Festlegungen des Internets und Ethernet

Was ist Internet

Internet ist ein Begriff aus dem Englischen „interconnected network“ und bedeutet übersetzt so viel wie „das Netz“. Das Internet ist also ein weltweites Netzwerk, das aus vielen einzelnen Rechnernetzwerken zusammengesetzt ist und dem Austausch von Datenpaketen dient. Dabei kann prinzipiell jeder Rechner mit jedem anderen verbunden werden. Daten werden über festgelegte Internetprotokolle ausgetauscht. Zu den meist genutzten Internetdiensten gehören die Nutzung von Email, Usenet, Dateiübertragung, WWW, Telefonie, Radio und Fernsehen. Wichtig ist es, diesen eigentlichen Begriff des Internets von dem umgangssprachlich benutzten Begriff abzugrenzen, der sich meist nur auf das world wide web bezieht. Schon ende der 60er Jahre betonten Mitarbeiter der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), dass es von ausschlaggebender Bedeutung sein kann, offene Netzwerke für den ungehinderten Datenaustausch zur Verfügung zu stellen. 1969 wurden die ersten TCP/IP-Protokolle definiert, welche die Vernetzung von einzelnen Netzwerken untereinander beschreiben und zunächst vor allem zur Forschung und Entwicklung beitragen sollten. Heutzutage gibt es in der Tat keine Hochschulen oder andere Forschungsinstanzen mehr, die nicht über das Internet mit der Welt verbunden sind. Die TCP/IP-Protokolle sind heute in fast allen Betriebssystemen implementierbar. Vom Internet abzugrenzen ist das Intranet. Intranet bezeichnet ein lokales Datennetz, zum Beispiel in einer einzelnen Firma.

Festlegungen des Internets

Wichtig ist heute vor allem die IETF, die für die Entwicklung und Verbesserung von kurz- und mittelfristigen Internet-Protokollen verantwortlich ist. Diese Protokolle betreffen die Bereiche Applikationen, Host- und Benutzerservices, Internet, Service, Routing, Adressing, Security und Netzwerk-Management. Die IETF legt dabei die Grundlagen für das IAB (Internet Architecture Board). Das IAB beschäftigt sich mit der Koordination von Planung, Aufbau und Management des gesamten Internets. Entscheidungen, die hier getroffen werden, werden in den sogenannten RFCs (Request for Comments) dargelegt. Hier sind auch Spezifikationen der einzelnen Internetprotokolle zu finden, wobei sich aber die grundlegenden Protokolle eigentlich als Standard-Protokolle durchgesetzt haben. Die RFCs sind im Internet frei zugänglich. Die IAB spricht für jedes Protokoll eine Nutzungs-Empfehlung aus. Es werden folgende Kennzeichnungen unterschieden:

  • Required: dieses Protokoll muss unterstützt werden
  • Recommended: dieses Protokoll sollte unterstützt werden
  • Elective: es darf frei entschieden werden, ob diese Protokoll implementiert wird
  • Limited Use: dieses Protokoll ist nicht offiziell freigegeben und nur bestimmten Testgruppen ist die Nutzung erlaubt
  • Not Recommended: dieses Protokoll sollte nicht genutzt werden

Was ist Ethernet?

Ethernet ist eine Technologie, die die an lokale Datennetze gebundenen Software- und Hardwarekomponenten spezifiziert. Es ermöglicht den Datenaustausch mittels sogenannter Datenpakete zwischen allen Geräten, die über ein lokales Netz miteinander verbunden sind. In der klassischen Ausführung ist Ethernet auf nur ein Gebäude beschränkt. Ethernet wurde erst ab 1990 zum meist genutzten LAN-Technik und hat seitdem andere Standards - wie zum Beispiel den Token Ring - fast vollständig verdrängt. Ethernet bildet oft die Grundlage für bestimmte Netzwerkprotokolle, zum Beispiel für AppleTalk, DECnet und auch für TCP/IP.

Festlegungen von Ethernet

Ethernet wurde bereits 1980 von den drei Firmen Digital Equipment Corporation (DEC), INTEL und Xerox als Spezifikation der Netzwerkarchitektur CSMA/CD vermarktet. Ein Koaxial-Buskabel dient als Übertragungsmedium und ermöglicht Datenraten von bis zu 10 Mbit/s. Diese Architektur wurde durch das IEEE-Gremium weiterentwickelt und wenig später wurde die Norm IEEE 802.3 zur ISO-Norm erklärt. Diese ist heute mit dem Begriff des Ethernets gemeint.

Das Zugriffsverfahren

Alle Teilnehmer des Ethernets werden mit einem Transceiver – einer Kombination aus Transmitter und Receiver – an das Buskabel angeschlossen. Eine Station kann dabei immer nur dann ein Signal senden, wenn gerade keine andere Station den Übertragungsweg beansprucht. Kommt es dazu, dass zwei oder mehr Stationen gleichzeitig Daten senden, weil sie das Buskabel als frei betrachten, kommt es zur Kollision der Nachrichtenblöcke. Wird eine solche Kollision bemerkt, wird die Datenübertragung beendet und eine sogenannte Jamsequenz ausgesandt. Diese dient dazu, dass auch wirklich alle beteiligten Stationen die Kollision bemerken und die Datenübertragung abbrechen. Nach einer stationsspezifischen Wartezeit kommt es zum erneuten Sendeversuch. Erst nach 16 erfolglosen Sendeversuchen kommt es zur Fehlermeldung. Dieser seltene Fall tritt eigentlich nur dann auf, wenn Hardwareprobleme vorliegen. Ist die Zieladresse identisch mit der eigenen Hardwareadresse wird der entsprechende Nachrichtenblock einfach kopiert.

Komponenten bei der Übertragung

Die Slot Time bezeichnet die Dauer, die ein Signal für den Weg durch die maximale Netzkonfiguration hindurch und zurück zum Ausgangspunkt benötigt. Sie legt die minimale Blocklänge fest und die Zeit, die nach einer Kollision gewartet werden muss, bevor die nächste Übertragung gestartet wird. Die minimale Blocklänge bei Profinet beträgt 64 Byte, kürzere Datenblöcke werden gar nicht erst als gültig angesehen. Die maximale Blocklänge ist auf 1518 Byte festgelegt, damit der Bus nicht zu lange durch einen einzelnen Teilnehmer blockiert werden kann. Zwischen zwei Datenblöcken muss ein zeitlicher Mindestabstand eingehalten werden, das sogenannte Interframe Spacing, damit zwei unterschiedliche Datenblöcke nicht als ein einziger interpretiert werden.

Signalcodierung

Es werden Signale nach der Art der Bit-Übertragung unterschieden:

  1. Fast Ethernet
    Dieses wird bei Profinet IO ausschließlich genutzt. Hierbei wird die Signalcodierung dadurch optimiert, dass immer vier Bits zu einem Symbol zusammengefasst werden. Das ermöglicht zum Beispiel die gleichzeitige Übertragung von Elementen zu Steuerungszwecken und der Übertragungskontrolle.
  2. Gigabit Ethernet
    Hier wird für jedes Byte ein 10 Bit Wert gesendet. Das ermöglicht die Rückgewinnung des Übertragungstaktes, Bitfehler sind detektierbar und eine DC-Kompensation ist möglich.