Ethernet Frame
Ein Ethernet Frame ist die Übertragungseinheit im Ethernet. Er umfasst 64 bis 1518 Byte und trägt Header, Payload und Prüfsumme.
Der Ethernet Frame, deutsch auch Ethernet-Rahmen, ist die Einheit, in der Daten über ein Ethernet-Netz übertragen werden. Er besteht aus einem Header mit Adressierungsangaben, der eigentlichen Payload und einer Prüfsumme am Ende. Vorangestellt sind Synchronisationsfelder, die nicht zum Frame selbst zählen.
Aufbau
┌──────────┬─────┬──────────┬───────────┬──────┬─────────┬─────┐ │ Präambel │ SFD │ Ziel-MAC │ Quell-MAC │ Type │ Payload │ FCS │ │ 7 B │ 1 B │ 6 B │ 6 B │ 2 B │ 46–1500 │ 4 B │ └──────────┴─────┴──────────┴───────────┴──────┴─────────┴─────┘ └──────────── Frame: 64 – 1518 Byte ──────────┘
Präambel und SFD dienen der Synchronisation des Empfängers und gehören nicht zum Frame. Sie werden weder bei der Längenbestimmung mitgezählt noch von der Prüfsumme abgedeckt. SFD ist der Start Frame Delimiter.
Ziel- und Quelladresse sind MAC-Adressen zu je sechs Byte. Die Zieladresse steht zuerst, damit ein Switch die Weiterleitungsentscheidung so früh wie möglich treffen kann.
Das Type-Feld gibt an, welches Protokoll die Payload trägt. Bei Werten ab 1536 handelt es sich um einen EtherType, bei Werten bis 1500 um eine Längenangabe nach IEEE 802.3.
Die Payload umfasst 46 bis 1500 Byte. Kürzere Nutzdaten werden mit Füllbytes aufgefüllt.
Die FCS ist eine 32 Bit lange Prüfsumme über alle Felder ab der Zieladresse.
Minimale und maximale Länge
Ein Frame ist mindestens 64 und höchstens 1518 Byte lang, jeweils ohne Präambel und SFD.
Die Untergrenze stammt aus dem ursprünglichen Zugriffsverfahren. Bei geteiltem Medium musste eine Station lange genug senden, um eine Kollision noch während der eigenen Übertragung zu bemerken. Diese Zeitspanne entspricht bei 10 und 100 Mbit/s genau 512 Bit, also 64 Byte. Kürzere Payloads werden deshalb aufgefüllt — nicht weil die Daten es verlangen, sondern weil der Frame eine Mindestdauer auf der Leitung haben muss.
Die Obergrenze von 1500 Byte Payload ist historisch begründet. Sie begrenzt, wie lange eine Station das Medium belegen darf, und hielt den Speicherbedarf früher Schnittstellenkarten in vertretbaren Grenzen. Sie ist zugleich der Grund, warum die Unterscheidung zwischen Längenangabe und EtherType bei 1536 möglich ist.
Mit VLAN-Tag
Wird ein Frame nach IEEE 802.1Q getaggt, schieben sich vier Byte zwischen Quelladresse und Type-Feld. Die maximale Framelänge steigt dadurch auf 1522 Byte.
┌──────────┬───────────┬────────┬─────┬──────┬─────────┬─────┐ │ Ziel-MAC │ Quell-MAC │ 0x8100 │ TCI │ Type │ Payload │ FCS │ └──────────┴───────────┴────────┴─────┴──────┴─────────┴─────┘
Geräte, die von dieser Erweiterung nichts wissen, werten solche Frames als zu lang und verwerfen sie. Bei doppelter Kennzeichnung nach IEEE 802.1ad kommen weitere vier Byte hinzu.
Der Frame auf der Leitung
Für Berechnungen zur Auslastung genügt die Framelänge nicht. Auf der Leitung kommen Präambel, SFD und die anschließende Sendepause hinzu:
| Anteil | Länge |
|---|---|
| Präambel und SFD | 8 Byte |
| Frame | 64 – 1518 Byte |
| Interpacket Gap | 12 Byte |
Jeder Frame belegt damit 20 Byte mehr, als seine Länge angibt. Bei kurzen Frames ist dieser Anteil erheblich: Ein Frame minimaler Länge belegt 84 statt 64 Byte, sodass nur gut drei Viertel der Leitungskapazität für Nutzdaten zur Verfügung stehen.
Daraus ergibt sich die maximale Framerate einer Strecke. Bei 1 Gbit/s und kürzestmöglichen Frames sind es rund 1,488 Millionen Frames pro Sekunde — eine Zahl, die in Datenblättern von Switches regelmäßig auftaucht.
Ethernet II und IEEE 802.3
Zwei Frameformate existieren nebeneinander. Sie unterscheiden sich allein in der Bedeutung des zweiten Feldes nach den Adressen.
Im Format Ethernet II, das auf die ursprüngliche Spezifikation von DEC, Intel und Xerox zurückgeht, steht dort der Protokolltyp. Im Format nach IEEE 802.3 steht dort die Länge der Payload; die Protokollkennung wandert an den Anfang der Payload in einen zusätzlichen Header.
Praktisch nutzt heute nahezu jeder Verkehr das Format Ethernet II. Das 802.3-Format begegnet einem noch bei einzelnen Steuerprotokollen und in Altbeständen.
Fehlerhafte Frames
Frames, die von der zulässigen Form abweichen, werden je nach Fehlerbild unterschiedlich gezählt — als Runt, Giant, Jabber oder Alignment Error. Die zugehörigen Zähler auf Switch-Ports gehören zu den aussagekräftigsten Werkzeugen der Fehlersuche.