Netzwerk: Layer 2

Vorwort: Neben Ethernet gibt es im Layer 2 noch einige andere Protokolle, welche wir täglich benutzen. Wer sich jedoch mit DSL, GSM/3G/4G etc auf dieser Schicht auseinandersetzen möchte, wird wohl auf ausführlichere Fachliteratur zurückgreifen können.

Das 1. Protokoll, welches wir hier genauer betrachten ist Ethernet. Jede Netzwerkkarte, welche wir an einem aktuellen Computer finden spricht dieses Protokoll. Es ist die Grundlage für die Kommunikation in einem Lokalen Netzwerk, auch Local Area Network (LAN) genannt.

Wann immer zwei Geräte im LAN miteinander Sprechen, geschieht dies schlussendlich über Ethernet. Dazu besitzt jedes Gerät, oder genauer gesagt jede Netzwerkadapter an einem Gerät eine MAC Adresse.

MAC Adressen

MAC Steht für Media Access Control und die MAC Adresse wird vom Hersteller jedem Netzwerkadapter zugewiesen. Die Adresse besteht aus 48 Bit / 6 Bytes und wird in Hexadezimalen dargestellt. Meist wird die dafür Byteweise mit Doppelpunkten getrennt:

Zum Beispiel: 00:0F:2B:3D:96:4B

In der Hexadezimalen Schreibweise gehen die einzelnen Ziffern von 0 bis F, ein Byte also von 00 bis FF, was 0 bis 255 entspricht.

Für jeden Hersteller werden Blöcke von MAC Adressen anhand der ersten 3 Bytes zugewiesen. Mithilfe von Listen, kann so aus einer MAC Adresse der Hersteller ermittelt werden. Zum Beispiel hier kann dies Online gemacht werden.

Weiteres

Im weiteren ist das Ethernet Protokoll mittels CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) in der Lage zu erkennen, wenn zum Beispiel zwei Pakete zur gleichen Zeit übermittelt werden und es zu einer sogenannten Kollision kommt, respektive dies zu verhindern.

Wikipedia erklärt dieses Prinzip stark vereinfacht wie folgt:

In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Party, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen. Bevor sie zu sprechen beginnen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast zu reden aufgehört hat. Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne, bevor sie einen neuen Anlauf wagen.

Quelle: Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet#CSMA.2FCD-Algorithmus

Hubs und Switches

Um ein Netzwerk mit Ethernet aufzubauen werden Hubs und Switches verwendet. Diese ermöglichen es, mehrere Computer in einer Stern-Topologie miteinander zu verbinden:

Hubs leiten einfach alle Daten an alle Ports (Anschlüsse) weiter. Dies führt zu vielen Kollisionen und macht das Netzwerk sehr langsam. Deshalb werden Hubs heute nicht mehr eingesetzt. Im Gegensatz dazu merken sich Switches an welchem Port sich welche MAC Adresse befindet und leiten den Netzwerkverkehr intelligent weiter (MAC Table/CAM Table).

Ethernet Pakete (Ethernet Frames)

In Kürze:

• Das Frame beginnt mit der Preampel, welche durch den SFP (Start Frame Delimiter) beendet wird.
• Danach beginnt das Paket. Das Paket gehört zum Frame – der Frame beinhaltet das Paket.
• Zuerst kommt die Ziel Adresse. Somit ist gleich jedem “Zuhörer” klar, ob er gemeint ist, oder ob er die weiteren Daten ignorieren darf.
• Darauf folgt die Quell Adresse.
• Das VLAN Tag ist Optional. Mehr zum Thema VLAN wird bei Gelegenheit noch folgen.
• Das Typ Feld gibt auskunft über den Inhalt des Pakets. Zum Beispiel steht 0x0800 für IP, was angibt, dass der Inhalt ein IP Paket ist (Layer 3).
• Das PAD (für Padding / Auffüllen) dient dazu, dass das Paket die Mindestgrösse von 64 Byte, respektive das Frame die Mindestgrösse von 72 Bytes erreicht. Dies dient zur erkennung von Kollisionen.
• Das CRC Feld (Cyclic Redundancy Check) beinhaltet eine Prüfsumme, welche zur erkennung von Fehlern bei der Übertragung dient.