Ethernet

Juli 2015

Einführung in Ethernet

Ethernet, auch bekannt unter norme IEEE 802.3) ist ein Übermittlungsstandard für Daten von lokalen Netzen dass auf folgendem Prinzip basiert :

Alle Geräte des Ethernet Netzes sind 
durch eine einzige Kommunikationsleitung verbunden, die aus zylindrischen Kabeln besteht

Man unterscheidet unterschiedliche Varianten der Ethernet - Technologie je nach Typ und Durchmesser des verwendeten Kabels  :

  • 10Base2: Das verwendete Kabel ist ein Koaxialkabel mit geringem Durchmesser, gennnt thin Ethernet,
  • 10Base5: Das verwendete Kabel ist ein Koaxialkabel mit großem Durchmesser, genannt Thick Ethernet,
  • 10Base-T: Das verwendete Kabel ist ein Twisted-Pair-Kabel (das T steht für twisted Pair), die Bandbreite erreicht ungefähr 10Mbps,
  • 100Base-FX: Ermöglicht eine Geschwindikeit von 100Mbps durch die Verwendung von multimode-Glasfaser ( F steht für Fiber).
  • 100Base-TX: Wie 10-Base-T aber mit einer 10 mal höheren Tansferrate
  • 100Base-T: Verwendet ein doppeltes Paar Twisted-Pair-Kabel und ermöglicht so eine Transferrate von einem Gigabit pro Sekunde
  • 100 Base -SX: basiert auf einem multimode - Glasfaserkabel und verwendet ein Niederfrequenzsignal (S steht für short) von 850 Nanometer (770 bis 860 nm).
  • 100 Base -LX: basiert auf einem multimode - Glasfaserkabel und verwendet ein Hochfrequenzsignal (L steht für Long von 1350 nm (1270 bis 1355 nm).

Siegel Fachbegriffe Kabel Router Transferrate Reichweite
10Base2 Ethernet mince
(thin Ethernet)
Koaxialkabel (50 Ohm) mit geringem Durchmesser BNC 10 Mb/s 185m
10Base5 Dickes Ethernet
(thick Ethernet)
Koaxialkabel mit großem Durchmesser 0,4 inch) BNC 10Mb/s 500m
10Base-T Ethernet standard Twisted Pair Kabel (Kategorie 3) RJ-45 10 Mb/s 100m
100Base-TX schnelles Ethernet
(Fast Ethernet)
doppeltes Twisted Pair Kabel (Kategorie 5) RJ-45 100 Mb/s 100m
100Base-FX schnelles Ethernet
(Fast Ethernet)
Multimode Glasfaserkabel Typ(62.5/125)   100 Mb/s 2 km
1000Base-T Ethernet Gigabit doppeltes Twisted Pair Kabel (Kategorie 5e) RJ-45 1000 Mb/s 100m
1000Base-LX Ethernet Gigabit monomodes oder multimodes Glasfaserkabel   1000 Mb/s 550m
1000Base-SX Ethernet Gigabit Multimodes Glasfaserkabel   1000 Mbit/s 550m
10GBase-SR Ethernet 10Gigabit Multimode Glasfaserkabel   10 Gbit/s 500m
10GBase-LX4 Ethernet 10Gigabit Multimodes Glasfaserkabel   10 Gbit/s 500m

Ethernet ist eine sehr verbreitete Netztechnologie, da die Kosten eines solchen Netzes nicht sehr hoch sind

Prinzip der Übertragung

Alle Geräte des Ethernet Netzes sind durch eine einzige Übertragungsleitung verbunden und die Übertragung geschieht mittels eines Protokolls genannt CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect Dies bedeutet, es handelt sich um ein Protokoll über einen Mehrfachzugang mit Überwachnung des Trägers ( Carrier Sense ) und der Kollisionserkennung).

Mit diesem Protokoll ist jedes Gerät autorisiert Über diese Leitung auszusenden egal wann und ohne Prioritäten unter den Geräten. Diese Kommunikation geschieht einfach :

  • Jedes Gerät überprüft vor dem Senden dass keine andere Kommunikation in der Leitung ist
  • Wenn zwei Geräte gleichzeitig senden gibt es eine Kollision, d.h. dass sich mehrere Datenbündel gleichzeitig in der Leitung befinden)
  • die beiden Geräte unterbrechen Ihre Kommunikation und warten eine unbestimmte Zeit ehe das erste Gerät neu sendet

Dies Prinzip hat Folgende Nachteile  :

  • Die Datenpakete können eine bestimmte Größe nicht überschreiten
  • Es gibt eine Wartezeit zwischen zwei Übertragungen

Die Wartezeit variiert je nach Häufigkeit der Kollisionen

  • Nach der ersten Kollision entsteht Wartezeit
  • Nach der zweiten Kollision entsteht doppelte Wartezeit
  • Nach der dritten Kollision entsteht die vierfache Wartezeit
  • … und zusätzliche unbestimmte Wartezeit

verwandeltes Ethernet

Bis hierher war Ethernet als geteiltes Ethernet definiert worden ( alle gesendeten Nachrichten wurden von allen Geräten gesehen und die Transferrate wird von allen Geräten geteilt).

Seit einigen Jahren gibt es eine wichtige Entwicklung: die des verwandelten Ethernets.
Die Physische Beschaffenheit bleibt ein Stern, rund um einen Verwandler (switch). Der Verwandler benutzt eine Filter- technik und eine Umwandlung, die derjenigen der gateways sehr ähnlich ist, die diese Technik schon seit langem nutzen.

Er betrachtet die Adressen der Absenders und des Empfängers der Nachricht, schaut, welches Gerät mit welchem Switch-Ausgang verbunden ist (dies ist in der Regel ein selbstlernender Vorgang, d.h. automatisch, aber der Switch-Betreiber kann zusätzliche Einschränkungen machen).

Wenn er den Ausgang des Empfängers kennt, kann der Verwandler die Nachricht nur an ebendiesem Ausgang übermitteln, die anderen Ausgänge bleiben so frei für andere Übertragungnen, die gleichzeitig erfolgen können.
So kann jeder Austausch bei nominaler Transferrate erfolgen(und dazu bei geteiltem Datenband), ohne Störungen. Dies hat eine sehr sensible Erhöhung des Datenbandes im Netz zur Folge (bei gleichbleibender Geschwindigkeit).

Bleibt zu fragen, ob alle Ausgänge des Verwandlers zur gleichen Zeit miteinander kommunizieren kÖnnen ohne Nachrichten zu verlieren, was von der Qualität des Verwandlers abhängt (non blocking switch).

Da nun die Verwandlung Kollisionen vermeidet und die Technik 10/100/1000 base T(X) getrennte Abläufe für die Übertragung und den Erhalt bietet (ein Twisted Pair Kabel pro Übertragungsrichtung), können die meisten modernen Verwandler die Kollisionswarnung deaktivieren und wechseln in mode full-duplex an den Ausgängen. So können die Geräte gleichzeitig senden und empfangen (was zur besseren Performance des Netzes führt).
Der Mode full-duplex ist vor allem für Server interessant, die mehrere Kunden versorgen müssen.

Die modernen Ethernet-Verwandler erkennen auch die Übertragungsgeschwindigkeit jedes Gerätes autosensing) und wenn dieses mehrere Geschwindigkeiten unterstützt (10 oder 100 oder 1000 megabytes/s) tritt es mit ihm in Verhandlung über die Geschwindigkeit und den semi-duplex-lmode oder den full-duplex bei der Übertragung. So ist die ungleiche Performance der Geräte unerheblich (besipielsweise bei PCs mit verschiedenen Materialkonfigurationen).

Gesendete und empfangene Daten werde nicht mehr durch alle Ports übertragen, so wird es schwieriger, sie zu piratieren (sniffer). Dies trägt also auch zur allgemeinen Sicherheit im Netz bei, was ein sehr heikles Thema heutzutage ist.

Pour terminer, l'usage de commutateurs permet de construire des réseaux plus étendus géographiquement. En Ethernet partagé, un message doit pouvoir atteindre toute autre machine dans le réseau dans un intervalle de temps précis (slot time) ohne die der Mechanismus zur Kollisionserkennung (CSMA/CD) nicht richtig funktionniert.
Dies ist nicht mehr nur eine Anwendung mit Ethernet - Umwandlern. Die Entfernung ist nicht länger beschränkt ausser durch die technischen Grenzen des benutzten Materials (Glasfaserkabel oder Twisted-Pair-Kabel, die Stärke des Senders und die Leistung des Empfängers,...)

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