Die Ethernet Technologie spezifiziert Software- und Hardwarekomponenten für kabelgebundene lokale Netzwerke. Das Ethernet wird im Bezug auf seine lokale Nutzung auch als LAN (Local Area Network) bezeichnet und ermöglicht es Computern, Druckern und anderen Netzwerkgeräten Daten in Form von Datenpaketen auszutauschen und somit miteinander zu kommunizieren. Die Ethernet Technologie kommt vorwiegend in Gebäuden zum Einsatz und ermöglicht neben der direkten Kommunikation zwischen Netzwerkgeräten auch den Zugang zum Internet mittels der IPv4- und IPv6-Technologie.

Einordnung im OSI-Modell: Ethernet deckt die Schichten 1 (Physik) und 2 (Sicherung) ab. Auf der Sicherungsschicht werden Frames mit Quell- und Ziel-MAC-Adresse, Typfeld, Nutzdaten (typisch 1500 Byte, bei Jumbo Frames größer) und einer Prüfsumme (FCS/CRC) übertragen. Vollduplex, Autonegotiation und Flow Control (PAUSE-Frames) sind heute Standard und sorgen für effiziente, kollisionsfreie Kommunikation.

Topologien und Komponenten: Moderne LANs setzen auf Switches (statt Hubs), strukturierte Verkabelung, Patchfelder sowie Twisted-Pair-Kupfer- und Glasfaserverbindungen. Funktionen wie Link Aggregation (LACP/802.1AX), VLAN-Tagging (802.1Q), Quality of Service (802.1p) und Spanning Tree (802.1D/802.1w) erhöhen Ausfallsicherheit, Segmentierung und Priorisierung geschäftskritischer Anwendungen.

Als Transportprotokolle kommen hierbei neben IPv4 (Internet) und IPv6 (Internet) auch TCP und UDP zum Einsatz, um den lokalen Netzwerkservice zu gewährleisten. Die Grundvariante der Ethernet Technologie wurde 1976 am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt und konnte sich bis heute auf dem Markt etablieren und seine Position durch gezielte Weiterentwicklungen sogar ausbauen und festigen. Als größte Entwickler und Vorantreiber der Ethernet Technologie gelten heute die internationalen Firmen Intel, DEC sowie 3Com und Xerox, die bis heute die Entwicklung der Ethernet Technologie vorantreiben.

Ethernet Standards

Über die Jahre haben sich die Netzwerkstandards im Bereich Ethernet immer mehr dem Einsatzbereich angepasst, um auch größere Datenpakete und Speichermengen transportieren zu können. In seiner Urform konnte der Ethernet Standard bis zu 10 MBit pro Sekunde transportieren, was zur Kommunikation zwischen lokalen Netzwerkcomputern und Druckern ausreichend war. Nachdem immer mehr Bandbreite und Geschwindigkeit benötigt wurde, um selbst anspruchsvollere Aufgaben im lokalen Netzwerk bewerkstelligen zu können, wurde der Fast Ethernet Standard mit einer Übertragungsrate von bis zu 100 MBit pro Sekunde entwickelt und ins Leben gerufen.

In der heutigen Zeit, in der hochauflösendes Bild-, Ton- und Videomaterial über das lokale Netzwerk gesendet werden muss und große Datenströme aus dem Internet heruntergeladen werden, ist selbst Fast Ethernet nicht mehr schnell genug und bietet nicht die erforderliche Bandbreite und Geschwindigkeit. Als Nachfolger der Fast Ethernet Technologie wurde aus diesem Grund die Gigabit-Ethernet Technologie entwickelt, die aktuell eine Bandbreite und Geschwindigkeit von bis zu 1.000 MBit pro Sekunde ermöglicht und somit genug Bandbreite für anspruchsvolle Anwendungen und sehr große Datenpakete liefert.

Gigabit-Ethernet ist der aktuelle Standard der Ethernet Technologie und kommt auf so gut wie allen Mainboards von Heimanwender- und Firmencomputern zum Einsatz. Gerade im Business- und Enterprisebereich ist Gigabit-Ethernet nicht mehr zu ersetzen. Mittlerweile wurde der Nachfolgestandard von Gigabit-Ethernet vorgestellt. Dieser hört auf den Namen 10 GB/s Gigabit-Ethernet und ist in der Lage bis zu 10.000 MBit pro Sekunde zu übertragen. Ermöglicht wird diese enorm hohe Bandbreite und Übertragungsgeschwindigkeit durch moderne Kupfer- (z. B. 10GBASE-T) und Glasfaser-Varianten (z. B. 10GBASE-SR/LR). 10GB/s Gigabit-Ethernet könnte sich auf Grund des steigenden Bedarfs an Bandbreite gerade im Hinblick auf HD (High Definition) Material wie hochauflösende Videos zum nächsten Standard etablieren.

Wichtige Entwicklungsschritte (Auszug):

• 10 Mbit/s: 10BASE5 (Thicknet), 10BASE2 (Thinnet), 10BASE-T über Twisted Pair.
• 100 Mbit/s: 100BASE-TX (Fast Ethernet) auf Cat5/Cat5e.
• 1 Gbit/s: 1000BASE-T (Kupfer bis 100 m), 1000BASE-SX/LX (Multimode/Singlemode).
• 2,5/5 Gbit/s: 2.5GBASE-T und 5GBASE-T für bestehende Cat5e/Cat6-Verkabelung (häufig in WLAN-Backbones und Desktop-Upgrades).
• 10 Gbit/s: 10GBASE-T (Cat6a bis 100 m), 10GBASE-SR (Multimode), 10GBASE-LR (Singlemode).
• 25/40/50/100+ Gbit/s: v. a. im Rechenzentrum (25GBASE, 40GBASE, 50GBASE, 100GBASE, 200/400/800GBASE) für Spine-Leaf-Architekturen und sehr hohe Datenraten.

Ergänzende Standards: Energy Efficient Ethernet (802.3az) reduziert den Stromverbrauch, wenn keine Last anliegt. Auto-MDI/MDI-X vereinfacht die Verkabelung. Jumbo Frames erhöhen den Durchsatz in geeigneten Netzumgebungen.

Empfehlungen zur Verkabelung:

• Cat5e für 1 Gbit/s und häufig 2,5 Gbit/s.
• Cat6 für 1 Gbit/s (bis 10 Gbit/s je nach Länge und Störumgebung eingeschränkt).
• Cat6a als Standard für 10GBASE-T bis 100 m.
• Multimode-Glasfaser (OM3/OM4/OM5) für 10G/40G über mittlere Distanzen, Singlemode (OS2) für weite Strecken.

Netzwerkprotokolle

Ethernet ist seit den 1990er Jahren die am meisten verbreitete LAN-Technologie und bietet sowohl Netzwerkprotokollen als auch anderen Services die Basis, um über das Netzwerk betrieben werden zu können. Einige der bekanntesten Netzwerkprotokolle und Services, die über die Ethernet Technologie arbeiten oder diese als Grundlage verwenden, hören auf den Namen AppleTalk, DECnet, IPX/SPX oder die bekannte TCP/IP Technologie, die den Zugang zum Internet ermöglicht und Daten über den Webbrowser abruft. Alle diese Technologien, Netzwerkprotokolle und Services arbeiten in der Basis mit Ethernet Technologie.

Typische Protokolle und Dienste auf/mit Ethernet:

• Layer-2: ARP/NDP (Adressauflösung), LLDP (Geräteerkennung), STP/RSTP (Schleifenfreiheit), LACP (Bündelung), 802.1Q (VLANs), 802.1p (Priorisierung).
• Layer-3/4: IPv4/IPv6, ICMP, TCP, UDP – Basis für Web, E-Mail, VoIP, Streaming und File-Services.
• Dienste: DHCP (Adressvergabe), DNS (Namensauflösung), NTP (Zeit), Dateien und Druck (SMB/NFS), Voice/Video (RTP/SIP) auf priorisierten VLANs.

Adressierung: Geräte identifizieren sich auf Ethernet-Ebene über 48-Bit-MAC-Adressen (EUI-48). In speziellen Szenarien werden 64-Bit-Varianten (EUI-64) verwendet.

Sendeleistung und Entfernungen

Die Standardvariante des Ethernets wurde für eine maximale Entfernung von 1000 Metern innerhalb von Gebäuden ausgelegt. Durch die enorme Bandbreite der aktuellen 10 GB/s Gigabit-Ethernet Technologie sind in der Grundkonfiguration nur Übertragungen auf eine Entfernung von bis zu 26 Metern möglich. Durch eine Weiterentwicklung dieses Standards und bessere Glasfaserleitungen ist aber auch der 10 GB/s Gigabit-Ethernet Standard mittlerweile in der Lage, seine Datenpakete über eine Entfernung von bis zu 300 Metern zu transportieren.

Aktualisierte Praxiswerte (nach Medium):

• Kupfer (Twisted Pair): 10/100/1000BASE-T bis 100 m (Cat5e/Cat6), 2.5/5GBASE-T bis 100 m (Cat5e/Cat6), 10GBASE-T bis 100 m (Cat6a; Cat6 je nach Störumgebung ca. 55 m). Hochwertige Schirmung und sauberes Patchen erhöhen die Reichweite und Stabilität.
• Multimode-Glasfaser: 1GBASE-SX bis 550 m (OM2/OM3), 10GBASE-SR typ. bis 300 m (OM3) bzw. bis 400 m (OM4). Für 40/100G existieren parallele Multimode-Varianten mit angepassten Reichweiten.
• Singlemode-Glasfaser: 1GBASE-LX bis 10 km, 10GBASE-LR bis 10 km, 10GBASE-ER bis 40 km; bei 100G/200G/400G je nach Optik von einigen Kilometern bis zu Dutzenden Kilometern.

Einflussfaktoren: Kabelqualität, Stecker, elektromagnetische Störungen, Temperatur und ordentliche Erdung/Schirmung. Für stabile Verbindungen sind normgerechte Messungen und passende Komponenten entscheidend.

Power over Ethernet (PoE)

Über die Power over Ethernet Technologie können Netzwerkgeräte, die über das Ethernet betrieben werden, direkt mit Strom versorgt werden und benötigen keinen zusätzlichen Strom- oder Netzstecker für die externe Stromversorgung. Diese Technologie birgt vor allem an den Stellen und Orten große Vorteile, an denen eine Stromversorgung über eine zusätzliche Stromquelle schwer zu realisieren ist. Typische Netzwerkgeräte, die über die Power over Ethernet Technologie mit Strom versorgt werden, sind beispielsweise IP-Telefone, Überwachungskameras, kleinere Datenserver und Erweiterungshubs.

Auch viele schnurlose Datenübertragungsgeräte wie LAN- und Wireless-LAN Router sowie Bluetooth Geräte und schnurlose Network Access Points (Netzwerk Zugangspunkte) kommen in den Genuss der Power over Ethernet Technologie und können somit ohne externe Stromzufuhr arbeiten. In der Standardvariante der Power over Ethernet Technologie können Geräte mit einer maximalen Leistung von 15,4 Watt versorgt werden. Dieser Standard wurde aber bereits durch die Power over Ethernet Plus (PoE+) Technologie abgelöst und ermöglicht jetzt eine Stromversorgung von maximal 25,5 Watt pro Gerät und Netzwerkanschluss.

Aktuelle PoE-Profile (IEEE 802.3):

• PoE (802.3af): bis 15,4 W am Port (typisch bis zu 12,95 W am Endgerät).
• PoE+ (802.3at): bis 30 W am Port (typisch bis zu 25,5 W am Endgerät).
• PoE++/UPoE (802.3bt Typ 3/4): bis 60 W bzw. bis 90–100 W – für Wi-Fi 6/6E/7 Access Points, PTZ-Kameras, Thin Clients, Licht/Building-Automation.

Planungshinweise:

• Leistungsbudget: Summe aller PDs (Powered Devices) gegen das Switch-Budget kalkulieren.
• Kabel und Länge: Qualität und Querschnitt beeinflussen Verlustleistung; bis 100 m bei Twisted Pair beachten.
• Betriebsarten: Endspan (Switch liefert PoE) oder Midspan (Injektor); Speisung über Mode A/B, automatisch ausgehandelt.
• Sicherheit: Signaturerkennung (PD-Klassifizierung) schützt nicht-PoE-fähige Geräte.

Vorteile in der Praxis: zentrale Stromversorgung, weniger Netzteile, einfache Installation, Remote-Neustart (Power-Cycle) und bessere Kontrolle über verteilte Endgeräte.

Häufige Fragen und Antworten