Ethernet

Kurz: Die dominierende Technologie für kabelgebundene lokale Netzwerke (LAN) — definiert, wie Geräte per Kabel Daten in Form von Frames austauschen.

Genauer: Ethernet umfasst sowohl die physische Verkabelung (siehe Cat-Arten und Spezifikationen) als auch das Rahmenformat auf Schicht 2 des OSI-Modells, inklusive MAC-Adressen zur Geräteadressierung im lokalen Netz. Geschwindigkeiten reichen von 10 Mbit/s (historisch) bis zu mehreren hundert Gbit/s.

Im Detail

Frame-Aufbau

Ein Ethernet-Frame hat einen standardisierten Aufbau, der bei jeder Übertragung mitgeschickt wird:

| Ziel-MAC (6 Byte) | Quell-MAC (6 Byte) | EtherType (2 Byte) | Nutzdaten (46-1500 Byte) | CRC-Prüfsumme (4 Byte) |

Das EtherType-Feld gibt an, welches Protokoll die Nutzdaten enthalten (z. B. IPv4, IPv6 oder ARP), und die CRC-Prüfsumme (Cyclic Redundancy Check) am Ende erlaubt es dem Empfänger, Übertragungsfehler auf Bit-Ebene zu erkennen und beschädigte Frames einfach zu verwerfen, statt fehlerhafte Daten weiterzureichen. Die maximale Nutzlast von 1500 Byte (Maximum Transmission Unit, MTU) ist der historische Standardwert und der Grund, warum größere Datenmengen auf höheren Protokollebenen in mehrere Pakete aufgeteilt werden müssen — manche moderne Netzwerke unterstützen optional größere “Jumbo Frames” (bis zu 9000 Byte), was bei sehr hohem Datendurchsatz (z. B. in Rechenzentren) den relativen Header-Overhead pro übertragenem Byte reduziert.

Von Shared Medium zu Vollduplex

Historisch war Ethernet ein Shared-Medium-Verfahren mit CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): Alle Geräte an einem gemeinsamen Kabel-Segment hörten vor dem Senden, ob die Leitung gerade frei ist (“Carrier Sense”), und mussten bei gleichzeitigem Senden zweier Geräte (“Kollision”) beide sofort abbrechen und nach einer zufällig gewählten Wartezeit erneut versuchen — ein Verfahren, das bei wenigen Geräten gut funktionierte, aber mit steigender Teilnehmerzahl zunehmend ineffizient wurde, weil Kollisionen häufiger auftraten. Moderne Netzwerke mit Switches haben dieses Problem komplett beseitigt: Jeder Port hat eine eigene, kollisionsfreie Vollduplex-Verbindung zum Switch (jedes Gerät hängt effektiv an seinem eigenen, dedizierten “Kabel-Segment”), wodurch alle angeschlossenen Geräte gleichzeitig senden UND empfangen können, ohne sich gegenseitig zu stören. CSMA/CD ist dadurch bei modernen Ethernet-Installationen praktisch obsolet, bleibt aber technisch Teil des Standards für den seltenen Fall echter Halbduplex-Verbindungen.

Geschwindigkeitsbezeichnungen

Die Geschwindigkeitsbezeichnungen folgen einer festen, gut lesbaren Konvention: Die Zahl gibt die Geschwindigkeit in Mbit/s an (bzw. bei “G” in Gbit/s), “BASE” steht für Basisbandübertragung (das komplette Kabel wird für ein Signal genutzt, kein Multiplexing mehrerer Kanäle), und das Suffix beschreibt das Übertragungsmedium — z. B. “1000BASE-T” (1000 Mbit/s über Twisted-Pair-Kupferkabel), “10GBASE-SR” (10 Gbit/s über Glasfaser, “Short Range”) oder “100BASE-FX” (100 Mbit/s über Glasfaser). Die passende Kabelkategorie begrenzt dabei jeweils die maximal erreichbare Geschwindigkeit über Kupfer — ein Cat5e-Kabel unterstützt z. B. maximal 1000BASE-T, für 10GBASE-T ist mindestens Cat6a nötig.

Auto-Negotiation

Zwei über Ethernet verbundene Geräte handeln beim Verbindungsaufbau automatisch die höchste gemeinsam unterstützte Geschwindigkeit und den Duplex-Modus aus (“Auto-Negotiation”) — funktioniert dieser Prozess fehlerhaft (z. B. durch veraltete Treiber oder eine Fehlkonfiguration auf einer Seite), kann das Ergebnis eine scheinbar funktionierende, aber unerklärlich langsame Verbindung mit vielen Übertragungsfehlern sein, weil sich beide Seiten auf unterschiedliche Duplex-Einstellungen “geeinigt” haben.

Siehe auch: MAC-Adressen, Cat-Arten und Spezifikationen, Frames, Switch