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Ethernet MAC Adresse:

In einem Ethernet-LAN ist jedes Netzwerkgert an die gleichen, gemeinsam genutzten Medien angeschlossen. Die MAC-Adresse wird verwendet, um die physischen Quell- und Zielgerte (NICs) im lokalen Netzwerksegment zu identifizieren. Die MAC-Adressierung bietet eine Methode zur Gerteidentifizierung auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells.

Eine Ethernet-MAC-Adresse ist eine 48-Bit-Adresse, die mit 12 hexadezimalen Ziffern ausgedrckt wird. Da ein Byte 8 Bits entspricht, knnen wir auch sagen, dass eine MAC-Adresse 6 Bytes lang ist.

MAC-Adressen bestehen aus insgesamt 48 Bits. Diese 48 Bits knnen in zwlf 4-Bit-Gruppierungen oder 12 Hexadezimalziffern unterteilt werden. Die Kombination von zwei Hexadezimalziffern zusammen ergibt ein Byte, daher entsprechen die 48 Bits auch 6 Bytes.

Alle MAC-Adressen mssen fr das Ethernet-Gert oder die Ethernet-Schnittstelle eindeutig sein. Um dies sicherzustellen, mssen sich alle Anbieter, die Ethernet-Gerte verkaufen, bei der IEEE registrieren, um einen eindeutigen 6 hexadezimalen (d.h. 24-Bit- oder 3-Byte-) Code zu erhalten, der als Organizational Unique Identifier (OUI) bezeichnet wird. Wenn ein Verkufer einem Gert oder einer Ethernet-Schnittstelle eine MAC-Adresse zuweist, muss der Verkufer wie folgt vorgehen:

• Seine zugewiesene OUI als die ersten 6 Hexadezimalziffern verwenden.
• Einen eindeutigen Wert in den letzten 6 Hexadezimalziffern zuweisen.

Daher besteht eine Ethernet-MAC-Adresse aus einem 6 hexadezimalen OUI-Code des Herstellers, gefolgt von einem 6 hexadezimalen, die vom Hersteller zugewiesenen Wert enthlt. 

Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Hersteller einem neuen Gert eine eindeutige MAC-Adresse zuweisen muss. Das IEEE hat dem Hersteller X eine OUI von 00-60-2F zugewiesen. Der Hersetsller X wrde dann das Gert mit einem eindeutigen Herstellercode wie 3A-07-BC konfigurieren. Daher wrde die Ethernet-MAC-Adresse dieses Gerts 00-60-2F-3A-07-BC lauten.

Es liegt in der Verantwortung des Herstellers, sicherzustellen, dass keinem seiner Gerte die gleiche MAC-Adresse zugewiesen wird. Es ist jedoch mglich, dass aufgrund von Fehlern bei der Herstellung, Fehlern bei einigen Implementierungsmethoden fr virtuelle Maschinen oder nderungen, die mit einem von mehreren Software-Tools vorgenommen wurden, doppelte MAC-Adressen existieren. In jedem Fall wird es notwendig sein, die MAC-Adresse mit einer neuen Netzwerkkarte zu ndern oder nderungen per Software vorzunehmen.

Frame-Verarbeitung:

Manchmal wird die MAC-Adresse als "eingebrannte Adresse" (BIA) bezeichnet, weil die Adresse fest in den Nur-Lese-Speicher (ReadOnlyMemory) der Netzwerkkarte kodiert ist. Das bedeutet, dass die Adresse dauerhaft in den ROM-Chip kodiert ist.

Bei modernen PC-Betriebssystemen und NICs ist es mglich, die MAC-Adresse in Software zu ndern. Dies ist ntzlich, wenn man versucht, Zugang zu einem Netzwerk zu erhalten, das auf BIA-Basis filtert. Folglich ist das Filtern oder Kontrollieren des Datenverkehrs auf der Grundlage der MAC-Adresse nicht mehr so sicher.

Wenn der Computer hochfhrt, kopiert die Netzwerkkarte ihre MAC-Adresse vom ROM in den RAM-Speicher. Wenn ein Gert eine Nachricht an ein Ethernet-Netzwerk weiterleitet, sind diese im Ethernet-Header enthalten:

• Quell-MAC-Adresse - Dies ist die MAC-Adresse der NIC des Quellgertes.
• MAC-Zieladresse - Dies ist die MAC-Adresse der NIC des Zielgerts.

Wenn eine NIC einen Ethernet-Frame empfngt, untersucht sie die Ziel-MAC-Adresse, um festzustellen, ob sie mit der physischen MAC-Adresse bereinstimmt, die im RAM gespeichert ist. Wenn es keine bereinstimmung gibt, verwirft das Gert den Frame. Wenn es eine bereinstimmung gibt, leitet es den Frame an die OSI-Schichten weiter, wo der Entkapselungsprozess stattfindet.
Hinweis: Ethernet-NICs akzeptieren auch Frames, wenn die Ziel-MAC-Adresse ein Broadcast oder eine Multicast-Gruppe ist, zu der der Host gehrt.

Jedes Gert, das die Quelle oder das Ziel eines Ethernet-Frames ist, verfgt ber eine Ethernet-NIC und damit ber eine MAC-Adresse. Dazu gehren Workstations, Server, Drucker, mobile Gerte und Router.

Ethernet-Kapselung:

Dieses Kapitel beginnt mit einer Errterung der Ethernet-Technologie einschlielich einer Erklrung der MAC-Unterschicht und der Ethernet-Rahmenfelder.

Ethernet ist eine von zwei heute verwendeten LAN-Technologien, wobei die andere drahtlose LANs (WLANs) sind. Ethernet verwendet drahtgebundene Kommunikation, einschlielich Twisted Pair, Glasfaserverbindungen und Koaxialkabel.

Ethernet arbeitet in der Datensicherungsschicht (Data Link Layer) und in der Bitbertragungsschicht (Physical Layer). Es handelt sich um eine Familie von Netzwerktechnologien, die in den IEEE-Normen 802.2 und 802.3 definiert sind. Ethernet untersttzt folgende Datenbandbreiten:

• 10 Mbps
• 100 Mbps
• 1000 Mbps (1 Gbps)
• 10.000 Mbps (10 Gbps)
• 40.000 Mbps (40 Gbps)
• 100.000 Mbps (100 Gbps)

Wie in der folgenden Tabelle gezeigt, definieren Ethernet-Standards sowohl die Layer-2-Protokolle als auch die Layer-1-Technologien.

Data-Link-Sublayers (Sicherungsschicht Subschichten):

Die IEEE 802 LAN/MAN-Protokolle, einschlielich Ethernet, verwenden zum Betrieb die folgenden zwei getrennten Teilschichten der Sicherungsschicht. Es handelt sich um die Logical Link Control (LLC) und die Media Access Control (MAC).

Es sei daran erinnert, dass LLC und MAC die folgenden Rollen in der Sicherungsschicht haben:

LLC-Unterschicht - Diese IEEE-802.2-Unterschicht kommuniziert zwischen der Netzwerksoftware auf den oberen Schichten und der Gertehardware auf den unteren Schichten. Sie platziert Informationen in den Rahmen, die angeben, welches Protokoll der Netzwerkschicht fr den Rahmen verwendet wird. Diese Informationen ermglichen es mehreren Schicht-3-Protokollen wie IPv4 und IPv6, dieselbe Netzwerkschnittstelle und dasselbe Medium zu verwenden.

MAC-Unterschicht - Diese Unterschicht (z. B. IEEE 802.3, 802.11 oder 802.15) ist in Hardware implementiert und fr die Datenkapselung und Medienzugriffskontrolle zustndig. Sie ermglicht die Adressierung der Sicherungsschicht und ist mit verschiedenen Technologien der Bitbertragungsschicht integriert.

MAC-Subschicht:

Die MAC-Unterschicht ist fr die Datenkapselung und den Zugriff auf die Medien verantwortlich.

Kapselung der Daten:

Die IEEE-802.3-Datenkapselung umfasst Folgendes:

• Ethernet-Frame: Dies ist die interne Struktur des Ethernet-Frames.
• Ethernet-Adressierung: Der Ethernet-Frame enthlt sowohl eine Quell- als auch eine Ziel-MAC-Adresse, um den Ethernet-Frame von der Ethernet-NIC zur Ethernet-NIC im selben LAN zu liefern.
• Ethernet-Fehlererkennung: Der Ethernet-Frame enthlt einen Frame Check Sequence (FCS)-Anhnger, der zur Fehlererkennung dient.
  Zugriff auf die Medien

Die IEEE 802.3 MAC-Subschicht enthlt die Spezifikationen fr verschiedene Ethernet-Kommunikationsstandards ber verschiedene Medientypen, einschlielich Kupfer und Glasfaser.

Erinnern Sie sich daran, dass Legacy-Ethernet mit einer Bustopologie oder Hubs ein gemeinsam genutztes, halb-duplexes Medium ist. Ethernet ber ein Halbduplex-Medium verwendet ein konfliktbasiertes Zugriffsverfahren, Carrier Sense Multiple Access/Kollisionserkennung (CSMA/CD). Dadurch wird sichergestellt, dass immer nur ein Gert gleichzeitig sendet. CSMA/CD ermglicht mehreren Gerten die gemeinsame Nutzung desselben Halbduplex-Mediums und erkennt eine Kollision, wenn mehr als ein Gert gleichzeitig versucht, zu bertragen. Es bietet auch einen Back-Off-Algorithmus fr die erneute bertragung.

Heutige Ethernet-LANs verwenden Switches, die im Vollduplex-Modus arbeiten. Vollduplex-Kommunikation mit Ethernet-Switches erfordert keine Zugriffskontrolle durch CSMA/CD.

Ethernet-Rahmen-Felder:

Die minimale Ethernet-Rahmengre betrgt 64 Byte und die maximale Gre 1518 Byte. Dies umfasst alle Bytes vom Feld der Ziel-MAC-Adresse bis zum Feld der Frame Check Sequence (FCS). Das Prambel-Feld wird bei der Beschreibung der Gre des Frames nicht bercksichtigt.

Jeder Frame mit einer Lnge von weniger als 64 Bytes wird als "Kollisionsfragment" oder "Runt Frame" betrachtet und von den Empfangsstationen automatisch verworfen. Frames mit mehr als 1500 Byte Daten werden als "Jumbo"- oder "Baby-Riesen-Frames" betrachtet.

Wenn die Gre eines bertragenen Frames kleiner als das Minimum oder grer als das Maximum ist, verwirft das Empfangsgert den Frame. Fallengelassene Frames sind wahrscheinlich das Ergebnis von Kollisionen oder anderen unerwnschten Signalen. Sie werden als ungltig betrachtet. Jumbo-Frames werden in der Regel von den meisten Fast Ethernet- und Gigabit Ethernet-Switches und NICs untersttzt.

Datenbertragungsrahmen - der Datenframe:

In diesem Thema wird ausfhrlich erklrt, was mit dem Datenbertragungsrahmen passiert, wenn er sich durch ein Netzwerk bewegt. Die an einen Rahmen angehngten Informationen werden durch das verwendete Protokoll bestimmt.

Die Datenverbindungsschicht bereitet die eingekapselten Daten (normalerweise ein IPv4- oder IPv6-Paket) fr den Transport ber die lokalen Medien vor, indem sie sie mit einem Header und einem Trailer kapselt, um einen Rahmen zu erstellen.

Das Datenverbindungsprotokoll ist fr die NIC(Network Interface Card, Netzwerkkarte)-zu-NIC-Kommunikation innerhalb desselben Netzwerks verantwortlich. Obwohl es viele verschiedene Datenverbindungsschichtprotokolle gibt, die Datenverbindungsschicht-Frames beschreiben, hat jeder Frame-Typ drei grundlegende Teile:

• Header 
• Daten
• Trailer

Im Gegensatz zu anderen Verkapselungsprotokollen hngt die Datenverbindungsschicht Informationen in Form eines Anhngers am Ende des Frames an.

Alle Protokolle der Datenverbindungsschicht kapseln die Daten innerhalb des Datenfeldes des Frames ein. Die Struktur des Rahmens und die im Header und Trailer enthaltenen Felder variieren jedoch je nach Protokoll.

Es gibt keine einheitliche Rahmenstruktur, die den Anforderungen des gesamten Datentransports ber alle Arten von Medien gerecht wird. Je nach Umgebung variiert die Menge der im Frame bentigten Kontrollinformationen, um den Anforderungen der Zugangskontrolle der Medien und der logischen Topologie zu entsprechen. So muss ein WLAN-Frame beispielsweise Verfahren zur Kollisionsvermeidung enthalten und erfordert daher im Vergleich zu einem Ethernet-Frame zustzliche Kontrollinformationen.

In einem fragilen Umfeld sind mehr Kontrollen erforderlich, um die Lieferung zu gewhrleisten. Die Kopf- und Anhngerfelder sind grer, da mehr Kontrollinformationen bentigt werden. Es sind noch strkere Anstrengungen erforderlich, um die Zustellung zu gewhrleisten. Dies bedeutet hhere Kosten und langsamere bertragungsraten.

Frame Fields - Rahmenfelder:

Durch das Framing wird der Datenstrom in entzifferbare Gruppierungen aufgeteilt, wobei die Steuerinformationen im Header und im Trailer als Werte in verschiedene Felder eingefgt werden. Dieses Format gibt den physikalischen Signalen eine Struktur, die von den Knoten erkannt und am Zielort in Pakete dekodiert wird. Die Standards fr ein bestimmtes Datenverbindungsprotokoll definieren das eigentliche Rahmenformat.

Zu den Rahmenfeldern gehren die folgenden:

• Rahmenstart- und -stoppanzeigeflaggen - werden verwendet, um die Anfangs- und Endgrenzen des Rahmens zu identifizieren.
• Adressierung - Zeigt die Quell- und Zielknoten auf den Medien an.
• Typ - Identifiziert das Schicht-3-Protokoll im Datenfeld.
• Kontrolle - Identifiziert spezielle Dienste zur Flusskontrolle, wie z.B. die Dienstqualitt (QoS). QoS gibt bestimmten Arten von Nachrichten Prioritt bei der Weiterleitung. Beispielsweise erhalten Voice-over-IP-Frames (VoIP) normalerweise Prioritt, da sie empfindlich auf Verzgerungen reagieren.
• Daten - Enthlt die Frame-Nutzlast (d. h. den Paketkopf, den Segmentkopf und die Daten).
• Fehlererkennung - Wird nach den Daten zur Bildung des Trailers eingefgt.

Datenverbindungsschichtprotokolle fgen am Ende jedes Frames einen Trailer hinzu. In einem Prozess, der Fehlererkennung genannt wird, stellt der Trailer fest, ob der Frame ohne Fehler angekommen ist. Er legt eine logische oder mathematische Zusammenfassung der Bits, aus denen der Rahmen besteht, in den Trailer. Die Datenverbindungsschicht fgt eine Fehlererkennung hinzu, da die Signale auf dem Medium Interferenzen, Verzerrungen oder Verlusten ausgesetzt sein knnten, die die Bitwerte, die diese Signale darstellen, wesentlich verndern wrden.

Ein Sendeknoten erstellt eine logische Zusammenfassung des Inhalts des Rahmens, die als CRC-Wert (Cyclic Redundancy Check) bezeichnet wird. Dieser Wert wird in das Feld fr die Rahmenprfungssequenz (FCS) gesetzt, um den Inhalt des Rahmens darzustellen. Im Ethernet-Trailer bietet die FCS dem empfangenden Knoten eine Methode, mit der er feststellen kann, ob der Rahmen bertragungsfehler aufweist.