Gigabit Ethernet (GBit Ethernet, GbE)

Was ist Gigabit Ethernet?

Gigabit Ethernet (GbE), eine Übertragungstechnologie, die auf dem Ethernet-Framework und -protokoll basiert. Es wird in lokalen Netzwerken (LANs) verwendet. Der Begriff wurde ursprünglich nur für die erste Generation von Ethernet benutzt, das eine Datenrate von einer Milliarde Bits pro Sekunde oder einem Gigabit pro Sekunde (GBit/s) bot. Mittlerweile wird Gigabit Ethernet aber auch als Familienbezeichnung für Ethernet-Versionen mit bis zu 800 GBit/s verwendet.

Gigabit-Ethernet ist in der Standardfamilie IEEE 802.3 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert und inzwischen auch bei privaten Endverbrauchern der bevorzugte Netzwerkstandard.

Gigabit Ethernet verbindet Computer und Server in lokalen Netzen. Die Verbesserungen bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit und der Verkabelung haben viele Unternehmen dazu veranlasst, Fast Ethernet durch Gigabit Ethernet für verkabelte lokale Netzwerke zu ersetzen.

Gigabit Ethernet wird über Glasfaser oder Kupferkabel übertragen. Bestehende Ethernet-LANs mit 10 MBit/s- und 100-MBit/s-Karten können in einen Gigabit Ethernet-Backbone eingespeist werden.

Neuere Standards wie 10 GbE, ein Netzwerkstandard, der zehnmal schneller ist als Gigabit Ethernet, ist ebenfalls verfügbar. Heute stehen Rechenzentren und Unternehmen eine Vielzahl von Optionen für Gigabit Ethernet-Geschwindigkeiten zur Verfügung, darunter 10 GbE, 20 GbE, 40 GbE, 100 GbE, 200 GbE und 400 GbE für Core-Switching.

Wie Gigabit Ethernet funktioniert

Gigabit Ethernet-Netzwerke können als Halbduplex-Netzwerke für gemeinsam genutzte Medien oder als Ethernet-Switches mit einem geschalteten Vollduplex-Netzwerk funktionieren.

Gigabit Ethernet verwendet die gleiche 802.3-Rahmenstruktur wie Standard-Ethernet. Es unterstützt Geschwindigkeiten von 1 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) mit Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect (CSMA/CD). CSMA/CD behandelt Übertragungen, nachdem eine Kollision aufgetreten ist. Die Übertragungsrate kann dazu führen, dass sich Datenpakete überschneiden, wenn zwei Geräte im selben Ethernet-Netzwerk versuchen, gleichzeitig Daten zu übertragen. CSMA/CD erkennt und verwirft kollidierte Datenpakete.

Gigabit Ethernet-Geschwindigkeiten werden entweder über Kupfer- oder Glasfaserkabel übertragen. Glasfaserkabel werden für Langstreckenübertragungen von mehr als 300 Metern (m) benötigt. Herkömmliche Ethernet-Kabel können jedoch Daten mit Gigabit-Geschwindigkeiten über kürzere Entfernungen übertragen – insbesondere Cat-5e-Kabel oder höher oder der 1000Base-T-Verkabelungsstandard und höher. Cat-5e-Kabel bestehen zum Beispiel aus vier Paaren von acht verdrillten Adern in einem Kabel.

Arten von Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet wird in verschiedenen Standards für die physische Schicht der Verkabelung implementiert, darunter die folgenden:

• 1000Base-CX. Dieser Standard, der für Verbindungen bis zu 25 m verwendet wird, verwendet entweder symmetrische Twinaxial-Kabel oder geschirmte Twisted-Pair-Kabel (STP).
• 1000Base-SX. Bei diesem Standard, der für Verbindungen bis zu 220 m verwendet wird, werden Glasfaserkabel für kurzwellige Übertragungen eingesetzt.
• 1000Base-LX. Bei diesem Standard, der für Verbindungen bis zu einer maximalen Entfernung von 5 Kilometern (km) verwendet wird, werden Glasfaserkabel eingesetzt.
• 1000Base-T. Bei diesem Standard, der für Verbindungen bis zu 100 m verwendet wird, kommen ungeschirmte Twisted-Pair-Kupferkabel (UTP) mit Cat5, Cat5e, Cat6 und Cat7 zum Einsatz.
• 1000BASE-T1. Dieser Standard, der für Verbindungen bis zu 15 m verwendet wird, verwendet STP-Kupferkabel.
• 1000BASE-TX. Dieser Standard, der 1000Base-T ähnelt, wird für Verbindungen bis zu 100 m verwendet. Er verwendet UTP-Kupferkabel. Dieser Standard findet jedoch aufgrund seiner Kosten und der Anforderungen an Cat6- und Cat7-Kabel keine große Anerkennung.
• 1000BASE-KX. Dieser Standard, der für Verbindungen bis zu 1 m verwendet wird, verwendet UTP-Kabel.

Vorteile von Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet bietet die folgenden Vorteile:

• Verlässlichkeit. Die in einigen Gigabit-Internetangeboten verwendeten Glasfaserkabel sind haltbarer und zuverlässiger als herkömmliche Kupferkabel.
• Geschwindigkeit: Eine Übertragungsgeschwindigkeit von 1 GBit/s sollte für die meisten heutigen Online-Anwendungen mehr als ausreichend sein.
• Geringere Latenz. Die reduzierten Latenzzeiten liegen zwischen 5 Millisekunden und 20 ms.
• Übertragung oder Streaming von Videodaten. Gigabit Ethernet kann 4K-Inhalte mit einer hohen Bildrate reibungslos übertragen.
• Unterstützung für mehrere Benutzer. High-Speed-Internet kann in mehrere Aufgaben aufgeteilt werden, um mehrere Geräte zu unterstützen.

Die Ethernet-Geschichte

Als eine der am weitesten verbreiteten LAN-Technologien wurde Ethernet im Jahr 1973 eingeführt und hat sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt:

• Im Jahr 1995 wurde Fast Ethernet eingeführt und blieb als Standard drei Jahre lang die schnellste Version von Ethernet. Fast Ethernet wurde für die Übertragung von Daten mit einer Geschwindigkeit von 100 MBit/s entwickelt.
• 1998, drei Jahre nach der Einführung von Fast Ethernet, wurde Gigabit Ethernet von der IEEE eingeführt, um Fast Ethernet zu ersetzen. Es bot eine Datenrate von 1 GBit/s und erforderte zunächst die Verwendung von Glasfaserkabeln.
• Im Jahr 1999 wurde ein neuer Standard verabschiedet, der die Verwendung von UTP-Kabeln der Kategorien Cat5, Cat5e oder Cat6 ermöglichte. Dies wurde 1000Base-T genannt.
• Im Jahr 2004 wurde 10 GbE eingeführt. Für Kupferkabel lautet der Standard IEEE 802.3ak und für Glasfaser IEEE 802.ae.
• 2004 wurden die Standards 1000BASE-LX10 und 1000BASE-BX10 hinzugefügt.
• Im Jahr 2010 wurde ein Standard für 40 GbE und 100 GbE eingeführt, um Endpunkt- und Link-Aggregation zu unterstützen.
• Im Jahr 2013 veröffentlichte das IEEE die Ergebnisse einer Ethernet Study Group für einen 400-GbE-Standard.
• 2016 verabschiedete das IEEE den Standard IEEE 802.3b, der Geschwindigkeiten von bis zu 2,5 Gbit/s (2,5 GbE) und 5 Gbit/s (5 GbE) erlaubte, auch bekannt als 2.5GBASE-T und 5GBASE-T. Der Vorteil dieses Zwischenstandards ist, dass er noch mit Cat-5e-Kabeln auskommt, wohingegen für 10 GbE Kabel vom Typ Cat 6 benötigt werden.
• Im Jahr 2017 ratifizierte die IEEE 200 GbE und 400 GbE, die zwei- beziehungsweise viermal schneller sind als 100 GbE.
• Das Ethernet Technology Consortium hat 2020 mit 800GBASE eine Spezifikation für 800 GbE veröffentlicht. Dafür werden zwei 400-GBit-Verbindungen zusammengefasst. Die IEEE hat 800 GbE im Februar 2024 als IEEE 802.3df verabschiedet.

Ethernet-Geschwindigkeiten von 1,6 Terabit pro Sekunde soll 1.6TBASE bringen. Die IEEE-will den Standard als IEEE P802.3dj bis 2026 verabschieden. Das Das Ethernet Technology Consortium plant bereits für 3,2 TBit/s.