Networking Grundlagen: 02 Ethernet
DE-CIX
https://www.youtube.com/watch?v=PoVYEK2Q_KA

Transkript (automatisch erstellt)

0:04 Hallo und herzlich willkommen zu meinem Video aus der "Networking Basics" Serie, heute geht es um Ethernet. Ich bin Wolfgang Tremmel von der DE-CIX Academy. Wenn ihr Interesse an weiteren Videos
0:19 habt zum Thema Netzwerk, zum Thema Peering oder zum Thema DE-CIX allgemein, schaut doch einfach auf unserer Webseite vorbei die de-cix.net/academy da gibt's jede Menge Videos, Whitepapers oder
0:35 sonstiges Informationsmaterial zum anschauen oder zum downloaden. Heute wie gesagt "Networking Basics - Ethernet" auf deutsch.
0:52 Die Networking Basics Serie - beim letzten mal gings um den Protokoll Stack, wir haben allgemein über Pakete geredet, über Netze, wie Daten in Pakete zerteilt und verschickt werden, über die Ebenen
1:11 im Netzwerk, in den Netzwerkprotokollen. Heute geht es um die Netzwerk-bene 2 den Link Layer, und ganz konkret geht es heute um das Protokoll "Ethernet". Wenn man
1:23 uns mal so in unserem Rechenzentrum umschauen, auch beim DE-CIX, da stehen so riesige Geräte. Das ist ein Ethernet Device. Und wir verbinden hier hunderte von Kunden mit
1:39 Geschwindigkeiten bis zu 400 GB pro Sekunde mit Glasfaser. Und das geht über Ethernet. Aber das hier das steht bei mir daheim im Keller, das ist eine Fritz!Box, die macht auch Ethernet.
1:56 Wir haben hier vier Anschlüsse mit Kupferkabeln, und mit Geschwindigkeiten bis zu einem Gigabit pro Sekunde, auch das wie gesagt ist Ethernet. Und wenn man dann mal Netzpläne studieren und
2:12 Ethernet in Netzplänen sehen, das sieht aus wie so ein waagerechter Strich an den senkrechte Striche dran gehen. Also dieser waagrechte Strich hier das symbolisiert ein Ethernet und warum das
2:28 so ist dazu müssen wir ein bisschen in die Historie zurückgehen. Wir gehen zurück in das Jahr 1971, und wir gehen nach Hawaii und da gab es an der Universität Hawaii ein Projekt namens Aloha-Net.
2:47 Die Universität Hawaii wenn wir uns das aus der Luft anschauen, Hawaii ist über mehrere Inseln verteilt, der Campus ist über mehrere Inseln verteilt, und was die machen wollten ,
2:59 die wollten ihren Campus miteinander vernetzen. Seekabel hatten sie nicht, waren zu teuer, also baut man ein Netz auf, ein funkbasiertes Netz, ein Radio basiertes Netz um diese
3:13 vielen Campus-Sites miteinander zu vernetzen. Und das Netz funktionierte mit einem sehr einfachen Prinzip: wenn ich Daten zu senden habe dann sende ich sie einfach, und wenn ich merke,
3:28 jemand anders sendet auch zur gleichen Zeit, dann höre ich auf, und versuche es später noch mal. Hört sich sehr einfach an. Gehen wir zwei Jahre weiter, gehen wir nach Palo Alto zu Xerox, dort gab
3:44 es einen Mann namens Robert Metcalfe, und Robert Metcalfe kannte Aloha-Net, und hatte die Idee statt das ganze über Funk abzuwickeln das ganze in einem Koaxkabel zu implementieren. Das hat ein paar
4:00 Vorteile: man kann höhere Bandbreiten nutzen, es ist weniger störanfällig. Aber die ganze Idee war von Aloha-Net inspiriert, nämlich die Idee, wenn ich Daten zu senden habe, dann sende ich sie einfach.
4:14 Und wenn jemand anders sendet, dann warten beide eine zufällige Zeit und versuchen es dann noch mal. Das ganze wurde dann standardisiert in 1980, und letztendlich 1982 noch mal standardisiert als
4:32 "Ethernet 2", und seit 83 kam dann letztendlich der IEEE Standard 802.3 raus, und das ist so ziemlich das Ethernet wie wir es heute noch haben. Also 1983. Ziemlich alt. Aber wie sah
4:49 Ethernet damals aus? Jam man hat hier die sagenhafte Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde gehabt. Das hört sich nach heutigen Verhältnissen nach sehr wenig an, aber damals das war schon ordentlich,
5:05 richtig Speed, und man benutzte ein Koaxkabel, wie schon gesagt. Das Koaxkabel war ziemlich dick, so ein Zentimeter im Durchmesser, gelb, unten hier sehen wir es im Bild, und das wurde angebohrt, es
5:24 wurde wirklich mit einem Metallbohrer reingebohrt, dass die Mitte getroffen wurde, und da wurden dann die Geräte dran angeschlossen. Es gab eine Klammer für den Mantel. Also Koaxkabel hat immer so eine
5:38 Mitte und so ein Mantel. Die Mitte wurde angebohrt, da wurde gesendet, und der Mantel außenrum dient zur Abschirmung. And dieses dicke Koaxkabel das lag entweder irgendwo auf dem Fußboden oder das
5:53 hängt unter der Decke, und da waren dann nach und nach die Rechner angeschlossen und wenn man sich die Zeichnung noch mal anschaut, da sieht man hier dieses dicke Koaxkabel, dieser waagerechte Strich
6:07 ist das Koaxkabel, und so wurde das angebohrt um die Geräte anzuschließen. Das war natürlich ja, nicht sehr flexibel, mit der Zeit hat man gesagt "okay warum brauche ich so ein dickes
6:24 Kabel?", es gibt auch dünnere Kabel die die gleichen elektrischen Eigenschaften haben. Und daraufhin wurde der 10Base2 Standard entwickelt. 10Base2 arbeitete mit einem relativ
6:39 dünnen Kabel. Ja, so wie ein Fernsehkabel, so ungefähr, so dünn. Es wurde auch nicht mehr angebohrt, es hatte sogenannte BNC-Stecker. Und unten im Bild hier sehen wir so ein T-Stück:
6:54 das heißt von der rechten Seite Stecker ran, von der linken Seite ein Stecker rein, und in die Mitte ging es dann auf die Karte. Und das nannte sich auch "Cheapernet", weil es etwas billiger war ,
7:05 von von dem ganzen Materialien. Und das war so die Mitte bis später 1980er Jahre im Einsatz. Der nächste Sprung bei der Standardisierung war dann dieses Twisted Pair wie wir es auch heute noch
7:22 kennen. Und da hat man dann, statt Koaxkabel benutzt man dann Drähte, die verdrillt waren, zwei Drahtpaare (damals waren es noch zwei, heute sind es vier Drahtpaare) und das kam 1988 auf den
7:37 Markt. Das hatte Vor- und Nachteile also im Prinzip ist viele sahen es als Nachteil an, ich musste ja dann alle Geräte zu einer zentralen Stelle verkabeln. Ich konnte nicht mehr so schön quer durchs Büro
7:50 mein Koaxkabel legen alle anschließen. Hat aber den Riesenvorteil gehabt, bei dem Koax-Kabe0,l wenn da ein Gerät gestört hat war das ganze Netz down. Wenn bei so einem Twisted Pair, sternförmige
8:04 Verkabelung, ein Gerät gestört hat war nur ein Gerät down. Also hatte beides Vor- und Nachteile. Aber zu der Zeit wie Ethernet aufkam, es gab nicht nur Ethernet, es gab auch andere Standards. Wer
8:17 erinnert sich noch an Token Ring? Token Ring wurde von IBM entwickelt hatte die Geschwindigkeit von vier Megabit pro Sekunde. Das hört sich jetzt als deutlich weniger an wie bei Ethernet 10 Megabit.
8:30 aber diese 4 Megabit, das war eine garantierte Übertragungsrate. Erinnern wir uns bei Ethernet: Wenn jemand anders sendet höre ich auf und fange dann noch mal an. Und viele haben als Kritikpunkt
8:45 gesagt: Ich weiß ja nie ob ich überhaupt jemals dran komme. Hat natürlich nicht gestimmt. Was benutzen heutzutage? Wir benutzen Ethernet. Es funktioniert einfach. Aber das Hauptargument
8:57 bei den Gegnern bei den FDDI (sollte Token Ring heissen!) Befürwortern war: Ich habe eine garantierte Übertragungsrate. Und hat natürlich wenn sich hier das anschaut die Verkabelung auch den Nachteil, es musste
9:12 immer ein Ring gebaut werden, also man hat wieder dieses Kabel was überall durchläuft, und es war deutlich teurer, und es gab irgendwann auch keine Weiterentwicklung mehr, es gab noch ein "schneller
9:26 Token Ring" ich meine der hatte dann 12 Megabit pro Sekunde, ich bin jetzt nicht ganz sicher, aber Ethernet wurde auch von 10 auf 100, auf Gigabit weiterentwickelt, Token Ring, ja viele sagen
9:39 "Toter Ring" dazu, war halt irgendwann wirklich tot. Kann sein dass noch irgendwelche in irgendwelchen Industriehallen Token Ring verbaut ist, ich meine Technologie lebt immer länger als man sich
9:50 denkt, aber Token Ring war irgendwann ja nicht mehr so wirklich konkurrenzfähig. Ein weiteres Protokoll zu der Zeit was aufkam war FDDI. FDDI wollte ein paar Nachteile vom Token Ring
10:07 ausräumen, man hat nicht nur einen Ring gebaut, man hat zwei Ringe gebaut, wenn einer unterbrochen war war der andere immer noch da. FDDI basierte rein auf Glasfaser, war also eines der ersten
10:19 Netzwerke was Glasfaser voraussetzte, und hatte die sagenhafte Geschwindigkeit von 100 Megabit pro Sekunde, und man konnte diesen Doppelring bis zu 200 km groß werden lassen. Auch die
10:37 Framesize, die Rahmengröße (ich sag jetzt nicht Paketgröße weil bei Packets denkt man immer an IP) die Rahmengröße war größer als bei Ethernet, Ethernet hatte 1500 Bytes FDDI hatte 4352 Bytes.
10:55 Sehr interessante Technologie, aber auch relativ teuer, und wurde durch Gigabit Ethernet mit 1000 Megabit pro Sekunde dann, Gigabit Ethernet dann obsolet. Ja, das sind zwei der Technologien die
11:10 den Zahn der Zeit nicht überlebt haben. Kehren wir zurück zu Ethernet, lass uns noch mal über dieses "senden und aufhören" und das Radionetz ein bisschen reden. Ganz klare Kernaussage: Ethernet
11:27 ist ein Broadcast-Netzwerk bei dem alle Geräte ein geteiltes, ein shared Medium benutzen. Also man hat immer noch diesen "Radio" Gedanken: einer sendet, und alle können es hören, alle können es empfangen.
11:43 Das ist die Idee dahinter die das Koaxkabel einer sendet, alle können es hören. Ein Medium, und nur eine Station gleichzeitig kann die Daten senden. Wenn zwei Stationen
11:59 versuchen zu senden, dann hat man eine sogenannte Kollision und beide hören auf, würfeln eine Zufallszahl aus, und versuchen uns nach dieser Zufallszeit noch mal.
12:13 Und wie gesagt das war der Hauptkritikpunkt von den Befürwortern von FDDI, man weiß ja nie wann ich wirklich dran komme zum Senden. Hat aber funktioniert ja einer sendet, alle Empfangen. Und
12:30 wie verhindert man jetzt eine Überlastung bei den Empfängern? Also einer sendet, aber es ist vielleicht nur für eine Station auf dem Netz bestimmt, und gar nicht für alle. Also baut
12:44 man die Ethernet Frames entsprechend, so dass jeder Empfänger eine eindeutige 48-bit lange Adresse hat, und diese Adresse ist ganz am Anfang vom Ethernet- Frame. Also ich höre, da kommt was, ich höre eine
13:03 Adresse, aha es ist nicht meine, ich brauche gar nicht weiter für den Rest vom Frame zuzuhören. Und dieses "ich höre eine Adresse und verarbeite sie" das konnte schon von
13:16 Anfang an in der Netzwerkkarte, in der Netzwerk Hardware, passieren das heißt das hat die Haupt CPU überhaupt nicht belastet.
13:27 Und nur wenn meine eigene Adresse aufgefangen wurde, dann empfange ich das ganze Frame, und leite es an meine CPU weiter.
13:37 Von daher sieht ein Ethernet-Frame sieht so aus Wir haben am Anfang eine preamble das ist, ja
13:54 01 01 01 01 01 *11*: das heißt, aha es geht los, jetzt aufpassen! Dann kommt die Ziel Ethernet-Adresse , also ist es für mich? oder ist es für jemand anders? Dann kommt die Adresse des Absenders, dann kommt
14:15 ein Feld das sagt was habe ich da hinten für ein payload, was für Daten sind im, da dran gehängt, und dann kommt der Payload, also im Prinzip der Inhalt vom Frame, und zum Schluss kommt
14:29 noch eine Prüfsumme auch diese Idee der Prüfsumme die könnte auf der Karte schon geprüft werden, wenn die Prüfsumme falsch ist dann verwerfe ich das Frame und leite es erst gar nicht an die CPU
14:42 zur Weiterverarbeitung weiter. Adressierung in Ethernet: 48 Bit lange Adressen also 6 Oktets und das gibt 281 Trillionen möglicher Adressen das ganze wird von der IEEE gemanagt, also hat
15:04 nichts mit den ganzen IP-Protokollstacks zu tun, und wenn ich Ethernet Hardware bauen möchte, dann kaufe ich mir bei der IEEE einen Adressblock und brenne den in meine Ethernet Hardware ein.
15:21 Ja, Beispiel, wie schreibt man Ethernetadressen auf? Entweder hier so mit Doppelpunkten und Hexadezimalziffern. man kann es auch viererweise mit Punkten dazwischen aufschreiben, oder mit
15:35 Strichen getrennt, das sind alles valide Schreibweise von einer Ethernet Adresse. Die Ethernet-Adresse hat ein paar spezielle Bits, das heißt es gibt zwei Bits im ersten Oktet die eine
15:49 gesonderte Bedeutung haben, nämlich einmal ein Bit gibt an: Ist das eine globale, also eine weltweit eindeutige Adresse, oder habe ich mir die selber ausgedacht? Und das zweite Bit gibt an ob es eine
16:08 Unicast oder eine Multicast-Adresse ist. Unicast heißt ein Sender, ein Empfänger; Multicast heißt ein Sender, viele Empfänger. Es gibt noch den Spezialfall von Multicast nämlich einen
16:23 Sender *alle* Empfänger, das nennt man dann "Broadcast", und die Broadcast-Adresse besteht nur als Einsen, das heißt wenn ich als Zieladresse diese Adresse angebe dann
16:33 haben alle Stationen auf meinem Ethernet zuzuhören und das Paket zu verarbeiten. Wir hatten noch über das Feld Ethertype geredet, also was was habe ich da in dem Ethernet Frame
16:49 überhaupt drin, da gibt es ja verschiedene Möglichkeiten. Also hier die bekanntesten habe ich mal aufgeschrieben, das ist IP, oder IPv6, oder ich habe ein vlan hinten dran, über
17:01 VLAN rede ich dann im nächsten Video, und damit gebe ich an was für einen Payload-Typ habe ich. Braucht die Ethernet-Karte nicht interessieren, aber interessiert die CPU sehr wohl oder das
17:13 Betriebssystem, zur Weiterverarbeitung. Ja heutzutage, Ethernet, was haben wir im Einsatz bei uns, beim DE-CIX, was haben wir im Einsatz zu Hause? Ethernet. Also beim DE-CIX oder in großen Datacentern benutzt
17:27 man für Ethernet heutzutage normalerweise Glasfaser, und es gibt verschiedene Arten von Fasern sozusagen sogenannte Multimode oder Singlemode-Glasfasern, und die Geschwindigkeiten
17:42 die im Einsatz sind, im großen Bereich das ist Gigabits, oder 10 Gigabit, 100 Gigabit oder 400 GB. 800 GB kommt demnächst und die Verbindungen sind immer mit zwischen einem "Switch", als einem
17:59 zentralen Gerät und einem Endgerät. Zu Hause haben wir auch Ethernet, da haben wir diese Twisted Pair Kupferkabel mit Geschwindigkeiten von 100 Megabit oder einem Gigabit und auch hier
18:14 haben wir ein Switch in der Mitte mit dem, an den alle Geräte angeschlossen sind (ja gibt auch noch WiFi, wireless Ethernet aber da reden wir jetzt nicht drüber das ist ein so komplexes
18:31 Thema das würde eine eigene Serie ausmachen). Also, wir bleiben beim kabelgebundenen Ethernet. Switches, den Begriff habt ihr jetzt schon mehrfach gehört. Gehn wir noch mal ganz zurück zu dem
18:46 gelben Kabel, zu dem gelben Koaxkabel. Hier in unserer Netzwerk Zeichnung. irgendwann wurde das Koaxkabel dann durch diese Twisted Pair Punkt-zu-Punkt Verbindung abgelöst aber da konnte
19:00 man halt nicht mehr die Geräte untereinander verbinden, das heißt man braucht irgendwo ein Gerät in der Mitte in dem diese ganzen Twisted Pair Kabel eingestöpselt wurden. Und dieses Gerät nennt
19:13 man oder nannte man dann einen "Hub". Und hier sehen wir so einen Hub, der hat nichts weiter gemacht wie dieses gelbe Kabel zu ersetzen. Von der Funktion her war es wirklich, was ich auf einem Stecker
19:29 gehört habe, habe ich bei allen anderen Stecker wieder rausgepustet, also genauso wie es Koaxkabel. Aber das ist vielleicht nicht so besonders geschickt, weil es müssen ja gar nicht alle
19:43 empfangen, wenn es für irgendein Gerät nicht bestimmt ist, wenn ich weiß für welches Gerät es bestimmt ist kann ich doch schon hier in der Zentrale sagen, ich gebe es nur auf diesen
19:55 Anschluss raus. Und das war der nächste Schritt in der Entwicklung: Ein sogenannter "Switch". Der Switch lernt an welchen Anschluss welches Gerät hängt, und gibt dann nur die Frames daraus wo sie hingehören.
20:17 Das ist schon mal ein Fortschritt, das reduziert die Netzlast auf einzelnen Ports. aber jetzt kommt natürlich die Standardfrage: wenn er es noch nicht gelernt hat, was passiert denn dann? Ja dann
20:32 gibt es ein Fallback zur alten Methode: das heißt alles was er nicht gelernt hat, wo er nicht weiß wo es zu welchem Anschluss es raus muss das schiebt er wieder bei allen Anschlüssen raus.
20:44 Aber immer noch ist Ethernet ein Broadcast Medium, und wir haben immer noch ein paar Beschränkungen auf der Standardseite. Die maximale Größe von dem Payload sind immer noch 1.500 Bytes oder 1.500 Oktets.
21:01 Es gibt neue Standards mit sogenannten "Jumbo Frames" bis zu 9.000 Oktets Länge. Aber das ist nicht sehr häufig im Einsatz und wenn man das benutzt müssen es natürlich alle Geräte die
21:15 angeschlossen sind unterstützen. Wir haben immer noch 48 Bit lange Adressen, aber wir haben kein Koaxkabel mehr, wir haben Switches in der Mitte, an die die Geräte angeschlossen sind
21:32 wenn wir zurückdenken an unserer Schichtenmodell, an unser Layer Modell vom Ethernet wir sind hier auf Layer 2 unterwegs, auf dem Link Layer. Die Dateneinheiten die wir verschicken
21:48 die heißen Frames und der Link Layer ist zuständig für den Punkt zu Punkt Transfer, von einem Gerät zum nächsten. Und wie schon gesagt hatte bei der ersten Folge der Reihe,
22:02 Protokolle auf dem Link Layer hauptsächlich Ethernet, ja, und darum ging es heute. Um kurz zusammenzufassen: Ethernet ist und war ein Broadcast Medium, wir benutzen 48 Bit
22:19 lange Adressen um Geräte im Netz zu adressieren. Diese 48 Bit langen Adresse sind in die Hardware gebrannt und sind weltweit eindeutig. Wenn ich Geräte auf dem Markt bringen möchte, muss ich
22:35 so ein Block an Netzwerkadressen kaufen. Ethernet Frames haben normalerweise eine Länge von 1500 Oktets und heutzutage benutzen wir Switches um die Geräte miteinander zu verbinden.
22:54 Ja dankeschön ,das war's zum Thema Ethernet. Freut mich dass ihr zugehört habt schaut euch bitte die weiteren Videos aus der Serie, an ich bin Wolfgang Tremmel und
23:09 hier ist die DE-CIX Academy. Danke schön und tschüss bis zum nächsten Mal!