Ethernet

1. Allgemeines
Der zur Zeit am weitesten verbreitete Standard für kabelgebundene lokale Netzwerke ist Ethernet in verschiedenen Varianten. Der Name (Ether = Äther) deutet auf die ursprüngliche Verwendung im Datenfunk ( ALOHAnet) hin. Robert M. Metcalf entwickelte dieses Verfahren am XEROX Palo Alto Research Center ab 1973 zum Ethernet weiter. Später gründete Metcalf die Firma 3Com und überzeugte Intel, DEC und Xerox zur Zusammenarbeit. 1980 wurde Ethernet vom IEEE standardisiert. Seit dem ist Ethernet ständig weiterentwickelt worden und kann heute mit einer Vielzahl von Medien und Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Die aktuellen Spezifikationen von Ethernet sind in der IEEE802.3 und IEEE802.11 (für drahtlose Netze) festgelegt. Der Standard legt Kabeltypen, Steckverbinder, die Signalisierung, Paketformate und Protokolle fest.

Physikalisch gesehen ist Ethernet ein Bus, an den die Stationen elektrisch parallel angeschlossen sind. Als Übertragungsmedien werden Koaxialkabel (veraltet), Twisted Pair-Kabel, Lichtwellenleiter und Funk eingesetzt. Da Ethernet in die ersten beiden Schichten des OSI-Referenzmodell gehört, können eine Vielzahl von verschiedenen Protokollen laufen. Die Datenübertragung erfolgt mit dem CSMA/CD-Verfahren. Das Routing wird über MAC-Adressen vorgenommen. Die Übertragung im LAN erfolgt per Hochfrequenz im Zeitmultiplexverfahren.

Name	Medium (Kabeltyp)	Datenrate theoretisch	Datenrate praktisch	Reichweite / Segment
Ethernet 10Base5	Koaxialkabel Yellow	10Mb/s	3Mb/s	500m
Ethernet 10Base2	Koaxialkabel RG58			185m
Ethernet 10Base-T	TP (CAT3)			100m
Ethernet 100Base-T4	TP (CAT5)	100Mb/s	30Mb/s	100m
Ethernet 100Base-FX	LWL			400m
Ethernet 1000Base-T	TP (>CAT5e)	1000Mb/s	300Mb/s	100m
Ethernet 1000Base-CX	STP150Ohm			25m
Ethernet 1000Base-LX	LWL (1200-1300nm)			Mono: 10km Multi: 300m
Ethernet 1000Base-SX	LWL (770-860nm)	10Gb/s		100m-300m
Ethernet 10GBase	LWL			65m - 40km

2. MAC-Adresse
Da jedes Gerät im Ethernet-Netzwerk eindeutig identifiziert werden muss, ist jeder Ethernet- Schnittstellenadapter ( Netzwerkkarte, " NIC") hardwaremäßig mit einer weltweit einmaligen Adresse versehen. Die sog. MAC- (Media Access Control-) Adresse besteht aus 48 Bit langen Zahl. Die ersten 3 Byte (24 Bit) sind ein Herstellercode, die folgenden 3 Byte sind eine Seriennummer. Die Schreibweise der MAC-Adresse ist meist hexadezimal mit Separatoren (z.B.: 00:1C:23:66:1C:BD) Das IP-Protokoll speichert die MAC- und IP-Adresse in Tabellen. So kann eine manuell vergebene IP-Adresse eindeutig einer physikalischen Adresse zugeordnet werden.
3. Ethernet-Frames
Der aktuelle Standard für das Ethernet IEEE 802.3 definiert zwei Frame-Formate: IEEE 802.3.1a Basic-MAC-Frame und IEEE 802.3.1b Tagged-MAC-Frame. Beim Tagged-MAC-Frame werden nach den Quell-MAC-Adressbyte vier zusätzliche Byte übertragen, die ein Routing in bis zu 4096 virtuellen lokalen Netzen (VLANs) in einem physikalischen Netz erlauben.
Die minimale Framegröße im Ethernet ist 64 Byte. Die maximale Framelänge ist 1518 Bytes, bei Tagged-MAC-Frames 1522 Bytes. Es dürfen maximal 1500 Bytes an Nutzdaten in einem Frame übertragen werden.

Aufbau eines Ethernet-Frames


• Präambel und SFD (8 Bytes)
Die Präambel und der SFD bestehen aus feststehenden, alternierenden Bitmustern und dienten früher zur Synchronisation der Netzwerkstationen. Beides wird bei aktueller Ethernet-Technologie nicht mehr benötigt.
• Ziel-MAC-Adresse (6 Bytes)
Definiert den Zielrechner.
• Quell-MAC-Adresse (6 Bytes)
Definiert den Quellrechner.
• VLAN-Tag (optional, 4 Bytes)
Das VLAN-Tag ist nur in Tagged-MAC-Frames enthalten. Die ersten beiden Bytes in diesem Feld enthalten ein fixes Kennzeichen (0x8100) als Markierung. In den nächsten zwei Bytes stehen die VLAN-Priority (3 Bit) und die VLAN-ID (12 Bit).
• TYPE (2 Byte)
Im Type-Feld steht das Protokoll der nächst höheren Schicht von den im Nutzdatenteil des Frame eingekapselten Daten

 TYPE	     PROTOKOLL
0x0800	 IP Internet Protocol (IPv4)
0x0806	 Address Resolution Protocol (ARP)
0x809B	 AppleTalk (EtherTalk)
0x8100	 VLAN Tag (VLAN)
0x86DD	 Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
0x8863	 PPPoE
0x88E1	 Homeplug AV

• Nutzdaten (0-1500 Bytes)
Dieses sind die eigentlichen Daten, die übertragen werden sollen. Maximal 1500 Byte. Das Protokoll der Daten ist im TYPE-Feld vermerkt.
• PAD
Ethernet-Frames, die kürzer als 64 Byte sind, werden hier auf die minimale Framegröße mit Füllbytes aufgefüllt.
• CRC-Prüfsumme
32-Bit-Prüfsumme des ganzen Frames von der Ziel-MAC--Adresse bis einschließlich dem PAD-Feld.

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Quellen: Eine Zusammenfassung aus Wikipedia, InfoTip, Microsoft, AVM u.a. Herstellerinformationen