Was ist das Ethernet Protokoll und wie funktioniert es?

Was ist das Ethernet Protokoll und wie funktioniert es?

Das Ethernet-Protokoll verbindet LANs, WANs, Internet, Cloud, IoT-Geräte und Wi-Fi-Systeme zu einem nahtlosen globalen Kommunikationsnetz. […]

Ethernet ist eine der ersten Netzwerktechnologien, die vor fast 50 Jahren erfunden wurde. Aufgrund der Einfachheit, mit der das Kommunikationsprotokoll eingesetzt werden kann, und seiner Fähigkeit, moderne Entwicklungen zu integrieren, ohne die Rückwärtskompatibilität zu verlieren, ist Ethernet weiterhin der De-facto-Standard für Computernetzwerke.

Im Kern ist Ethernet ein Protokoll, das es Computern (von Servern bis hin zu Laptops) ermöglicht, über kabelgebundene Netzwerke miteinander zu kommunizieren, die Geräte wie Router, Switches und Hubs zur Lenkung des Datenverkehrs verwenden. Ethernet funktioniert auch problemlos mit Wireless-Protokollen.

Seine Fähigkeit, in fast jeder Umgebung zu funktionieren, hat dazu geführt, dass es sich weltweit durchgesetzt hat. Dies gilt insbesondere deshalb, weil es Unternehmen ermöglicht, dasselbe Ethernet-Protokoll in ihrem lokalen Netzwerk (LAN) und ihrem Weitverkehrsnetz (WAN) zu verwenden. Das bedeutet, dass es in Datenzentren, in privaten oder internen Unternehmensnetzen, für Internetanwendungen und fast alles dazwischen gut funktioniert. Es kann sogar die komplexesten Formen von Netzwerken unterstützen, wie virtuelle private Netzwerke (VPNs) und Software-definierte Netzwerkimplementierungen.

Ethernet kann problemlos mit bandbreitenintensiven Anwendungen wie Video-Streaming oder Voice-over-IP-Anwendungen umgehen. Auf der anderen Seite kann es aufgrund seiner Einfachheit auch mit sehr kleinen, relativ anspruchslosen Geräten arbeiten, wie sie im Internet der Dinge (IoT) zum Einsatz kommen, ohne dass eine spezielle Konfiguration erforderlich ist.

Wie funktioniert Ethernet?

Ethernet funktioniert, indem es Informationen, die an oder von Geräten wie einem Personal Computer gesendet werden, in kurze Stücke von Informationsbits unterschiedlicher Größe, so genannte Frames, aufteilt. Diese Frames enthalten standardisierte Informationen wie die Quell- und Zieladresse, die dem Frame helfen, seinen Weg durch ein Netzwerk zu finden.

Da die Computer in einem LAN in der Regel eine einzige Verbindung nutzen, wurde das Ethernet nach dem Prinzip CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access mit Collision Detection) aufgebaut. Im Grunde stellt das Protokoll sicher, dass die Leitung nicht belegt ist, bevor es Frames aussendet. Heute ist dies weit weniger wichtig als in den Anfängen der Netzwerktechnik, da die Geräte in der Regel über einen Switch oder einen Knotenpunkt eine eigene Verbindung zu einem Netzwerk haben. Und da Ethernet heute mit Vollduplex arbeitet, sind auch die Sende- und Empfangskanäle vollständig voneinander getrennt, so dass es auf dieser Strecke eigentlich nicht zu Kollisionen kommen kann.

Abgesehen von Kollisionen gibt es im Ethernet keine Fehlerkorrektur, so dass die Kommunikation auf fortschrittliche Protokolle angewiesen ist, um sicherzustellen, dass alles perfekt übertragen wird. Ethernet bildet jedoch nach wie vor die Grundlage für die meisten Internet– und Digitalkommunikationen und lässt sich auch problemlos in die meisten höherwertigen Protokolle integrieren, so dass dies heutzutage fast nie ein Problem darstellt.

Mehrfarbige Kabel spielen in Ethernet-Netzwerken eine wichtige Rolle

Man kann nicht über Ethernet sprechen, ohne auch über Kabel zu reden, denn Ethernet ist für kabelgebundene Netzwerke konzipiert. Daher hat die Vereinfachung der Kabel, die das Protokoll verwendet, auch dazu beigetragen, dass sich der Standard durchgesetzt hat.

Der ursprüngliche Standard sah vor, dass Ethernet mit Koaxialkabeln verwendet wird, wie sie auch beim Kabelfernsehen zum Einsatz kommen. Koaxialkabel sind robust und können über ihren dicken inneren Kupferdraht eine große Bandbreite übertragen. Aber es gibt auch Nachteile. Koaxialkabel sind schwer, schwer zu verarbeiten, nicht sehr flexibel und außerdem teuer. Das ist einer der Gründe, warum für die meisten Kabelfernsehinstallationen zu Hause ein spezieller Techniker benötigt wird, um sie einzurichten, während dies bei Heimnetzwerken normalerweise nicht der Fall ist.

Nach dem Verzicht auf Koaxialkabel ging das Ethernet zur Verwendung von Twisted-Pair-Kabeln über, die auch heute noch die Grundlage für kabelgebundene Netzwerke bilden. Twisted-Pair-Kabel, die mit Ethernet verwendet werden, sind kostengünstig in der Bereitstellung und zudem recht flexibel, d. h. sie können um Ecken, in Wänden, über Deckenplatten oder fast überall sonst verlegt werden, um Server, Router, Hubs, Geräte und Endpunkte zu verbinden.

Und in einem ziemlich genialen Schachzug haben die meisten Unternehmen, die Ethernet-Kabel herstellen, schon vor langer Zeit beschlossen, auf das standardmäßige graue Farbschema zu verzichten und sie stattdessen in einem Regenbogen von Farben herauszubringen. Die Farbkodierung verschönert nicht nur Serverräume und Rechenzentren, sondern ermöglicht es IT-Technikern auch, ihre Netzwerkverbindungen visuell in Gruppen einzuteilen, um eine schnelle Fehlersuche zu ermöglichen.

Der Standardstecker an beiden Enden des Twisted-Pair-Kabels, der dem von drahtgebundenen Telefonsystemen verwendeten Anschluss sehr ähnlich ist, macht es außerdem einfach, die Kabel in jedes Gerät zu stecken, das Ethernet-Verbindungen unterstützt. In den meisten Fällen ist das einfache Einstecken eines Geräts und das Anschließen an ein Netzwerk mit einem dieser Kabel der einzige Schritt, der erforderlich ist, um sofort eine Verbindung herzustellen. Das gesamte Backend-Routing von Paketen und Daten wird dann von Ethernet und anderen fortschrittlichen Protokollen wie Spanning Tree übernommen.

Der langjährige Standard für Ethernet-Kabel ist die Kategorie 5, die allgemein als Cat 5 bezeichnet wird. Der Cat 5-Standard ist seit 2001 in Gebrauch. Ein normales Ethernet-Kabel unterstützt Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mb/sec. Die Hauptfunktion der Kabel ist die Unterstützung von Ethernet-Netzwerken, sie funktionieren aber auch mit vielen Telefon- und Videoanwendungen.

Ein etwas fortschrittlicheres Kabel namens Kategorie 5e wird heute auch für schnellere Ethernet-Anwendungen verwendet. Kabel der Kategorie 5e sind für Ethernet mit einer Geschwindigkeit von 100 Mbit/s ausgelegt, unterstützen aber auch höhere Geschwindigkeiten wie Gigabit-Ethernet, wobei sie immer noch dieselben Anschlüsse für universelle Konnektivität verwenden.

Wer hat das Ethernet Protokoll erfunden?

Der ursprüngliche Ethernet-Standard wurde 1973 von den Xerox PARC-Ingenieuren Robert Metcalfe und David Boggs entwickelt und durch ein Projekt an der Universität von Hawaii namens ALOHAnet inspiriert. Es war nach heutigen Maßstäben primitiv und erreichte nur eine Geschwindigkeit von 2,94 Mb/s, aber es war eines der ersten Male, dass Computer tatsächlich zu einem Netzwerk verbunden wurden.

Außerhalb des universitären Umfelds wurde Ethernet der Öffentlichkeit erst 1980 zugänglich gemacht, als Xerox es allen zur Verfügung stellte. Zu diesem Zeitpunkt gab es bereits andere konkurrierende Standards wie Token Ring, ARCNET und andere. Doch Metcalfe, der das Unternehmen inzwischen verlassen hatte, um 3Com zu gründen, überzeugte viele der wichtigsten Branchenakteure, darunter Digital Equipment Corporation (DEC), Intel und Xerox, mit 3Com zusammenzuarbeiten, um Ethernet als einheitlichen Standard durchzusetzen.

Im Rahmen dieser Vereinbarung gab Xerox sein Markenrecht an der Bezeichnung Ethernet auf, so dass jedes Unternehmen Ethernet für seine Produkte verwenden konnte. Die Bandbreite und der Durchsatz wurden auf 10 Mb/Sek. erhöht, was mehr als genug war, um die meisten Netzwerkaufgaben zu dieser Zeit zu bewältigen. All dies trug dazu bei, dass sich das Ethernet weltweit als Standard durchsetzen konnte.

Die strahlende (und schnelle) Zukunft des Ethernet

Die Einfachheit des Ethernet-Standards sowie seine Fähigkeit, höhere Geschwindigkeiten zu unterstützen und gleichzeitig abwärtskompatibel zu bleiben, haben dazu geführt, dass das Protokoll mit vielen technischen Fortschritten gewachsen ist. Heute kann fast jeder Computer oder jedes Datenverarbeitungsgerät Geschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde unterstützen. Wenn man die Rohgeschwindigkeit von 1 Gb/s (1.000 Mbit/s) mit dem ursprünglichen 10-Mbit/s-Standard vergleicht, den das frühe Ethernet unterstützte, wird deutlich, wie weit das Protokoll gekommen ist.

Gigabit-Ethernet bietet wahrscheinlich mehr als genug Bandbreite für Heimnetzwerke und die meisten Büros. Mit dieser Geschwindigkeit funktionieren selbst bandbreitenintensive Anwendungen wie Videostreaming oder Online-Videospiele einwandfrei, selbst wenn sich mehrere Benutzer im selben Netzwerk befinden. Aber Ethernet kann noch mehr.

Die IEEE Ethernet Working Group hat vor einigen Jahren Spezifikationen für Ethernet mit 200 Gb/sec und 400 Gb/sec verabschiedet. Vor allem Rechenzentren, Internet Service Provider (ISPs) und spezialisierte Organisationen wie Network Operations Centers sind an solchen Geschwindigkeiten interessiert. Einige Cloud-Service-Provider und andere geben an, dass sie in gewissem Umfang mit 400-Gbit/s-Geschwindigkeiten arbeiten, obwohl die vollständige Übernahme des Standards an bestimmten Elementen wie neuen Verkabelungsanforderungen (die aktuellen Cat-5- und Cat-5e-Kabel bieten keine Unterstützung für diese Geschwindigkeiten), Abwärtskompatibilitätsproblemen für Geräte und einem höheren Stromverbrauch in Rechenzentren zu scheitern scheint.

Technisch gesehen gibt es auch eine Spezifikation für Ethernet mit 800 Gbit/s, aber niemand verwendet sie derzeit außerhalb von Testumgebungen. Das Interessante an Ethernet ist, dass es sich um ein so offenes Protokoll handelt, dass es keinen Grund gibt, anzunehmen, dass selbst die 800 Gb/Sek. annähernd das theoretische Maximum sind.

Es wird sogar daran geforscht, den Grundstein für einen Standard von 1,6 Terabyte pro Sekunde zu legen, der bis 2023 fertiggestellt sein könnte. Derartige Geschwindigkeiten werden wahrscheinlich nur für ganz bestimmte Anwendungen nützlich sein. Ein Unternehmen oder eine staatliche Einrichtung könnte beispielsweise ihre Netzwerkdaten sehr schnell an einem externen Standort sichern. Bei einer Datenmenge von 500 Terabyte könnte dieser Vorgang in weniger als 14 Minuten abgeschlossen werden.

Eine solche Geschwindigkeit mag unnötig erscheinen, und im Moment ist sie das wahrscheinlich auch. Aber das Datenvolumen wächst ständig, ebenso wie die Zahl der Nutzer und Geräte, die das Internet in Anspruch nehmen. Was heute noch als überflüssige Geschwindigkeit erscheint, kann in nicht allzu ferner Zukunft zur Selbstverständlichkeit oder sogar zu einer Voraussetzung werden. Wenn dieser Tag kommt, könnte Ethernet zwar schon 50 oder 60 Jahre alt sein, aber es ist klar, dass es für diese Herausforderung bereit sein wird.

*John Breeden II ist ein mehrfach ausgezeichneter Journalist und Rezensent mit über 20 Jahren Erfahrung in der Technologieberichterstattung. Er ist der CEO des Tech Writers Bureau, einer Gruppe, die technologische Vordenker-Inhalte für Unternehmen aller Größenordnungen erstellt.

Software Outsourcing | Unreal Engine Development

Ready to see us in action:

More To Explore

IWanta.tech
Logo
Enable registration in settings - general
Have any project in mind?

Contact us:

small_c_popup.png