Frame Ethernet: de­fi­ni­zio­ne e varianti del formato frame

In una rete Ethernet, i di­spo­si­ti­vi con­di­vi­do­no pacchetti di dati, noti anche come pacchetti Ethernet. Essi con­ten­go­no tra le altre cose il frame Ethernet, che a sua volta è suddiviso in diversi set di dati. Questi record sono co­sti­tui­ti da un codice binario, che fornisce in­for­ma­zio­ni im­por­tan­ti quali indirizzi, in­for­ma­zio­ni di controllo e checksum.

A seconda dello standard Ethernet, i frame Ethernet sono strut­tu­ra­ti in modo diverso e possono contenere più o meno campi di dati, in base al pro­to­col­lo di rete.

Nel modello OSI il frame si trova sul livello di col­le­ga­men­to re­spon­sa­bi­le della tra­smis­sio­ne senza errori e separa il flusso di bit in blocchi o frame. La prima versione di Ethernet (Ethernet I) era ancora basata su campi di dati a 16 bit senza byte definiti. I moderni frame Ethernet sono stati uti­liz­za­ti per la prima volta nella co­sid­det­ta struttura Ethernet II prima che Ethernet venisse ul­te­rior­men­te svi­lup­pa­ta dall’IEEE (Institute of Elec­tri­cal and Elec­tro­nics Engineers) nel pro­to­col­lo IEEE 802.3 standard del 1983 (prima IEEE 802.3raw).

Per quanto riguarda i progressi tecnici, la struttura del frame è stata adattata più volte in modo che i frame potessero contenere dati di in­for­ma­zio­ni più definiti. Pertanto nel formato IEEE 802.3 il frame MAC di base e il frame SNAP sono stati creati per il metodo multiplex e per i dati di iden­ti­fi­ca­zio­ne relativi al pro­dut­to­re. Per lo sviluppo della VLAN il frame Ethernet II e il frame IEEE 802.3 Ethernet sono stati svi­lup­pa­ti come varianti “tagged”, il che significa che di­spon­go­no di uno speciale tag. Esso contiene dati di controllo che possono assegnare il frame a una VLAN specifica.

Un frame Ethernet deve avere di default una di­men­sio­ne di almeno 64 byte per con­sen­ti­re un ri­le­va­men­to delle col­li­sio­ni e può avere un massimo di 1.518 byte. Il pacchetto inizia sempre con un preambolo che controlla la sin­cro­niz­za­zio­ne tra mittente e ricevente e uno “Start Frame Delimiter” (SFD) che definisce il frame. Entrambe le in­for­ma­zio­ni sono una sequenza di bit nel formato 10101010…

Nel frame relativo ci sono in­for­ma­zio­ni sugli indirizzi di de­sti­na­zio­ne e della sorgente (formato MAC) e in­for­ma­zio­ni di controllo (nel caso di Ethernet II il campo “Tipo”, in seguito una specifica della lunghezza), seguiti dal record di dati da tra­smet­te­re. Una “Frame Check Sequence” (FCS) chiude l’intero frame come checksum (tranne il preambolo e l’SFD). Il pacchetto è com­ple­ta­to da un “Inter Frame Gap” che imposta una pausa di tra­smis­sio­ne di 9,6 µs.

Ethernet II utilizza la classica struttura del frame, che include il co­sid­det­to campo “type” (tipo), che definisce vari pro­to­col­li del livello di rete. Nel modello OSI il livello di rete è im­por­tan­te per la con­nes­sio­ne e la fornitura di indirizzi di rete. Il campo “tipo” è stato so­sti­tui­to da una specifica di lunghezza nei formati frame suc­ces­si­vi.

Il frame Ethernet II è stato definito nel 1982 e co­sti­tui­sce la base per i frame svi­lup­pa­ti suc­ces­si­va­men­te. Tuttavia il formato gode ancora di grande po­po­la­ri­tà, so­prat­tut­to perché offre il maggiore spazio al campo dati effettivo (fino a 1.500 byte).

Questa versione grezza del pacchetto 802.3 è stata messa in evidenza dall’azienda Novell prima della dif­fu­sio­ne dello standard IEEE 802.3 insieme al popolare pro­to­col­lo IPX/SPX e lo ha chiamato sfor­tu­na­ta­men­te “Ethernet 802.3”, con con­se­guen­te frequente con­fu­sio­ne con lo standard IEEE. Pertanto Novell ha aggiunto “raw”.

A dif­fe­ren­za del classico modello Ethernet II, questo frame definisce per la prima volta una fine esatta della sequenza di bit per l’SFD. In questo modo il de­sti­na­ta­rio iden­ti­fi­ca il pacchetto di dati come standard 802.3. A tale scopo il campo del tipo viene omesso e al suo posto compare l’in­di­ca­zio­ne della lunghezza. Pertanto questo tipo di frame non contiene alcun iden­ti­fi­ca­to­re di pro­to­col­lo, in quanto è comunque uti­liz­za­bi­le solo per IPX di Novell. Inoltre i dati da tra­smet­te­re sono pre­fis­sa­ti sempre a 2 byte, che con­si­sto­no sempre di unità. Questo è l’unico modo per di­stin­gue­re un frame “raw” da altri frame della famiglia 802.3.

Il frame IEEE 802.3raw può essere uti­liz­za­to solo per il pro­to­col­lo IPX poiché manca l’ID del pro­to­col­lo del campo di tipo. Anche il nome “IEEE 802.3raw” è leg­ger­men­te fuor­vian­te perché Novell ha uti­liz­za­to il nome del pro­to­col­lo senza coin­vol­ge­re l’IEEE nello sviluppo del frame. L’uso di questo frame significa lavoro extra per l’utente, poiché possono ve­ri­fi­car­si problemi di com­pa­ti­bi­li­tà tra i di­spo­si­ti­vi. Novell rac­co­man­da sin dal 1993 per il suo NetWare il formato “Ethernet 802.2”, dietro al quale non si nasconde nient’altro che il men­zio­na­to frame IEEE 802.3 (si voleva evitare il rischio di fare con­fu­sio­ne con il frame “raw”). Inoltre, Novel supporta ora anche lo standard IEEE 802.3 ufficiale.

Questa versione stan­dar­diz­za­ta dei frame Ethernet 802.3 può a propria volta definire fino a 256 pro­to­col­li com­pa­ti­bi­li. Inoltre, im­por­tan­ti in­for­ma­zio­ni sul pro­to­col­lo sono ora integrati nel campo dati. Inoltre sono compresi i campi “Desti­na­tion Service Access Point” (DSAP) e “Source Service Access Point” (SSAP). Il nuovo campo di controllo definisce il “Logical Link” (LLC) del pro­to­col­lo. Questo punto ga­ran­ti­sce la tra­spa­ren­za dei processi di con­di­vi­sio­ne dei media. Inoltre qui vengono salvate, tra le altre cose, le in­for­ma­zio­ni sul controllo del flusso di dati.

Ethernet IEEE 802.3 è oggi la struttura di frame LAN di gran lunga più amata e più am­pia­men­te uti­liz­za­ta. Tuttavia alcune reti e pro­to­col­li ri­chie­do­no più spazio per in­for­ma­zio­ni spe­ci­fi­che. Pertanto esistono varianti del frame IEEE 802.3 che for­ni­sco­no blocchi di dati ag­giun­ti­vi per in­for­ma­zio­ni spe­ci­fi­che, tra cui l’esten­sio­ne SNAP e il tag VLAN.

Il campo SNAP (Subnetwork Access Protocol) è utile per definire più di 256 pro­to­col­li. Per questo vengono forniti 2 byte per il numero di pro­to­col­lo. Inoltre il pro­dut­to­re può integrare un iden­ti­fi­ca­ti­vo univoco (3 byte). A dif­fe­ren­za dei suoi pre­de­ces­so­ri, SNAP ga­ran­ti­sce anche la re­tro­com­pa­ti­bi­li­tà con Ethernet II. DSAP, SSAP e Control vengono qui definiti ri­go­ro­sa­men­te.

Con lo spazio appena aggiunto per le in­for­ma­zio­ni sul pro­to­col­lo, IEEE 802.3 SNAP è estre­ma­men­te versatile e consente la com­pa­ti­bi­li­tà tra molti pro­to­col­li diversi in una rete, ma lo spazio per i dati effettivi è leg­ger­men­te inferiore.

I frame con­tras­se­gna­ti con­ten­go­no un co­sid­det­to tag VLAN per con­sen­ti­re loro di essere assegnati a un Virtual Local Area Network (VLAN). La VLAN separa la struttura della rete in livelli fisici e logici. Ciò significa che le VLAN possono essere uti­liz­za­te per im­ple­men­ta­re sottoreti senza dover in­stal­la­re hardware ag­giun­ti­vi: la sottorete è quindi virtuale e non rea­liz­za­ta fi­si­ca­men­te. Iden­ti­fi­ca­re i frame Ethernet all’interno di una VLAN richiede il campo “tag”. A livello fisico le VLAN fun­zio­na­no at­tra­ver­so gli switch.

Nel modello a strati OSI la VLAN opera sul livello di col­le­ga­men­to dati (livello 2) e gestisce in questo modo il controllo del flusso di dati. Con la VLAN è possibile creare reti più ef­fi­cien­ti dividendo una rete in sottoreti. Delle in­for­ma­zio­ni gestite dallo switch sono re­spon­sa­bi­li i frame taggati. Nel frame Ethernet II il campo “Tag” è im­ple­men­ta­to prima del campo “Type” e occupa 4 byte. Ciò aumenta anche la di­men­sio­ne minima del frame Ethernet di 4 byte.

Na­tu­ral­men­te i tag VLAN possono essere in­stal­la­ti nel più diffuso formato di frame IEEE 802.3. in questo frame il campo “Tag” è im­ple­men­ta­to con una di­men­sio­ne di 4 byte prima della specifica della lunghezza. La di­men­sio­ne minima del frame aumenta di 4 byte fino a 68 byte.