Die Vorteile des Ethernets, um Messdaten zu übertragen

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Weltweit einmalige Adresse des Ethernet-Anschlusses

Das zweite Format ist eine von einigen Industrial-Ethernet-Systemen benutzte Variante, wie sie in der offiziellen Normung in IEEE 802.3 vorgesehen wurde. Jedes Telegramm beginnt zum Erkennen etwaiger Kollisionen mit einer relativ langen Präambel. Nach einem weiteren Startbyte folgen die jeweils sechs Bytes langen Adressen des Empfängers und des Senders. Diese werden nicht vom Anwender konfiguriert, sondern einem Busknoten bei dessen Herstellung fest eingebrannt.

Die Chip-Hersteller bedienen sich dabei im Rahmen einer weltweiten Lizenzierung aus ihnen jeweils zur Verfügung stehenden Adresspools. Dass die sechs Bytes lange Adresse für alle Zeiten ausreichend ist, lässt sich an der Anzahl der mit diesen 48 Bits darstellbaren Kombinationen ausrechnen: 2⁴⁸ sind rund 2,815*10¹⁴ also 281.500 Mrd. Diese weltweit einmalige Adresse eines Ethernet-Anschlusses wird meist hexadezimal mit 12 Zeichen dargestellt. In der Fachsprache nennt man diese auch MAC-ID. Das ist die Abkürzung für Medium Access Control oder frei übersetzt Buszugriffsverfahren.

Werden höhere Protokolle verwendet, die mit entsprechenden eigenen Telegrammen im nachfolgenden Datenfeld transportiert werden, wird in weiteren zwei Bytes der Protokolltyp angegeben. Der Empfängerknoten weiß nach Auswerten der zwei Bytes, nach welchem höheren Protokoll er die nachfolgenden Datenbytes interpretieren muss. Der eigentliche Datenbereich, als Payload bezeichnet, hat nicht nur eine Maximallänge.

Um nicht unnötig viel Busverkehr für kleinste Datenmengen zu erzeugen, wollten die damaligen Entwickler des DIX-Konsortiums, dass zumindest 46 Bytes seitens des Senders gesammelt werden, bevor dieser ein Telegramm aussendet. In der Praxis werden insbesondere bei der Messdatenerfassung häufig Telegramme mit weniger Nutzdatenbytes versendet, wobei die fehlenden Bytes dann durch Füll-Bytes beliebigen Inhalts ersetzt werden müssen. Abschließend folgt ein vier Bytes langes Feld, um die Übertragungsfehler hochwertig zu erkennen (CRC = Cyclic Redundancy Check).

Eine Nettodatenrate von 100 MBit/s

Die einzelnen Bits dieses Telegramms werden nicht direkt auf dem Ethernetkabel übertragen, sondern jeweils spezifisch codiert. Bei der in der Industrie dominierenden Variante 100BASE-TX kommen die im Bild 2 angedeuteten Codierungen: Zunächst werden jeweils vier zu sendende Bits immer zuerst zu einer Fünfer-Bitgruppe gemäß einer Codiertabelle umcodiert; diese ist so gestaltet, dass in jeder Fünfergruppe Bitwechsel vorhanden sind, was dem Empfänger ein Herauslesen des Sendetaktes ermöglicht. Der so generierte Bitstrom wird dann noch einem Multilevel Transmission Encoding (MLT) unterzogen, welches drei Signalpegel benutzt, um Kabelbandbreite zu sparen.

Letztlich resultiert daraus eine nutzbare Nettodatenrate von 100 MBit/s. 100BASE-TX verwendet zwei Adernpaare, eines für jede Senderichtung. Aus Sicht eines Ethernetanschlusse mit TX für Sender und RX für Empfänger beschriftet. Das Basisprotokoll fast aller anderen höheren Protokolle ist IP = Internet Protocol.

Das IP-Telegramm enthält Header-Informationen und den eigentlichen Datenbereich, auch hier als Payload bezeichnet. Es wird im Datenfeld des Ethernet-Telegramms übertragen, wobei ein einziges größeres IP-Telegramm auch auf mehrere einzelne Ethernet-Telegramme aufgeteilt werden kann (Fragmentierung), so dass auch große Nutzdatenmengen werden können.

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