und Paketgrößen, können aber auf dem selben physischen Medium parallel verwendet werden.Ethernet II
ff-ff-ff-ff-ff-ff
. Darauf folgen 6 Bytes mit der MAC-Adresse des Senders.
An die 2 Bytes mit dem Typfeld bei Ethernet II schließen sich die Daten an. Der gesamte Ethernetframe wird am Ende mit einer 32-Bit CRC-Prüfsumme versehen.
Typfeld
Protokoll
0x0800
IP Internet Protocol (IPv4)
0x0806
Address Resolution Protocol (ARP)
0x8035
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
0x809b
Appletalk (Ethertalk)
0x80f3
Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)
0x8137
Novell IPX (alt)
0x8138
Novell
0x86DD
Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
Ethernet-Medientypen
Einige frühe Varianten von Ethernet
10 Mbit/s Ethernet mit Koaxialkabel
10 Mbit/s Ethernet mit Twisted-Pair-Kabel
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet ist noch sehr neu, welche Standards kommerziell erfolgreich werden, muss abgewartet werden.Power over Ethernet
Verwandte Standards
Sein Haupt-Feature ist die mögliche Interoperabilität mit 10Base-FL, da es Autonegotiation zwischen 10 oder 100 Mbit/s beherrscht. Die offiziellen Standards können dies auf Grund unterschiedlicher Wellenlängen der verwendeten LEDs nicht. Zielgruppe sind Organisationen mit einer bereits installierten 10 Mbit/s Glasfaser-Basis.
Siehe auch
Literatur
Weblinks