Ethernet Netzwerk

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Ethernet Netzwerk einfach erklärt

ethernet-netzwerkDatennetze sind unersetzlich, wenn es darum geht, effizient, verlässlich und schnell Geschäftsprozesse abzuwickeln. Doch wie werden die Daten innerhalb der Netze übertragen, gespeichert, kategorisiert und zugänglich gemacht?

Oft werden wir von Einkäufern oder Managern darauf angesprochen, dass ihr Unternehmen ein neues Ethernet Netzwerk bzw. Ethernet-VPN benötigt, man sich aber überhaupt nicht auskenne in diesem Begriffs Wirr-Warr.

Nachfolgend zeigen daher einmal ganz einfach und für jeden verständlich die “Basics“ der populären Ethernet Netzwerk Technologien auf.

Wir betrachten:

  • Unterschiedliche Netzwerktypen: LANs, WANs und WLANs
  • Das Internet und seine Einflüsse auf Intranets und Extranets von Unternehmen
  • Diverse LAN Technologien: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet

Los geht‘s! Ein Netzwerk ist ganz schlicht ein Verbund unterschiedlicher, unabhängiger Computer, die Daten über ein geteiltes Kommunikations-Medium untereinander austauschen. Wir unterscheiden folgende Netzwerktypen:

Local Area Networks (LANs), sind “lokal“, das steckt schon im Namen drin. Normalerweise also auf ein Gebäude oder Campus beschränkt. Sie können klein sein und zum Beispiel nur drei Computer verbinden, oder mehrere hundert bis tausende. Die Entwicklung standardisierter Netzwerk-Protokolle wie Ethernet führte zur weltweiten Verbreitung von Ethernet-basierten LANs. Auch an ihrem Arbeitsplatz haben Sie eines.

Wide Area Networks (WANs) erstrecken sich über ein großes (wide) Gebiet (Area). Wide Area Netzwerke (WANs) vernetzen meist einzelne, geographische verteilte LANs. Dies wird z.B. mittels dedizierten Standleitungen (T1, T3), per Satelliten-Link oder Dial-up, gemacht. Ein WAN kann also auch ganz einfach per Modem-Verbindung oder relativ kompliziert mit dem Anschluss hunderter weltweiter Niederlassungen und unterschiedlichsten Anschlussmedien (mit oder ohne Back-up Lösungen) aufgebaut sein.

Wireless Local Area Networks (WLANs) kennen alle. Sie nutzen Funktechnologie um Daten über die Luft zu senden und zu empfangen und ermöglichen v.a. mobile Zugänge zu LANs ohne physische Kabel. Der WLAN-Standard 802.11 spezifiziert die kabellose Schnittstelle zwischen den Endgeräten und der Basisstation. Auch Sicherheitsprotokolle (Verschlüsselung) wie WEP befinden sich in diesem Standard. Ein weiterentwickeltes WLAN Sicherheits-Protokoll ist WPAx, welches mittels eines temporären key integrity protocol (TKIP) die Verschlüsselungs-Algorithmen dynamisch wechselt. Darüber hinaus ermöglicht es auch eine User-Authentifizierung mittels EAP (extensible authentification protocol).

Wireless Protokolle in der Übersicht

Name Daten Durchsatz Modulation Schema Security
802.11 1 or 2 Mbps in the 2.4 GHz band FHSS, DSSS WEP and WPA
802.11a 54 Mbps in the 5 GHz band OFDM WEP and WPA
802.11b/High Rate/Wi-Fi 11 Mbps (with a fallback to 5.5, 2, and 1 Mbps) in the 2.4 GHz band DSSS with CCK WEP and WPA
802.11g/Wi-Fi 54 Mbps in the 2.4 GHz band OFDM when above 20Mbps, DSSS with CCK when below 20Mbps WEP and WPA

Das Internet und darüber hinaus

Das Internet ist weit mehr als eine Technologie, es hat vieles auf den Kopf gestellt in unserem Leben und eine kleine “Revolution“ auch im öffentlichen und geschäftlichen Bereich ausgelöst. Es ist zur beliebtesten Informationsquelle geworden und im Alltag nicht mehr weg zu denken. Das Internet ist das Größte dezentralisierte Netzwerk, das es gibt.

Intranet:  Eine Art sicheres “Internet” innerhalb des Unternehmens

Die starke Verbreitung browserbasierter Software brachte viele Unternehmen dazu Intranets zu betreiben, mit denen Dienste und Informationen innerhalb ihrer Organisation mitarbeiterabhängig zugänglich gemacht werden. Diese Intranets richten sich nur an die Mitarbeiter des Unternehmens selbst.

Extranet:  Eine sichere Art und Weise des Datenaustausches mit Partnerunternehmen

Ein Intranet dient dazu vertrauliche Informationen innerhalb des Unternehmens zu teilen. Ein Extranet tut dies zwischen Unternehmen mittels Verschlüsselung und Userauthentifizierung. Unternehmen kooperieren immer mehr, Produktionen werden mit Kunden, Lieferanten, Zulieferern, Partnern und Logistikern gekoppelt.
Industrie 4.0 ist ein Stichwort, welches diesen Megatrend verdeutlicht. Um diese vernetze Zusammenarbeit von Unternehmen zu ermöglichen bedarf es Schnittstellen und Netzwerke. U.a. Extranets. Sie werden immer bedeutender.

Unterschiedliche LAN Technologien

Ethernet

Ethernet ist die am meisten verbreitete, physische LAN Technologie. Die ersten Standard Ethernet Netzwerke konnten bis vor einigen Jahren Daten typischerweise mit nur bis zu 10Mbit transportieren. Andere LAN Typen sind Token Ring, fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) und Asynchronous Transfer Mode (ATM).

Mit dem IEEE Standard 802.3 wurden Regeln zur Konfiguration eines Ethernet Netzes, und wie die Geräte im Netz miteinander agieren, definiert. Durch diesen Standard können auch Netzwerkkomponenten verschiedenster Hersteller miteinander kommunizieren. Ethernet ist u.a. deswegen weit verbreitet. Es bietet ein gutes Verhältnis von Geschwindigkeit, Kosten und einfacher Installation und Betrieb. Diese Vorteile, in Kombination mit der weiten Verbreitung und der Möglichkeit nahezu alle Netzwerkprotokolle zu unterstützen, macht es zur idealen Netzwerk Technologie.

Fast Ethernet

Der Fast Ethernet Standard IEEE 802.3u wurde für Netze designed, die schnellere Übertragungen benötigen. Die Bandbreite wird von 10 auf 100 Mbps mit nur minimal veränderten Verkabelungsanforderungen erhöht. Es gibt drei Typen von fast Ethernet: 100 Base-TX mit Cat5 Kabeln; 100 Base-FX mit Glasfaser und 100 Base-T4 welches zwei weitere Kabel benutzt. Aufgrund seiner Kompatibilität zu 10Base-T ist 100Base-TX zum Standard geworden. Heutzutage werden jedoch zunehmend Gigabit Netze genutzt.

Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet eignen sich ideal für hohe Bandbreiten-Anforderungen in konvergenten Netzen mit Multimedia und VoIP. Bestehende LANs mit 10 Mbit, 100 Mbit oder GB-Karten können an ein 1000Base-T oder Gigabit Ethernet Backbone angeschlossen werden und sich mit den dortigen hoch performanten Switches, Routern und Servern austauschen.

Das Implementieren eines Gigabit Ethernet Netzwerks ist vom Datenverbindungs-Layer des OSI Models aufwärts, komplett identisch mit einem Ethernet 100BaseT-Netz. Der wichtigste Unterschied zwischen Gigabit Ethernet und Fast Ethernet besteht in der Unterstützung von Full-Duplex im MAC-Layer.

10 Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet, IEEE 802.3ae, ist der schnellste und aktuellste Ethernet Netzwerk Standard. Zehnmal schneller als Gigabit Ethernet. Im Gegensatz zu den anderen Ethernet-Varianten kann 10 Gigabit Ethernet nur auf Glasfaserinfrastruktur betrieben werden. In solchen Netzen wird zumeist nicht auf ein Design zurückgegriffen, das mit allen Nodes kommuniziert. Verschiedene Formen von Wide Area Routing kommen zumeist zum Einsatz.

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Eine Zellen basierte, fast-packet Kommunikationstechnik ist ATM. Es unterstützt Daten-Transfer-Raten von <T1 bis zu 10Gbps. ATM kann in bestehende Ethernet Netzwerke integriert werden. Festgelegte “length” und “cell-relay Operationen” ermöglichen eine stabile Performance.

Power over Ethernet (PoE)

PoE beschreibt ein Ethernet Netzwerk, auf dessen CAT5 oder höher Kabeln, auch die elektrische Spannungsversorgung der Endgeräte läuft. Für Viele eine praktische Sache, da weder einzelne Spannungsversorger noch extra Kabelwege pro Endgerät nötig sind.

LAN Technologien nochmals im Überblick:

Name IEEE Standard Data Rate Media Type Maximum Distance
Ethernet 802.3 10 Mbps 10Base-T 100 meters
Fast Ethernet/
100Base-T
802.3u 100 Mbps 100Base-TX
100Base-FX
100 meters
2000 meters
Gigabit Ethernet/
GigE
802.3z 1000 Mbps 1000Base-T
1000Base-SX
1000Base-LX
100 meters
275/550 meters
550/5000 meters
10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae 10 Gbps 10GBase-SR
10GBase-LX4
10GBase-LR/ER
10GBase-SW/LW/EW
300 meters
300m MMF/ 10km SMF
10km/40km
300m/10km/40km

Token Ring

Token Ring ist eine weitere Netzwerk-Konfiguration. Der Unterschied zum Ethernet Netzwerk besteht darin, dass immer alle Daten in einer Richtung entlang der Ringförmigen Netzstruktur laufen. Dabei wird jedem verbundenen Gerät sequentiell ein “Token“ weiter gegeben. Sobald der Token an einem definierten Gerät oder Computer ankommt, ist der Empfänger dazu berechtig Daten ins Netz zu speisen. Da nur jeweils nur ein Gerät zum gleichen Zeitpunkt senden kann, entstehen keine Kollisionsprobleme. Der Zugang zum Netz ist garantiert, zeitkritische Applikationen werden unterstützt. Jedoch haben diese Vorteile ihren Preis. Token-Ring Netzkomponenten (Hardware) ist typischerweise teuer und die Netze selbst sind relativ komplex und kompliziert zu implementieren.

Netzwerke und die Ethernet Basics

Protokolle

Nachdem im Netzwerk eine physische Verbindung erstellt worden ist, definieren Netzwerk-Protokolle den Kommunikations-Standard im Netz. Also Regeln und Codier-Spezifikationen des Datenversandes. Hiermit wird vereinbart, wie sich die Computer gegenseitig identifizieren. In welcher Form die Daten transportiert und verpackt, als auch empfangen und weiterverarbeitet werden. Ebenso werden Fehler-checks und Korrekturen, Kompressionsmethoden und Sende-Empfangsbestätigungen festgelegt.

Gängige Netzwerk-Protokolle sind: TCP/IP (UNIX, Windows NT, Windows 95 etc.); IPX (for Novell NetWare); DECnet (Digital Equipment Corp. computers); AppleTalk (Macintosh), und NetBIOS/NetBEUI (LAN Manager und Windows NT networks). Obgleich jedes Protokoll anders ist, können diese im gleichen Netzwerk und auf der gleichen Hardware betrieben werden, solange sie auf der physischen und der Datenverbindungsebene kompatibel sind.

Das OSI -Open System Interconnection Modell

Das sogenannte OSI 7-Schichten Modell spezifiziert, wie unterschiedliche Hardware (Schnittstellen-Karten, Router etc…) im Netz Daten miteinander austauscht. Man unterscheidet 7 Netzwerk-Schichten, die jeweils ihre eigene Funktion haben. Nachfolgend sind diese dargestellt. In der Reihenfolge, in der sie bei einem Datentransfer, vom letzten bis zum ersten Element, beansprucht werden.

Layer 7: Application

Diese Schicht unterstützt Applikations- und End-User Prozesse. Innerhalb dieser Ebene werden User-Privacy, die Kommunikationspartner, verfügbare Services und Einschränkungen festgelegt. E-Mail, File-transfer, Telnet, FTP sind beispielhafte Applikationen.

Layer 6: Presentation

Hier werden Informationen zwischen Applikations- und Netzwerk-Formaten hin und her übersetzt. Das Übersetzen macht die Information zu “Daten“, welche dann im Application- Layer und Netzwerk erkannt werden. Dies ist unabhängig von Formatierungen oder Verschlüsselungen.

Layer 5: Session

Innerhalb dieses Layers werden Verbindungen zwischen den Applikationen hergestellt, gemanaged und vermittelt. Dies ist am Ende eines jeden Dialoges zwischen den Applikationen notwendig.

Layer 4: Transport

Ein vollständiger Datenaustausch wird durch den transparenten Transport der Daten ermöglicht. Der Transport Layer hierüber hinaus für die Datenfluss-Kontrolle und die Ende-zu-Ende Fehlerbehebung benötigt.

Layer 3: Network

Switches und Router nutzen dieses Layer, um virtuelle Pfade innerhalb des Netzes zu kreieren, entlang derer dann die Daten gesendet werden. Es wird genutzt für Routing, Forwarding, adressing, networking, packet sequencing, Fehler- Korrekturen.

Layer 2: Data Link

Die Informationen in den Datenpaketen werden in diesem Layer in Bits umgesetzt. Fehler aus dem physikalischen, flow-control und frame synchronization werden hier mittels Übertragungs-Protokoll und –Management korrigiert. Layer 2 besteht aus zwei weiteren Unterlayern innerhalb dieser Schicht. Dem MAC (Media Access Control) Layer, welcher den Zugang der Netzwerk-Rechner zu den Daten und deren Übermittlung kontrolliert und dem LLC (Link Control Layer), der für frame-synchronization, flow control und error-checking zuständig ist.

Layer 1: Physical

Der letzte Layer, der physische, ermöglicht es der Hardware Daten über ein Übertragungsmedium wie ein Kabel oder eine Karte zu senden und zu empfangen. Wir bewegen uns hier also auf dem elektrischen oder mechanischen Level des Netzwerkes.

Das Physical Layer ist das Erste, das Application Layer das Letze, durch das die Daten fließen.

Standard Ethernet Code

Ethernet Netzwerk Code ist ganz einfach, wenn man versteht, für was die einzelnen Bezeichnung stehen.

10 Die erste Zahl beschreibt die Bandbreite, des Netzwerkes.
BASE die benutzte Signalisierungsart, welche “baseband“ ist
2 oder 5 gibt die maximale Kabellänge in Meter an
T T als Endung bedeutet twisted-pair Kabel.
X full duplex-fähiges Kabel
FL fiber optic cable (Glasfaser).

Beispiel: 100BASE-TX Fast Ethernet Verbindung mit (100 Mbps), welche
twisted pair Kabel mit full-duplex Übertragungsfähigkeit nutzt.

Ich hoffe dieser kleine Überblick zum großen Thema “Ethernet Netzwerk“ ist dabei behilflich, Begrifflichkeiten zu erläutern und Zusammenhänge verständlicher zu machen.

Für Unternehmen sind Ethernet basierte VPNs ein großer Trend. Sie ermöglichen es die einzelnen Standorte mit kostengünstigen, hohen Bandbreiten anzubinden, die lokalen LAN´s mit dem unternehmensweiten WAN zu “einem großen LAN zu verschmelzen“ und das Management des gesamten Netzes ggfs. selbst zu übernehmen. Somit ist man schnell und flexibel und Herr über das eigene Netz, ohne auf Carrier angewiesen zu sein. Natürlich muss hierzu das entsprechende Netzwerk-Management Know-How im eigenen Unternehmen vorhanden sein.

Bandbreite vs. Preis?
Hohe Ethernet-Bandbreiten sind relativ günstig. Für die Telefongesellschaften macht es oft keinen Kostenunterschied ob dem Kunden 30 oder 100 Mbit zur Verfügung gestellt werden, denn es wird meist die gleiche Hardware und gleiche Leitung verwendet. Daher lohnt es sich, Ethernet-Bandbreiten bewusst großzügig zu wählen, damit Features wie "Class of Service" ggfs. gar nicht notwendig sind. Da eine Verdopplung der Bandbreite meist nur mit einer Preissteigerung von z.B. 10% einher geht, lohnt es sich die Bandbreite großzügig zu kalkulieren. -> Dimensionieren sie ihre Ethernet-Bandbreite großzügig. Verhandeln sie hart, es lohnt sich!
Wieso ist Ethernet nicht gleich Ethernet?
Ethernet-Leitungen können transparent, d.h. als echtes Ethernet (Layer3) geliefert werden, oder nur emuliert. Emulierte Ethernet-Leitungen sind virtuelle Layer2 (IP) Leitungen (VPLS / Ethernet over MPLS) und werden in MPLS-Netzen "erzeugt". Hieraus ergeben sich negative Auswirkungen auf Performance und Round-Trip Times, wodurch beim Einsatz zeitkritischer Anwendungen wie Storage- bzw. Metro-Links große Probleme entstehen. -> Prüfen Sie die Dienstbeschreibungen Ihres Anbieters genau.
Für welche Dienste benötigen sie ihre Ethernet Leitung?
Manche Anbieter liefern Ethernet mit einer 2-Wegeführung. Das ist prinzipiell gut, da sie dadurch eine höhere Verfügbarkeit (SLA) und Ausfallsicherheit erhalten. Jedoch sind solche Leitungen nicht dazu geeignet Sprache (VoIP) und Videodaten zu transportieren. Sollten Sie VoIP oder Video Anwendungen nutzen, prüfen Sie bitte auch, ob Sie "Quality of Service" oder "Class of Service" auf Ihrer Ethernet-Leitung benötigen. Also die Garantie schneller Datenleitungen im ersten Fall, oder das Priorisieren unterschiedlicher Klassen von Daten (Data, VoIP, Video). Letzteres ist vor allem dann wichtig, wenn Sie die verfügbare Bandbreite auf Ihrer Leitung weitgehend ausnutzen. Sobald der traffic zu hoch wird, leidet nämlich die Qualität zeitkritischer Dienste wie VoIP oder Video. Class of Service schafft hier Abhilfe, da die Bandbreite dynamisch gemanaged wird. -> Definieren Sie die von Ihnen benötigten Dienste und Bandbreiten genau.
Ist die Bandbreite verfügbar?
Telefongesellschaften stellen Ethernet-Leitungen auf Basis unterschiedlicher Technologien zur Verfügung. So kann es sein, dass ein Anbieter maximal 30 Mbit, ein anderer jedoch 1 Gbit-Bandbreite an Ihrem Standort liefern kann. ->Prüfen Sie die verfügbare Bandbreite immer bei mehreren Anbietern
Nikolaus von Johnston Nikolaus von Johnston General Manager Savecall Tel.: +49 (0)89 / 219 914 810 E-Mail: kontakt@savecall.de Lesen sie auch meinen Blog
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