Ein Ethernet-Frame ist eine strukturierte Datenpaketform, die im Ethernet-Netzwerk verwendet wird, um Daten zwischen Geräten zu übertragen. Es ist die grundlegende Einheit für die Kommunikation in einem Ethernet-Netzwerk, und jedes Frame besteht aus mehreren Feldern, die bestimmte Informationen enthalten, um die ordnungsgemäße Übertragung und Erkennung der Daten sicherzustellen.
Struktur eines Ethernet-Frames:
Ein Ethernet-Frame besteht aus verschiedenen Feldern, die unterschiedliche Funktionen haben. Die genaue Struktur des Frames sieht folgendermaßen aus:
| Feld | Größe | Beschreibung |
|---|---|---|
| Präambel | 7 Bytes | Eine 7-Byte lange Folge von 1s und 0s (101010…), die dazu dient, den Empfänger auf das kommende Frame vorzubereiten und Synchronisation zu gewährleisten. |
| Start Frame Delimiter (SFD) | 1 Byte | Ein spezielles Byte (0xAB), das das Ende der Präambel markiert und den Beginn des eigentlichen Frames anzeigt. |
| Ziel-MAC-Adresse | 6 Bytes | Die MAC-Adresse des Empfängers, die angibt, an welches Gerät das Frame gerichtet ist. |
| Quell-MAC-Adresse | 6 Bytes | Die MAC-Adresse des Absenders, die angibt, von welchem Gerät das Frame gesendet wurde. |
| EtherType/Length | 2 Bytes | Entweder der EtherType (der das Protokoll im Nutzdatenbereich angibt, z. B. 0x0800 für IPv4) oder die Länge der Nutzdaten (für die 802.3-Frame-Struktur, die selten verwendet wird). |
| Nutzdaten (Payload) | 46-1500 Bytes | Der eigentliche Dateninhalt des Frames, der die Nutzlast trägt. Dieser Bereich kann zwischen 46 und 1500 Bytes groß sein. |
| FCS (Frame Check Sequence) | 4 Bytes | Eine Prüfziffer, die auf der Basis des Frames berechnet wird, um Fehler in der Übertragung zu erkennen. Wird durch CRC (Cyclic Redundancy Check) berechnet. |
Detaillierte Beschreibung der einzelnen Felder:
- Präambel (Preamble):
- Besteht aus 56 Bits (7 Bytes), die abwechselnd mit 1 und 0 gefüllt sind (101010…). Diese Präambel dient der Synchronisation zwischen den Geräten und ermöglicht es dem Empfänger, die Bitrate des ankommenden Frames zu erkennen.
- Start Frame Delimiter (SFD):
- Das SFD markiert das Ende der Präambel und den Beginn des eigentlichen Frames. Es ist ein einziges Byte (0xAB), das sicherstellt, dass der Empfänger genau weiß, wo der Frame beginnt.
- Ziel-MAC-Adresse (Destination MAC Address):
- Dies ist die physikalische Adresse des Empfängers, die in jedem Ethernet-Frame enthalten ist, um sicherzustellen, dass das Frame an das richtige Gerät gesendet wird. Jede Netzwerkhardware, wie z. B. Netzwerkkarten, hat eine eindeutige MAC-Adresse.
- Quell-MAC-Adresse (Source MAC Address):
- Dies ist die MAC-Adresse des Absenders des Frames. Sie hilft dabei, den Ursprung des Frames nachzuvollziehen und wird vom Empfänger verwendet, um zu wissen, von welchem Gerät das Frame stammt.
- EtherType (oder Length):
- EtherType: In modernen Ethernet-Frames gibt dieses Feld an, welches Protokoll im Nutzdatenbereich verwendet wird (z. B. 0x0800 für IPv4 oder 0x0806 für ARP). Es hilft dem Empfänger zu verstehen, wie die Nutzdaten interpretiert werden müssen.
- Länge: Bei älteren Ethernet-Frames (z. B. 802.3) gibt dieses Feld die Länge der Nutzdaten an. In der Praxis wird jedoch fast immer der EtherType verwendet.
- Nutzdaten (Payload):
- Der größte Teil des Ethernet-Frames besteht aus den eigentlichen Nutzdaten. Die Größe der Nutzdaten kann variieren, muss aber mindestens 46 Bytes betragen (mindestens 64 Bytes Gesamtgröße des Frames, wenn man die anderen Felder berücksichtigt) und darf maximal 1500 Bytes betragen. In diesem Bereich befinden sich die eigentlichen Daten, die zwischen den Geräten übertragen werden, wie z. B. IP-Datenpakete oder ARP-Anfragen.
- Frame Check Sequence (FCS):
- Der FCS ist eine 4-Byte-Prüfziffer, die das gesamte Frame überprüft. Sie wird mit einem Cyclic Redundancy Check (CRC) berechnet. Wenn der Empfänger das Frame empfängt, berechnet er auch den CRC-Wert und vergleicht ihn mit dem FCS-Wert im Frame. Wenn der Wert übereinstimmt, gilt das Frame als fehlerfrei. Andernfalls wird das Frame verworfen.
Beispiel eines Ethernet-Frames:
Angenommen, ein Ethernet-Frame wird von einem Gerät an ein anderes gesendet:
- Präambel: 7 Bytes (101010…)
- Start Frame Delimiter (SFD): 1 Byte (0xAB)
- Ziel-MAC-Adresse: 00:11:22:33:44:55
- Quell-MAC-Adresse: 66:77:88:99:00:11
- EtherType: 0x0800 (IPv4)
- Nutzdaten: [IP-Paket mit Daten]
- FCS: 4 Bytes (Prüfziffer)
Fazit:
Ein Ethernet-Frame ist die grundlegende Struktur für die Datenübertragung in Ethernet-Netzwerken. Es stellt sicher, dass Daten effizient und fehlerfrei zwischen Geräten übertragen werden. Die verschiedenen Felder im Frame ermöglichen die Identifizierung des Empfängers, des Absenders und des verwendeten Protokolls und bieten gleichzeitig eine Möglichkeit zur Fehlererkennung.
