Bus-Ethernet:

10 oder 100 M/Bit:

Ethernet wurde ab 1972 am Palo Alto R esearch Centerder Firma Xerox entwickelt. Es sollte zunächst ein LAN mit einer Ausdehnung von maximal 1 km in Koaxialverkabelung versorgen können. 1976 wurde es der Öffentlichkeit vorgestellt und 1981 vom IEEE unter der Nummer 802.3 standardisiert. Damit war der Weg frei für die Etablierung als Industriestandard. Xerox tat sich mit Intel und DEC zusammen, um das System weiter voranzubringen. Lizenzen an andere Hersteller wurden beinahe kostenlos vergeben, so dass sehr schnell eine große Menge an PC‑Karten und sonstiger Vernetzungstechnik für Ethernet von zahlreichen Herstellern auf den Markt kamen. Diese Vielfalt führte zu einer sehr sauberen Implementierung des Standards, da sich kein Hersteller leisten konnte, dass seine Komponenten mit denen anderer Hersteller Probleme machen.

Im Laufe der Zeit wurden einige Ergänzungen des Ethernet‑Standards eingeführt, insbesondere was Verkabelung und Geschwindigkeit angeht. Diese Ergänzungen werden durch ein einheitliches Namensschema gekennzeichnet: Zuerst kommt die Bandbreite in Mbit/s, dann das Wort "Base" (steht für Basisbandübertragung. Es gab auch Überlegungen für eine breitbandige Übertragung, die durch "Broad" gekennzeichnet wurde, sich aber nicht durchsetzen konnte.) und anschließend die Maximallänge in 100m bei Koaxverkabelung bzw. ein Buchstabenkürzel, das die Verkabelungsart angibt. Das ursprüngliche Ethernet, später als "Thickwire" bezeichnet, heißt nach diesem Schema "lOBase5". Es hat heute keine Bedeutung mehr.

Mit einem dünneren und damit billigeren Koaxialkabel gab es dann das "Cheapemet" oder "Thinwire" genannte 10 Base2. Es erreichte sehr große Verbreitung und ist bis heute noch recht häufig anzutreffen, allerdings mit stark rückläufiger Tendenz.

Heute wird fast ausschließlich eine strukturierte Verkabelung mit zwei bzw. vier verdrillten Leitungspaaren (UTP ‑ Kabel) verwendet, die es zunächst nur als 10 BaseT gab. Mittlerweile beherrschen die meisten Netzwerkkarten zusätzlich 1 00BaseT, meist als "Fast Ethernet" bezeichnet.

Ethernet über Koaxialkabel:

Typ                                 RG - 58

Leitungswiderstand            50 Ohm

maximale Länge                 185 m (200) zwischen den Knotenpunkten

Anschlüsse                       BNC

Topologie                         Bus

Maximalzahl Endgeräte        30

Knotenpunkte                   5

Die Bustopologie erfordert eine durchgehende Leitung, an die die Endgeräte per Abzweigung angeschlossen werden. Technisch realisiert wird dies normalerweise durch Koaxialkabel mit BNC­ Steckern an beiden Enden, die jeweils zwei Endgeräte miteinander verbinden. Dort befindet sich je ein T­-Stück, das die Abzweigung zur Netzwerkkarte des Endgeräts vornimmt. Das T‑Stück hat dann noch ein offenes "Ärmchen", an dem ein Kabel zum nächsten Endgerät angeschlossen werden kann.

Der Leitungswiderstand ist der Ersatzwiderstand einer Leitung bei Impulsübertragung. Er ist unabhängig von der Leitungslänge. Allerdings reflektiert das offene oder kurzgeschlossene Ende einer Leitung einen ankommenden Impuls ‑ bei offener Leitung mit gleicher Amplitude und gleichem Vorzeichen, bei kurzgeschlossener Leitung mit umgekehrtem Vorzeichen. Dies kann man verhindern, indem man die beiden Pole der Leitung am Ende mit einem normalen Widerstand in Höhe des Leitungswiderstandes verbindet. In der Computertechnik wird so ein Widerstand als "Terminator" bezeichnet. Terminatoren gibt es nicht nur in der Netzwerktechnik, sondern auch bei anderen Bussystemen, z.B. bei SCSI. Bei der Koaxialvernetzung im Ethernet sind die Terminatoren als BNC – Stecker relisiert, die direkt auf ein Armchen eines T – Stücks aufgesteckt werden können.

Für eine Verlegung in der Wand sind die Koaxkabel nicht gut geeignet, weil an jedem Endgerät zwei Kabel aus der Wand kommen und zum T‑Stück geführt werden müssen. Abhilfe dafür schafft ein System, das "EAD" genannt wird. Die Koaxialkabel verbleiben dabei mitsamt T‑Stück in der Wand. Dort sitzt eine Buchse, die einer TAE‑Dose zum Telefonanschluss stark ähnelt. Daran angeschlossen wird ein Stichkabel, an dessen anderem Ende ein BNC‑Stecker sitzt, der dann direkt am Endgerät (d.h. ohne T­Stück und Terminator) angeschlossen wird. Leider sind EAD‑Verkabelungen sehr störanfällig.

Ohne Leitungsanpassung darf an einem Bus keine Abzweigung gemacht werden, auch wenn die T­Stücke so etwas mechanisch zulassen. Da ein einfaches Koaxialnetz mit 185 in und 30 Endgeräten für viele Anwendungen nicht ausreicht, können mehrere solcher Netze, Segmente genannt, über Repeater zusammengeschaltet werden. Ein Repeater ist ein Zwischenverstärker, der im einfachsten Fall aus einem Stromanschluss und zwei BNC ‑ Buchsen besteht. Repeater mit mehreren Anschlüssen (Multiport­Repeater) ermöglichen eine sternförmige Anordnung mehrerer Segmente.

Die maximale Netzausdehnung beträgt 925 in, das entspricht der Gesamtlänge von 5 über Repeater hintereinandergehängten Segmenten maximaler Länge. Dies findet sich auch in einer Faustregel zum Design von Koaxnetzen wieder, der 5‑4‑3‑Regel: Es sind maximal 5 Segmente erlaubt, die über 4 Repeater verbunden sind. Davon dürfen nur drei Segmente Endgeräte enthalten, die beiden übrigen dürfen nur der Verlängerung des Busses dienen.

Durch den zusammenhängenden Bus und die Notwendigkeit der Terminierung ist die Koaxialverkabelung sehr störanfällig. Eine Trennung an einer Stelle, ein Kabelbruch oder Kurzschluss oder sogar eine defekte Netzwerkkarte führen zum Ausfall des gesamten Netzes. Das gilt auch für andere Segmente, die über Repeater angeschlossen sind. Repeater geben über Kollisionslampen zumindest Aufschluss darüber, in welchem Segment der Fehler zu suchen ist.

Ethernet über Twisted Pair Kabel:

Mittlerweile wird Ethernet fast ausschließlich mit Twisted – Pair ‑ Kabeln aufgebaut. Diese gibt es als UTP­Kabel (unshielded twisted pair), die vier verdrillte Adempaare ohne Schirmung enthalten und für gewöhnlich zum Anschluss von Endgeräten verwendet werden. In der Wand verwendet man normalerweise mindestens S/TJTP‑Kabel (screened / unshielded twisted pair), bei denen die Adempaare gemeinsam von einer Schirmung umhüllt sind oder S/STP‑Kabel, die zusätzlich jedes Adempaar extra mit einer Schirmung versehen. Je besser die Schirmung ausfällt, desto steifer und dicker und damit schwerer zu verlegen ist das Kabel.

Typ                                 UTP (Unshieled Twisted Pair)  Kat5

maximale Länge                 100 m

Anschlüsse                       RJ 45 - Stecker

Topologie                         Stern

Maximalzahl Endgeräte        2 pro Kabel, 1024 pro Segment

Die Beschränkung auf zwei Endgeräte führt dazu, dass jedes Endgerät direkt mit einem Multiportrepeater verbunden ist. Man bezeichnet diese bei Twisted – Pair ‑ Verkabelung als Hubs. Hubs können wiederum über sogenannte Uplink ‑ Leitungen miteinander verbunden werden. Das gesamte Netz erhält dadurch die Form eines Mehrfach ‑ Sterns. Viele Hubs haben zudem noch einen BNC ‑ Anschluss und können so ein koaxial‑verkabeltes Segment anbinden. Früher hat man auf diese Art oftmals das Kernnetz einer Firma, d.h. die Verbindung der Hubs untereinander, mit Koaxialkabeln realisiert und die Endgeräte über UTP­ - Kabel angeschlossen.

Uplink: Zwei Hubs sind miteinander verbunden

Die gesamte Netzwerktechnik ist meist in Geräteschränken untergebracht. Diese enthalten Patchfelder. Das sind Steckleisten, die vom mit RJ‑45‑Buchsen versehen sind. Jede dieser Buchsen ist 1: 1 über die Hausverkabelung mit je einer RJ‑45 ‑Buchse in einer Wanddose irgendwo im Haus verbunden. Im Schrank sind dann auch die Hubs eingebaut. Um nun eine Wanddose zum Anschluss eines Endgeräts vorzubereiten, wird im Geräteschrank per Kabel eine 'Verbindung der zugehörigen Buchse des Patchfeldes mit dem Hub hergestellt. Die dafür verwendeten Kabel, beidseitig mit RJ‑45‑Steckern versehen, nennt man folglich Patchkabel. Sie sind ebenfalls 1 : 1 belegt. Das gilt auch für die Anschlusskabel, mit denen man das Endgerät mit der Wanddose verbindet. Es unterscheidet sich normalerweise nur durch die größere Länge.

Ethernet über Glasfasern:

Glasfasern sind empfindlicher als Kupferkabel und erfordern eine aufwendigere Verbindungstechnik. Zusammen mit dem höheren Preis für Medium, Stecker und Netzwerkkarten ist momentan der Einsatz meist noch auf das Kemnetz einer Firma beschränkt. Dort zeigen sich Glasfasern allerdings von ihrer besten Seite: Sie sind für sehr hohe Übertragungsraten geeignet und haben nicht wie Kupfersteckverbinder mit Alterungsproblemen zu kämpfen.

Für Ethernet gibt es mittlerweile eine Vielzahl verschiedener Standards für Glasfaserverbindungen, was bei der Auswahl entsprechender Netzwerkkomponenten berücksichtigt werden muss:

Typ                                 je 1 Glasfaser pro Richtung

maximale Länge                 5000 m

Anschlüsse                       SC - Duplex / MT RJ

Topologie                         Stern

Maximalzahl Endgeräte        2 pro Kabel

Multimode ‑ Glasfasern sind relativ dick und mit einem vom Zentrum der Faser zu ihrem Rand hin abfallenden Brechungsindex ausgestattet. Die zu übertragenden Signale können mit einer Leuchtdiode eingespeist werden. Dadurch breiten sie sich nicht geradlinig im Medium aus sondern laufen kreuz und quer, wobei sie jeweils am Rand reflektiert werden. Da ein Impuls so auf unterschiedlichen Wegen zum Empfänger gelangt, wird er leicht verformt. Dieses Problem haben Singlemode ‑ Glasfasern (auch Momomode ‑ Glasfasern genannt) nicht. Sie sind so dünn, dass das Signal nahezu geradlinig durchläuft. Dazu muss es jedoch mit einer vergleichsweise teuren Laserdiode eingespeist werden.

Ethernet Medienzugriff:

Eine grundsätzliche Frage bei allen Netzwerken befasst sich mit einem möglichst einfachen und trotzdem effizienten und gerechten Verfahren des Medienzugriffs. Ethernet ist unabhängig von der Verkabelung logisch gesehen ein Bussystem, d.h. was eine Station sendet können alle anderen empfangen.

Es gibt nun grundsätzlich zwei Denkansätze, wie man den Medienzugriff steuern kann:

-          Senderecht:  Zuteilung wer senden darf

-          Senden auf gut Glück:  Erst nachsehen, ob gerade eine andere Station sendet. Wenn nicht, wird gesendet.

Ethernet funktioniert nach dem zweiten Grundprinzip. Sein Zugriffsverfahren wurde an der Universität von Hawaii entwickelt und trägt deswegen den Beinamen "Aloah ‑ Protokoll". Die korrekte Bezeichnung ist CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collission Detect).

CSMA/CD war ursprünglich für Funkübertragungen gedacht, daher der Verweis auf ein Trägersignal (Carrier) im Namen. Ethernet überträgt im Basisband, d.h. ohne Modulation und hat daher keinen Träger. Er wird durch eine Folge von Bytes am Anfang jedes Datenpakets simuliert, die das Bitmuster " 10 10 10 1 V' enthalten. So kann auf dem Medium der Beginn einer Übertragung bereits erkannt werden, bevor Nutzdaten kommen.

Ein sendendes Endgerät prüft laufend, ob die vom Medium empfangenen Daten mit seinen Sendedaten identisch sind. Wenn nicht, liegt offensichtlich eine Kollision vor. Die Übertragung wird dann abgebrochen und der Sender wartet eine zufällige Zeitspanne (zwischen 0 und 51,2ms bei 10 Mbit Ethernet), bis er es erneut versucht. Kollidiert das Datenpaket dann erneut, wird die Wartezeit aus einem größeren Zeitintervall (0 ‑ 153,6ms) gewählt und ein weiterer Versuch gestartet. Beim 15. Wiederholungsversuch ist das Zeitintervall bei 0 ‑ 52377,6ms angekommen. Schlägt auch dieser Versuch fehl, wird das Paket verworfen und ein Fehler an die übergeordnete Netzwerkschicht gemeldet.

Ethernet Frames:

Es gibt zwei gebräuchliche Varianten des Ethernet – Protokolls, deren Pakete sich geringfügig unterscheiden.:

-          Ethernet V2.0 Frame

-          IEEE 802.3 Frame

Anmerkungen: Bei Verwendung hochwertigerer Kabeltypen ist auch eine größere Reichweite möglich.
Wenn SMF statt MMF verwendet wird kann sich die Reichweite ebenfalls (z.T. drastisch) erhöhen.
Full-Duplex (FDPX) statt Half-Duplex (HDPX) bewirkt nur bei "nicht-Twisted-Pair" (Lichtwellen-Leiter) eine eventuelle Reichweiten-Erhöhung.