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Ethernet

Bei Ethernet handelt es sich um eine Technologie, mit der Hardware und Software für den Einsatz in kabelgebundenen Netzwerken spezifiziert werden. Die Ethernettechnologie hat sich im Laufe der Zeit zum beliebtesten und meistgenutzten kabelgebundenen Netzwerkstandard entwickelt, der heutzutage auch außerhalb geschlossener Umgebungen eingesetzt wird.

Entwicklungsgeschichte

Der Begriff Ethernet bezieht sich auf eine kabelgebundene Netzwerktechnologie, die mittlerweile den Großteil des IEEE 802.3 Standards ausmacht. Die Technologie wurde in erster Linie für den Einsatz in geschlossenen Büroumgebungen entwickelt. Heutzutage wird Ethernet jedoch auch in vielen anderen Einsatzbereichen wie beispielsweise in Produktionsumgebungen und in Telekommunikationsnetzwerken eingesetzt. Das Ethernetprotokoll wurde in Anlehnung an das drahtlose wissenschaftliche Netzwerk ALOHANET entwickelt. Die Technologie sollte in erster Linie dazu eingesetzt werden, um Computer in einem Forschungszentrum mit dem Internet und einem Laserdrucker zu verbinden.

Das Konzept des Ethernetprotokolls wurde erstmals von Bob Metcalfe und David Boggs im Jahr 1976 in einem Whitepaper vorgestellt. In den Anfangsjahren des Ethernetprotokolls wurde als Verbindungs- und Übertragungselement ein gewöhnliches Koaxialkabel verwendet, was für externe Störungen und Ausfälle sehr anfällig war. Das Koaxialkabel, das auch als “Thick-Ethernet” bezeichnet wird, besaß einen Umfang von 10 Millimetern und wurde über eine sogenannte “Vampirklemme” angezapft. Im Laufe der Zeit wurde die Technologie kontinuierlich weiterentwickelt, sodass das dicke Koaxialkable durch ein dünneres und flexibleres Kabel mit BNC-Steckverbinder ersetzt wurde.

Um die Effizienz zu verbessern und Netzwerkproblem effektiver aufspüren zu können, wurde eine neue Topologie eingeführt, die dem durchgängigen Koaxial-Kabelstrang den Rücken kehrte. Bei dem neuen Ethernet wurde ein zentraler Hub eingesetzt, an den die Clients nicht mehr über Koaxialkabel, sondern über Telefonkabel aus Kupfer angeschlossen wurde. Die Übertragungsrate des Mediums blieb jedoch unverändert und die gesamte Infrastruktur agierte immer noch, als ob alle Clients an ein einziges Kabel angebunden waren. Dieser Umstand änderte sich erst mit der Einführung der Switches, mit denen Datenpakete gezielt an die jeweiligen Empfänger weitergeleitet werden.

Geswitchtes Ethernet

Im Laufe der Jahre wurde der Ethernetstandard fortwährend weiterentwickelt. Nach und nach wurde jedoch der Ruf nach einem schnelleren und effizienteren Ethernetprotokoll lauter. Infolgedessen wurde der sogenannte “Switch” entwickelt, der den Siegeszug des geswitchten Ethernets einläutete. Im Gegensatz zum traditionellen Ethernetprotokoll, wo CSMA/CD-Algorithmen für die Zugriffsrechte des Mediums zuständig waren, wird beim geswitchten Ethernet das Paketrouting durch einen Switch übernommen. So wurde insbesondere den unerwünschten Kollisionen entgegengewirkt, da beim geswitchten Ethernet diese lediglich zwischen Switch und Client entstehen können.

Die Unterstützung für das traditionelle, nicht-geswitchte Ethernet wurde aber erst mit der Einführung des 10 Gigabit Ethernets abgeschafft. Die Standards vor der 10-GB-Marke nutzten noch allerlei raffinierte Kniffe, um hohe Transferraten zu erreichen. So kam beispielsweise beim Gigabitinternet die sogenannten “Carrier Extension” zum Einsatz. Der Einsatz dieses Features ermöglichte, die künstliche Vergrößerung der Frames für die Kollisionserkennung, was wiederum zu einem ineffizienten Bandbreitenmanagement führte. Dieses wurde durch das sogenannte “Frame Bursting-Verfahren” ausgeglichen, das den Clients ermöglichte, mehrere Frames zu konsolidieren und gemeinsam zu verschicken.

Kabel und Standardisierung

In den Anfangsjahren wurden für die Ethernettechnologie zunächst noch Koaxialkabel verwendet. Im Laufe der Jahre haben sich jedoch Twisted-Pair-Kupfer– und Glasfaser-Kabel als die besseren Alternativen durchgesetzt. Die anfangs eingesetzte Manchesterkodierung wurde mittlerweile durch die beiden modernen Kodierungsverfahren 4B/5B und 8B/10 ersetzt, die sich nicht nur durch eine höhere Sicherheit, sondern auch durch eine bessere Effizienz auszeichnen. Kupferkabel bieten neben höheren Datentransferraten auch die Möglichkeit angeschlossene Geräte mit Strom zu versorgen. In der IEEE 802.3af wird dieses Verfahren als “Power over Ethernet”. Das heutige Internet oder auch Content Delivery Networks sind erst durch eine leistungsfähige Ethernet-Technologie möglich geworden.

Einsatzgebiete abseits von Gebäuden

Mit dem Begriff Industrial Ethernet werden Bemühungen bezeichnet, Geräte in der industriellen Manufaktur per Ethernettechnologie einzusetzen. Diese Geräte müssen im Gegensatz zu herkömmlichen Switches und Hubs einer höheren Belastung standhalten und eine höhere Stör- und Schutzsicherheit erfüllen. Für den Einsatz in der Industrie sind zudem eigens zu diesem Zweck entwickelte Protokolle vorgesehen. Des Weiteren wird mit dem sogenannten Metro Ethernet versucht die Kostenstruktur und die Simplizität der Ethernettechnologie auf Wide-Area-Networks (WANs) zu projizieren. Dieses Vorhaben wird vom Industriekonsortium MEF vorwärtsgetrieben und soll in kommenden Jahren kommerziell eingesetzt werden.

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