Was ist Ethernet? Was ist IEEE 802.3?

Ethernet ist eine Datenübertragungstechnik, welche die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten in einem geschlossenen Netzwerk ermöglicht. Hierbei handelt es sich im Regelfall um ein Local Area Network (LAN). Für lokale Netzwerke ist Ethernet schon lange eine wegweisende Innovation. Die Verbindung der einzelnen Geräte über Ethernet-Kabel (häufig auch LAN-Kabel genannt) mit einem zentralen Router, bildet ein lokales Netzwerk.

Der Datenaustausch in einem Ethernet-Netzwerk wird unter anderem durch sogenannte Datenframes (Ethernet-Frames) ermöglicht. Die Frames bzw. Rahmen sind sozusagen für die Einhaltung bestimmter Regeln bei der Datenübertragung verantwortlich. Je nach Ethernet-Standard sind Datenframes unterschiedliche aufgebaut.

Es wird ein gemeinsames Medium genutzt, um alle Netzwerkkomponenten zu verbinden. Somit haben alle Stationen gleichberechtigten Zugriff auf das Übertragungsmedium. Da es dadurch zu Kollisionen kommen kann, regelt das CSMA/CD Verfahren den gleichzeitigen Zugriff auf das Medium.

CS (carrier sense) – gleichzeitiges Abhören des Mediums

MA (multiple access) – Mehrfach-Zugriff auf das Medium

CD (collision detection) – Erkennung von Kollisionen

Im Jahr 1983 wurde Ethernet vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), durch das Protokoll IEEE 802.3 standardisiert. Ein IEEE 802.3 Protokoll standardisiert im Wesentlichen die Vorgaben für die Kommunikation in einem Ethernet Netzwerk, unter anderem auch die Zugriffsverwaltung durch das CSMA/CD Verfahren.

Ethernet-Frames

Je nach Ethernet-Standard sind Datenframes unterschiedliche aufgebaut. Einige Datenblöcke findest du in allen Ethernet-Frame-Versionen wieder.
Dazu gehören: Die Präambel und der SFD (Start Frame Delimiter), die Ziel-mac-adresse und die Quell-mac-adresse, Daten, die FCS (Frame Check Sequence) und das Inter Frame Gap am Schluss des Frames.

Im Laufe der Zeit wurde das Ethernet-Frame immer wieder durch neue Datenblöcke weiterentwickelt und optimiert.

Präambel / SFD

Grundsätzlich wird jedem Ethernet-Frame eine Präambel vorangestellt.
Durch die Präambel wird bei einem Zielgerät ein Ethernet-Frame angekündigt. Die Präambel besteht aus einer 7 Byte langen Bitfolge („101010 … 1010“) gefolgt vom Start Frame Delimiter (SFD).

Durch die Präambel ist dem Zielgerät klar, dass es sich um ein Ethernet-Frame inklusive Daten handelt. Der Start of Frame bzw. Start Frame Delimiter definiert den Beginn des Ethernet-Frames.

Ziel- und Quelladresse

Bei Ziel- und Quelladresse handelt es sich um MAC-Adressen mit einer Größe von jeweils 6 Byte. Die beiden Adressen dienen der eindeutigen Identifikation der Netzwerkkomponenten.

Typ

Das 2 Byte große Typ-Feld stellt die Schnittstelle zur nächsthöheren Schicht dar. Es definiert also die Protokolle des Network-Layers.

Length

Im 2 Byte großen Längenfeld werden Informationen über die Länge des Datensatzes abgelegt.

Daten

Im Datenfeld werden die zu übermittelnden Nutzdaten abgelegt. Je nach Ethernet Standard können pro Datenblock maximal 1500 Byte übertragen werden. Es gibt allerdings Ausnahmen, wie zum Beispiel Jumbo Frames, welche die Übertragung größerer Datenblöcke erlauben.

FCS (Frame Check Sequence)

Die Frame Check Sequence ist eine Prüfsumme die am Ende jedes Ethernet-Frames übertragen wird. Beim Senden wird diese Prüfsumme errechnet und an den Datenblock angehangen. Beim Empfänger wird ebenfalls eine Prüfsumme errechnet und mit der mitgesendeten FCS verglichen. Stimmen die beiden FCS nicht überein, wird der Datenblock vom Empfänger verworfen.

Inter Frame Gap

Jedes Ethernet-Paket wird von einem Inter Frame Gap abgeschlossen. Das Inter Frame Gap ist nichts anderes als ein zeitlicher Mindestabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Datenblöcke. Dieser beträgt 9,6 µs.

Ethernet II

Ethernet 802.3raw

Ethernet IEEE 802.3

Ethernet IEEE 802.3 SNAP

VLAN 802.1q

Es gib die Möglichkeit lokale Netzwerke (LANs) in logische, voneinander unabhängige Teilnetze aufzuteilen – ohne den Gebrauch weiterer Hardware. Die Trennung der logischen und physischen Netzwerkstruktur ist Aufgabe eines Virtuellen Local Area Networks (VLANs). Merkmal eines getaggten Frames ist das „Tag“-Feld, durch welches die Zuordnung zu einem VLAN möglich ist. Virtuelle Lokale Netzwerke werden durch das Protokoll IEEE 802.1q standardisiert.