3.4 Ethernet-Technologien

MAC bleibt, PHY wechselt

Ethernet trennt die gemeinsame MAC-Funktion von der konkreten physischen Übertragung. Oberhalb der PHY-Varianten können deshalb grundsätzlich dieselben Ethernet-Frames transportiert werden. Eine Migration auf eine höhere Datenrate erfordert nicht automatisch ein neues Netzwerkprotokoll, wohl aber passende Ports, Transceiver und Übertragungsstrecken.

Eine vollständige Bezeichnung wie 1000BASE-T oder 10GBASE-SR benennt eine konkrete physische Variante. Die Lernseite 3.3 erklärt das Namensschema. Für die Praxis reicht die Datenrate allein nicht: Zwei 10-Gbit/s-Schnittstellen verbinden sich nur, wenn ihre PHYs, Medien und gegebenenfalls Wellenlängen zueinander passen.

Historische 10-Mbit/s-Varianten

10BASE5 und 10BASE2 verwendeten ein gemeinsam genutztes 50-Ohm-Koaxialkabel in Bustopologie. Beide Kabelenden mussten korrekt terminiert sein. Ein Leitungsbruch, ein fehlender Abschluss oder eine fehlerhafte Abzweigung konnte das gesamte Segment beeinträchtigen. Die alten Grenzen erklären, warum Ethernet ursprünglich eng mit Kollisionsdomänen und CSMA/CD verbunden war.

10BASE-T verlegte die Teilnehmerleitungen sternförmig zu einem Hub oder später zu einem Switch. Die maximale Linklänge beträgt im üblichen strukturierten Kanal 100 m. Die logische Wirkung hing vom Zentralgerät ab: Ein Hub ließ die gemeinsame Kollisionsdomäne bestehen, ein Switch trennte sie in einzelne Links.

• Die historische 5-4-3-Regel bezog sich auf bestimmte repeatergekoppelte Halbduplex-Netze und ist keine Planungsregel für moderne Switch-Netze.
• AUI bezeichnete die Verbindung zwischen MAC und externem Transceiver, nicht die heute übliche Anschlussform eines Endgeräts.
• 10BASE5 und 10BASE2 werden nicht mehr für Neuinstallationen geplant.

Twisted-Pair-Ethernet heute

100BASE-TX nutzt zwei Aderpaare: eines für jede Richtung. 1000BASE-T, 2.5GBASE-T, 5GBASE-T und 10GBASE-T übertragen dagegen gleichzeitig in beiden Richtungen über alle vier Paare. Echo- und Übersprechkompensation trennen die überlagerten Signale. Die vereinfachte Aussage „250 Mbit/s je Paar“ beschreibt bei 1000BASE-T zwar die rechnerische Gesamtrate, aber nicht vier unabhängige Einwegkanäle.

Die 100-m-Grenze bezieht sich bei strukturierter Verkabelung gewöhnlich auf einen 90-m-Permanent-Link plus Anschluss- und Rangierkabel. Höhere Datenraten stellen strengere Anforderungen an Kategorie, Installation, Bündelung und Übersprechen. 2.5GBASE-T und 5GBASE-T wurden unter anderem geschaffen, um vorhandene Verkabelung besser auszunutzen; die tatsächliche Eignung muss dennoch geprüft werden.

Fast Ethernet und Gigabit-Ethernet

100BASE-TX wurde zur prägenden Fast-Ethernet-Variante auf Kupfer. 100BASE-FX stellte eine optische Alternative bereit. Mehrere andere damalige Varianten wie 100BASE-T4 setzten sich langfristig nicht durch. Bei einer Bestandsaufnahme ist deshalb die exakte Bezeichnung wichtiger als nur der Begriff Fast Ethernet.

Gigabit-Ethernet brachte 1000BASE-T für Twisted Pair sowie 1000BASE-SX und 1000BASE-LX für Lichtwellenleiter. Die in älteren Darstellungen anzutreffende Bezeichnung „1000BASE-FX“ ist keine reguläre Gigabit-Ethernet-PHY. FX gehört zur 100-Mbit/s-Familie; für Gigabit über Glasfaser werden unter anderem SX und LX unterschieden.

10 Gigabit und Multi-Gigabit

10-Gigabit-Ethernet wurde von Beginn an für Vollduplex-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen entwickelt. 10GBASE-T bietet 10 Gbit/s über vier Twisted-Pair-Aderpaare. 10GBASE-SR ist für kurze Multimodestrecken, 10GBASE-LR für längere Singlemodestrecken vorgesehen. Direct-Attach-Kabel mit passenden steckbaren Modulen werden für kurze Verbindungen im Rack genutzt.

2.5GBASE-T und 5GBASE-T schließen die Lücke zwischen 1 und 10 Gbit/s auf Twisted Pair. Sie sind besonders bei Access Points sinnvoll, deren Funkkapazität einen einzelnen Gigabit-Link überschreiten kann. Port, Gegenstelle und Verkabelung müssen dieselbe Geschwindigkeit unterstützen; ein „10G“-SFP+-Steckplatz unterstützt nicht automatisch jede BASE-T- oder optische Variante.

Schnelle Ethernet-Varianten im Rechenzentrum

Ab 25 Gbit/s wächst die Zahl der Varianten stark. Datenraten können über eine oder mehrere elektrische beziehungsweise optische Lanes transportiert werden. Kennungen wie SR, DR, FR und LR stehen für unterschiedliche Reichweiten- und Medienziele; Zusätze wie „4“ oder „8“ können die Anzahl paralleler Lanes beziehungsweise Faserpaare kennzeichnen. Die vollständige Modul- und Portdokumentation bleibt maßgeblich.

IEEE 802.3 umfasst inzwischen standardisierte 400- und 800-Gbit/s-Varianten. Weitere Projekte bearbeiten unter anderem 1,6 Tbit/s. Diese Geschwindigkeiten ändern das Ethernet-Frameformat nicht zu einem völlig neuen Protokoll, erhöhen aber die Anforderungen an FEC, Signalintegrität, Optik, Leistungsaufnahme und Kühlung.

Die passende Ethernet-Technik auswählen

Es gibt nicht die eine beste Ethernet-Variante. Kupfer-BASE-T lässt sich bequem an strukturierter Gebäudeverkabelung nutzen und kann Endgeräte per PoE versorgen. Direct Attach ist auf kurzen Rackstrecken kompakt und energieeffizient. Multimodefaser ist für viele kurze bis mittlere Rechenzentrums- und Gebäudestrecken geeignet. Singlemodefaser bietet große Reichweiten und eine langfristig flexible Infrastruktur, erfordert aber passende Optiken und ein sauberes Budget.

Typische Verwechslungen vermeiden

• 1000BASE-FX ist keine reguläre Gigabit-PHY: 100BASE-FX, 1000BASE-SX und 1000BASE-LX auseinanderhalten.
• RJ45 ist die verbreitete Umgangsbezeichnung; der modulare Steckverbinder einer strukturierten Ethernet-Verkabelung wird technisch häufig als 8P8C bezeichnet.
• Ein SFP-, SFP+- oder QSFP-Steckplatz beschreibt zunächst die Modulform. Unterstützte Datenraten und PHYs ergeben sich aus Port- und Modulhandbuch.
• Gleiche Datenrate bedeutet nicht automatisch Kompatibilität: 10GBASE-T, 10GBASE-SR und 10GBASE-LR verwenden unterschiedliche Medien und PHYs.
• Reichweiten sind Maximalwerte unter definierten Bedingungen, keine Garantie für beliebige Kabel, Faserklassen, Spleiße oder Steckverbindungen.
• Die Kabelkategorie allein genügt nicht: Installation, Komponenten, Länge und Messwerte bestimmen die Eignung des gesamten Kanals.