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Ethernet


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Ethernet mit TCP/IP-Protokollstapel
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 ( LANs ). Sie definiert Kabeltypen und Signalisierung für Bitübertragungsschicht ( physikalische Schicht ) und Paketformate und Protokolle für die (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 LAN-Standards wie Token Ring FDDI und ARCNET verdrängt.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Ethernet wurde ursprünglich am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt. Eine weitverbreitete Geschichte besagt Ethernet 1973 erfunden wurde als Robert Metcalfe ein über das Potenzial von Ethernet an seine schrieb. Metcalfe selbst sagt dass Ethernet über Jahre entwickelt wurde und sich daher kein festmachen lässt. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent David ein Papier mit dem Titel Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks.

Metcalfe verließ Xerox 1979 um die Benutzung von Personal Computern LANs zu fördern und gründete die Firma 3Com . Er überzeugte erfolgreich DEC Intel und Xerox zusammenzuarbeiten um Ethernet zum Standard zu Damals konkurrierende Techniken waren die proprietären Systeme Token Ring und ARCNET die beide bald in einer wahren von Ethernet-Produkten untergingen. 3Com wurde dabei ein Unternehmen.

Physikalische Schicht

Ethernet basiert auf der Idee dass Teilnehmer eines Netzwerks Nachrichten durch eine Art Funk -System versenden allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen das manchmal als Äther bezeichnet wurde (der Äther war in Vorstellung des 19. Jahrhunderts der Stoff durch sich das Licht hindurch bewegte). Jeder Teilnehmer hat einen eindeutigen 48-bit-Schlüssel der als seine MAC-Adresse bezeichnet wird. Dies soll sicherstellen dass Systeme in einem Ethernet unterschiedliche Adressen haben.

Der CSMA/CD-Algorithmus

Ein Algorithmus mit dem Namen " Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection " ( CSMA/CD ) regelt den Zugriff der Systeme auf gemeinsame Medium. Er wurde ursprünglich in den 1960er Jahren für das ALOHAnet ein Funknetz in Hawaii entwickelt.

In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus wie eine Dinner-Party auf der alle Gäste gemeinsames Medium (die Luft) benutzen um miteinander sprechen. Bevor sie sprechen warten sie höflich dass der andere Gast geendet hat. Wenn Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen beide und warten für eine kurze zufällige in der Hoffnung dass beide nicht wieder gleichen Zeit weitersprechen und vermeiden so eine Kollision.

Damit die Kollision festgestellt und eine initiiert werden kann müssen die Pakete abhängig der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben. Diese sich aus der physikalischen Übertragungsgeschwindigkeit (ca. 2/3 Lichtgeschwindigkeit ) und der Übertragungsrate. Bei einer Übertragungsrate 10 Mbit und einer maximalen Entfernung von 5 km zwischen zwei Stationen ist eine von 64 Byte vorgeschrieben. Kleinere Pakete müssen aufgefüllt werden.

Sicherheit

Da die gesamte Kommunikation auf der Leitung passiert wird jede Information die von Computer gesendet wurde von allen empfangen selbst diese Information nur für ein Ziel bestimmt Die meisten Ethernet-verbundenen Geräte müssen ständig Informationen die nicht für sie bestimmt ist. Dies eine Sicherheitslücke von Ethernet da ein Teilnehmer bösen Absichten den gesamten Datenverkehr auf der mitschneiden kann wenn er möchte. Dieser Sicherheitsmangel zum großen Teil durch die Einrichtung einer Umgebung (wobei Switches anstatt Hubs als Zentralstücke benutzt werden) behoben werden.

Verbesserungen

Ethernet als gemeinsames Medium funktioniert gut das Verkehrsaufkommen niedrig ist. Da die Chance Kollisionen proportional mit der Anzahl der Transmitter der zu sendenden Datenmenge ansteigt tritt oberhalb 50% Auslastung vermehrt ein als Congestion bekanntes auf wobei regelrechte Staus entstehen und eine Arbeit mit dem Netzwerk nicht mehr möglich Um dies zu lösen und die verfügbare zu maximieren wurden Switches und der Full-Duplex-Modus (Daten können gleichzeitig gesendet und empfangen entwickelt.

Ethernet-Frameformate und das EtherType-Feld

Historische Formate

Es gibt vier Typen von Ethernet-Frames:

  • Ethernet Version I (nicht mehr benutzt)
  • Der Ethernet Version 2 oder Ethernet Frame der sog. DIX-Frame (benannt nach DEC Intel und Xerox ) dies ist der heute meistverwendete Typ er oft direkt vom Internet Protocol benutzt wird.
  • IEEE 802.x LLC (Logical Link Control)
  • IEEE 802.x LLC/SNAP Frame

Die unterschiedlichen Frame-Typen haben unterschiedliche Formate Paketgrößen können aber auf dem selben physischen parallel verwendet werden.

Der ursprüngliche Xerox Version 1 Ethernet-Frame ein 16-bit-Feld in dem die Länge des hinterlegt war obwohl die maximale Paketlänge auf Bytes begrenzt war.

Dieses Längen-Feld wurde in Xerox's Ethernet als Label weiterverwendet mit der Konvention dass zwischen 0 und 1.500 auf das originale hindeuteten und höhere Werte den EtherType und Verwendung des neuen Frame-Formats anzeigten. Dies wird in IEEE 802 -Protokollen durch den SNAP Header unterstützt. Der zeigt über eine Protokollnummer das im Datenteil Frames verwendete Protokoll an.

IEEE 802.x definierte das 16-bit-Feld nach MAC-Adressen wieder als Längen-Feld. Da Ethernet I-Frames mehr benutzt werden erlaubt dies festzustellen ob sich um einen Ethernet II-Frame oder einen 802.x-Frame handelt und damit die Koexistenz beider auf dem selben physischen Medium. Alle 802.x-Frames ein LLC-Feld. Durch Untersuchung des LLC-Feldes kann werden ob noch ein SNAP-Feld folgt.

Ethernet II

Die 802.x-Varianten haben heute eher akademische und sind nicht weit verbreitet. Der übliche ist heute der Ethernet II-Frame wie er den meisten Internet Protocol -basierten Netzwerken benutzt wird. Es gibt zwar um IP-Verkehr in 802.3-Frames zu kapseln sie aber kaum verwendet.

Das heute fast ausschließlich verwendete Ethernet II-Frameformat

Die Gesamtlänge beträgt zwischen 64 und Bytes. Die ersten 6 Bytes enthalten die MAC-Adresse des Zielrechners oder die Broadcast -Adresse ff-ff-ff-ff-ff-ff . Darauf folgen 6 Bytes mit der des Senders. An die 2 Bytes mit Typfeld bei Ethernet II schließen sich die an. Der gesamte Ethernetframe wird am Ende 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 )

Typfeld (EtherType) der wichtigsten Protokolle

Ethernet-Medientypen

Die verschiedenen Ethernet-Varianten unterscheiden sich in den verwendeten Kabeltypen und der Leitungscodierung . Der Protokoll-Stack (Software) arbeitet deshalb bei meisten der folgenden Typen identisch.

Die folgenden Abschnitte geben einen kurzen über alle offiziellen Ethernet-Medientypen. Zusätzlich zu diesen Standards haben viele Hersteller proprietäre Medientypen entwickelt um mit Glasfaserkabeln höhere Reichweiten zu erzielen.

Einige frühe Varianten von Ethernet

  • Xerox Ethernet - die ursprüngliche Ethernet-Implementation während ihrer Entwicklung zwei Versionen hatte. Das der Version 2 wird noch immer überwiegend
  • 10Broad36 - Obsolet. Ein früher Standard der über größere Entfernungen unterstützte. Es benutzte Breitband-Modulationstechniken denen von Kabelmodems und arbeitete mit Koaxialkabel.
  • 1Base5 - Ein früher Versuch eine günstige zu standardisieren. Arbeitete bei 1 Mbit/s und ein kommerzieller Fehlschlag.
  • StarLAN 1 - Die erste Ethernet-Implementation Twisted-Pair-Kabel entwickelt von AT&T .

10 Mbit/s Ethernet mit Koaxialkabel

  • 10Base2 IEEE 802.3a (bekannt als Thin Wire Ethernet Thinnet oder Cheapernet ) - Koaxialkabel (RG85) mit einem Wellenwiderstand von 50 verbindet die Teilnehmer miteinander jeder benutzt ein zur Anbindung seiner Netzwerkkarte. An den beiden sitzen Abschlusswiderstände. Ein Segment darf maximal 185 lang sein darf keine Abzweigungen besitzen und Abstand vom T-Stück bis zur Netwerkkarte nur Zentimeter betragen. Für viele Jahre war dies dominierende Ethernet-Standard für 10 Mbit/s.
  • 10Base5 IEEE 802.3 (auch Thicknet oder Yellow Cable ) - ein früher IEEE-Standard der ein mm dickes Koaxialkabel (RG213) mit einem Wellenwiderstand 50 Ohm verwendete. Zum Anschluss von Geräten mittels einer Spezialklemme ( Vampirklemme ) ein Loch in das Kabel gebohrt durch das ein Kontakt des Transceivers geschoben festgeklammert wird. An diesen Transreceiver wird mittels AUI-Schnittstelle über ein Verbindungskabel die Netzwerkkarte des angeschlossen. Dieser Standard bietet 10 Mbit/s Bandbreite Übertragung im Base-Band und 500 m Reichweite. Leitung hat keine Abzweigungen und an den sitzen 50 Ohm Abschlusswiderstände. Dieser Typ ist obsolet aber aufgrund seiner weiten Verbreitung in frühen Tagen noch immer in einigen Systemen Benutzung.

10 Mbit/s Ethernet mit Twisted-Pair-Kabel

  • StarLAN 10 - Die erste Ethernet-Implementation über Twisted-Pair-Kabel 10 Mbit/s ebenfalls von AT&T . Wurde später zu 10Base-T weiterentwickelt.
  • 10Base-T IEEE 802.3i - läuft über vier (zwei verdrillte Paare) eines Cat 3 oder 5 Kabels. Ein Hub oder Switch sitzt in der Mitte und hat jeden Teilnehmer einen Port. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist und die maximale Länge eines Segments 100 Diese Konfiguration wird auch für 100Base-T und benutzt.
  • FOIRL - Fiber-optic inter-repeater link. Der ursprüngliche für Ethernet über Glasfaserkabel .
  • 10Base-F IEEE 802.3j - Allgemeiner Ausdruck für neue Familie von 10 Mbit/s Ethernet-Standards: 10Base-FL und 10Base-FP. Der einzig weiter verbreitete davon 10Base-FL.
  • 10Base-FL - Eine revidierte Version des FOIRL-Standards.
  • 10Base-FB - Gedacht für Backbones die mehrere oder Switches verbinden. Ist inzwischen technisch überholt.
  • 10Base-FP - Ein passives sternförmiges Netzwerk das Repeater brauchte. Es gibt keine Implementationen.

Fast Ethernet

  • 100Base-T - Allgemeine Bezeichnung für die drei Mbit/s-Ethernetstandards über Twisted-Pair-Kabel 100Base-TX 100Base-T4 und 100Base-T2.
  • 100Base-TX IEEE 802.3u - Benutzt wie 10Base-T verdrillte Adernpaare benötigt allerdings Cat 5 Kabel. 100 Mbit/s ist 100Base-TX heute die Standard-Ethernet-Implementation.
  • 100Base-T4 - 100 Mbit/s Ethernet über Category Kabel (wie es in 10Base-T-Installationen genutzt wird). alle vier Adernpaare des Kabels. Es ist obsolet da Category 5-Verkabelung inzwischen die Norm Es ist darüber hinaus auf halbduplexe Übertragung
  • 100Base-T2 - Es existieren keine Produkte. Bietet Mbit/s Bandbreite über Cat 3-Kabel. Unterstützt den und benutzt nur zwei Paare. Es ist funktionell äquivalent zu 100Base-TX unterstützt aber alte
  • 100Base-FX - 100 Mbit/s Ethernet über Glasfaser.

Gigabit Ethernet

  • 1000Base-T IEEE 802.3ab - 1 Gbit/s Kupferkabel der Kategorie 5. Benutzt alle verfügbaren Adernpaare.
  • 1000Base-SX IEEE 802.3z - 1 Gbit/s über
  • 1000Base-LX IEEE 802.3z - 1 Gbit/s über Optimiert für längere Distanzen unter Verwendung von Single-Mode-Fasern .
  • 1000Base-CX - Der Vorgänger von 1000Base-T einer maximalen Reichweite von 25 m.

10 Gigabit Ethernet

Der neue 10-Gigabit Ethernet-Standard bringt acht Medientypen sieben Glasfaser- und einen Kupfermedientyp für LAN MAN und WAN mit sich. Der Standard für die heißt IEEE 802.3ae der Standard für Kupfer IEEE 802.3ak.

  • 10GBase-SR - entwickelt um kurze Strecken vorhandenen Multimode-Fasern zu überbrücken. Hat abhängig vom eine Reichweite zwischen 26 und 82 m. unterstützt es 300 m Reichweite über eine 2000 MHz/km Multimode-Faser.
  • 10GBase-LX4 - nutzt Wavelength Division Multiplexing Reichweiten zwischen 240 und 300 m über Multimode-Fasern zu ermöglichen. Unterstützt außerdem 10 km Single-Mode-Fasern .
  • 10GBase-LR und 10GBASE-ER - diese Standards 10 bzw. 40 km über Single-Mode-Fasern.
  • 10GBase-SW 10GBase-LW and 10GBase-EW - Diese benutzen einen zusätzlichen WAN PHY um mit / STM-64 SONET/ SDH -Equipment zusammenarbeiten zu können. Der Physical Layer 10GBase-SR bzw. 10GBase-LR und 10GBase-ER sie benutzen auch die gleichen Fasertypen und erreichen die Reichweiten (zu 10GBase-LX4 gibt es keine entsprechende mit WAN PHY).
  • 10GBase-CX4 beschreibt die Möglichkeit einer 10 Übertragung über doppelt-twinaxiale Kupferkabel auf einer maximalen von 15 m.

10 Gigabit Ethernet ist noch sehr welche Standards kommerziell erfolgreich werden muss abgewartet

Siehe auch: Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren

Power over Ethernet

Ebenfalls zur Familie der Ethernet-Standards gehört IEEE 802.3af der Verfahren beschreibt mit denen sich Geräte über die freien Adern eines Twisted-Pair-Kabels Energie versorgen lassen.

Verwandte Standards

Folgende Netzwerk-Standards gehören nicht zum IEEE Ethernet-Standard unterstützen aber das Ethernet-Frameformat und können Ethernet zusammenarbeiten:

  • Wireless LAN ( IEEE 802.11 ) - Drahtlose Vernetzung im Geschwindigkeitsbereich zwischen und 54 Mbit/s.
  • 100BaseVG - Ein früher Konkurrent zu Mbit/s Ethernet. Läuft über Category 3-Kabel nutzt Adernpaare und war ein kommerzieller Fehlschlag.
  • TIA 100Base-SX - Von der Telecommunications Association promoteter Standard. 100BASE-SX ist eine alternative von 100 Mbit/s Ethernet über Glasfaser; ist mit dem offiziellen 100Base-FX-Standard.
Sein Haupt-Feature ist die mögliche Interoperabilität 10Base-FL da es Autonegotiation zwischen 10 oder Mbit/s beherrscht. Die offiziellen Standards können dies Grund unterschiedlicher Wellenlängen der verwendeten LEDs nicht. sind Organisationen mit einer bereits installierten 10 Glasfaser-Basis.
  • TIA 1000Base-TX - Stammt ebenfalls von Telecommunications Industry Association. War ein kommerzieller Fehlschlag es existieren keine Produkte. 1000Base-TX benutzt ein Protokoll als der offizielle 1000Base-T-Standard benötigt aber 6 Kabel.

Literatur

  • Charles E. Spurgeon: Ethernet. The Definitive Guide.

Weblinks



Bücher zum Thema Ethernet

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