Das Ethernet nach IEEE 802.3

Die IEEE-Norm 802 für LANS und MANS besteht aus mehren Normen für die Bitübertragungsschicht und die Sicherungsschicht, von denen wir drei hier behandeln wollen.

Die Verkabelung für IEEE 802.3 haben wir schon im Abschnitt über klassische Ethernet-Hardware abgehandelt. Es sind mehrere Verkabelungstypen definiert, nämlich 10Base5, 10Base2 und 10BaseT. Die vierte Option ist 10BaseF mit Glasfaser als Medium.

Normalerweise wird eine Baumverkabelung benutzt. Die verwendete Signalkodierung ist die Manchester-Kodierung.

Die NIC und ihre MAC-Adresse

Der Anschluss von Geräten an das LAN erfolgt hier mit einer sogenannten Network Interface Card (NIC), oder einfacher einer Netzwerkkarte. Jede NIC hat eine weltweit einmalige Media Access Control (MAC)-Adresse, die aus 48-Bit besteht. Jeder Kartenhersteller hat sein eigenes Kontingent, von Adressen von der IEEE, so das sich der Kartenhersteller anhand der MAC-Adresse feststellen lässt.

Rahmen nach 802.3

• Jeder Rahmen beginnt mit einer Präambel von 7 Byte Länge die jeweils die Bitfolge 10101010 enthalten. Das erzeugt in einem 10-MBit-Netz für 5,6 µs eine Schwingung auf der sich die Taktgeber von Sender und Empfänger synchronisieren können.

• Als nächstes kommt der Rahmenbegrenzer mit dem Wert 10101011 um den Anfang des Rahmens zu markieren.

• Der Frame enthält genau zwei Adressen für Ziel und Quelle. Die Norm lässt 2 und 6 Byte lange Adressen zu, aber im 10 MHz-Bereich werden nur 6 Byte lange Adressen verwendet.

  Das höchstwertige Bit der Zieladresse ( Bit 47) ist 0 für normale Adressen, und 1 für Gruppenadressen. Mit Gruppenadressen kann man mehrere Stationen gleichzeitig ansprechen. Man nennt das Multicasting.

  Besteht die Zieladresse nur aus 1-en so handelt es sich um eine Broadcast-Adresse, die an alle mithörenden Stationen gerichtet ist.

  Mittels Bit 46 kann zwischen globalen und lokalen Adressen unterschieden werden. Lokale Adressen werden vom jeweiligen Netzwerkadministrator vergeben, globale Adressen sind weltweit eindeutig und werden von der IEEE vergebe.

  Damit bleiben uns noch 2⁴⁶ oder 7 * 10¹³ globale Adressen.

• Das Längenfeld gibt an wie viele Bytes das Datenfeld enthält. Dieser Wert kann zwischen 0 und 1500 liegen. Da die IEEE festgelegt hat, das ein Ethernet-Frame mindestens 64 Byte lang sein muss, wird er wenn nötig mit dem dahinter liegenden PAD-Feld aufgefüllt.

  Die Festlegung einer Minimallänge für Rahmen hat einen wichtigen Grund. Damit soll verhindert werden, dass eine Station die Übertragung eines kurzen Rahmens beendet, bevor sein erstes Bit überhaupt das andere Ende des Kabels erreicht, wo er dann vielleicht mit einem anderen Frame kollidiert.

  Wenn eine Station nun die Übertragung beendet, bevor sie die Kollision feststellt, schließt sie daraus, das die Übertragung erfolgreich war. Um das zu vermeiden, muss die Übertragung aller Rahmen länger als die zweifache Laufzeit des Signals über den Bus dauern.

  Bei einem 10-MBits/s-LAN mit einer maximalen Länge von 2500 mit vier Repeatern muss die Übertragung des kleinsten Rahmens 51,2 µs dauern, was eben 64 Byte entspricht.

  Wird das Netz schneller, muss die Mindestlänge der Rahmen erhöht oder die maximale Länge des Busses verkürzt werden.

• Das letzte Feld im Frame ist die Prüfsumme. Es handelt sich um einen 32-Bit CRC.

Kollisionsbehandlung bei Ethernet

Die Kollisionsbehandlung bei Ethernet erfolgt nach dem CSMA/CD-Verfahren. Nach der ersten Kollision wird die Zeit bis zum nächsten Versuch in einzelne Zeitschlitze unterteilt. Dabei ist ein Zeitschlitz so lang, wie die maximale Zeit bis zur Kollisionserkennung.

• Nach der ersten Kollision wartet die Station 0 bis 1 Zeitschlitze bis zum nächsten Versuch

• Nach der zweiten Kollision wartet die Station zufällig 0,1,2 oder 3 Zeitschlitze.

• Tritt eine dritte Kollision auf wird zwischen 0 und 2³-1

• Bis zur 10-ten Kollision wird eine zufällige Zeit von 0 bis 2ⁿ-1 Zeitschlitzen abgewartet.

• Bis zur 16-ten Kollision bleibt dieses Intervall ab der 10-ten Kollision konstant. War bis dahin noch keine kollisionsfreie Übertragung möglich, so gibt die Netzwerkkarte auf und meldet einen Fehler.