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 Datenkollisionen 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. 1 Vgl. Rech (2002) S. 31 2 Vgl. Hein (2002) S. 22 3 Vgl. Hein (2002) S. 9
Inhaltsverzeichnis
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
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Seminararbeit verfolgt das Ziel, die historische Entwicklung des Ethernet-Netzwerkstandards sowie dessen grundlegende Funktionsweise und technischen Spezifikationen darzulegen. Dabei wird analysiert, wie sich der Standard von einer experimentellen Lösung zu einem weltweiten, kostengünstigen und zuverlässigen LAN-Standard entwickeln konnte.
- Grundlagen der Netzwerktechnik und Topologien
- Struktur und Funktionsweise des IEEE 802.3 Standards
- Erläuterung relevanter Ethernetkomponenten wie Hubs, Switches und Bridge-Systeme
- Vergleich klassischer Ethernet-Varianten (10Base2 bis 10BaseF)
- Einführung in moderne Hochgeschwindigkeits- und Wireless-Technologien
Auszug aus dem Buch
3.1 CSMA/CD
Wenn man die Geschichte des Ethernets noch einmal betrachtet, wird deutlich, dass die ersten Versionen ein geteiltes Medium (Koaxialkabel) nutzten und dieses auf mehrere Teilnehmer aufgeteilt werden musste. Aufgrund der ständigen Kollisionen bei hoher Belastung, musste ein geeignetes Verfahren entwickelt werden, um diese Kollisionen zu vermeiden. Metcalfe entwickelte das CSMA/CD, das Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection.
Hinter dem Carrier Sense verbirgt sich das Abhören des Trägermediums. Eine Station, die Daten senden möchte, prüft zunächst, ob das Medium frei ist, indem sie es abhört. Nur wenn das Medium tatsächlich frei ist, darf die Station Daten senden. Ist dies nicht der Fall, versucht die Station zu einem späteren Zeitpunkt auf das Medium zuzugreifen. Dennoch kann es vorkommen, dass mehrere Stationen gleichzeitig das Trägermedium abhören und es als frei identifizieren. Die Stationen fangen dann gleichzeitig an zu senden und es kommt trotzdem zu einer Datenkollision. Carrier Sense kann also eine Datenkollision nicht verhindern. Mit steigender Anzahl der Sendestationen nimmt auch die Kollisionswahrscheinlichkeit zu.
Der Multiple Access beschreibt, dass es trotz des im Ethernet verwendeten Zugriffverfahrens, zu zeitgleichen Zugriffen auf das Übertragungsmedium kommen kann. Tritt dieser Fall ein, muss die letzte Komponente, die Collision Detection aktiv werden. Stellt eine Station fest, dass es zu einer Kollision gekommen ist, bricht sie den Sendevorgang ab. Über einen Zufallsgenerator wird der sendewilligen Station eine gewisse Wartezeit zugeteilt, nach der sie erneut senden darf. Der Zufallsgenerator wird deshalb verwendet, um zu vermeiden, dass mehrere Stationen wieder gleichzeitig versuchen zu senden. Nach einer Kollision muss stets neu gesendet werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Entstehungsgeschichte des Ethernet durch Robert D. Metcalfe bei Xerox und dessen Vision als globaler Netzwerkstandard.
2 Grundlagen Netzwerke: Dieses Kapitel definiert Netzwerke, unterscheidet zwischen Peer-to-Peer und Client-Server-Technik sowie verschiedenen Netzwerkgrößen (LAN, MAN, WAN, GAN).
3 Der IEEE 802.3 Standard im LAN: Es wird die Standardisierung durch das IEEE-Gremium beschrieben, wobei CSMA/CD und der MAC-Layer im Zentrum der technischen Erläuterungen stehen.
4 Die Ethernetkomponenten: Hier werden zentrale Hardware-Elemente wie Transciever, Repeater, Bridges, Hubs, Switches, Router und Gateways in ihrer Funktion erläutert.
5 Das Standard Ethernet: Dieses Kapitel vergleicht die klassischen Ethernet-Varianten 10Base2, 10Base5, 10BaseT und 10BaseF hinsichtlich Technik und Verkabelung.
6 Modernere Ethernetformen: Die Weiterentwicklung zu höheren Bandbreiten wird anhand von Fast Ethernet, Gigabit-Ethernet und der Integration von Wireless Ethernet diskutiert.
7 Schlussbetrachtung: Das Fazit fasst die Erfolgsfaktoren des Ethernets wie Kosteneffizienz, Zuverlässigkeit und Flexibilität zusammen.
Schlüsselwörter
Ethernet, LAN, IEEE 802.3, CSMA/CD, Netzwerktopologie, Netzwerkkomponenten, Glasfaser, Twisted Pair, Fast Ethernet, Gigabit-Ethernet, Wireless LAN, MAC-Layer, OSI-Referenzmodell, Übertragungsrate, Datenkollision
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet einen umfassenden Überblick über den Ethernet-Netzwerkstandard, von dessen historischen Anfängen bis hin zu modernen Hochgeschwindigkeits-Technologien.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind Netzwerkgrundlagen, der IEEE 802.3 Standard, physikalische Netzwerkkomponenten sowie verschiedene Ethernet-Ausprägungen und deren Verkabelung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, die Entwicklung der "Ethernet-Vision" darzustellen und dem Leser ein Verständnis für die Funktionsweise und die technischen Komponenten eines Ethernet-Netzwerkes zu vermitteln.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine theoretische Ausarbeitung, die auf einer umfassenden Literaturanalyse und dem Vergleich technischer Standards basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Netzwerk-Grundlagen, die spezifische Funktionsweise des MAC-Layers und CSMA/CD, sowie eine detaillierte technische Analyse verschiedener Ethernet-Kabeltypen und Hardware-Komponenten.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie Ethernet, CSMA/CD, Netzwerktopologien, LAN, Fast Ethernet und Übertragungsmedien wie Glasfaser und Twisted Pair charakterisiert.
Warum ist das CSMA/CD-Verfahren für Ethernet so wichtig?
Es ist das grundlegende Verfahren zur Kollisionsvermeidung und -erkennung auf geteilten Übertragungsmedien, das erst den stabilen Betrieb von Ethernet-Netzwerken ermöglichte.
Welche Rolle spielen Repeater und Hubs heute im Vergleich zu Switches?
Während Hubs und Repeater auf unteren Schichten arbeiten und Kollisionsdomänen vergrößern, ermöglichen Switches eine intelligente Weiterleitung der Datenpakete, wodurch Kollisionsdomänen isoliert und die Effizienz des Netzwerks signifikant gesteigert wird.
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- Kerstin Kirchner (Author), 2004, Ethernet - Ein Überblick über den Netzwerkstandard, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/30304
