Ethernet

Ethernet ist eine kabelgebundene Datennetztechnologie für lokale Datennetze (LANs). Sie ermöglicht den Datenaustausch in Form von Datenrahmen zwischen allen in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker, etc.). Nur in seiner traditionellen Ausprägung erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude. Ethernet-Technologie verbindet heute auch Geräte über weite Entfernungen.

Ethernet umfasst Festlegungen für Kabeltypen und Stecker, beschreibt die Signalisierung für die Bitübertragungsschicht und legt Paketformate und Protokolle fest. Aus Sicht des OSI-Modells spezifiziert Ethernet sowohl die physikalische Schicht (OSI Layer 1) als auch die Data-Link-Schicht (OSI Layer 2). Ethernet ist weitestgehend in der IEEE-Norm 802.3 standardisiert. Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technologie und hat alle anderen LAN-Standards wie Token Ring verdrängt oder wie beispielsweise ARCNET in Industrie- und Fertigungsnetzen oder FDDI in hoch verfügbaren Netzwerken zu Nischenprodukten für Spezialgebiete gemacht. Ethernet kann die Basis für Netzwerkprotokolle, wie z. B. AppleTalk, DECnet, IPX/SPX oder TCP/IP 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. Er leitete das Protokoll von dem auf der Universität von Hawaii entwickelten funkbasierten ALOHAnet ab. Daher auch der Name Ethernet (engl. für „Äther“, der nach früheren Annahmen das Medium zur Ausbreitung von (Funk-)Wellen ist). Metcalfe selbst sagt, dass Ethernet über mehrere Jahre entwickelt wurde und sich daher kein Zeitpunkt festmachen lässt.

Ursprünglich war es also ein firmenspezifisches und nicht standardisiertes Produkt. Diese erste Version des Ethernet arbeitet noch mit 3 Mbit/s. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent David Boggs einen Artikel (s. Grafik) mit dem Titel Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks.

Bob Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Benutzung von Personal Computern und LANs zu fördern, und gründete die Firma 3Com. Er überzeugte erfolgreich DEC, Intel und Xerox, mit ihm zusammenzuarbeiten, um Ethernet zum Standard zu machen. Ihre erste Ethernet-Version 1 wurde ab 1980 vom IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) in der Arbeitsgruppe 802 weiterentwickelt. Ursprünglich war nur ein LAN-Standard für Übertragungsgeschwindigkeiten zwischen 1 und 20 Mbit/s geplant. Ebenfalls 1980 kam noch eine sogenannte „Token-Access-Methode“ hinzu. Ab 1981 verfolgte das IEEE dann drei verschiedene Techniken: CSMA/CD (802.3), Token Bus (802.4) und Token Ring (802.5), wovon die letzten beiden bald in einer wahren Flut von Ethernet-Produkten untergingen. 3Com wurde dabei ein großes Unternehmen.

Die Arbeiten am Cheapernet-Standard (10Base2) wurden im Juni 1983 veröffentlicht. Zur gleichen Zeit begann die Arbeit an den Spezifikationen für Ethernet-on-Broadband (10Broad36) und für das StarLAN (1Base5). Als 1985 der Ethernet-Standard auch als internationaler Standard ISO/DIS 8802/3 veröffentlicht wurde, wurde er binnen kurzer Zeit von über 100 Herstellerfirmen unterstützt. 1986 begannen einige kleinere Firmen mit der Übertragung von Daten im Ethernet-Format auf Vierdrahtleitungen. Danach verstärkte das IEEE seine Aktivitäten in den Gebieten Ethernet-on-Twisted Pair, was 1991 zu einem Standard wurde, sowie Ethernet auf Glasfaserleitungen, was 1992 zu den 10BaseF-Standards (F für Fibre-Optics) führte. Mitte der 90er Jahre kam es zu einem Tauziehen um den Nachfolge-Standard; auf der einen Seite standen AT&T und HP, die eine technisch elegantere Lösung nach IEEE_802.12 (100BaseVG) anstrebten, auf der anderen Seite standen die Hersteller der Fast Ethernet Alliance, bestehend aus ca. 35 namhaften Firmen wie Bay Networks, 3Com, Intel, SUN, Novell usw., die 100 Mbit/s nach dem altbewährten IEEE_802.3-Standard propagierten.

Letztendlich wurde 1995 der 100 Mbit/s-Standard für Ethernet auf Bestreben der Fast Ethernet Alliance gemäß IEEE_802.3u 1995 verabschiedet, etwa zeitgleich zum Standard für ein Wireless-LAN mit der Bezeichnung 802.11. Inzwischen nehmen die Arbeiten am 10-Gigabit-Ethernet und am Ethernet in the First Mile (EFM) statt des reinen Inhouse-Betriebs bereits Universitäts- und Stadtnetze ins Visier.

Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs 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. Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium dabei im sogenannten Basisbandverfahren, d. h. in digitalem Zeitmultiplex.

Ein Algorithmus mit dem Namen „Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection“ (CSMA/CD) regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium. Man kann sich das gemeinsame Medium als ein Kabel in einer Art Bus-Topologie vorstellen. Es ist eine Weiterentwicklung des ALOHAnet-Protokolls, das in den 1960er-Jahren auf Hawaii zum Einsatz kam.

In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Party, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen. Bevor sie zu sprechen beginnen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast zu reden aufgehört hat. Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne, bevor sie einen neuen Anlauf wagen.

Damit die Kollision festgestellt und eine Sendewiederholung initiiert werden kann, müssen die Datenframes 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/s und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64 Byte vorgeschrieben. Kleinere Datenframes müssen entsprechend aufgefüllt werden.

Auch wenn die Norm IEEE 802.3 den Namen "CSMA/CD" im Titel hat, spielt diese Form der Kollisionsauflösung heute nur mehr in geringem Maße eine Rolle. Die meisten Netzwerke werden heute im Vollduplex-Modus betrieben, bei dem Switches für die Zugriffsauflösung sorgen und keine Kollisionen mehr entstehen können. Trotzdem blieb das Frameformat, insbesondere der Frame Header und die für die Kollisionserkennung vorgeschriebene minimale Frame-Länge, bis hinauf zu 10-GBit-Ethernet unverändert.

zurück