Ethernet / Fast Ethernet und Gigabit Ethernet
In den Meisten Netzwerken die heute in Europa und Deutschland verwendet werden finden Sie als LAN Technologie die Ethernet Technologie vor. Wobei zu dem standardmäßigen Einsatz mittlerweile das Fast Ethernet und zum Teil auch schon das Gigabit Ethernet eingesetzt wird. Doch worin unterscheiden sich die 3 Spezifikation ?
Nun sehr vereinfacht ausgedrückt unterscheiden die 3 Spezifikationen im Groben nach den Übertragungsgeschwindigkeiten. So erreichen Sie mittels Ethernet Übertragungen von bis zu 10 Mbit/s , mit Fast Ethernet bis 100 MBit/s und bei Gigabit Ethernet Übertragungen von bis zu 10 GBit/s. Wir werden uns im folgenden mit der genauen Zugriffsverfahren von Ethernet beschäftigen. Hierbei werden Sie sehen und auch Erklärungen finden warum eine Verbindung mit einem 100 MBit/s Anschluss niemals Netto diesen Durchsatz erreicht.
Zugriffsverfahren von Ethernets
Das Zugriffsverfahren von Ethernet, Fast- und Gigabit Ethernet ist CSMA/CD. CSMA steht für Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. Beim CSMA/CD Verfahren überprüft das sendende Ethernet Gerät , das verwendete Übertragungsmedium, also das Kabel, der Bus in einem Hub oder Switch, frei ist. Sobald das Endgerät feststellt das, dass Medium frei ist werden die Daten verschickt. Da Daten allerdings immer eine Gewisse Laufzeit haben, kann es immer Vorkommen das zur selben Zeit ein anderes Endgerät auch Daten sendet. Die Folge ist das es auf den Übertragungsmedium zu einer Kollision der Daten kommt. Die Daten gehen also verloren.
Es ist wichtig das Sie verstehen was unter einer Kollision im Ethernet zu verstehen ist. Aus diesem Grund werden wir das Thema Kollision etwas vertiefen. Wie Sie gesehen haben treten Kollisionen in Ethernets auf wenn zwei Stationen gleichzeitig beginnen Daten zu senden. Bei einen Kabel bewegen sich ausgehende Signale immer in beide Richtungen. Genauso verhält es sich auch bei dem Bus eines Hubs oder Switch. Aufgrund der Eigenschaft der Beidseitigen Ausdehnung von Signalen kommt es immer wieder zu einem Zusammentreffen der Daten auf dem Übertragungsmedium. Es entsteht eine Kollision. Kollisionen sind physikalische Überlagerungen (Infernenzen) der einzelnen Signalpegel im Leiter, die zu einer Datenverfälschung oder einem völligen Verlust der Datenführen. Kollisionen breiten sich ebenso wie Datensignale nach beiden Seiten in einem Kabel aus, durch die Längenbeschränkung von Ethernets (100m) wir garantiert das auch beide Stationen die zuvor Daten gesendet haben, über die Kollisionen in Kenntnis gesetzt werden. Sobald eine Station über eine Kollision in Kenntnis gesetzt worden ist, bricht diese die Übertragung sämtlicher Datenpaket umgehend ab. Sobald die Übertragung durch eine Kollision abgebrochen worden ist wartet die Station, durch einen Zufallsmechanismus gesteuerte Zeit ab und beginnt erneut seine Daten zu senden. Eine Garantie das die gesendeten Daten nun ohne Kollision beim Empfänger ankommen gibt es hier aber nicht. Es kann also passieren das auch diese Daten mit Daten einer anderen Station Kollidieren. Wenn aber auch beim 16. Versuch die Daten nicht erfolgreich übertragen werden konnten wird die komplette Übertragung eingestellt. In der Regel wird der Benutzer in diesem Fall durch eine entsprechende Fehlermeldung darüber Informiert.
Kollision im Ethernet: Quelle: Koehler-KS
Wie sie sicher erkannt haben sind Kollisionen keine Fehlfunktionen im Ethernet, vielmehr sind es ganz normale Begleiterscheinung des CSMA/CD Verfahrens. Es ist allerdings Fakt das eine hohe Kollision im Netzwerk schnell zu Engpässen und einer erhöhten Netz last im Ethernet führen. Das Problem dabei ist das Kollidierte Daten erneut vom Sender gesendet werden müssen, was wiederrum das Netz weiter belastet. Im Extremfall kann es zu einem Zusammenbruch des gesamten Netzwerkes führen.
Beurteilung der Kollisionsanteile
Bei der Beurteilung der Anteile von Kollisionen im Netzwerk ist vor allem die Datengröße der Einzelnen Paket zu beurteilen (MTU). Kleinere Pakete kollidieren eher als größere. Bei einer Übertragung von sehr vielen kleinen Paketen, wie sie zum Beispiel im Dialogverkehr vorkommen, kann eine Auslastung von 30 % bereits u einem merklichen Kollisionsanstieg führen. Große Datenpaket, die zum Beispiel im File Transfer auftreten, können ein Netz ohne weiteres bis zu über 70 % auslasten, ohne das Kollisionen kritisch werden.
Die folgenden Richtwerte gelten für Überlastungssituationen im Ethernet bzw. Fast Ethernet:
- Spitzenlast von mehr als 40 % Ethernet oder 80 % Fast Ethernet
- Durchschnittliche Netz Last von mehr als 20 % Ethernet und 50 % Fast Ethernet.
- Kollisionsrate von mehr als 10 % (Ethernet und Fast Ethernet)