Ethernet - Ein Überblick über den Netzwerkstandard

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen Netzwerke
2.1 Netzwerktopologien
2.2 Das ISO/OSI-Referenzmodell

3 Der IEEE 802.3 Standard im LAN
3.1 CSMA/CD
3.2 Media Access Control (MAC)

4 Die Ethernetkomponenten
4.1 Transciever
4.2 Repeater
4.3 Bridge
4.4 Hub
4.5 Switch
4.6 Router
4.7 Gateway

5 Das Standard Ethernet
5.1 10Base2
5.2 10Base5
5.3 10BaseT
5.4 10BaseF

6 Modernere Ethernetformen
6.1 Fast Ethernet
6.2 Gigabit-Ethernet
6.3 Wireless Ethernet

7 Schlussbetrachtung

8 Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Darstellung Bustopologie

Abbildung 2: Darstellung Ringtopologie

Abbildung 3: Darstellung Sterntopologie

Abbildung 4: Das OSI-Referenzmodell

Abbildung 5: MAC-Layer Datenpaket

Abbildung 6: Koaxialkabel und BNC-Stecker

Abbildung 7: Twisted Pair Kabel und RJ-45-Stecker

Abbildung 8: Glasfaserkabel und Querschnitt Glasfaser

Abbildung 9: Ursprüngliche Fast-Ethernet-Verkabelung

Abbildung 10: Kabelarten für Gigabit Ethernet

1 Einleitung

Als Robert D. Metcalfe 1975 die technischen Grundlagen für Ethernet entwickelte, dachte er nicht daran, dass diese Entdeckung sich einmal durchsetzen und von beinahe der ganzen Welt zur Kommunikation benutzt werden würde.

Ursprünglich wurde Anfang der siebziger Jahre Ethernet dazu verwendet, um einen Drucker im Hause der Firma Xerox anzubinden. Die Übertragungsgeschwindigkeit betrug damals nur 2,94 MBit/s und als Übertragungsmedium wurde ein Koaxialkabel verwendet. Metcalfes Entwicklung basierte damals auf einem experimentellen Funknetzwerk (Aloha), das an der Universität Hawaii entwickelt wurde.¹

Das Problem bei diesem „Ur-Netzwerk“ war, dass es nur bei einer minimalen Belastung funktionierte und sobald die Belastung anstieg, häufige Datenkollisionen auftraten. Metcalfe erkannte dieses Problem und entwickelte das CSMA/CD, um den Datenkolli- sionen vorzubeugen. Dies war der Durchbruch und er ließ sich Ethernet 1979 für Xerox patentieren.

Später gründete das Amerikanische Normungsinstitut, die IEEE, eine Arbeitsgruppe mit der Nummer 802.3, die einen internationalen Ethernet Standard entwickeln sollte. Der erste Entwurf wurde im Dezember 1982 vorgelegt und im Juli 1983 verabschiedet.² Der Grundstein war gelegt und Ethernet entwickelte sich unaufhaltsam weiter bis zum heutigen Hochgeschwindigkeitsnetz. Die Bedeutung des Namens Ethernet („ether“ = überall und „net“ = Netz) hat sich bewahrheitet, weil es, bis auf wenige Ausnahmen, von jedem genutzt wird und dem heutigen LAN-Standard entspricht. Metcalfe hatte eine gute Vision, die sich dadurch auszeichnet, dass sie sich auf lange Sicht und in der täglichen Praxis bewährt hat, was letztendlich auch dazu führte, dass sich Ethernet als Netzwerkstandard durchsetzte.³

Das Thema dieser Seminararbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung dieser Vision und soll einen groben Überblick über deren Funktionsweise geben.

2 Grundlagen Netzwerke

Allgemein gesprochen ist ein Netzwerk eine Gruppe miteinander verbundener Systeme, die untereinander kommunizieren können. Sobald zwei Rechner durch ein Kabel miteinander verbunden sind und Daten austauschen können, spricht man bereits von einem Netzwerk.⁴ Im PC-Bereich existieren heute zwei Grundkonzepte einer Vernetzung: die Peer-to-Peer und die Client-Server-Technik.

Peer-to-Peer bedeutet, dass jedes System im Netz anderen Systemen Funktionen und Dienstleistungen zur Verfügung stellen und von anderen Systemen Dienste und Funkti- onen der anderen Systeme nutzen kann. Man spricht hier von einer gleichberechtigten Zusammenarbeit.⁵

Bei der Client-Server-Technik findet eine Aufgabenteilung statt. Ein oder mehrere Rechner stellen als Server zentral Ressourcen und Dienstleistungen zur Verfügungen und alle anderen Rechner können als Clients darauf zugreifen.⁶

Netzwerke werden zusätzlich noch nach ihren Begrenzungen unterschieden. Sie lassen sich einteilen in ein Local Area Network (LAN), ein Metropolitan Area Network (MAN), ein Wide Area Network (WAN) und ein Global Area Network (GAN). Ein LAN ist ein lokales Netzwerk, das sich durch eine geringe Ausdehnung (innerhalb eines Raumes oder eines Standortes) und durch hohe Übertragungsgeschwindigkeiten auszeichnet.

Bei einem MAN beschränkt sich die Kommunikation auf Städte oder größere Ballungsgebiete. Entfernungen bis ca. 100 km sind hier möglich und auch ausreichend, um den Kommunikationsbedarf zu decken.⁷

Ein WAN zeichnet sich durch eine unbegrenzte geografische Ausdehnung aus. Die Verbindung erfolgt hier normalerweise über Telefon-, DS1-, ISDN-Leitungen oder Funkwellen, Kabel- und Satellitenverbindungen, der Zugriff über Einwahlverbindungen oder Standleitungen.⁸

Hin und wieder taucht auch der Begriff des GAN auf. Er beschreibt eigentlich nur die weltweite Ausdehnung eines WAN.

Ein Netzwerk bietet einige Vorteile gegenüber einer Einzelplatzumgebung, wie z.B. Verstärkter Informationsaustausch der einzelnen Teilnehmer in einem LAN untereinander, Zugriff auf einen zentralen Datenpool, kollektive Nutzung bestimmter Funktionen (z.B. Drucker) und die Möglichkeit der zentralen Datensicherung.

Für die weitere Betrachtung des Ethernets wird besonderes Augenmerk auf die LANStruktur gelegt.

2.1 Netzwerktopologien

Zu Beginn eines Netzwerkwerkaufbaus steht die Auswahl der geeigneten Struktur zur Diskussion. Die Struktur eines Netzwerkes wird allgemein als Topologie bezeichnet. Man unterscheidet zwischen einer physischen und einer logischen Netzwerktopologie, die durchaus voneinander abweichen können.

Die physische Topologie beschreibt, wie die Computer miteinander verbunden sind. Die logische Topologie beschreibt, in welcher logischen Beziehung die Computer beim Datenaustausch zueinander in Beziehung stehen.⁹ Auf die logischen Topologien wird hier nicht näher eingegangen.

Bei den physischen Topologien haben sich im Wesentlichen drei Typen durchgesetzt: die Bus-, die Ring- und die Sterntopologie.

In einer Bustopologie sind alle Stationen an einem gemeinsamen, passiven Medium, dem Bus, angeschlossen. Jede Station kann frei mit jeder anderen kommunizieren. Daten, die also an eine bestimmte Empfängerstation gesendet werden, werden an alle Stationen im Netzt gesendet, aber nur von der Station ausgewertet, für die die Daten bestimmt sind.¹⁰ Eine Bustopologie ist während des Netzbetriebes leicht erweiterbar, weil einzelne Stationen beliebig hinzugefügt oder entfernt werden können, ohne das Netzwerk zu stören. Sie ist allerdings sehr störanfällig. Wird das Übertragungsmedium an einer Stelle unterbrochen, fällt direkt das gesamte Netzwerk aus.¹¹

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Darstellung Bustopologie Quelle: eigene Darstellung

Bei der Ring-Topologie bilden die Kabel eine geschlossene Form, einen sog. Ring. Alle Stationen werden als Elemente in diesen Ring mit aufgenommen, verarbeiten und ver- stärken die Signale, die auf dem Kabel ankommen und verschicken sie weiter. Jede Sta- tion hat einen eindeutigen Vorgänger und auch Nachfolger wie auch bei der Bustopolo- gie. Der Datenverkehr findet immer nur in einer Richtung statt. Die Ring-Topologie weist ebenfalls den Nachteil auf, dass bei einer Störung an einer Stelle, direkt das ganze Netzwerk ausfallen kann.¹²

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Darstellung Ringtopologie Quelle: eigene Darstellung

Bei der Stern-Topologie wird jede einzelne Station über ein eigenes Kabel mit einem zentralen Verteiler verbunden. Der zentrale Verteiler wird als „Hub“ bezeichnet und bietet mehrere Anschlussmöglichkeiten für einzelne Stationen. Gleichzeitig bietet er die Funktion als Signalverstärker.¹³

Der Vorteil der Sterntopologie liegt deutlich darin, dass der Ausfall einer Station oder eines Kabels keinen Einfluss auf das restliche Netzwerk hat. Fällt allerdings der Hub aus, funktioniert das komplette Netzwerk nicht mehr. Trotzdem können einzelne Statio- nen problemlos entfernt oder hinzugefügt werden. Jede einzelne Station hat ein eigenes Kabel, das mit dem Hub verbunden ist, und kann die volle Bandbreite nutzen. Das be- deutet, dass sich auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung erhöht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Darstellung Sterntopologie Quelle: eigene Darstellung

Selbstverständlich können auch die einzelnen Topologien untereinander vermischt werden. Eine Kombination aus Bus- und Sterntopologie oder mehreren Sterntopologien ist in der Praxis durchaus üblich.

2.2 Das ISO/OSI-Referenzmodell

Ein Netzwerk besteht nicht nur aus seiner Topologie, sondern auch aus einer ganzen Reihe von Regeln zur Steuerung der Kommunikation. Eine Kommunikation kann immer nur auf den Schichten der gleichen Ebene, also horizontal, erfolgen. Der Datentransport hingegen findet immer vertikal statt. Ein Schichtenmodell, das die Kommunikation im Netzwerk darstellt, ist das OSI-Referenzmodell. Hierbei handelt es sich um ein Standardmodell, das sicherstellen soll, dass die einzelnen Produkte verschiedener Hersteller störungsfrei zusammenarbeiten können.¹⁴

Das Modell unterteilt die gesamte Kommunikations- und Datentechnik in sieben verschiedene Schichten.

[...]

¹ Vgl. Rech (2002) S. 31

² Vgl. Hein (2002) S. 22

³ Vgl. Hein (2002) S. 9

⁴ Vgl. Microsoft Corporation (2001) S.354

⁵ Vgl. Kauffels (2002) S. 44

⁶ Vgl. Tanenbaum (2003) S. 18

⁷ Vgl. Kauffels (2002) S. 25

⁸ Vgl. Microsoft Corporation (2001) S.356

⁹ Vgl. Rech (2002) S. 5

¹⁰ Vgl. Zenk (2002) S. 60

¹¹ Vgl. Zenk (2002) S. 61

¹² Vgl. Kauffels (2002) S. 74

¹³ Vgl. Microsoft Corporation (2001) S.358

¹⁴ Vgl. Traeger/Volk (2002) S. 7