Ethernet-Frame: De­fi­ni­ti­on und Varianten des Rah­men­for­mats

Ein Ethernet-Frame muss stan­dard­mä­ßig min­des­tens 64 Byte groß sein, damit die Kol­li­si­ons­er­ken­nung funk­tio­niert, und kann maximal 1.518 Byte groß sein. Das Paket beginnt immer mit einer Präambel, die die Syn­chro­ni­sa­ti­on zwischen Sender und Empfänger regelt und einem „Start Frame Delimiter“ (SFD), der das Frame definiert. Beide In­for­ma­tio­nen sind eine Bitfolge im Format 10101010… Im ei­gent­li­chen Frame finden sich In­for­ma­tio­nen zu Ziel- und Quell­adres­sen (MAC-Format) und Steu­er­in­for­ma­tio­nen (im Fall von Ethernet II das Type-Field, später eine Län­gen­an­ga­be), dann folgt der zu über­mit­teln­de Datensatz. Eine „Frame Check Sequence“ (FCS) schließt als Prüfsumme das gesamte Frame (aus­ge­nom­men Präambel und SFD). Das Paket wird von einem „Inter Frame Gap“ ab­ge­schlos­sen, der eine 9,6 µs lange Sen­de­pau­se festlegt.

Ethernet II benutzt die klas­si­sche Frame­struk­tur, die das so­ge­nann­te Type-Field („Typ“) be­inhal­tet, womit ver­schie­de­ne Pro­to­kol­le der Ver­mitt­lungs­schicht definiert werden. Im OSI-Modell ist die Ver­mitt­lungs­schicht (auch „Network Layer“) wichtig für die Schaltung von Ver­bin­dun­gen und die Be­reit­stel­lung von Netz­werk­adres­sen. Das Type-Field wurde in späteren Frame-Formaten durch eine Län­gen­an­ga­be ersetzt.

Das Ethernet-II-Frame wurde 1982 definiert und bildet den Grund­stein für die dar­auf­fol­gend ent­wi­ckel­ten Frames. Al­ler­dings erfreut sich das Format noch heute großer Be­liebt­heit, vor allem weil es dem ei­gent­li­chen Datenfeld den meisten Platz einräumt (bis zu 1.500 Byte).

Diese ver­meint­li­che Roh­ver­si­on des 802.3-Pakets brachte die Firma Novell vor der flä­chen­de­cken­den Eta­blie­rung des IEEE-802.3-Standards zusammen mit dem populären IPX/SPX-Protokoll heraus und nannte es un­glück­li­cher­wei­se „Ethernet 802.3“, was zu häufigen Ver­wechs­lun­gen mit dem Standard des IEEE führte. Daher fügte Novell den Zusatz „raw“ hinzu. Im Gegensatz zum klas­si­schen Ethernet-II-Modell ist in diesem Frame für die SFD erstmals ein genaues Ende der Bitfolge definiert. Dadurch wird das Da­ten­pa­ket vom Empfänger als 802.3-Standard iden­ti­fi­ziert. Dafür entfällt das Type-Field, an dessen Stelle eine Län­gen­an­ga­be steht. So enthält diese Art Frame keine Pro­to­koll­ken­nung, da dieser ohnehin nur für IPX von Novell brauchbar ist. Zudem werden den zu über­mit­teln­den Daten stets 2 Byte vor­an­ge­stellt, die immer aus Einsen bestehen. Das ist die einzige Mög­lich­keit, einen „raw“-Frame von anderen Frames der 802.3-Familie zu un­ter­schei­den.

Der IEEE-802.3raw-Frame ist nur für das IPX-Protokoll ver­wend­bar, weil die Pro­to­koll­ken­nung des Type-Fields fehlt. Der Name „IEEE 802.3raw“ ist zudem leicht ir­re­füh­rend, weil Novell sich des Pro­to­koll­na­mens bediente, ohne die IEEE an der Ent­wick­lung des Frames zu be­tei­li­gen. Die Ver­wen­dung dieses Frames bedeutet Mehr­auf­wand für den Nutzer, weil es zwischen Geräten zu Kom­pa­ti­bi­li­täts­pro­ble­men kommen kann. Novell selbst empfiehlt seit 1993 für seine Netware das „Ethernet 802.2“-Format – hinter dem sich nichts anderes als das unten auf­ge­führ­te IEEE-802.3-Frame verbirgt (man wollte eine Ver­wechs­lungs­ge­fahr mit dem „raw“-Frame aus­schlie­ßen). Außerdem un­ter­stützt Novell mitt­ler­wei­le auch den of­fi­zi­el­len IEEE-802.3-Standard.

Diese stan­dar­di­sier­te Version des Ethernet-802.3-Frames kann wiederum bis zu 256 kom­pa­ti­ble Pro­to­kol­le de­fi­nie­ren. Ferner sind wichtige Pro­to­koll­in­for­ma­tio­nen nun im Datenfeld in­te­griert. Zudem sind die Felder „Des­ti­na­ti­on Service Access Point“ (DSAP) und „Source Service Access Point“ (SSAP) enthalten. Das neue Control-Feld definiert den „Logical Link“ (LLC) des Pro­to­kolls. Dieser Punkt sichert die Trans­pa­renz der Verfahren zur Me­di­en­tei­lung. Außerdem werden hier u. a. In­for­ma­tio­nen zur Steuerung des Da­ten­flus­ses ge­spei­chert.

Ethernet IEEE 802.3 ist heute die mit Abstand be­lieb­tes­te und am weitesten ver­brei­te­te LAN-Frame­struk­tur. Manche Netzwerke und Pro­to­kol­le erfordern al­ler­dings mehr Platz für bestimmte In­for­ma­tio­nen. Daher gibt es Varianten des IEEE-802.3-Frames, die zu­sätz­li­che Da­ten­blö­cke für spezielle In­for­ma­tio­nen be­reit­hal­ten, darunter die SNAP-Er­wei­te­rung und das VLAN-Tag.

Das SNAP-Feld (Subnetwork Access Protocol) ist praktisch, um mehr als nur 256 Pro­to­kol­le zu de­fi­nie­ren. Dafür werden 2 Byte für die Pro­to­koll­num­mer be­reit­ge­stellt. Außerdem kann der Her­stel­ler einen ein­zig­ar­ti­gen Iden­ti­fier (3 Byte) in­te­grie­ren. SNAP sichert im Gegensatz zu den Vor­gän­gern auch die Ab­wärts­kom­pa­ti­bi­li­tät zu Ethernet II. DSAP, SSAP und Control sind hier fest definiert.

Durch den neu hin­zu­ge­won­nen Platz für Pro­to­koll­in­for­ma­tio­nen ist IEEE 802.3 SNAP äußerst viel­sei­tig und er­mög­licht die Kom­pa­ti­bi­li­tät zwischen vielen ver­schie­de­nen Pro­to­kol­len in einem Netzwerk. Dafür fällt der Platz für die ei­gent­li­chen Daten etwas geringer aus.

Getaggte Frames enthalten ein so­ge­nann­tes VLAN-Tag, damit sie einem Virtual Local Area Network (VLAN) zu­ge­ord­net werden können. VLAN trennt die Netz­werk­struk­tur auf in phy­si­ka­li­sche und logische Ebenen. Das bedeutet, dass mithilfe von VLANs Teilnetze rea­li­siert werden können, ohne weitere Hardware ein­zu­bau­en: Das Teilnetz ist also virtuell und nicht physisch rea­li­siert. Für die Iden­ti­fi­ka­ti­on von Ethernet-Frames innerhalb eines VLAN ist das „Tag“-Feld notwendig. Auf phy­si­ka­li­scher Ebene funk­tio­nie­ren VLANs über Switches.

Im OSI-Schicht­mo­dell arbeitet VLAN auf der Si­che­rungs­schicht (Schicht 2) und steuert somit die Da­ten­fluss­kon­trol­le. Mit VLAN können ef­fi­zi­en­te­re Netzwerke er­ar­bei­tet werden, indem es ein Netzwerk in Teilnetze gliedert. Für die In­for­ma­tio­nen, die der Switch ver­ar­bei­tet, sind die getaggten Frames zuständig. Im Ethernet-II-Frame wird das „Tag“-Feld vor dem „Type“-Feld im­ple­men­tiert und belegt 4 Byte. Dadurch erhöht sich auch die Min­dest­grö­ße des Ethernet-II-Frames um 4 Byte.

VLAN-Tags können natürlich auch im heute po­pu­lärs­ten Frame-Format IEEE 802.3 eingebaut werden. In diesem Frame wird das „Tag“-Feld mit einer Größe von 4 Byte vor der Län­gen­an­ga­be im­ple­men­tiert. Die Min­dest­grö­ße des Frames erhöht sich damit um 4 Byte auf 68 Byte.