Ethernet ist ein echtes Original unter den Netzwerktechnologien - erfunden Anfang der 1970er Jahre. Weil das Kommunikationsprotokoll so einfach einzusetzen ist und fortschrittliche Technologien integrieren kann, ohne dabei an Rückwärtskompatibilität einzubüßen, ist Ethernet weiterhin der De-Facto-Standard für Computernetzwerke.

Ethernet - Definition

Ethernet verbindet LANs, WANs, Internet, Cloud, IoT-Geräte und Wi-Fi-Systeme zu einem nahtlosen, globalen Kommunikationsnetz. Im Kern ist Ethernet ein Protokoll, das Rechnern (vom Server bis hin zum Laptop) ermöglicht, über kabelgebundene Netzwerke (die Geräte wie Router, Switches und Hubs verwenden, um den Datenverkehr zu lenken) miteinander zu kommunizieren. Ethernet funktioniert auch mit Wireless-Protokollen.

Seine nahezu unbeschränkte Einsatzfähigkeit hat Ethernet rund um den Globus etabliert. Auch und insbesondere, weil es Unternehmen befähigt, dasselbe Protokoll für ihr lokales Netzwerk (LAN) und ihr Weitverkehrsnetz (WAN) zu verwenden. Ethernet eignet sich also für

• Rechenzentren,

• private oder interne Unternehmensnetze,

• Internetanwendungen und

• fast alles andere dazwischen.

Ethernet bietet auch Support für komplexere Netzwerke, wie VPN oder Software-defined und kann problemlos bandbreitenintensive Anwendungen wie Video-Streaming oder Voice-over-IP verarbeiten. Auf der anderen Seite eignet es sich wegen seiner überschaubaren Komplexität ohne spezielle Konfiguration zudem für kleinere, eher anspruchslose Dinge wie IoT-Devices.

Ethernet - Frames, Switches, Netzwerke

Ethernet funktioniert, indem es Informationen, die an oder von Geräten wie einem PC gesendet werden, in Informations-Bits unterschiedlicher Größe zerlegt - sogenannte Frames. Diese enthalten standardisierte Informationen wie die Quell- und Zieladresse, die den Frames dabei helfen, sich ihren Weg durch ein Netzwerk zu bahnen.

Da die Computer in einem LAN in der Regel eine einzige Verbindung nutzen, wurde das Ethernet nach dem CSMA/CD-Prinzip aufgebaut. Grundsätzlich stellt das Ethernet-Protokoll sicher, dass die Leitung nicht belegt ist, bevor es Frames aussendet. Heutzutage ist das allerdings weit weniger wichtig als in den Anfangstagen der Netzwerktechnik, da die Geräte in der Regel über einen Switch oder einen Knotenpunkt eine eigene Netzwerkverbindung aufbauen. Da Ethernet heute mit Vollduplex arbeitet, sind auch die Sende- und Empfangskanäle vollständig voneinander getrennt, so dass es hier nicht zu Kollisionen kommen kann.

Abgesehen von Kollisionen gibt es im Ethernet keine Fehlerkorrektur. Die Kommunikation ist daher auf fortschrittliche Protokolle angewiesen , um sicherzustellen, dass alles perfekt übertragen wird. Ethernet bildet jedoch nach wie vor die Grundlage für die digitale Kommunikation sowie die meisten Internetanwendungen und lässt sich auch problemlos in viele übergeordnete Protokolle integrieren.

Ethernet-Kabel - funktionale Farben

Wenn man über Ethernet spricht, muss man auch über Kabel sprechen - schließlich ist Ethernet für kabelgebundene Netzwerke konzipiert. Darüber hinaus haben seine Kabel auch zum weltweiten Siegeszug von Ethernet beigetragen.

Ursprünglich sollte Ethernet mit Koaxialkabeln arbeiten, wie sie auch im Bereich TV verwendet werden. Die sind robust und in der Lage, große Bandbreiten zu übertragen. Aber Koaxialkabel sind auch schwer, schwierig zu verarbeiten, nicht besonders flexibel - und teuer. Nach dem die Koaxial-Idee begraben war, wurden Ethernet-Verbindungen über Twisted-Pair-Kabel hergestellt, die auch heute noch die Grundlage für kabelgebundene Netzwerke bilden. Diese Kabel sind kostengünstig und zudem extrem flexibel - können also um Ecken, in Wänden oder über Deckenplatten verlegt werden, um Server, Router, Hubs, Geräte und Endpunkte zu verbinden.

Die Unternehmen, die Ethernet-Kabel herstellen, beschlossen glücklicherweise nicht, auf ein einheitliches, graues Farbschema zu setzen. Stattdessen sind die Kabel in allen Farben des Regenbogens verfügbar, was nicht nur Serverräume und Rechenzentren attraktiver macht, sondern IT-Profis auch ermöglicht, ihre Netzwerkverbindungen visuell zu gruppieren, um Fehler schneller zu finden. In den meisten Fällen ist für eine Ethernet-Verbindung lediglich nötig, das Kabel entsprechend einzustecken. Das gesamte Backend-Routing von Paketen und Daten übernehmen Ethernet und andere, fortschrittliche Protokolle wie Spanning Tree.

Der langjährige Standard für Ethernet-Kabel heißt Cat 5 und ist seit 2001 in Gebrauch. Ein normales Ethernet-Kabel unterstützt Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mb/s. Inzwischen werden für besonders schnelle Ethernet-Anwendungen auch Cat5e-Kabel verwendet. Diese sind für Ethernet mit einer Geschwindigkeit von 100 Mbit/s ausgelegt, unterstützen aber auch höhere Geschwindigkeiten wie Gigabit-Ethernet.

Ethernet - bescheidene Anfänge, schnelle Zukunft

Der ursprüngliche Ethernet-Standard wurde 1973 von den Xerox-PARC-Ingenieuren Robert Metcalfe und David Boggs entwickelt und war von einem Projekt an der Universität von Hawaii inspiriert - ALOHAnet. Nach heutigen Maßstäben erreichte es eine mickrige Geschwindigkeit von 2,94 Mb/s. Für die Öffentlichkeit wurde Ethernet erst ab 1980 zugänglich - zu diesem Zeitpunkt gab es bereits andere, konkurrierende Standards wie Token Ring oder ARCNET.

Doch Metcalfe, der Xerox inzwischen verlassen hatte, um 3Com zu gründen, überzeugte viele wichtige Branchenakteure, darunter Digital Equipment Corporation (DEC), Intel und auch Xerox, mit 3Com zu kooperieren, um Ethernet als einheitlichen Standard durchzusetzen. Im Rahmen dieser Überzeugungsarbeit gab Xerox seine Markenrechte am Namen Ethernet auf. Die Bandbreite und der Durchsatz wurden auf 10 Mb/s erhöht, was mehr als genug war, um die meisten Netzwerkaufgaben dieser Zeit zu bewältigen.

Dank seiner Fähigkeit, höhere Geschwindigkeiten zu unterstützen und gleichzeitig abwärtskompatibel zu bleiben, konnte das Ethernet-Protokoll über die Jahre mit vielen technischen Innovationen Schritt halten. Heutzutage unterstützt fast jeder Computer Geschwindigkeiten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde. Wenn man die Rohgeschwindigkeit von 1 Gb/s (1.000 Mbit/s) mit dem ursprünglichen 10-Mbit/s-Standard vergleicht, wird deutlich, wie anpassungsfähig Ethernet ist.

Gigabit-Ethernet bietet wahrscheinlich mehr als genug Bandbreite für Heimnetzwerke und die allermeisten Offices. Mit dieser Geschwindigkeit funktionieren selbst bandbreitenintensive Anwendungen wie Videostreaming oder Online-Videospiele einwandfrei - auch 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 und spezialisierte Organisationen wie Network Operations Center sind an solchen Geschwindigkeiten interessiert. Einige Cloud-Service-Provider arbeiten - in gewissem Umfang - ebenfalls mit 400-Gbit/s-Geschwindigkeiten, obwohl die vollständige Übernahme des Standards an bestimmten Elementen wie neuen Verkabelungsanforderungen (die aktuellen Cat-5- und Cat-5e-Kabel unterstützen diese Geschwindigkeiten nicht), Abwärtskompatibilitätsproblemen und erhöhtem Energiebedarf in Rechenzentren zu scheitern droht.

Es gibt auch eine Spezifikation für Ethernet mit 800 Gbit/s, allerdings kommt sie derzeit nur in Testumgebungen zum Einsatz. Darüber hinaus wird auch an einem Standard von 1,6 Terabyte pro Sekunde geforscht - bereits 2023 könnte es soweit sein. Derartige Geschwindigkeiten werden wahrscheinlich nur für spezifische Anwendungen nützlich sein. Ein Unternehmen oder eine staatliche Einrichtung könnte beispielsweise ihre Netzwerkdaten sehr schnell zu Sicherungszwecken an einen externen Standort übertragen. Bei einer Datenmenge von 500 Terabyte wäre der Vorgang in weniger als 14 Minuten abgeschlossen. Ethernet ist also bereit für die Zukunft. (fm)

Dieser Beitrag basiert auf einem Artikel unserer US-Schwesterpublikation Network World.