Definition und Grundlagen:
Ethernet ist eine weit verbreitete und standardisierte (IEEE 802.3) kabelgebundene Netzwerktechnologie für lokale Datennetze (LAN – Local Area Network). Es bildet die grundlegende physikalische und Datenübertragungsebene für die meisten Computernetzwerke weltweit, einschließlich des Internets. Ethernet wurde ursprünglich in den 1970er Jahren entwickelt und hat sich seitdem kontinuierlich weiterentwickelt, um höhere Datenraten und verbesserte Leistungsmerkmale zu bieten.
Das Kernprinzip von Ethernet ist die Paket-basierte Datenübertragung: Informationen werden in kleinen Einheiten, sogenannten Frames oder Paketen, über das gemeinsame Medium (Kabel) gesendet.
Entwicklung und Datenraten:
- Shared Medium (Hubs): In den frühen Tagen teilten sich alle Geräte das gleiche Kabel, was zu Kollisionen führte (CSMA/CD-Verfahren).
- Switched Ethernet: Heute sind Switches der Standard, die dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen herstellen und Kollisionen eliminieren, was die Leistung erheblich steigert.
Ethernet hat sich über die Jahre in seinen Datenraten stark weiterentwickelt:
- Fast Ethernet (100 Mbit/s)
- Gigabit Ethernet (1 Gbit/s)
- 10 Gigabit Ethernet (10 Gbit/s)
- 40 Gigabit Ethernet, 100 Gigabit Ethernet (und darüber hinaus)
Relevanz in der Automatisierungstechnik (Industrial Ethernet):
Standard-Ethernet wurde nicht ursprünglich für die Echtzeitanforderungen und die rauen Umgebungsbedingungen der Industrie entwickelt. Daher entstanden das Industrial Ethernet, das Ethernet für industrielle Anwendungen erweitert.
Industrial Ethernet-Protokolle (z.B. PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP) basieren auf dem physikalischen Layer von Ethernet, fügen aber spezielle Mechanismen hinzu, um:
- Echtzeitfähigkeit: Deterministische und zeitsensitive Kommunikation zu gewährleisten.
- Robustheit: Für raue Industrieumgebungen (Temperatur, Vibration, EMV).
- Sicherheit: Spezielle Cybersecurity-Maßnahmen.
Standard-Ethernet wird aber auch direkt in der Automatisierung genutzt, z.B. für:
- Kommunikation zwischen SPSen, HMI/SCADA-Systemen und übergeordneten IT-Systemen.
- Anbindung von Edge-Geräten und Cloud-Lösungen.
- Büro- und Administrativnetzwerke in Fabriken.
Ethernet ist die Basis für die Konvergenz von IT und OT und ein zentraler Treiber für Industrie 4.0.
→ Siehe auch: Industrial Ethernet, TCP/IP, Netzwerktopologie, Echtzeitfähigkeit, Frame, Cybersicherheit
