Was ist Ethernet? Ein ausführlicher Leitfaden

Alle Ethernet-Netzwerke teilen die gleiche Paketstruktur, die auch ‘Frame’ genannt wird. Diese besteht aus 7 Elementen und ist für die Adressierung und den Transport von Kommunikationsdaten zwischen zwei Knoten desselben LANs zuständig.

• Die "Präambel" dient der Synchronisierung des Kommunikationsprozesses zwischen Sender und Empfänger.
• Der SFD (Start Frame Delimiter) grenzt die "Präambel" ab und markiert den Beginn des Datenpakets.
• Die MAC-Adressen des Empfängers und des Senders entsprechen dem dritten und vierten Element des Frames.
• Der Ethertype gibt die Art des verwendeten Protokolls an.
• Die Nutzlast enthält die eigentlichen Informationen, die bei der Kommunikation ausgetauscht werden.
• Die FCS (Frame Check Sequence) schliesslich enthält den CRC (Cyclic Redundancy Check), um nach Fehlern im Kommunikationsprozess zu suchen.

Die Zusammensetzung des Frames dient auch dazu,die Begriffe "LAN" und "Ethernet" auseinanderzuhalten. Ein Local Area Network (LAN) ist die Vernetzung von Computern untereinander in einer begrenzten Umgebung. Das Ethernet hingegen ist ein Entwicklungsstandard, der sowohl für LANs als auch für grössere Netzwerke verwendet wird. Das LAN ist das Netzwerk zu Hause oder in einem kleinen Büro, beschränkt auf einen lokalen Informationsaustausch; das Ethernet ist ein Netzwerk, in welchem Computer und intelligente Geräte über ein Kabel miteinander verbunden sind. Dies steht im Gegensatz zu einem WLAN(Wireless LAN), bei dem die Geräte über Funkwellen miteinander kommunizieren. Im Vergleich zu Wi-Fi bietet Ethernet eine viel zuverlässigere und schnellere Verbindung, da es keine Störungen durch andere Geräte gibt, die dasselbe Netzwerk nutzen.

Ein** Ethernet-Netzwerk** kann Geräte mit hoher Geschwindigkeit miteinander verbinden, dank der** Gigabit-Ethernet**-Technologie nach IEEE 802.3ab-Standard. Obwohl Übertragungsraten von bis zu 400 Gbit/s spezifiziert sind, werden derzeit nur Geschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s tatsächlich erreicht. Zum Vergleich: Als der Standard 1980 eingeführt wurde, lag die Höchstgeschwindigkeit bei 2,94 Mbit/s.

Das Ethernet dient nicht nur der Verbindung von Geräten mit dem Internet. Es wird auch verwendet, um Geräte miteinander zu verbinden: Computer mit Computern, Computer mit Druckern usw. Damit ein Ethernet-Netzwerk ordnungsgemäß funktioniert, benötigen alle anzuschließenden Geräte Karten oder Adapter, die meist standardmäßig vorhanden sind. Sie werden dann mit Kabeln der Kategorie 5 (Cat5) oder 6 (Cat6) miteinander verbunden. Dieser besondere Kabel-Typ ermöglicht die Übertragung von Daten in beide Richtungen, d.h. sie können jederzeit und ohne Verzögerung übertragen werden. Die Kabel werden dann an Ethernet-Router, -Hubs und -Switches angeschlossen, um die Netzwerkdaten an ihr Ziel zu leiten.

Auf einer sehr einfachen Ebene funktioniert Ethernet durch das Senden von Datenpaketen von einem Gerät an das Netz (über die oben erwähnten ‘Frames’). Bei einem herkömmlichen Hub-basierten Netzwerk wird das Paket gesendet, wenn der Weg zum Netzwerk frei ist. Alle anderen Geräte im Netz «überwachen» das Paket auf seinem Weg durch das Netz; merkt ein Gerät, dass es der beabsichtigte Empfänger ist, nimmt es das Paket auf. Wenn jedoch bereits ein Datenpaket das Netz benutzt, wartet der Hub, bis der Weg frei ist, bevor er das nächste Paket an das Netz sendet. Die gängigste Methode ist heutzutage die Verwendung eines Ethernet-Switches. Dieser umgeht die Probleme eines bereits belegten Netzwerkes, indem er das Paket nur an den angegebenen Anschluss und nicht an das gesamte Netzwerk sendet.

Ethernet-Kabel sind durch deren Länge und Qualität eingeschränkt. Wenn ein Netzwerkkabel zu lang oder von schlechter Qualität ist, wird es kein gutes Netzwerksignal übertragen. Diese Einschränkungen sind einer der Gründe, warum es verschiedene Arten von Ethernet-Kabel gibt, damit je nach Aufgabe und Situation das richtige Kabel optimal eingesetzt werden kann.

Jedes Ethernet-Kabel besitzt eine maximale Entfernungs-Kapazität, so dass ab einer gewissen Länge Signalverluste auftreten, weil der elektrische Widerstand proportional zur Länge die Leistung beeinträchtigt. So kann ein CAT5-Kabel bis zu 100 Meter lang sein, ein CAT6-Kabel bis zu 200 Meter. Ethernet-Kabel können zwar länger sein, aber es kann zu erheblichen Signalverlusten kommen, insbesondere wenn sie in der Nähe von großen Geräten verlegt werden.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat die Zahl und Größe der Netzwerke enorm zugenommen. Viele von ihnen wurden mit unterschiedlichen Hardware- und Software-Implementierungen entwickelt. Infolgedessen waren viele dieser Netze untereinander nicht kompatibel, und es wurde sehr schwierig für Netze, welche unterschiedliche Spezifikationen verwendeten, miteinander zu kommunizieren. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte die Internationale Organisation für Normung (ISO) das OSI-Referenzmodell (Open Systems Interconnection), eine Norm für Netzwerkprotokolle. Das Modell gliedert die Protokolle in sieben Schichten:

• Physical Layer, spezifiziert Geräte wie z.B. Hubs und Übertragungsmedien.
• Data-Link-Layer, analysiert Daten auf mögliche Fehler und steuert den Datenübertragungsfluss.
• Network-Layer, ist für die Adressierung der Quell- und Ziel-IP sowie für die Auswahl der Pakete zuständig, die vorrangig zugestellt werden sollen.
• Transport-Layer, garantiert den Transport von Daten.
• Session-Layer, stellt die Verbindung zwischen den Hosts her und beendet sie auch.
• Presentation-Layer, ermöglicht die Datenumsetzung, einschließlich der Umwandlung von Codes in Zeichen sowie ihrer Komprimierung und Verschlüsselung.
• Application-Layer, gewährleistet die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, indem sie das Versenden von E-Mails, die Übertragung von Dateien, den Zugriff auf Websites, usw. sicherstellt.

Wenn Sie beruflich oder zu Hause ein Ethernet-Netzwerk aufbauen wollen, dann ist es relevant zu wissen, inwiefern sich das Ethernet vom LAN unterscheidet, welche Kabel und Stecker verwendet werden und welches Zubehör darüber hinaus auch noch nützlich sein kann. Eine Mischung aus Ethernet-LAN und WLAN ist heutzutage weitverbreitet, da auf diese Weise Geräte sowohl über Kabel als auch über Funk verbunden werden können. Die Komplexität von Netzwerken hat dementsprechend in den letzten Jahren enorm zugenommen. Um die Kompatibilität weiter garantieren zu können, wurde das OSI-Referenzmodell als Norm für Netzwerkprotokolle entwickelt. Es bleibt spannend zu sehen, wie sich die Technologie in einer immer stärker vernetzten Welt entwickeln wird und welche Herausforderungen es zu lösen gibt.

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