Ethernet

1. Ethernet = Technik für kabelgebundene Datennetze (LAN)

   • umfasst Software (Protokolle) + Hardware (Kabel, Netzwerkkarten, Verteiler)

2. Ermöglicht Datenaustausch in Form von Frames zwischen Geräten im LAN (Computer, Drucker usw.)

3. Übertragungsraten: 1 Mbit/s bis aktuell 400 Gbit/s

   • in Entwicklung: 800 Gbit/s und 1,6 Tbit/s

4. Reichweite:

   • klassisches LAN → innerhalb eines Gebäudes

   • über Glasfaser → bis 80 km (proprietär auch mehr)

5. Ethernet legt fest:

   • Kabeltypen und Stecker

   • Signalübertragung (Bitübertragungsschicht)

   • Paketformate (Datenrahmen)

6. OSI-Modell:

   • Layer 1 (Physikalische Schicht)

   • Layer 2 (Data-Link-Schicht)

7. Entspricht IEEE-Norm 802.3

Eine Glasfaser hat mehrere Schichten:

1. Kern (Core) → hier läuft das Licht.

   • Singlemode: 8–10 µm

   • Multimode: 50 oder 62,5 µm

2. Mantel (Cladding) → Hülle um den Kern, hat fast immer 125 µm.

3. Schutzschicht / Beschichtung (Coating, Buffer, Jacketing) → macht das Kabel stabil, flexibel und schützt es. Mit Mantel zusammen ist das Kabel viel dicker (meist 2–3 mm).

• Regelt den Zugriff auf ein gemeinsames Medium (z. B. früher Koaxialkabel).

• Prinzip:

  • Carrier Sense: Erst „lauschen“, ob Leitung frei ist.

  • Multiple Access: Mehrere Stationen teilen sich dasselbe Medium.

  • Collision Detection: Wenn zwei gleichzeitig senden → Kollision erkannt → abbrechen, warten, nochmal versuchen.

• Mindestlänge von Frames nötig, damit Kollisionen erkannt werden können (z. B. 64 Byte bei 10 Mbit/s).

• Repeater-Anzahl ist abhängig von Geschwindigkeit (10 Mbit/s: 4, Fast Ethernet: 2, Gigabit: 1).

• Heute fast ohne Bedeutung → moderne Netze laufen im Vollduplex → keine Kollisionen.

• Früher: Gemeinsames Kabel → alle Stationen empfangen alles.

• Broadcasts = Nachrichten an alle (z. B. ARP).

• Problem: Jeder konnte mithören / Daten mitlesen → Sicherheitsrisiko.

• Lösung: Switches teilen das Netz in Segmente → Daten gehen nur noch gezielt zum Empfänger.

• Trotzdem: Broadcasts, MAC-Flooding, MAC-Spoofing sind mögliche Angriffe.

• Schutz nur durch zusätzliche Maßnahmen (z. B. Verschlüsselung).

• Switches speichern Frames zwischendurch, verhindern große Kollisionsdomänen.

• Full-Duplex (FDX): Gleichzeitiges Senden und Empfangen ohne Kollisionen.

• Effekt: Keine Halbduplex-Links mehr, keine Kollisionen mehr.

• Problem bleibt: Paketverluste, wenn Switch-Puffer überlaufen (z. B. zwei Sender gleichzeitig an einen Empfänger).

1. Früher (Bus oder Hub)

   • Alle Geräte teilen sich eine Leitung.

   • Wenn zwei gleichzeitig senden → Kollision.

   • Jeder sieht alle Daten → unsicher.

2. Heute (Switch)

   • Switch merkt sich, welche MAC-Adresse an welchem Port hängt.

   • Sendet Daten nur an den richtigen Empfänger-Port.

   • → Keine unnötigen Kollisionen, keine Dauer-Broadcasts.

   • → Mehr Sicherheit und schnellere Übertragung.

• Mechanismus, um die Datenübertragung temporär zu stoppen.

• Notwendig geworden seit Fast Ethernet + Switches + Vollduplex, weil es dort keine Kollisionen (CSMA/CD) mehr gibt → keine natürliche „Stop“-Signalisierung.

Funktion

• Überlastete Station schickt ein PAUSE-Paket:

  • an eine bestimmte MAC-Adresse oder an alle (Broadcast)

  • mit einer angegebenen Wartezeit (0–65535 Einheiten; 1 Einheit = Zeit für 512 Bit Übertragung).

• Sender muss in dieser Zeit Pause machen → verhindert Paketverluste.

Vorteile

• Zuverlässigere Zustellung von Paketen → weniger Verluste.

Nachteile

• Kann zu Leistungseinbußen führen → „Head-of-Line Blocking“:

  • Wenn ein Sender wegen einer überlasteten Station gebremst wird, bremst er auch die Datenübertragung zu anderen Stationen.

Praxis

• Flow Control ist optional und wird oft nicht genutzt, um Head-of-Line-Blocking zu vermeiden.

• Stattdessen übernehmen höhere Protokolle wie TCP die Fehlerkontrolle und Wiederholung.

• Für besonders wichtige Daten → zusätzliche Mechanismen wie Quality of Service (QoS) oder Fibre Channel over Ethernet.

• Ethernet I: Längenfeld

• Ethernet II (DIX): Ethertype (z. B. 0x0800 = IP)

• IEEE 802.3: offizieller Standard, Type/Length-Feld, VLAN-Tag möglich

• Max. Nutzdaten: 1500 Bytes (bis heute gültig)

• Standard: IEEE 802.3af (Clause 33).

• Übertragung von Daten + Strom über dasselbe Twisted-Pair-Kabel.

• Funktionsweise:

  • ungenutzte Adern → Strom

  • oder Gleichstrom zusätzlich zum Datensignal.

  • nur PoE-fähige Geräte werden mit Strom versorgt (Schutzlogik).

• Leistungsklassen:

  • 802.3af (PoE, 2003) → 48 V, bis 15,4 W

  • 802.3at (PoE+, 2009) → bis 30 W bei 54 V

  • 802.3bt (4PPoE, 2018) → bis 100 W über alle 4 Aderpaare

Schema: XX / YZZ

• XX = Gesamtschirmung

  
  

  • U = ungeschirmt (Unshielded)

  • F = Folienschirm (Foiled)

  • S = Geflechtschirm (Screened)

  • SF = Folie + Geflecht

  
  

• Y = Aderpaarschirmung

  
  

  • U = ungeschirmt

  • F = Folienschirm

  • S = Geflechtschirm

  
  

• ZZ = Kabelart

  
  

  • TP = Twisted Pair

  • QP = Quad Pair

  
  

• Kabel mit paarweise verdrillten Adern (Doppeladern).

• Unterschiedliche Schlaglängen und Drehsinn → minimiert Übersprechen zwischen Paaren.

• Vorteil: besserer Schutz gegen elektrische und magnetische Störfelder als parallele Adern.

• Wirkung: äußere Störungen heben sich durch Verdrillung größtenteils auf.

• Verdrillung = Schutz gegen Störungen

• UTP = ohne Schirm

• F/UTP, S/UTP, S/FTP = mit Schirm(en)

• Heute Standard in Netzwerken (Ethernet)