Ethernet » Für einen schnellen und zuverlässigen Datenaustausch im lokalen Netzwerk
Veröffentlicht: 15.05.2024 | Lesedauer: 8 Minuten
Personal-Computer bzw. PCs sind sowohl im beruflichen als auch im privaten Umfeld allgegenwärtig und zählen mit zu den wichtigsten Arbeitsmitteln. Dabei stellte sich bereits in den Anfangsjahren der digitalen Datenverarbeitung sehr schnell heraus, dass einzelne und in sich geschlossene Computer recht unpraktisch sind.
Für einen effektiven Einsatz und zur gemeinsamen Nutzung von Informationen müssen Computer unbedingt miteinander verbunden bzw. vernetzt werden. Denn nur dann können die einzelnen Rechner untereinander Daten austauschen. Diese Vernetzung war zu Beginn recht aufwendig und wurde deshalb nur in großen Unternehmen, Firmen und Universitäten praktiziert.
Mittlerweile zählen Computernetzwerke auch in kleinen Betrieben, Arztpraxen oder Büros zur standardmäßigen Ausstattung. Selbst private Hausnetzwerke sind heute keine Seltenheit mehr. Ethernet heißt das Zauberwort für die digitale Vernetzung und wir erklären Ihnen gerne, was damit gemeint ist.
Damit Computer über ein Verbindungskabel miteinander kommunizieren und Daten austauschen können, müssen die Voraussetzungen und Vorgehensweise genau definiert sein. Zu diesen konkreten Vorgaben zählen aber nicht nur die Art der Übertragungssignale, die Formate der Datenpakete (Frames) und die einzuhaltenden Verbindungs-Protokolle.
Auch die Kabelspezifikationen und die Bauform der Stecker sind für einen Verbindungsaufbau genau festgelegt. Wie bereits im Eingangstext erwähnt, entstand der Wunsch nach Vernetzung zeitgleich mit dem Aufkommen der digitalen Datenverarbeitung. Deshalb ist es auch kein Wunder, dass die erste Version der als Ethernet-Standard bezeichneten Spezifizierung aus dem Jahr 1980 stammt. Entwickelt wurde der Standard vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), dem engagierte Ingenieure und Ingenieurinnen der Elektronik und Elektrotechnik angehören. Ursprünglich aus Amerika stammend, hat der Berufsverband mittlerweile mehrere 100tausend Aktive, die aus über 160 Ländern stammen. Der Ethernet-Standard für kabelgebundene und lokal begrenzte Netzwerke ist in der IEEE-Norm 802.3 genau definiert.
Dieser Standard wurde der aktuellen technischen Entwicklung und dem tatsächlich benötigten Bedarf an Übertragungsgeschwindigkeit immer wieder neu angepasst. Das sieht man am deutlichsten bei den Übertragungsraten. Während in den Anfängen lediglich 10 Mbit/s über Koaxialkabel (RG58) möglich waren, sind bei Verwendung von Glasfaserkabeln mittlerweile Übertragungsraten von bis zu 400 Gigabit/s (gbit) spezifiziert. Allerdings wird dieser theoretische Wert in der Praxis noch nicht erreicht. Aktuell liegen die maximalen Übertragungsraten bei rund 100 Gigabit/s (gbit). Unabhängig davon hat sich Ethernet als globaler Standard für ein kabelgebundenes Netzwerk etabliert, in dem Computer, Server, Drucker, Geräte und Maschinen miteinander kommunizieren können.
Die Abkürzung LAN steht für Local Area Network und beschreibt ein räumlich begrenztes Netzwerk. Im einfachsten Fall können das zwei, miteinander verbundene Computer sein. Die Verbindung erfolgt über ein spezielles LAN-Kabel, über das die Daten ausgetauscht werden. Neben Computern oder Laptops können weitere Peripheriegeräte, wie Speichergeräte oder Drucker, in das Netzwerk eingebunden werden. Dies bietet den Vorteil, dass alle Teilnehmer im LAN, bei entsprechender Freigabe, auf die Peripheriegeräte zugreifen können.
So gesehen beschreibt der Begriff LAN lediglich ein örtlich begrenztes Netzwerk und über Ethernet werden die Voraussetzungen für die Verbindungen und den Datenaustausch definiert.
Im Arbeitsalltag werden die beiden Begriffe LAN und Ethernet aber oftmals gleichbedeutend verwendet.
Da in der Ethernet-Spezifikation auch die Verbindungskabel definiert sind, handelt es sich bei einem Kabel für den Netzwerkanschluss um ein Ethernet-Kabel. In den meisten Fällen werden die Leitungen aber als LAN-Kabel bezeichnet.
Die Bezeichnung WLAN steht für Wireless Local Area Network und beschreibt ein Netzwerk, das wie bei LAN örtlich begrenzt ist, aber die Teilnehmer bzw. die Peripheriegeräte drahtlos ins Netzwerk eingebunden sind.
Ebenso wie LAN, hat auch WLAN mit der Norm IEEE 802.11 eine eigene Spezifikation, wobei WLAN die Ethernet-Funktionen mit unterstützt.
Deswegen werden in vielen Heimnetzwerken sowohl kabelgebundene LAN-Verbindungen als auch drahtlose WLAN-Verbindungen genutzt. Selbst der gleichzeitige Mischbetrieb beider Technologien ist möglich.
Die beigefügte Abbildung zeigt einen klassischen WLAN-Router für kleine Netzwerke, der an der Rückseite u.a. 4 LAN-Ausgänge und zwei Buchsen für WLAN-Antennen aufweist.
Physikalischer Aufbau
In den Anfangszeiten basierte ein lokales Ethernet-Netzwerk auf einem Bus-System, bei dem alle Teilnehmer über einen T-Verteiler an der gleichen Koaxial-Leitung angeschlossen waren. An den beiden Enden der Leitung wurde ein Abschlusswiderstand (R) eingesetzt.
Da es nur einen Übertragungskanal gab, der von allen Teilnehmern genutzt wurde, musste die Datenübertragung nach dem LBT-Prinzip (Listen Before Talk) erfolgen.
Der Durchbruch von Ethernet im LAN kam, als die Netzwerk-Topologie von Bus auf Stern, also von Shared- auf Switched-Media, umgestellt wurde. Demzufolge muss auch der physikalische Aufbau eines Ethernet-Netzwerks sternförmig erfolgen. Jedem Gerät, das im LAN eingebunden werden soll, wird dabei eine stets gleichbleibende MAC-Adresse zugeordnet. Wobei MAC für Media Access Control steht und nicht die allseits bekannten Apple-Computer bezeichnet.
In einem zu übertragenden Datenpaket (Frame) werden dann, ebenso wie bei der klassischen Briefzustellung mit der Post, die MAC-Adresse des Empfängers und die MAC-Adresse des Absenders mit übermittelt. Im Gegensatz dazu ist die IP-Adresse, die zum Surfen im Internet gedacht ist, temporär und wird somit nur für einen bestimmten Zeitraum an ein Netzwerk-Gerät vergeben.
Hub, Switch und Router
Als zentraler Knotenpunkt im sternförmigen LAN kann entweder ein Hub, ein Switch oder ein LAN-Router dienen. Um entscheiden zu können, welches System für den Knotenpunkt erforderlich ist, muss man die jeweiligen Funktionsweisen kennen.
Ethernet-Hub
Ein Ethernet-Hub ist im Prinzip einen simpel aufgebauten Verteiler mit mehreren Anschlüssen (Ports). Da ein Hub keine Auswertung der MAC-Adressen durchführt, werden die über einen Port eingehenden Signale einfach an alle zur Verfügung stehenden Ausgänge weitergeleitet. Dies kann im schlimmsten Fall zu umfangreichen Datenkollisionen führen, wodurch sich die Netzwerk-Antwortzeiten unnötig verlängern.
Ethernet-Switch
Ein Ethernet-Switch ist auch ein Verteiler, der aber wesentlich cleverer agiert. Denn ein Switch kennt bei jedem Port die MAC-Adresse des angeschlossenen Gerätes. Darum leitet er eingehende Frames nur an den Port weiter, an dem auch der für die Daten vorgesehene Empfänger angeschlossen ist. Die Datenübertragung der Ethernet-Verbindung wird dadurch wesentlich sicherer und schneller.
LAN-Router
Ein LAN-Router dient in erster Linie dazu, den Datenverkehr zwischen unterschiedlichen Netzwerken zu ermöglichen. Dazu haben Router meist einen WAN-Anschluss (Wide Area Network) bzw. einen DSL-Anschluss als zentralen Zugang zum Internet. Sehr oft sind in diesen DSL-Router noch ein Switch und WLAN-Komponenten integriert. Somit können kabelgebundene Netzwerkteilnehmer direkt angeschlossen oder über WLAN drahtlos eingebunden werden.
Alle Netzwerkteilnehmer können nach der korrekten Netzwerkeinrichtung untereinander Daten austauschen oder auch im Internet surfen. Zudem können an den Routern oft noch schnurgebundene Telefone angeschlossen oder DECT-Mobilteile angemeldet werden.
In den meisten Fällen dient ein Ethernet-Netzwerk nicht nur dazu, einen Datenaustausch der einzelnen Rechner untereinander zu ermöglichen.
Sehr oft werden in Firmen, in Büros oder auch im Privatbereich diverse Tools und Programme genutzt, die einen Zugriff auf das Internet erforderlich machen.
In diesem Fall stellt ein Router den zentralen Knotenpunkt oder das Gateway des Netzwerkes dar. Der DSL-Anschluss des Routers ist für alle Teilnehmer im Netzwerk die zentrale Schnittstelle zum Internet. Die Netzwerkgeräte können ganz nach Bedarf per WLAN oder LAN eingebunden bzw. angeschlossen werden.
Sollte die Anzahl der LAN-Ausgänge am Router nicht ausreichend sein, besteht die Möglichkeit, mit einem geeigneten Switch das LAN auf die erforderliche Anzahl von Teilnehmern zu erweitern
Installation der Netzwerkleitungen
Klassische Netzwerkkabel mit verdrillten Leitungen sind aufgrund ihrer technischen Leistungsmerkmale in die Kategorien C1 bis C8, inkl. Erweiterungs-Buchstaben, eingeteilt. Allerdings sollten Kabel vom Typ C1 bis C4 nicht mehr verwendet werden, da bei diesen Leitungen die Datenrate zu gering ist.
Ob eine CAT 5-Leitung ausreichend ist oder lieber ein Kabel der Kategorie CAT 5e, CAT 6 oder höher genommen werden sollte, hängt von vielen Faktoren ab. Dazu zählen neben der aktuellen Datenrate auch die Länge der benötigten Leitung, eventuell vorhandene elektrische Störeinflüsse und ein möglicher Ausbau des Netzwerkes mit der damit verbundenen Steigerungen der Geschwindigkeit.
Unser Praxistipp: Die richtigen Netzwerkleitungen auswählen
Die Verlegung und der Anschluss von fest installierten Netzwerkleitungen sind aufwändig, zeitraubend und kostenintensiv. Darum sollte hier nicht bei der Materialqualität gespart werden. Denn wenn hochwertige Leitungen verlegt wurden, ist das Netzwerk für die Zukunft bestens gerüstet und verkraftet auch größere Anhebungen der Geschwindigkeiten bei der Übertragung von Daten.
Installation der Netzwerkanschlüsse
Nach dem Verlegen müssen die Netzwerkleitungen mit Netzwerksteckern (RJ45) versehen werden. Die Stecker sollten die gleiche Kategorie (z.B. CAT6e) aufweisen, wie die verwendeten Kabel.
Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, an den Kabelenden auch Einbaumodule oder Netzwerkdosen zu installieren. Die Verbindung zum Endgerät (Notebook, PC oder Drucker) erfolgt dann über ein konfektioniertes Patchkabel.
Die korrekte Vorgehensweise beim Anschluss von Netzwerkdosen haben wir in unserem Ratgeber Netzwerkdosen patchen genau beschrieben.
Nachdem die elektrischen Verbindungen alle hergestellt wurden, müssen die Rechner entsprechend konfiguriert werden, damit sie im lokalen Netzwerk sichtbar sind. Das ist einerseits lästig, wenn es nicht Plug `n` Play funktioniert, bietet aber andererseits die Möglichkeit, das Netzwerk individuell auf die persönlichen Belange der Teilnehmer einzustellen.
Über die Freigabe-Einstellungen können Netzwerk-Administratoren zudem genau definieren, wer auf welche Inhalte und Funktionen Zugriff hat. Das alles klingt im ersten Moment recht kompliziert, ist aber dann doch überschaubar, wenn man sich mit dem Thema beschäftigt. Zudem lassen sich im Internet einige gut gemachte Videos finden, die eine Netzwerkkonfiguration leicht verständlich erklären.
Ethernet über LAN oder WLAN - was ist schneller?
Der Installationsaufwand bei einem kabelgebundenen LAN ist deutlich höher als bei der drahtlosen WLAN-Variante. Dafür können höhere Geschwindigkeiten bei der Datenübertragung erreicht werden und das Netz ist, falls kein Router verwendet wird, von außen nicht erreichbar. WLAN hat keinen großen Installationsaufwand, allerdings können örtliche Gegebenheiten die Reichweite und Zuverlässigkeit drastisch verschlechtern. Zudem ist es systembedingt langsamer als ein schnelles LAN.
Welche Vorteile bietet Ethernet im Heimnetz?
Speziell bei kleinen Firmen-Netzwerken oder im privaten Bereich ist ein Ethernet Netzwerk perfekt. Es lässt sich mit überschaubarem Aufwand und geringen Kosten einrichten und betreiben. Die für die Vernetzung und den Datenaustausch erforderliche Software ist in den Betriebssystemen bereits enthalten. Selbst die Integration von Multimedia-Systemen ins Netzwerk ist möglich und erspart bei Fernsehern den Antennenanschluss oder einen SAT-Receiver. Die erforderlichen Admin-Aufgaben können leicht von jeder Person übernommen werden, die fundierte Kenntnisse im Bereich Netzwerktechnik und Betriebssysteme hat.
Wie verbinde ich mich mit Ethernet?
Netzwerkfähige Computer, Drucker oder Speicherstationen sind bereits ab Werk mit einem Netzwerkanschluss für RJ45-Stecker ausgestattet. Sollte dies nicht der Fall sein, können bei PCs Netzwerk-Steckkarten nachgerüstet werden. Alternativ dazu gibt es auch USB-Ethernet-Adapter. Der Anschluss an der Netzwerkdose erfolgt dann über ein konfektioniertes Ethernet-Kabel (Pachkabel). Zum Schluss müssen im Computer die Netzwerkeinstellungen noch konfiguriert werden.
Wo wird Ethernet verwendet?
Ethernet findet globale Anwendung und definiert die genauen Spezifikationen für den erfolgreichen Datenaustausch in einem örtlich begrenzten und kabelgebundenen Netzwerk (LAN).
Was ist der Unterschied zwischen Industrial Ethernet und Ethernet?
Wie der Name schon sagt, wird Industrial Ethernet vorzugsweise in der Industrie und in der Produktion verwendet. Somit stellt Industrial Ethernet den Nachfolger des klassischen Feldbus-Systems dar. Dazu müssen die verwendeten Geräte, Kabel und Steckverbindungen den deutlich höheren Belastungen durch Temperatur, Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen und Funkstörungen standhalten. Aber auch die Protokolle sind bei Ethernet und Industrial Ethernet unterschiedlich. Denn in der automatisierten Fertigung müssen aktuelle Produktionsdaten zu einem exakt definierten Zeitpunkt übermittelt werden, um den weiteren Fertigungsablauf effektiv steuern zu können. Gängige Protokolle sind Profinet, Modbus TCP, Ethercat, Ethernet/IP, CC Link IE, Sercos III oder Powerlink.