Ethernet

Kabel haben Kategorien (Cat), die auf dem Kabel aufgedruckt sind:

• Cat 5e: Standard (bis 1 Gbit/s). Reicht für alles zu Hause.
• Cat 6 / Cat 7: Dicker und besser abgeschirmt (bis 10 Gbit/s). Für die Zukunft.

Egal welche Kategorie: Der Stecker ist immer gleich. Du kannst ein uraltes Kabel in einen neuen PC stecken, es funktioniert (nur halt langsamer).

1. MAC-Adresse

Ethernet nutzt keine IP-Adressen zur Zustellung, sondern MAC-Adressen (Media Access Control). Jede Netzwerkkarte der Welt hat eine einzigartige Hardware-Adresse (z. B. 00:1A:2B:3C:4D:5E), die eingebrannt ist. Im lokalen LAN ruft der PC: "Hey, wer hat die MAC ...5E?" und schickt das Paket direkt dorthin (OSI Layer 2).

2. CSMA/CD

Früher (als alle an einem langen Kabel hingen) gab es ein Problem: Wenn zwei gleichzeitig senden, kollidieren die Daten. Ethernet erfand CSMA/CD: "Hör mal kurz rein (Carrier Sense). Spricht gerade keiner? Dann sende. Mist, Kollision (Collision Detection)? Dann warte eine zufällige Zeit und versuche es nochmal." Heute übernehmen Switches diese Regelung, sodass Kollisionen kaum noch passieren.

1. Baseband Line Coding (PAM-5)

Wie exakt reist die 1 oder 0 über Kupfer? Bei simplem "Strom an = 1, Strom aus = 0" brauchte man bei 1 Gbit/s Kabel, die in 1 GHz Frequenzen funken – massives Problem mit Interferenzen (Crosstalk) beim Kupfer. Gigabit Ethernet (1000BASE-T) wendet den Trick PAM-5 (Pulse Amplitude Modulation) an. Auf allen 4 verdrillten Adern-Paaren gleichzeitig (Full-Duplex) schickt der Sender nicht an/aus, sondern er sendet Elektrizität auf fünf verschiedenen Spannungspegeln (z.B. -1V, -0.5V, 0V, 0.5V, 1V). Ein Signal-Puls transportiert also auf einen Schlag 2 Bits, was die physikalisch benötigte Taktfrequenz im Kabel auf relaxte 125 MHz senkt (erlaubt 100 Meter Reichweite auf schlechtem Cat5e-Standard).

2. Auto-MDIX und Crossover

Früher war der Hub/Switch der Boss und der PC der Sklave. Die Pins auf RJ45 waren fest verdrahtet: Pin 1/2 für Senden (TX), Pin 3/6 für Empfang (RX). Steckte man zwei PCs direkt zusammen, trafen Pin 1 (Senden) frontal auf Pin 1 (Senden). Kollision. Nichts ging. Man brauchte ein teures Crossover-Kabel (Adern physisch überkreuzt im Stecker). Heute hat Ethernet Auto-MDIX (Medium Dependent Interface Crossover). Der PHY-Chip der Netzwerkkarte testet kurz elektrisch, was am anderen Ende horcht, und falls er einen TX bemerkt, schaltet er per Software-Logik-Gatter seinen TX-Pin in Mikro-Sekunden intern auf einen RX-Empfänger um. Das Crossover-Kabel ist in Rente.

3. Ethernet-Frame Struktur (IEEE 802.3)

Ein Datenpaket im Kabel sieht aus wie ein Waggon.

1. Präambel: 7 Bytes voller 10101010... (Takt-Synchronisierung für den Empfängerkristall).
2. SFD (Start Frame Delimiter): 1 Byte 10101011. Schrei: "Jetzt gehts los!".
3. MAC Ziel & Quelle: 12 Bytes adressieren Hardwareshop.
4. EtherType: 2 Bytes. ("Achtung, drinnen liegt ein IPv4 Paket").
5. Payload: 46 bis 1500 Bytes (die eigentlichen Daten).
6. FCS/CRC: 4 Bytes Prüfsumme am Ende. Eine mathematische Quersumme. Stimmt sie am Ziel nicht exakt überein (weil beim Flug ein Elektron gestört wurde), verwirft die Switch-Hardware das Paket rigoros im ASIC (stille Fehlerkorrektur existiert hier nicht, das macht erst TCP im hohen Layer).