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Ethernet MAC Adresse:

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

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

MAC-Adressen bestehen aus insgesamt 48 Bits. Diese 48 Bits können in zwölf 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 müssen für das Ethernet-Gerät oder die Ethernet-Schnittstelle eindeutig sein. Um dies sicherzustellen, müssen sich alle Anbieter, die Ethernet-Geräte 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 Verkäufer einem Gerät oder einer Ethernet-Schnittstelle eine MAC-Adresse zuweist, muss der Verkäufer 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 enthält. 

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

Es liegt in der Verantwortung des Herstellers, sicherzustellen, dass keinem seiner Geräte die gleiche MAC-Adresse zugewiesen wird. Es ist jedoch möglich, dass aufgrund von Fehlern bei der Herstellung, Fehlern bei einigen Implementierungsmethoden für virtuelle Maschinen oder Änderungen, 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 ändern oder Änderungen 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 möglich, die MAC-Adresse in Software zu ändern. Dies ist nützlich, 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 hochfährt, kopiert die Netzwerkkarte ihre MAC-Adresse vom ROM in den RAM-Speicher. Wenn ein Gerät eine Nachricht an ein Ethernet-Netzwerk weiterleitet, sind diese im Ethernet-Header enthalten:

• Quell-MAC-Adresse - Dies ist die MAC-Adresse der NIC des Quellgerätes.
• MAC-Zieladresse - Dies ist die MAC-Adresse der NIC des Zielgeräts.

Wenn eine NIC einen Ethernet-Frame empfängt, untersucht sie die Ziel-MAC-Adresse, um festzustellen, ob sie mit der physischen MAC-Adresse übereinstimmt, die im RAM gespeichert ist. Wenn es keine Übereinstimmung gibt, verwirft das Gerät den Frame. Wenn es eine Übereinstimmung 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 gehört.

Jedes Gerät, das die Quelle oder das Ziel eines Ethernet-Frames ist, verfügt über eine Ethernet-NIC und damit über eine MAC-Adresse. Dazu gehören Workstations, Server, Drucker, mobile Geräte und Router.

Ethernet-Kapselung:

Dieses Kapitel beginnt mit einer Erörterung der Ethernet-Technologie einschließlich einer Erklärung 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, einschließlich Twisted Pair, Glasfaserverbindungen und Koaxialkabel.

Ethernet arbeitet in der Datensicherungsschicht (Data Link Layer) und in der Bitübertragungsschicht (Physical Layer). Es handelt sich um eine Familie von Netzwerktechnologien, die in den IEEE-Normen 802.2 und 802.3 definiert sind. Ethernet unterstützt 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, einschließlich 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 Gerätehardware auf den unteren Schichten. Sie platziert Informationen in den Rahmen, die angeben, welches Protokoll der Netzwerkschicht für den Rahmen verwendet wird. Diese Informationen ermöglichen 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 für die Datenkapselung und Medienzugriffskontrolle zuständig. Sie ermöglicht die Adressierung der Sicherungsschicht und ist mit verschiedenen Technologien der Bitübertragungsschicht integriert.

MAC-Subschicht:

Die MAC-Unterschicht ist für 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 enthält 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 enthält einen Frame Check Sequence (FCS)-Anhänger, der zur Fehlererkennung dient.
  Zugriff auf die Medien

Die IEEE 802.3 MAC-Subschicht enthält die Spezifikationen für verschiedene Ethernet-Kommunikationsstandards über verschiedene Medientypen, einschließlich Kupfer und Glasfaser.

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

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-Rahmengröße beträgt 64 Byte und die maximale Größe 1518 Byte. Dies umfasst alle Bytes vom Feld der Ziel-MAC-Adresse bis zum Feld der Frame Check Sequence (FCS). Das Präambel-Feld wird bei der Beschreibung der Größe des Frames nicht berücksichtigt.

Jeder Frame mit einer Länge 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 Größe eines übertragenen Frames kleiner als das Minimum oder größer als das Maximum ist, verwirft das Empfangsgerät den Frame. Fallengelassene Frames sind wahrscheinlich das Ergebnis von Kollisionen oder anderen unerwünschten Signalen. Sie werden als ungültig betrachtet. Jumbo-Frames werden in der Regel von den meisten Fast Ethernet- und Gigabit Ethernet-Switches und NICs unterstützt.

Datenübertragungsrahmen - der Datenframe:

In diesem Thema wird ausführlich erklärt, was mit dem Datenübertragungsrahmen passiert, wenn er sich durch ein Netzwerk bewegt. Die an einen Rahmen angehängten Informationen werden durch das verwendete Protokoll bestimmt.

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

Das Datenverbindungsprotokoll ist für 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 hängt die Datenverbindungsschicht Informationen in Form eines Anhängers 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 über alle Arten von Medien gerecht wird. Je nach Umgebung variiert die Menge der im Frame benötigten 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 zusätzliche Kontrollinformationen.

In einem fragilen Umfeld sind mehr Kontrollen erforderlich, um die Lieferung zu gewährleisten. Die Kopf- und Anhängerfelder sind größer, da mehr Kontrollinformationen benötigt werden. Es sind noch stärkere Anstrengungen erforderlich, um die Zustellung zu gewährleisten. Dies bedeutet höhere Kosten und langsamere Übertragungsraten.

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 eingefügt werden. Dieses Format gibt den physikalischen Signalen eine Struktur, die von den Knoten erkannt und am Zielort in Pakete dekodiert wird. Die Standards für ein bestimmtes Datenverbindungsprotokoll definieren das eigentliche Rahmenformat.

Zu den Rahmenfeldern gehören 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 Dienstqualität (QoS). QoS gibt bestimmten Arten von Nachrichten Priorität bei der Weiterleitung. Beispielsweise erhalten Voice-over-IP-Frames (VoIP) normalerweise Priorität, da sie empfindlich auf Verzögerungen reagieren.
• Daten - Enthält die Frame-Nutzlast (d. h. den Paketkopf, den Segmentkopf und die Daten).
• Fehlererkennung - Wird nach den Daten zur Bildung des Trailers eingefügt.

Datenverbindungsschichtprotokolle fügen 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 fügt eine Fehlererkennung hinzu, da die Signale auf dem Medium Interferenzen, Verzerrungen oder Verlusten ausgesetzt sein könnten, die die Bitwerte, die diese Signale darstellen, wesentlich verändern würden.

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 für die Rahmenprüfungssequenz (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 Übertragungsfehler aufweist.