Ethernet Grundlagen
"Ethernet" wird derzeit in mehreren Leistungsklassen verwendet, abhängig von der Übertragungsrate: 10, 100, 1000 MBit/s. Das hier ausschließlich behandelte 100MBit-FastEthernet als physikalisches Übertragungsverfahren nach ISO/IEC 8802-3 ist gekennzeichnet als
- Typ 100Base-TX
- voll duplexfähig, dadurch keine Kollisionsvermeidung nach CSMA/CD nötig
- Nutzung von 2 der 4 möglichen Adernpaare: 1-2 und 3-6. Ein 4 adrig belegtes Kabel ist damit ausreichend.
- Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen 2 intelligenten Teilnehmern, die Teile des Verbindungsaufbaus durch die Anschluss-ICs dynamisch aushandeln
Der 100 Mbit/s Nutzdatenstrom wird dreimal codiert
- Kodierung 4 Bit/5 Bit (ISO9314, zur Taktrückgewinnung) ® 125 Mbit/s Bruttodatenstrom
- Kodierung NRZI (zur Frequenzreduktion, ein Pegelwechsel bedeutet 1bin) ® maximal 62,5 MHz „Zwischenfrequenz“
- Kodierung MLT-3 (zur Frequenzreduktion, 3 statt 2 Spannungszustände) ® maximal 31,25MHz Signalfrequenz auf dem Kabel. Die tatsächliche Frequenz ist vom Datenstrom abhängig und damit variabel
Unter Berücksichtignung entstehender Oberschwingungen ist eine Verbindungsperformance der Gesamtstrecke nach EN50173-1 Klasse D/Cat5 für Signale bis 100 MHz damit für FastEthernet (EtherCAT) ausreichend.
1000 MBit/ 1GBit-Ethernet arbeitet dagegen mit einer mittleren Signalfrequenz von 62.25 MHz und benötigt alle 4 Adernpaare. Prinzipiell ist eine vollbelegte Klasse-D-Strecke zur Übertragung geeignet - da bei GBit-Ethernet allerdings alle 4 Adernpaare und diese auch noch gleichzeitig bidirektional genutzt werden, wird eine Streckenzertifizierung nach den verschärften Grenzwerten (Übersprechen, Rückflussdämpfung) nach ANSI/TIA/EIA-TSB-6 (TIA Cat. 5e) empfohlen.
Verbindungsherstellung
Die einfachste Diagnose einer Ethernet-Verbindung besteht im Beobachten der Link-Anzeige an beiden Endpunkten: wird ein Ethernet-Kabel an beiden Enden mit jeweils einem Gerät verbunden, beginnen beide Endstellen durch fortlaufendes Senden/Empfangen einer speziellen Bitfolge, dem Idle-Symbol, sich zu synchronisieren bzw. die Synchronisierung aufrecht zu erhalten. Dieses Idle-Symbol besteht aus der maximal möglichen Anzahl von Pegelwechseln da 5x die "1" gesendet wird - das Senden einer "1" bedeutet im NRZI-Verfahren einen Pegelwechsel.
Damit hat ein Ethernet-Gerät ohne operativen Betrieb durch den ständigen Austausch von Idle-Symbolen ggf. einen höheren Stromverbrauch als später im normalen Datenverkehr!