50 Jahre Ethernet: Wie alles begann

Ethernet hat im Mai 2023 seinen 50. Geburtstag gefeiert. Wie kein anderes Übertragungsmedium beeinflusste Ethernet die Entwicklung der Computernetzwerke. Es stellte bald die Grundlage zur Vernetzung heutiger Kommunikationssysteme dar - inklusive des Internets.

Mit Ethernet lassen sich Daten in einem lokalen Netzwerk (LAN) oder einem Weitverkehrsnetz (WAN) hin- und herschicken. Sie ermöglichen den Austausch von Daten in Form von Datenframes, wie "Wired.com" erklärt. Bei Datenframes handelt es sich um Nachrichten, denen ein "Header", eine Adresse, vorangeht. Mit diesen können Computer erkennen, welche Daten in einem gemeinsamen Netzwerk für sie adressiert sind.

Wie alles begann

Alles begann 1970 mit dem "Additive Links On-line Hawaii Area Network" (ALOHAnet), einem funkbasierten System an der Universität von Hawai'i, wie "Oreilly" schreibt. Hier übermittelten Computer über eine gemeinsame Frequenz zuerst die Adressen der Empfänger und dann die Datenpakete an eine zentrale Stelle, die sie weiterleiten sollte. Was aber nun, wenn auf der gleichen Frequenz zwei Nachrichten gleichzeitig versandt werden? Wenn zwei Nachrichten gleichzeitig ankamen, kam von der Zentralstelle keine Bestätigung. Folglich warteten die Computer eine zufällige Zeitspanne an und versuchten, die Daten erneut zu senden. Limitationen in der Umsetzung hätten aber dazu geführt, dass mit steigender Nutzung weniger als 20 Prozent der Datenpakete beim ersten Mal übermittelt werden konnten, wie theoretische Rechnungen von Seiten der Forscher zeigten.

Drei Jahre später arbeitete Charles P. Thacker an der Entwicklung des Alto-Computers - des ersten Computers mit grafischer Benutzeroberfläche (GUI), der mit der Maus gesteuert werden konnte. Damit die Computer untereinander und mit Laserdruckern sowie dem ARC-Gateway zum Arpanet, dem Vorgänger des heutigen Internets, kommunizieren konnten, brauchte es ein Netzwerk. 

Der Eingang des PARC-Gebäudes (Source: commons.wikimedia.org / CC BY-SA 3.0 Deed)

Bob Metcalfe, damals am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) tätig, und der Informatiker David Boggs machten sich an die Arbeit. Sie stellten zwei Kriterien an das Netzwerk, wie "PCGamesHardware" schreibt. Das erste Kriterium: Es musste schnell genug sein, um die Laserdrucker zu unterstützen. Das zweite Kriterium bestand darin, dass Hunderte von Computern innerhalb desselben Gebäudes dem Netzwerk beitreten konnten.

Die Geburtsstunde der Ethernet-Technologie

Hier kam das Aloha-Netzwerk ins Spiel. Metcalfe skizzierte auf Basis des Systems sein eigenes Netzwerk. Vom Alohanet entnahm er auch ein Konzept namens "Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect" (CSMA/CD), wie "Oreilly" schreibt. Dieses System ermöglicht es Computern, das Netzwerk auf Aktivitäten abzuhorchen und ihr Datenpaket dann zu senden, wenn das Netzwerk freisteht.

Anstelle von Funkwellen wollten sie aber Koaxialkabel verwenden. Das würde eine schnellere Datenübertragung erlauben und Störungen begrenzen. Mit den Kabeln konnten User dem Netzwerk nach Gutdünken beitreten und wieder verlassen, wie Metcalfe am IEEE History Center von "PCGamesHardware" zitiert wird.

"Es gab etwas, das man Kabelfernsehanzapfung nannte und mit dem man ein Koaxialkabel anzapfen konnte, ohne es zu zerschneiden", sagte Metcalfe damals. Folglich wählten er und Boggs Koaxialkabel als Kommunikationsmittel. Am 22. Mai 1973 folgte die erste Version dessen, was die Forscher bald auf den Namen Ethernet taufen würden. Dieser Tag würde als Geburtsstunde des Ethernets in die Geschichte eingehen. Den Namen wählten sie laut "Oreilly" deswegen, weil das Medium Daten überall hintrage, wie das Äther des 19. Jahrhundert, ein hypothetisches Medium, das für die Übertragung des Lichts verantwortlich gemacht wurde.

Bob Metcalfe, Ethernet-Pionier, erklärt in seinen Worten, wie es zum Ethernet kam.

Um ihre Pläne zu realisieren, verlegten sie ein 9,5 Millimeter dickes und 500 Meter langes Koaxialkabel in der Mitte einer Halle im PARC-Gebäude. An diesem Kabel befanden sich 100 Transceiver-Knoten mit N-Steckern, sogenannten Vampire Tags, wie "PCGamesHardware" schreibt. Jede Abzweigung hatte zwei Sonden, die durch die Isolierung stachen, um den Kupferkern zu kontaktieren. Damit konnte man neue Knoten hinzufügen, ohne dass das Kabel abgeschalten werden musste. Metcalfe und Boggs entwickelten auch die erste Hochgeschwindigkeits-Netzwerkkarte, wie es weiter heisst. Diese Platine verbindet sich mit der Hauptplatine eines Computers und ist heute als Ethernet-Anschluss bekannt.

Ethernet erobert die Welt

1975 reichte das Unternehmen Xerox die Patentanmeldung ein und nannte dabei Metcalfe, Boggs, Thacker and Butler Lampson als Erfinder, wie "Oreilly" schreibt. 1976 veröffentlichen Metcalfe und Boggs eine "bahnbrechende" Arbeit unter dem Namen: "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks". Damit wurde Ethernet auch endlich der Öffentlichkeit bekannt. Ende 1977 haben alle vier das US-Patent für ihre Erfindung erhalten.

Sie entwickelten die Technologie weiter und brachten bereits 1980 ein neues Ethernet mit einer Geschwindigkeit von 10 Megabit pro Sekunde heraus, wie es weiter heisst. Diese neue Version erfolgte in Zusammenarbeit mit Forschern von Intel und der Digital Equipment Corporation (DEC), weswegen sie auch als DIX-Standard bekannt ist. Dieses neue Ethernet war auch für den breiten Einsatz in der Industrie gedacht, wie Milestone von "IEEE Spectrum" zitiert wird.

Metcalfe und Krause gründeten 1981 das Netzwerk-Unternehme 3Com. 1982 veröffentlichte das Unternehmen die erste Adapterkarte für Ethernet, das alleine 1985 über 100'000 Mal verkauft wurde, wie "History-computer.com" schreibt.

Noch Anfang der 80er-Jahre konkurrierte Ethernet mit Token Ring und Token Bus, konnte sich dann aber wegen seiner niedrigen Kosten und seiner Adaptibilität gegenüber dem Markt durchsetzen, wie die Webseite "Elektroniknet.de" schreibt. Im Juni 1983 wurde Ethernet vom "IEEE 802 Local Area Network Standards Committee" zum internationalen Protokoll-Standard 802.3 CSMA/CD erhoben. Neben Computern konnten aber auch andere Geräte an das Ethernet-Schnittstellen angeschlossen werden, darunter HMI, Sensoren und Steuerungssysteme. Damit ebnete Ethernet den Weg zum Internet.

In den nächsten Jahren würde es gemäss "Oreilly" zu mehreren Verbesserungen kommen. Anstelle der dicken Koaxial-Kabel wurden dünne verwendet, die alsbald durch Twisted-Pair-Kabel ersetzt wurden. Twisted-Pair-Kabel waren wegen ihrer Rolle in der Telefonie bereits in vielen Gebäuden vorhanden. Gegenüber Koaxial-Kabeln hatten sie auch den Vorteil, dass sie eine direkte Verbindung zwischen zwei Servern ermöglichten, ohne dass die Verbindung gleichzeitig von anderen Servern genutzt wurde. 1995 kam das erste Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100 Megabit pro Sekunde auf den Markt, 1999 das erste Ethernet mit bis zu einem Gigabit die Sekunde. Heutzutage laufen laut "Ethernetalliance" die Entwicklungen heiss für Ethernet-Verbindungen mit Übertragungsraten im Bereich von 800 bis 1600 Gigabit pro Sekunde.

Plakette würdigt Ethernet am PARC

Zum 50. Geburtstag von Ethernet wird laut "PCGamesHardware" eine Plakette ausserhalb des PARC-Gebäudes angebracht. Darauf soll zu lesen sein:

"Das kabelgebundene Ethernet-LAN wurde 1973 im Xerox Palo Alto Research Center (PARC) erfunden, inspiriert durch das ALOHAnet-Paketfunknetz und das ARPANET. 1980 veröffentlichten Xerox, DEC und Intel eine Spezifikation für 10-Megabit-pro-Sekunde-Ethernet über Koaxialkabel, die zur Norm "IEEE 802.3-1985" wurde. Später wurde die Spezifikation für höhere Geschwindigkeiten und Twisted-Pair-, optische und drahtlose Medien erweitert, sodass Ethernet weltweit in Privathaushalten, im Handel, in der Industrie und in der Wissenschaft allgegenwärtig wurde."

Die IEEE Santa Clara Valley Section sponserte die Nominierung. Die Einweihungsfeier ist für den 18. Mai in der PARC-Anlage geplant.

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