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May 28, 2023

Ethernet mit 40: Von der Serviettenskizze zum Multi

Der 30. September 1980 ist der Tag, an dem Ethernet erstmals kommerziell eingeführt wurde.

Der 30. September 1980 ist der Tag, an dem Ethernet erstmals kommerziell eingeführt wurde, und zwar vor genau vierzig Jahren in diesem Jahr. Es wurde erstmals 1975 in einem von Xerox eingereichten Patent als 10-Mbit/s-Netzwerkprotokoll definiert, 1980 auf den Markt gebracht und anschließend 1983 von der IEEE als IEEE 802.3 standardisiert. In den nächsten 37 Jahren sollte dieser Standard zahlreiche Aktualisierungen und Überarbeitungen erfahren.

Zum aktuellen Ethernet-Standard gehören nicht nur die unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen von ursprünglich 10 Mbit/s bis zu den heutigen maximalen 400 Gbit/s, sondern auch die unzähligen Änderungen am Kernprotokoll, die diese immer höheren Datenraten ermöglichen, und nicht zuletzt Neuerungen Anwendungen von Ethernet wie Stromversorgung und Backplane-Routing. Die Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz von Ethernet führten 1990 zum 10BASE-T-Ethernet-Standard (802.3i-1990), der nach und nach auf Desktop-PCs implementiert wurde.

Da Ethernet heutzutage genauso präsent ist wie der mutmaßliche leuchtende Äther, nach dem es benannt wurde, scheint dies ein guter Zeitpunkt zu sein, um zu untersuchen, was Ethernet so von anderen Lösungen unterscheidet und welche Änderungen es durchlaufen musste, um mit den Anforderungen Schritt zu halten eine immer stärker vernetzte Welt.

Heutzutage sind die meisten Computer und computergestützten Geräte kaum mehr als teure Briefbeschwerer, wenn sie nicht mit dem globalen Internet verbunden sind. In den 1980er Jahren begann man gerade erst zu verstehen, was man mit einem sogenannten „lokalen Netzwerk“ oder LAN alles machen kann. Anders als in der Ära der Großrechner und Terminalsysteme in den 1960er und 1970er Jahren bestand ein LAN aus der Verbindung von Mikrocomputern (IBM-PCs, Workstations usw.), beispielsweise in einem Büro oder Labor.

Während dieses Übergangs von Sneakernet zu Ethernet würden Büronetzwerke bald Tausende von Knoten umfassen, was zur wunderbaren Welt der zentral verwalteten Büronetzwerke führen würde. Da jedes Dokument über das Netzwerk verfügbar war, schien die Welt bereit für das papierlose Büro. Obwohl dies nie der Fall war, ist die Möglichkeit, über Netzwerke (LAN und WAN) zu kommunizieren und Dateien auszutauschen, mittlerweile zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens geworden.

Was sich änderte, war die sich schnell verändernde Landschaft der Commodity-Netzwerktechnologie. Die frühe Konkurrenz von Ethernet war eine lose Sammlung kleinerer Netzwerkprotokolle. Dazu gehört auch der Token Ring von IBM. Obwohl sich in den 1980er Jahren viele Mythen über die vermuteten Schwächen von Ethernet bildeten, die in diesem Dokument (PDF) vom SIGCOMM-Symposium 1988 zusammengefasst sind, erwies sich Ethernet letztendlich als mehr als ausreichend.

Die Hauptpunkte der vermuteten Überlegenheit von Token Ring waren Determinismus anstelle des Mehrfachzugriffs mit Kollisionserkennungsansatz (CSMA/CD) von Ethernet. Dies führte zu dem hartnäckigsten Mythos, dass Ethernet die Sättigung nicht über 37 % seiner Bandbreite hinaus aufrechterhalten könne.

Aus Kostengründen dominierten in den Anfangsjahren des Ethernets dumme Hubs statt intelligenter Switches. Das bedeutete, dass die Ethernet-Adapter die Kollisionen klären mussten. Und wie jeder, der schon einmal Ethernet-Hubs verwendet hat, wahrscheinlich weiß, war das sicherste Zeichen für ein ausgelastetes Ethernet-Netzwerk ein Blick auf die „Kollisions“-LED an den Hubs. Als Ethernet-Switches erschwinglicher wurden, verschwanden Hubs schnell. Da Switches Routen zwischen zwei verschiedenen Knoten einrichten, anstatt sich bei der Lösung auf CSMA/CD zu verlassen, wurde das gesamte Kollisionsproblem verhindert, das Hubs (und damit auch Ethernet) zum Ziel vieler Witze machte, und der Mythos wurde zerstreut.

Als Ethernet begann, die Verwendung billigerer Cat. 3 (UTP) für 10BASE-T und Cat. 5(e) UTP-Kabel für 100BASE-TX (und verwandte) Standards entwickelte sich Ethernet zur dominierenden Netzwerktechnologie für alles, von Haushalten und Büros bis hin zu Industrie- und Automobilanwendungen.

Während die Liste der unter IEEE 802.3 aufgeführten Standards eher einschüchternd wirken mag, kann auf Wikipedia auch eine kürzere Liste für den Durchschnittsbürger gefunden werden. Von diesen sind diejenigen, denen man höchstwahrscheinlich schon einmal begegnet ist:

Während die Standards 5GBASE-T und 10GBASE-T bereits seit einigen Jahren im Einsatz sind, sind die 25-Gbit- und 40-Gbit-Versionen derzeit definitiv den Rechenzentren vorbehalten, wobei die Anforderung für Cat. 8 Kabel und erlaubt nur Strecken von bis zu 36 Metern. Die übrigen Standards in der Liste zielen vor allem auf Automobil- und Industrieanwendungen ab, von denen einige auch mit 100-Mbit-Anschlüssen problemlos zurechtkommen.

Dennoch kommt langsam die Zeit, in der ein ganzes Gigabit nicht mehr ausreicht, da es in einigen Teilen der Welt tatsächlich Internetverbindungen gibt, die dieser Rate entsprechen oder diese übertreffen. Wer hätte gedacht, dass ein Gigabit-LAN ​​irgendwann zum Flaschenhals für die eigene Internetverbindung werden könnte?

Im Jahr 1972 erhielten eine Handvoll Ingenieure im Palo Alto Research Center (PARC) von Xerox, darunter Robert „Bob“ Metcalfe und David Boggs, die Aufgabe, eine LAN-Technologie zu entwickeln, um der Xerox Alto-Workstation die Möglichkeit zu geben, sich mit dem zu verbinden Laserdrucker, der ebenfalls bei Xerox entwickelt wurde.

Diese neue Netzwerktechnologie müsste es ermöglichen, dass Hunderte einzelner Computer gleichzeitig verbunden werden und Daten schnell genug an den Drucker übertragen können. Während des Designprozesses nutzte Metcalfe seine Erfahrungen mit ALOHAnet, einem drahtlosen Paketdatennetzwerk, das an der Universität von Hawaii entwickelt wurde.

Das Hauptkonzept von ALOHAnet war die Verwendung eines gemeinsamen Mediums für Client-Übertragungen. Um dies zu erreichen, wurde ein Protokoll implementiert, das als „Abhören vor Senden“ zusammengefasst werden kann und später als „Carrier Sense Multiple Access“ (CSMA) bekannt wird. Dies würde nicht nur Ethernet, sondern auch WLAN und viele andere Technologien inspirieren. Im Fall von Ethernet war das oben erwähnte CSMA/CD ein integraler Bestandteil früher Ethernet-Standards.

Für das gemeinsame Medium wurden Koaxialkabel verwendet, was den Einsatz der beliebten Abschlusswiderstände am Ende jedes Kabels erforderte. Das Hinzufügen zusätzlicher Knoten erforderte die Verwendung von Abzweigungen, sodass der BNC-Anschluss der Ethernet-Netzwerkschnittstellenkarte an den Bus angeschlossen werden konnte. Diese erste Version von Ethernet wird aufgrund der verwendeten recht unhandlichen 9,5 mm dicken Koaxialkabel auch „Thicknet“ (10BASE5) genannt. Eine zweite Version (10BASE2) verwendete viel dünnere Koaxialkabel (RG-58A/U) und wurde daher liebevoll „Thinnet“ genannt.

Letztendlich war es die Verwendung ungeschirmter Twisted-Pair-Kabel, die Ethernet attraktiver machte als Token Ring. Zusammen mit günstigeren Schnittstellenkarten wurde es zu einer Selbstverständlichkeit für Leute, die ein LAN zu Hause oder im Büro haben wollten.

Wie jeder, der jemals ein 10BASE5- oder 10BASE2-Netzwerk installiert oder verwaltet hat, wahrscheinlich weiß, können Störungen am Bus oder Probleme mit einem Abgriff oder einem AWOL-Terminator einen Tag wirklich ruinieren. Es ist wohlgemerkt nicht, dass es ein glücklicher Anlass wäre, herauszufinden, wo der Token aus dem Token-Ring-Netzwerk abgelegt wurde. Obwohl der „Äther“-Teil des Ethernet als gemeinsames Medium längst durch Switch-Netzwerke ersetzt wurde, bin ich sicher, dass viele IT-Experten mit der Star-Architektur viel zufriedener sind.

So kommen wir von den sonnigen Inseln Hawaiis zu der Technologie, die unsere Heim-LANs und Rechenzentren antreibt. Vielleicht wäre etwas anderes hinzugekommen, um das zu tun, was Ethernet heute kann, aber ich persönlich bin mit dem Verlauf der Dinge recht zufrieden. Ich erinnere mich an das erste LAN, das in den späten 90er-Jahren als Kind in meinem Haus eingerichtet wurde, zunächst um meinem jüngeren Bruder und mir die gemeinsame Nutzung von Dateien zu ermöglichen (z. B. LAN-Gaming), später dann, um die Kabel-Internetverbindung gemeinsam zu nutzen. Es ermöglichte mir, mich mit der Welt von IPX/SPX, TCP/IP und vielem mehr netzwerkbezogenen Dingen vertraut zu machen, zusätzlich zu den Freuden von LAN-Partys und der Tätigkeit als Systemadministrator für die ganze Familie.

Alles Gute zum Geburtstag, Ethernet. Auf weitere vierzig innovative, revolutionäre Jahre.