Struktur eines Mac- Rahmens undSignalcodierung

Struktur eines MAC- Rahmens

Der Rahmen für Ethernet, auch MAC-Frame genannt, ist so minimalistisch wie möglich aufgebaut. Im Wesentlichen besteht er aus acht Komponenten.

1. PRE-Präambel
   In der Präambel ist eine periodisch aufgebaute Signalfolge. Sie ist wichtig für die Empfangsstation, indem diese sie beim Synchronisieren auf den Sendetakt unterstützt. Der Umfang der Präambel beträgt 7 Byte.
   
   
2. SFD-Start Frame Delimiter (SFD)
   Der SFD ist ein Feld im Header eines Übertragungsrahmens. Es folgt dem Datenfeld der Präambel und enthält eine festgelegte Bitsequenz, welche als Startpunkt dient. Dem empfangenden PC dient der SFD als Zeichen für einen Frame-Anfang. Mit einem Umfang von einem Byte ist der SFD der kleinste Teil des MAC-Rahmens.
   
   
3. DA-Destination Address
   Unter Destination Address versteht man die Hardwareadresse, an die ein Datenpaket gesendet wird. Sein Umfang beträgt 6 Byte. Jeder Hersteller erhält einen 3 Byte langen Adressbereich. Die restlichen 3 Bytes werden für die einzelnen Systeme genutzt. So ist eine Doppeladressierung ausgeschlossen.
   
   
4. SA- Source Address
   Unter Source Address versteht man die Hardwareadresse, welche ein Datenpaket versendet. Es ist also die Quelladresse. Ihre Größe beträgt 4 Byte.
   
   
5. TYPE- Längen- oder Typenfeld
   Im Längen- oder Typenfeld ist festgelegt, welche Länge Nutzdaten im Ethernet-Rahmen haben dürfen und hat eine Größe von 2 Bytes. Außerdem bestimmt es den Typ des verwendeten Datenprotokolls. Im Fall des Ethernets ist lediglich ein Typenfeld vorhanden. Sein Inhalt gibt an, welche Daten im Datenfeld zu finden sind. Da dieser Ansatz, die Anwendung in der Ebene 2 zu identifizieren, nicht im Einklang mit dem ISO/OSI-Referenzmodell ist, führte das IEEE statt eines Typenfeldes das Längenfeld ein¬.
   
   
6. DATA-Datenfeld
   Die Länge dieses Feldes ist limitiert. Es muss mindestens 46 Bytes lang sein, darf 1500 Bytes jedoch nicht übersteigen.
   
   
7. PAD-Padding
   Ist eine Nachricht kleiner als 46 Bytes, wird sie künstlich aufgefüllt, um die Mindestgröße zu erreichen. Dies ist vor allem bei älteren Verfahren wichtig, um Kollisionen zu vermeiden. Das im Typ- und Längenfeld angegebene Protokoll gewährleistet, dass diese als Pad angefügten Bytes (Padding Bytes) nicht interpretiert werden, wofür es üblicherweise eine eigene Nutzdaten-Längenangabe bereithält.
   
   
8. Frame Check Sequence (FCS)
   Das FCS stellt eine Prüfsumme dar, welche nach dem CRC-Verfahren (Cyclic Redundancy Checksum) ermittelt wurde. Es dient der Erkennung eines Fehlers bei dem empfangenden PC. Bevor ein Datenpaket übermittelt wird, wird mit Hilfe dieses Verfahrens eine Bitfolge berechnet und anschließend eine Prüfsumme an das Paket angehängt. Nach Erhalt für der empfangende PC dieselbe Berechnung durch. Ergibt sich hierbei dieselbe Summe, ist das Datenpaket vollständig übermittelt worden. Ist dies nicht der Fall, wird von einer unvollständigen und somit fehlerhaften Übertragung ausgegangen, was zu einer Zerstörung des Paketes führt.

Signalcodierung

Abhängig von der Bitrate werden Signale unterschiedlich codiert. Unterschieden wird hierbei zwischen dem klassischen Ethernet, Fast Ethernet und Gigabit Ethernet.

Ethernet

Verwendet man Ethernet, wird die sogenannte Manchester-Codierung angewendet. So ist der Empfangstakt aus den Daten ersichtlich. Bei einer Datenrate von 10 Mbit/s beträgt die Geschwindigkeit je nach Dateninhalt 10-20 MBaud. Mit Hilfe dieser Codierung ist eine hohe Gleichanteilsfreiheit des Signals erreicht. Ein weiterer Taktgeber ist nicht notwendig, da bereits aus dem Code ein Takt hervorgeht. Zu beachten ist jedoch, dass bei der Datenübertragung die erforderliche Bandbreite zweimal so hoch ist wie bei einer einfachen Binärcodierung.

Fast Ethernet

Bei fast Ethernet wird die sogenannte 4B/5B- Codierung angewendet. Je 4 Bit wird ein Symbol erstellt, welches mit 5 Bit codiert wird. Das zusätzliche Bit ermöglicht die Erstellung von 16 zusätzlichen Symbolen, welche für die Steuerung eingesetzt werden. Alle für die Übertragung gültigen Kombinationen sind so gebildet, dass fünf Mal die "0" und fünf Mal die "1" vorkommt. So ist eine Gleichstromfreiheit immer gewährleistet. Im Fall von Fast Ethernet werden nur noch die speziell für die Rahmenbegrenzung festgelegten Symbole angewendet. Bei einer Übertragung werden so maximal drei Nullen hintereinander gesendet. So kann ein einfaches Bitcodierungsverfahren wie NRZI angewendet werden. Um 100 Mbit/s zu ermöglichen, ist es notwendig, dass die 4B/5B- Codierung eine Taktung von 125 Mbit/s anstreben. Die Symbolrate von Symbolrate von 25 MBaud bleibt jedoch dabei konstant, sodass nur alle 40 ns ein weiteres Symbol gesendet wird.

Gigabit Ethernet

Für Gigabit Ethernet wird die sogenannte Fibre Channel Technologie angewendet. Pro zu übertragendes Byte werden 10 Bit gesendet. Diese Codierung wird als 8B/10B- Codierung bezeichnet und ermöglicht wie die 4B/5B- Codierung die Gewinnung des Übertragungstaktes. Der so erstellte Bitstrom wird mit NRZI auf einem LW-Leiter übertragen. Bei Kupferkabeln wird heute ausschließlich MLT-5 genutzt.  Handelt es sich um 10 Gigabit Ethernet, wird je acht Bytes ein 66 Bit Wert erzeugt. Auch hier ist eine Gewinnung des Übertragungstaktes möglich sowie das Auffinden von Ein- und Mehrbitfehlern und eine Kompensation des DC-Anteils im Signal.