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topic - Beschreibung

Beschreibung

Aufbau nach IEEE 802.3

Ethernet überträgt Daten seriell

Beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der „Einerstelle“) eines Bytes
Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen (Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst)
Das erste Bit eines Frames ist das Multicast-Bit (Multicastadressen: meist das erste Byte mit einer ungeraden Zahl)

Typen von Ethernet-Frames

Ethernet-Version I

Nicht mehr benutzt
Definition 1980 durch Konsortium DEC, Intel und Xerox

Ethernet-Version-2 oder Ethernet-II-Frame

DIX-Frame
Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox

Standard IEEE 802.3

Seit 1983
Definiert zwei weitere Frame-Formate
1. IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
2. IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame
definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld
Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard

Ethernet Version 2

Heute ausschließlich verwendetes Ethernet-Datenblockformat

Bitfolge 1010101010...		Ethernet-Frame 64-1518 Byte					Inter Frame Gap 9,6 μs
Präambel	SFD	Zieladresse	Quelladresse	Typ	Daten	FCS
8 Byte		6 Byte	6 Byte	2 Byte	46-1500 Byte	4 Byte

Ethernet Version 2 Tagged

Ethernet-II Standard mit 802.1Q VLAN-Tag

Bitfolge 1010101010...		Ethernet-Frame 68-1522 Byte						Inter Frame Gap 9,6 μs
Präambel	SFD	Zieladresse	Quelladresse	Tag	Typ	Daten	FCS
8 Byte		6 Byte	6 Byte	2 Byte	2 Byte	46-1500 Byte	4 Byte

Ethernet 802.3 Raw (Novell)

Bitfolge 1010 1010	1010 1011	Ethernet-Frame 64-1518 Byte						Inter Frame Gap 9,6 μs
Präambel	SFD	Zieladresse	Quelladresse	Länge	0xFFFF	Daten	FCS
8 Byte		6 Byte	6 Byte	2 Byte	2 Byte	44-1498 Byte	4 Byte

Ethernet IEEE 802.3 Basic

Neu sind „DSAP“ und „SSAP“, ersetzt Type-Field

Bitfolge 1010 1010	1010 1011	Ethernet-Frame 64-1518 Byte								Inter Frame Gap 9,6 μs
Präambel	SFD	Zieladresse	Quelladresse	Länge	DSAP	SSAP	Controle	Daten	FCS
8 Byte		6 Byte	6 Byte	2 Byte	1 Byte	1 Byte	1 Byte	42-1497 Byte	4 Byte

Ethernet 802.3 Tagged

Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)

Bitfolge 1010 1010	1010 1011	Ethernet-Frame 68-1522 Byte									Inter Frame Gap 9,6 μs
Präambel	SFD	Zieladresse	Quelladresse	Tag	Länge	DSAP	SSAP	Controle	Daten	FCS
8 Byte		6 Byte	6 Byte	4 Byte	2 Byte	1 Byte	1 Byte	1 Byte	42-1497 Byte	4 Byte

Ethernet-Header

Präambel und Start Frame Delimiter (SFD)

Präambel

Signal, das in einem Rechnernetz übertragenen Nachrichten vorangestellt wird

Besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge („101010…1010“)
Dient zur Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte

SFD (Start Frame Delimiter)

Folgt auf die Präambel

Besteht aus einer festen Bitequenz „1010 1011“
Kennzeichnet den Beginn des Frames (dient als Startmuster)
Dient dem Empfänger als Zeichen für den beginnenden Frame-Anfang

Ziel- und Quell-MAC-Adresse

Allgemeines

Die Quelladresse identifiziert den Sender, die Zieladresse den Empfänger.
Diese Adresse kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein.
Gekaufte Netzwerkkarten haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird.

Aufbau

MAC-Adressen werden traditionell als Hex-Zahlen dargestellt, die mit Doppelpunkten getrennt sind, z. B. „08:00:01:EA:DE:21“.
Quell- und Ziel-Mac-Adressen haben eine Länge von sechs Bytes (48 Bit).
Zwei Bit der MAC-Adresse werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.

Klassifizierung

Unicast- oder Broadcast-/Multicast-Adresse.
MAC-Adresse (46 Bit) global oder lokal administriert

siehe MAC-Adresse

VLAN-Tag (TPID/TCI)

Im Tagged-MAC-Frame (IEEE 802.1Q) folgen vier Bytes als VLAN-Tag

siehe VLAN

Typ-Feld (Ether-Type)

Ethertype beschreibt das Format bzw. das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks

Zulässige Werte für Ethertype werden von der IEEE administriert (beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte)
Gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten
Die Werte sind größer als 0x0600 (sonst ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position)
Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein (0x8100 ist zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags reserviert)

Typfeld	Protokoll
0x0800	IP Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
0x0806	Address Resolution Protocol (ARP)
0x0842	Wake on LAN (WoL)
0x8035	Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
0x809B	AppleTalk (EtherTalk)
0x80F3	Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)
0x8100	VLAN Tag (VLAN)
0x8137	Novell Internetwork Packet Exchange (IPX)
0x8138	Novell
0x86DD	IP Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
0x8847	MPLS Unicast
0x8848	MPLS Multicast
0x8863	PPP over Ethernet PPPoE Discovery
0x8864	PPP over Ethernet PPPoE Session
0x8870	Jumbo Frames
0x888E	802.1X Port Access Entity
0x8892	Echtzeit-Ethernet PROFINET
0x88A2	ATA over Ethernet ATA over Ethernet Coraid AoE
0x88A4	Echtzeit-Ethernet (EtherCAT)
0x88A8	Provider Bridging
0x88AB	Echtzeit-Ethernet Ethernet Powerlink (Ethernet POWERLINK)
0x88B8	IEC61850 Generic Object Oriented Substation Events (GOOSE)
0x88CC	Link Layer Discovery Protocol (LLDP)
0x88CD	Echtzeit-Ethernet Sercos III
0x88E1	HomePlug AV
0x88E5	MACsec
0x8906	Fibre Channel over Ethernet
0x8914	FCoE Initialization Protocol (FIP)
0x8947	GeoNetworking protocol

Nutzdaten

Payload

Pro Datenblock können maximal 1500 Bytes an Nutzdaten übertragen werden
Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert
Die Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt
Jumbo Frames, Super Jumbo Frames und Jumbogramme erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet (beziehungsweise IEEE 802.3)

Anhang

Siehe auch

Ethernet/Frame

Dokumentation

RFC

Man-Page

Info-Pages

Links

Projekt

Weblinks

Moderne LANs: IEEE 802.3ab 1000 BASE-T
Ethernet-Paketformate
Jürgen Plate: Grundlagen Computernetze. FH München
Charles Spurgeon’s Ethernet Web Site (englisch)
Projektseite der IEEE 802.3 Working Group (englisch)
Ethernet-Standards als PDF auf der IEEE-Download-Seite (englisch)
10-Gigabit-Ethernet führt iSCSI und Fibre Channel zusammen
W. Schulte: Metro- / Carrier Ethernet (PDF; 709 kB) DHBW Stuttgart. In: Funkschau, 16, S. 14

TMP

Jumbo Frames

Nicht standardisierte und übergroße Frames

Frames länger als die Standardgröße (IEEE 802.3), werden als Jumbo Frames bezeichnet

Maximum Transmission Unit (MTU)

Maximale Paketgröße eines Protokolls der Vermittlungsschicht

gemessen in Oktetten (Bytes)
die Maximum Transmission Unit (MTU) kann ohne Fragmentierung in den Frame eines Netzes der Sicherungsschicht (Schicht 2) übertragen werden

Maximale Frame-Größe

Maximale Rahmengröße = Größte MTU aller benutzten Protokolle der Vermittlungsschicht + Größe der Sicherungsschichtheader

Padding-Feld (PAD-Feld)

Ethernet-Frame auf Minimalgröße erweitern

64 Byte
Wichtig bei alten Übertragungsverfahren, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen
Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt (ein VLAN-Tag schon)
Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind
Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch „Padding Bytes“ genannt) nicht interpretiert werden (üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe)

Frame Check Sequence (FCS)

Allgemeines

32-Bit-CRC-Prüfsumme
Wird über dem eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld
Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten

Ablauf

Wird ein Paket beim Sender erstellt, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.
Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.

Berechnung

Zur Berechnung der CRC-32-Prüfsumme werden die ersten 32 Bit der Mac-Adresse invertiert und das Ergebnis der Prüfsummenberechnung wird ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).
In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB (least significant bit) zum MSB (most significant bit), durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.
In Schieberichtung steht damit das MSB der CRC zuerst zur Verfügung und gerät auch in Abweichung zu allen anderen Daten zuerst auf die Leitung.
Wird nun der Datenstrom beim Empfänger inklusive empfangenem CRC-Wert in das Schieberegister geschrieben, enthält die CRC im fehlerfreien Fall den Wert Null.
Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.
Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.
Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
Beim Ethernet lautet die Magic Number 0xC704DD7B.

Mindestgröße

Ein Frame muss mindestens 64 Byte groß sein

68 Byte bei Tagged
Minimale Slot-Time zur Erkennung von Kollisionen
Andernfalls werden Bit ergänzt

Standard	Mindestgröße Daten
Ethernet II	46 Bytes
Ethernet 802.3	42 Bytes

VLAN 802.1q (tagged)
Standard	Mindestgröße Daten
Ethernet Version 2.0 tagged	46 Bytes
IEEE 802.3 tagged	46 Bytes

Formate der Ethernet-Datenübertragungsblöcke und das Typfeld

Historische Formate

Es gibt vier Typen von Ethernet-Datenblöcken

Ethernet-Version I (nicht mehr benutzt, Definition 1980 durch Konsortium DEC, Intel und Xerox)
Der Ethernet-Version-2- oder Ethernet-II-Datenblock (englisch ethernet II frame), der sogenannte DIX-Frame (Definition 1982 durch das Konsortium DEC, Intel und Xerox).

Seit 1983 entsteht der Standard IEEE 802.3

Ethernet ist quasi ein Synonym für diesen Standard

IEEE 802.3 definiert zwei Frame-Formate

IEEE 802.3 3.1.a Basic MAC frame
IEEE 802.3 3.1.b Tagged MAC frame

Der ursprüngliche Xerox-Version-1-Ethernet-Datenblock

hatte ein 16-bit-Feld, in dem die Länge des Datenblocks hinterlegt war.
Da diese Länge für die Übertragung der Frames nicht wichtig ist, wurde es vom späteren Ethernet-II-Standard als Ethertype-Feld verwendet.
Das Format von Ethernet I mit dem Längenfeld ist jetzt Teil des Standards 802.3.

Das Ethernet-II-Format verwendet die Bytes 13 und 14 im Frame als Ethertype

Auf ein Längenfeld wie im Ethernet-I-Frame wird verzichtet.
Die Länge eines Frames wird nicht durch einen Zahlenwert, sondern durch die bitgenaue Signalisierung des Übertragungsendes übermittelt.
Die Länge des Datenfeldes bleibt wie bei Ethernet I auf 1500 Bytes beschränkt.
Auch das Ethernet-II-Format ist jetzt Teil des Standards 802.3, nur die Ethertypen mit Zahlenwerten kleiner als 1500 sind weggefallen, weil jetzt die Zahlenwerte kleiner gleich 1500 in diesem Feld als Länge interpretiert werden und gegen die tatsächliche Länge geprüft werden.

IEEE 802.3 definiert das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen als Type/Length-Feld

Mit der Konvention, dass Werte zwischen 0 und 1500 auf das originale Ethernet-Format hindeuteten und höhere Werte den EtherType angeben, wurde die Koexistenz der Standards auf demselben physischen Medium ermöglicht.
Die zulässigen Werte für Ethertype werden von IEEE administriert.
Diese Verwaltung beschränkt sich auf die Vergabe neuer Ethertype-Werte.
IEEE nimmt bei der Neuvergabe Rücksicht auf bereits für Ethernet II vergebene Ethertype-Werte, dokumentiert diese aber nicht.
So kommt es vor, dass zum Beispiel der Wert 0x0800 für IP-Daten in der IEEE-Dokumentation der Ethertype-Werte fehlt.
Ethertype beschreibt das Format bzw.
das Protokoll zur Interpretation des Datenblocks.
Das LLC-Feld und ein eventuelles SNAP-Feld sind bereits Teil des MAC-Frame-Datenfeldes.

Tagged-MAC-Frame

Im Tagged-MAC-Frame werden vier Bytes mit dem QTAG-Präfix nach der Quell-MAC-Adresse eingeschoben.

Dieses Feld wird durch den Standard 802.1Q definiert und ermöglicht bis zu 4096 virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) auf einem physischen Medium.
Die erlaubte Gesamtlänge des Mac-Frames wird auf 1522 Bytes verlängert, die Länge des Datenfeldes bleibt auf 1500 Bytes beschränkt.

IEEE 802.3 Tagged MAC Frame

Das heute fast ausschließlich verwendete Ethernet-Datenblockformat Ethernet-II nach IEEE 802.3 (mit 802.1Q VLAN-Tag)

Aufbau

Ethernet überträgt seriell

Beginnend jeweils mit dem untersten, niederwertigsten Bit (der „Einerstelle“) eines Bytes
Das bedeutet, dass etwa das Byte 0xD5 als Bitequenz (links nach rechts) „10101011“ auf die Reise geht

Bytes der breiteren Felder werden als BigEndians übertragen

d. h. mit dem Byte mit der höheren Wertigkeit zuerst
Beispielsweise wird die MAC-Adresse im Bild 0x0040F6112233 in dieser Reihenfolge als „00 40 F6 11 22 33“ übertragen
Da das erste Bit eines Frames das Multicast-Bit ist, haben Multicastadressen ein erstes Byte mit einer ungeraden Zahl, z. B. 01-1B-19-00-00-00 für IEEE 1588

Eine Abweichung betrifft die FCS (Frame Check Sequence, CRC)

Da sämtliche übertragenen Bit durch den CRC-Generator vom LSB zum MSB geschoben werden, muss das höchstwertige Bit des höchstwertigen Bytes der CRC an vorderster Stelle übertragen werden
Ein errechneter CRC-Wert von 0x8242C222 wird somit als „41 42 43 44“ an die übertragenen Datenbytes als FCS-Prüfsumme zur Übertragung angehängt

Im Gegensatz zum Ethernet-Frame befindet sich bei manchen anderen LAN-Typen (beispielsweise Token Ring oder FDDI) in einem Frame das höchstwertige Bit eines Bytes an erster Stelle

Das bedeutet, dass beim Bridging zwischen einem Ethernet-LAN und einem anderen LAN-Typ die Reihenfolge der Bit eines jeden Bytes der MAC-Adressen umgekehrt werden muss

Präambel und SFD

Die Präambel besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge „10101010…10101010“, auf diese folgt der Start Frame Delimiter (SFD) mit der Bitfolge „10101011“

Diese Sequenz diente einst der Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte
Sie war für all jene Geräteverbindungen notwendig, die die Bit-Synchronisation nicht durch die Übertragung einer kontinuierlichen Trägerwelle auch in Ruhezeiten aufrechterhalten konnten, sondern diese mit jedem gesendeten Frame wieder neu aufbauen mussten
Das alternierende Bitmuster erlaubte jedem Empfänger eine korrekte Synchronisation auf die Bit-Abstände
Da bei einer Weiterleitung über Repeater (Hubs) jeweils ein gewisser Teil der Präambel verloren geht, wurde sie in der Spezifikation groß genug gewählt, dass bei maximaler Ausdehnung des Netzwerkes für den Empfänger noch eine minimale Einschwingphase übrig bleibt

Bus-Netzwerkarchitekturen

Die Bus-Netzwerkarchitekturen, die auf derartige Einschwingvorgänge angewiesen sind, werden heute kaum mehr verwendet, wodurch sich die Präambel, genauso wie das Zugriffsmuster CSMA/CD, die minimale und maximale Frame-Länge und der minimale Paketabstand (IFG, auch IPG) nur aus Kompatibilitätsgründen in der Spezifikation befinden

Genau genommen sind Präambel und SFD Paketelemente, die auf einer Ebene unterhalb des Frames und damit auch des MACs definiert sein sollten, damit ihre Verwendung vom konkreten physischen Medium abhinge
Moderne drahtgebundene Netzwerkarchitekturen sind stern- oder ringförmig und verwenden dauerhaft eingeschwungene (synchrone) Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Endteilnehmern und Netzwerkverteilern (Bridges bzw. Switches), die Paketgrenzen in anderer Form signalisieren und daher Präambel und SFD eigentlich unnötig machen
Andererseits ergeben sich durch IFGs und minimale Frame-Längen für Netzwerkverteiler auch gewisse maximale zu verarbeitende Paketraten, was deren Design vereinfacht

Ziel- und Quell-MAC-Adresse

Die Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation, die die Daten empfangen soll

Diese Adresse kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein

Die Quelladresse identifiziert den Sender

Jede MAC-Adresse der beiden Felder hat eine Länge von sechs Bytes bzw. 48 Bit

Zwei Bit der MAC-Adresse werden zu ihrer Klassifizierung verwendet.

Das erste übertragene Bit und damit Bit 0 des ersten Bytes entscheidet, ob es sich um eine Unicast- (0) oder Broadcast-/Multicast-Adresse (1) handelt
Das zweite übertragene Bit und damit Bit 1 des ersten Bytes entscheidet, ob die restlichen 46 Bit der MAC-Adresse global (0) oder lokal (1) administriert werden
Gekaufte Netzwerkkarten haben eine weltweit eindeutige MAC-Adresse, die global von einem Konsortium und der Herstellerfirma verwaltet wird
Man kann aber jederzeit individuelle MAC-Adressen wählen und den meisten Netzwerkkarten über die Treiberkonfiguration zuweisen, in denen man für das Bit 1 den Wert (1) wählt und eben spezifikationsgemäß die restlichen 46 Bit lokal verwaltet und in der Broadcast-Domäne eindeutig hält

MAC-Adressen werden traditionell als Abfolge von sechs zweistelligen Hex-Zahlen dargestellt

die mit Doppelpunkten getrennt sind, z. B.als „08:00:01:EA:DE:21“, was der Übertragungsreihenfolge am Medium entspricht
Die einzelnen Bytes werden beginnend mit dem LSB gesendet

VLAN-Tag

Im Tagged-MAC-Frame nach IEEE 802.1Q folgen zusätzlich vier Bytes als VLAN-Tag

Die ersten beiden Bytes enthalten die Konstante 0x8100 (=802.1qTagType), die einen Tagged-MAC-Frame als solchen kenntlich machen.
Von der Position her würde hier im Basic-MAC-Frame das Feld Ethertype stehen
Den Wert 0x8100 kann man damit auch als Ethertype für VLAN-Daten ansehen, allerdings folgt nach dem Tag noch der eigentliche Ethertype (s. u.)
In den nächsten beiden Bytes (TCI Tag Control Information) stehen dann drei Bit für die Priorität (Class of Service, 0 niedrigste, 7 höchste Priorität), ein Bit Canonical Format Indicator (CFI), das für die Kompatibilität zwischen Ethernet und Token Ring sorgt (dieses 1-bit-Datenfeld zeigt an, ob die MAC-Adresse in einem anerkannten oder nicht anerkannten Format ist
Hat das gesetzte Bit eine 0, dann ist es nicht vorschriftsmäßig, bei einer 1 ist es vorschriftsmäßig
Für Ethernet-Switches ist es immer 0.
Empfängt ein Ethernet-Port als CFI-Information eine 1, dann verbindet der Ethernet-Switch das Tagging-Frame nicht zu einem nicht-getaggten Port.), sowie 12 Bit für die VLAN-ID.
An diesen VLAN-Tag schließt das ursprünglich an der Position des VLAN-Tags stehende Typ-Feld (EtherType) des eigentlichen Frames mit einem Wert ungleich 0x8100 (im Bild beispielsweise 0x0800 für ein IPv4-Paket) an.

Der VLAN-Tag wird als Folge von zwei Bytes „81 00“ übertragen.

Die 16 Bit des TCI werden in gleicher Weise Big-Endian mit dem höheren Byte voran verschickt.

Typ-Feld (EtherType)

Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten

Die Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-frame mit Längenfeld in dieser Position)
Der spezielle Wert 0x8100 zur Kennzeichnung eines VLAN-Tags ist im Wertevorrat von Type reserviert
Ist ein VLAN-Tag vorhanden, darf das daran anschließende Typ-Feld nicht 0x8100 sein

Werte im Typfeld (EtherType) für einige wichtige Protokolle

Typfeld	Protokoll
0x0800	IP Internet Protocol, Version 4 (IPv4)
0x0806	Address Resolution Protocol (ARP)
0x0842	Wake on LAN (WoL)
0x8035	Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
0x809B	AppleTalk (EtherTalk)
0x80F3	Appletalk Address Resolution Protocol (AARP)
0x8100	VLAN Tag (VLAN)
0x8137	Novell IPX (alt)
0x8138	Novell
0x86DD	IP Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
0x8847	MPLS Unicast
0x8848	MPLS Multicast
0x8863	PPPoE Discovery
0x8864	PPPoE Session
0x8870	Jumbo Frames (veraltet)^[1]
0x888E	802.1X Port Access Entity
0x8892	Echtzeit-Ethernet PROFINET
0x88A2	ATA over Ethernet Coraid AoE^[2]
0x88A4	Echtzeit-Ethernet EtherCAT
0x88A8	Provider Bridging
0x88AB	Echtzeit-Ethernet Ethernet POWERLINK
0x88B8	IEC61850 GOOSE
0x88CC	Link Layer Discovery Protocol LLDP
0x88CD	Echtzeit-Ethernet Sercos III
0x88E1	HomePlug AV
0x88E5	MACsec
0x8906	Fibre Channel over Ethernet
0x8914	FCoE Initialization Protocol (FIP)
0x8947	GeoNetworking protocol

In Ethernet-802.3-Frames kann zur Kompatibilität mit Ethernet I an Stelle des Typfeldes die Länge des Dateninhalts im DATA-Teil angegeben (Längenfeld) sein.

Da das Datenfeld in keinem Ethernet Frame länger als 1500 Bytes sein darf, können die Werte 1536 (0x0600) und darüber als Protokolltypen (Ethertype) verwendet werden.
Die Verwendung der Werte 1501 bis 1535 ist nicht spezifiziert.^[3] Die Verwendung als Länge ist praktisch vollständig verschwunden – um das Ende eines Frames zu signalisieren, verwenden alle Ethernet-Varianten entweder ein spezielles Steuersymbol (100 Mbit/s aufwärts)^[4] oder beenden den Trägertakt (10 Mbit/s).

Das Typ-Feld wird als Big-Endian-Byte-Folge interpretiert und mit dem höherwertigen Byte voran verschickt.

Nutzdaten

Pro Datenblock können maximal 1500 Bytes an Nutzdaten übertragen werden

Die Nutzdaten werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert.^[5] So genannte Jumbo Frames, Super Jumbo Frames und Jumbogramme erlauben auch größere Datenblöcke, diese Spezialmodi bewegen sich aber offiziell abseits von Ethernet beziehungsweise IEEE 802.3.

Datenbytes werden in aufsteigender Byte-Reihenfolge verschickt

PAD-Feld

Das PAD-Feld wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64 Byte zu bringen.

Das ist bei alten Übertragungsverfahren wichtig, um Kollisionen in der sogenannten Collision-Domain sicher zu erkennen.
Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei der erforderlichen Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt, wohl aber ein VLAN-Tag.
Ein PAD-Feld wird somit erforderlich, wenn als Nutzdaten weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) zu übertragen sind.
Das in Type angegebene Protokoll muss dafür sorgen, dass diese als Pad angefügten Bytes (auch „Padding Bytes“ genannt) nicht interpretiert werden, wofür es üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe bereithält.

FCS (Frame Check Sequence)

Das FCS-Feld stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar

Die FCS wird über den eigentlichen Frame berechnet, also beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld.
Die Präambel, der SFD und die FCS selbst sind nicht in der FCS enthalten.

Wenn ein Paket beim Sender erstellt wird, wird eine CRC-Berechnung über die Bitfolge durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt.

Der Empfänger führt nach dem Empfang die gleiche Berechnung aus.
Stimmt die empfangene nicht mit der selbst berechneten Prüfsumme überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus, und der Datenblock wird verworfen.
Zur Berechnung der CRC-32-Prüfsumme werden die ersten 32 Bit der Mac-Adresse invertiert und das Ergebnis der Prüfsummenberechnung wird ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).

In üblichen CRC-Implementierungen als rückgekoppelte Schieberegister werden Datenbits in übertragener Reihenfolge, also vom LSB zum MSB, durch ein Schieberegister geschickt, das aber selbst vom LSB aus beschickt wird.

In Schieberichtung steht damit das MSB der CRC zuerst zur Verfügung und gerät auch in Abweichung zu allen anderen Daten zuerst auf die Leitung.
Wird nun der Datenstrom beim Empfänger inklusive empfangenem CRC-Wert in das Schieberegister geschrieben, enthält die CRC im fehlerfreien Fall den Wert Null.
Ein von Null abweichender Wert deutet auf einen Übertragungsfehler hin.

Durch die Invertierung der ersten 32 Bit und der CRC-Summe ist das Ergebnis nicht mehr Null.

Wenn kein Übertragungsfehler aufgetreten ist, dann enthält das Schieberegister immer dieselbe Zahl, auch Magic Number genannt.
Beim Ethernet lautet sie 0xC704DD7B.

Reihenfolge der Bit und Byte

Bei Ethernet werden Bytes (Oktette) grundsätzlich mit dem niederstwertigen Bit voran übertragen (mit Ausnahme der Frame Check Sequence).

Viele schnellere Varianten übertragen allerdings keine einzelnen Bit, sondern Mehrbit-Symbole oder ganze Oktette in einem Schritt.
Felder, die aus mehreren Bytes bestehen, werden grundsätzlich mit dem höchstwertigen Oktett voran übertragen.

↑ Vorlage:Cite web
↑ Vorlage:Webarchiv
↑ IEEE Std 802.3-2005, 3.2.6
↑ IEEE 802.3 Table 24-1 4B/5B code-groups
↑ Vorlage:Webarchiv (PDF; 1 MB)

[1] Vorlage:Cite web

[2] Vorlage:Webarchiv

[3] IEEE Std 802.3-2005, 3.2.6

[4] IEEE 802.3 Table 24-1 4B/5B code-groups

[Vertiefungsmodul-5] Vorlage:Webarchiv (PDF; 1 MB)

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[3]

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