Ethernet

Ethernet basiert auf einer Entwicklung der Hersteller Digital, Intel und Xerox (DIX). CSMA/CD ist der gemeinsame Nenner. Die 4 Frametypen werden von den Herstellern verschieden Bezeichnet.

Kabelarten Strukturregeln 5-4-3 Regel

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect

Alle Stationen können gleichberechtigt auf das Übertragungsmedium zugreifen.(Multiple Access) Bevor eine Station sendet, lauscht sie an der Leitung, um zu überprüfen, ob nicht schon eine andere Station sendet (Carrier Sense). Ist die Leitung frei wird gesendet. Jedoch erst nach 9,6 μs (Inter Frame Gap). Auch während des Sendens wird mitgehört (Listen While Talking). Da die Signale sich nicht unendlich schnell ausbreiten, kann es vorkommen, daß eine zweite Station trotz Carrier Sense anfängt zu senden. Beide Signale werden sich treffen. Der Signalpegel wird zwischen dem doppelten Wert und Null Schwanken. Diesen Kollisionspegel erkennen die sendenden Stationen (Collision Detect) und schicken ein JAM-Singal auf die Leitung. Das JAM-Signal besteht aus einer 32 Bit langen Folge von 1 und 0. Nach dem JAM-Singal warten die sendewilligen Stationen eine (von Algorithmen) bestimmte Zeit und beginnen erneut mit Carrier Sense. Die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen steigt mit der Anzahl der Stationen und der Leitungslänge.

Strukturregeln

Um das CSMA/CD Protokoll einhalten zu können muß eine Kollision innerhalb der Mindestlaufzeit eines Paketes jede Station erreicht haben. Anderenfalls bemerken die sendenden Stationen die Kollision nicht. Aus dieser Zeit ergibt sich die maximale Größe einer Kollisionsdomaine. Verzögerungszeiten entstehen durch die Signallaufzeiten auf den Kabeln und durch eingesetzte Repeater. Maximal 1023 Stationen in einer Kollisionsdomaine. Es gilt: Es können max. zwei Repeater-Paare zwischen zwei beliebigen Stationen stehen.

10Base5 Thick Ethernet Yellow-Cable

• 10 MBit/s.
• Physikalische Busstrucktur.
• Maximale Länge eines Segmentes: 500m
• Maximal 100 Stationen pro Segment.
• Mindestabstand zwischen zwei Stationen: 2,5m.
• Die Stichleitung zur Station darf maximal 50m lang sein.

Das Segment ist das Yellow-Cable welches an beiden Enden mit einem Widerstand von jeweils 50Ω abgeschlossen werden muß. An das Yellow-Cable werden mit sogenannten Vampirkrallen Transceiver angebracht. Die möglichen Stellen sind am Kabel angezeichnet. Der Transceiver stellt eine AUI-Schnittstelle für die Stichleitung bereit.

Noch drei Begriffe:

• Late Collision: Kollision nach 64 Bytes, häufige Ursache zu lange Leitung, Hardware.
• Short Frames: Frames kleiner als 64 Bytes.
• Jabber: Frames größer als 1518 Bytes.

Ethernet II

Die klassische Framestruktur ist Ethernet II. Merkmal von Ethernet II ist das zwei Bytes große Typfeld. Es unterscheidet die verschiedenen Schicht 3 Protokolle. Andere Ethernet Typen haben an dieser Stelle eine Längeninformation. Wenn der Wert der beiden Bytes nach der Source-Adresse größer als die max. möglichen 1500 Bytes ist, muß es sich um Ethernet 2 handeln. Die Preambel dient zur Synchronisation der Empfänger. Sie besteht aus einer Schwingung von 6,4 μs Länge (Folge von 1010... 8 Bytes). Das Frame muß mindestens 64 Byte groß sein, um die minimale Slot-Time zur Erkennung einer Kollision zu erreichen. Anderfalls werden Bits ergänzt

Ethernet 802.3raw

802.3 raw Novells eigener eigener Frametyp für IPX. Novell vewndete diesen Typ schon bevor die Normierung der IEEE abgeschlossen war. Er enthält keine Protokollkennung. Er soll und kann deshalb allein IPX transportieren. Die einzige Möglichkeit einen 802.3 raw Frame zu erkennen besteht darin, daß nach der Framelänge zwei Bytes folgen, die nur aus Einsen bestehen (0xFFFF). Der Start Frame Delimiter (SFD) hat im letzten Bit eine 1, die Marke des Framebegins.

Ethernet 802.3

IEEE 802.3 Frames haben statt des Typenfeldes ein 2 Byte langes Längenfeld. eingefügt. Es gibt die Anzahl der Bytes im Datenfeld einschließlich 802.2 LLC-Header an. Statt Typfeld mit der Protokoll-ID ist der Destination Service Access Point (DSAP) und der Source Service Access Point (SSAP) vorhanden. Das Control Field enthält den Typ des LLC-Frames.

Ethernet 802.3 SNAP

Ein Nachteil der IEEE 802.3 Definition gegenüber Ethernet II ist die Halbierung des Typ-Codes auf ein Byte. Dadurch können nur 256 Protokolle unterschieden werden. Ein SNAP Feld wird eingebaut. Das SNAP Feld ist 5 Byte groß, die ersten 3 Bytes enthalten den Organizationally Unique Identifier des Herstellers, die 2 weitern das Protocol Type Field, die Protokollnummer (IP=0x800). Ein Frame mit 802.2 SNAP Header hat als DSAP und SSAP immer 0xAA, im Control Field immer 0x03.

VLAN 802.1q

Ziel von VLANs ist die Trennung von logischer und physikalischer Struktur. Jedes VLAN bildet eine eigene Broadcastdomaine. Sollen verschiedene VLANs über ein ein gemeinsames Medium übertragen werden, (z. B. eine LWL Verbindung zwischen zwei Switches) muß der Empfänger erkennen können zu welchem VLAN das Frame gehört. Nur so kann der Empfänger entscheiden wohin (an welchen Port) das Paket darf. Eine Möglichkeit solch eine Verbindung (Trunk) zu realisieren besteht in der Verwendung von Tagging nach 802.1q.

Tagged Frames haben ein 4 Byte langes Tag direkt hinter dem Source Address Feld zusätzlich. Es enthält in den ersten zwei Bytes den Tag Type, für 802.1q 0x8100. Im Byte 3 in Bit 6,7 und 8 die Priority, in Bit 5 den CFI (Canonical Format Indicator; 0 = Canonical Format) und in den zusammen mit Byte 4 restlichen 12 Bits die Vlan-ID. Die maximale Framelänge ist 1522 Bytes!

Koaxial-Kabel

Koaxialkabel benutzen den geerdeten Kabelmantel als Rückleiter. Deshalb ist nur ein, im inneren zentrisch geführter, Leiter nötig.

Twisted-pair-Kabel

TP-Kabel bestehen aus 4 paarweise verdrillten Adern. Kategorien (3, 4, 5) beschreiben die elektischen Eigenschaften. Unterteilung in STP (shielded TP) und ungeschirmt, UTP (unshielded TP). Unterschied geschirmt ungeschirmt: UTP: Nur ein Schirm um das gesamte Kabel. STP: Jedes Adernpaar innerhalb des Kabels ist nochmals einzeln geschirmt. TP-Kabel im LAN sind im Regelfall UTP haben einen Wellenwiderstand von 100Ω; haben vier Paare (8-Adern). Zum Patchen wird RJ45 eingesetzt.

Lichtwellenleiter

Vorteile:

• Sehr hohe Bandbreite
• Potentialtrennung
• Kein Übersprechen von Faser zu Faser
• Hohe Entfernung ohne Repeater möglich
• Keine Abstrahlung nach außen
• Keine elektromagnetischen Störungen von außen

Funktion:

In der einfachsten Bauform hat der Lichtwellenleiter ein Stufenprofil. Erreicht wird dies durch den Aufbau aus einem runden Glaskern (Core)mit der Brechzahl X der von einem Glasmantel (Cladding) mit kleinerer Brechzahl ummantelt ist. Licht, dessen Einfallswinkelwinkel an der Grenzschicht zwischen Kern und Mantel kleiner 42 Grad ist, wird nicht gebeugt sondern total reflektiert. Somit wird das Licht auf Zickzackbahnen den Kern gezwungen und folgt der Faser auch um Kurven.

Die einzelnen Lichtstrahlen (Moden) in solch einen Kabel nehmen unterschiedliche Wege. Außen ist weiter als innen, dadurch wird ein Impuls am Ausgang zeitlich länger und in der Amplitude kleiner (Dispersion). Das begrenzt die Bandbreite.

Mit der Gradientenfaser sind sehr viel größere Übertragungsbandbreiten möglich. Bei Gradientenfasern ist die Brechzahl im Faserkern nicht konstant, sondern fällt vom Kernzentrum nach außen hin ab.

In einer Gradientenfaser läuft das Licht auf wellenförmigen Bahnen, weil es, wegen der kontinuierlich sinkenden Brechzahl, seine Richtung durch Beugung ständig ändert. Die Weglänge der weiter außen laufenden Moden wird auch dadurch ausgeglichen, daß die Lichtgeschwindigkeit bei kleiner Brechzahl (außen )höher ist, als auf der Fasermitte.

Bei Monomodefasern wird der Kerndurchmessers einer Faser mit Stufenprofil soweit verkleinert (< 10μm), daß nur eine Lichtwelle möglich ist.

Monomodefasern haben eine große Übertragungsbandbreite, da in ihnen die Lichtwelle eine einheitliche Weglänge hat. Die Bandbreite ist dennoch begrenzt: Die Brechzahl von Glas sinkt mit steigender Lichtwellenlänge. Dadurch wird die Geschwindigkeit des Lichts im Glas wellenlängenabhängig. Falls kein Laser Verwendung findet, entstehen Laufzeitunterschiede zwischen Lichtanteilen verschiedener Wellenlänge.

LWL-Stecker

Eine Auswahl:

ST-Stecker	SC-Stecker	MTRJ-Stecker	E2000-Stecker	LC-Stecker

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