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Das Ethernet wurde 1973 am
Xerox PARC
als Teil eines umfangreichen
Forschungsprojektes für verteilte Systeme entwickelt und sollte die
Vorteile einer schnellen, lokalen Vernetzung mit niedrigen
Fehlerraten und ohne Verzögerungen aufzeigen.
Auf Grund seiner Einfachheit und der kostengünstigen Hardware
hat Ethernet bis heute eine starke
Verbreitung gefunden und ist in seinen Variationen in sehr vielen
LANs anzutreffen.
Das Original-Ethernet (festgelegt im Standard IEEE 802.3) besteht
aus einem Koaxial-Kabel mit einem halben Zoll (1,27 cm) Durchmesser,
an das die Rechner über sogenannte "Transceiver" angeschlossen sind.
An jedem Ende des Kabels befindet sich ein Endwiderstand von 50 Ohm,
der auch als "Terminator" bezeichnet wird (siehe Abbildung). Über
ein derartiges Netzwerk lassen sich Geschwindigkeiten bis 10 Mbps
(Megabit pro Sekunde) erreichen.
Ein Kabel mit einem derartigen Durchmesser ist etwas unhandlich,
daher wird diese Art des Ethernets auch als "Thick Ethernet" oder
"10Base5" bezeichnet.
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Thick Ethernet
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Hinweis:
Den tatsächlich erreichbaren Übertragungswert in Megabyte pro Sekunde erhält man,
indem man den Megabit-Wert durch die Zahl 8 dividiert. Diese maximalen
Transferraten werden in der Praxis auch nur selten erreicht. Überhaupt ist die
Frage nach der notwendigen Geschwindigkeit eines Netzes eng mit der Frage nach
den tatsächlich genutzten Anwendungen verbunden.
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Das beim "Thin Ethernet" verwendete Koaxialkabel ist dünner,
billiger und einfacher zu handhaben. Der Anschluss an die
Netzwerkkarte des Rechners erfolgt über ein sogenanntes "T-Stück",
an das links und rechts ein Netzwerkkabel angeschlossen wird,
während die `untere' Seite des T's mit der Netzwerkkarte verbunden
ist.
Am Anfang und am Ende des Kabelstrangs befinden sich auch hier
Endwiderstände von 50 Ohm (Terminatoren). Die Steckverbindungen erfolgen über
BNC-Anschlüsse. Mit einem Thin Ethernet kann man Geschwindigkeiten
bis 10 MBit erreichen.
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Thin Ethernet mit Koaxialverkabelung
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Im Gegensatz zum normalen Thin Ethernet mit seiner Busstruktur ist
ein 10BaseT-Netz sternförmig aufgebaut. Von einem Verteiler, dem
sogenannten "Hub", führen Twisted-Pair-Kabel zu den einzelnen
Rechnern. Der Anschluss erfolgt über RJ45-Stecker, wie sie auch oft
bei Telefonen verwendet werden.
Diese Verkabelungsart beseitigt einen gravierenden Nachteil der
Busstruktur. Wird der Bus nämlich an einer Stelle unterbrochen, sei
es durch ein defektes Kabel oder eine übereifrige Reinigungskraft,
ist das Netzwerk vollständig lahm gelegt. Bei einer sternförmigen
Verkabelung ist bei einem Kabelschaden nur ein Rechner betroffen,
die anderen können ganz normal im Netz weiterarbeiten.
Wäre 10BaseT nicht aufwendiger und teurer als die
Koaxialverkabelung, wäre letztere sicher schon ganz von der
Bildfläche verschwunden.
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Sternförmiges Ethernet mit Hub
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Der Aufbau eines "Fast Ethernets" ähnelt stark dem eines
10BaseT-Netzes. Jedoch müssen aufgrund der höheren
Datengeschwindigkeit von 100 Mbps aufwendigere Twisted-Pair-Kabel
der Kategorie 5 verwendet werden. Neben dem Hub müssen natürlich
auch die eingesetzten Netzwerkkarten für eine Geschwindigkeit von
100 Mbps vorgesehen sein.
Übertragungsraten von bis zu 1000 Mbps erreicht man mit Hilfe von geschirmten
Kabeln (Shielded Twisted Pair - STP) bzw. Glasfaserleitungen. Netzwerkkarten und
Hubs für derartige Geschwindigkeiten müssen wesentlich aufwendiger konstruiert
sein und sind dementsprechend teuer. Da kaum ein Rechner einen Datenstrom von 1
Gbps (enspricht 125 MByte pro Sekunde!) verarbeiten kann, werden
Gigabit-Ethernets vor allem als Backbone-Leitungen verwendet, die ganze
Netzwerke miteinander verbinden.
Die folgende Tabelle zeigt noch einmal eine Übersicht über alle
Ethernet- Varianten:
Ethernet-Typ |
Geschwindigkeit |
max. Länge |
Struktur |
Kabelart |
Anschluss am Rechner |
10Base2 (Thin Ethernet) |
10Mbps |
185m |
Bus |
Koaxial |
BNC-Buchse, T-Stück, (RG58, T-Stück, Endwiderstand) |
10Base5 (Thick Ethernet) |
10Mbps |
500m |
Bus |
Koaxial |
AUI-Buchse, Transceiver |
10BaseF |
10Mbps |
2000m |
Bus |
Glasfaser |
Optokoppler |
10BaseT |
10Mbps |
100m |
Stern |
Twisted Pair |
RJ45-Anschluss Kat.3 |
100BaseT |
100Mbps |
100m |
Stern |
Twisted Pair |
RJ45-Anschluss Kat.5 |
Gigabit-Eth. |
1Gbps |
1Gbps |
Stern |
STP |
Spezieller Anschluss Kat. 6 |
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1Gbps |
500m |
Stern |
Glasfaser |
Optokoppler |
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Neben der Verkabelung ist es natürlich interessant zu wissen, was
auf einem Ethernet-Kabel eigentlich passiert. Jedes Gerät im
Ethernet hat eine eindeutige Hardware-Adresse von 6 Byte Länge, die
auch als MAC-Adresse bezeichnet wird.
Das Kürzel MAC steht hier für Media Access Control.
Diese Adresse hat nichts mit
den IP-Nummern des TCP/IP-Protokolls zu tun (zumindest nicht direkt)
und auch nichts mit den Computern der Firma Apple (auch nicht
indirekt).
Pakete im Ethernet enthalten immer die Hardware-Adresse
des Senders und des Empfängers.
Das Versenden von Daten erfolgt über ein sogenanntes "Packet
Broadcasting", d.h. jedes Paket wird einfach auf das Kabel gesendet.
Alle anderen Stationen erhalten, bzw. `sehen' dieses Paket, es wird
jedoch nur von dem festgelegten Empfänger entgegengenommen und
verarbeitet.
Wenn zwei Stationen gleichzeitig Daten senden, kommt es
konsequenterweise zu Paketkollisionen (natürlich "rumst" es nicht im
Kabel, sondern die elektrischen Impulse der beiden Sender
überschneiden sich und werden damit unbrauchbar). Das Ethernet
definiert drei Varianten, mit diesem Verhalten umzugehen:
-
Die Stationen `lauschen' ständig am Bus und merken so, ob auf dem Kabel
Datenverkehr stattfindet. Eine Station sendet erst, wenn keine Signale mehr auf
dem Kabel liegen, um die laufende Übertragung nicht zu zerschmettern.
-
Sollten zwei Stationen genau zum selben Zeitpunkt mit dem Senden
beginnen, kommt es trotzdem zur Kollision. Während eine Station
sendet, prüft sie gleichzeitig auf dem Empfangskanal, ob die Signale
korrekt versendet wurden. Da alle Stationen im Netz einschließlich
der Sendenden die Signale empfangen, stellt dies kein Problem dar.
Erkennt die sendende Station nun, dass die Daten nicht korrekt
übertragen werden, handelt es sich wahrscheinlich um eine Kollision.
Die sendende Station schickt ein Kollisionssignal in das Kabel, was
bewirkt, dass alle Stationen im Netz ihre Sendetätigkeit abbrechen
(die ja vorhanden sein muss, sonst hätte es keine Kollision
gegeben). Nach einer zufällig bestimmten Zeit versucht die Station
wieder zu senden. Die andere Station, mit der es zur Kollision kam,
hat eine andere Zufallszeit ermittelt und wird dann merken, dass das
Netz bereits belegt ist. Sollten beide Stationen trotzdem wieder zur
selben Zeit senden, was extrem unwahrscheinlich ist, beginnt das
Spiel eben wieder von vorn.
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Als Sicherungsmaßnahme wird die Prüfsumme eines Ethernet-Paketes (korrekt heißt
es Ethernet-Frame) mit dem tatsächlichen Inhalt verglichen. Kommt es dabei zu
Unstimmigkeiten, wird das Paket vom Empfänger abgewiesen.
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