Innerhalb eines Local Area Networks hat sich Ethernet zum quasi Standard entwickelt und Technologien wie Token Ring fast vollständig vom Markt verdrängt. Neben Merkmalen wie Medientypen und Anschlussarten definiert Ethernet auch ein Protokoll zur zuverlässigen Datenübermittlung.

Im OSI-Referenzmodell ist das Ethernet-Protokoll in den Schichten 1 bis 2 angesiedelt und übernimmt die Aufgabe der Informationsübermittlung in einem Local Area Network.

Ursprünglich wurde das Ethernet-Protokoll in Technologien wie 10Base-2 oder 10Base-5 eingesetzt. Beides Technologien, die auf einem gemeinsam genutzten Übertragungsmedium basieren. Daher waren auch Mechanismen wie CSMA/CD notwendig um Kollisionen der Frames zu erkennen und ihnen entgegenzuwirken. Bei neueren Technologien wie 100Base-TX sind diese Schwächen behoben worden. Dennoch bleibt die CSMA/CD Funktion auch dort erhalten, um die Abwärtskompatibilität zu gewährleisten.

Die wesentlichen Merkmale des Ethernet-Protokolls werden im Ethernet-Frame definiert. Der Ethernet-Frame stellt eine Art Container dar, dessen Aufgabe der zuverlässige Transport von Steuerungs- und Nutzdaten ist. Durch weitere Entwicklungen in der Netzwerktechnik musste aber auch das Ethernet-Protokoll einige Entwicklungsstufen durchlaufen, um einem  quasi Standard gerecht zu werden. Das hatte auch die Anpassung des Ethernet-Frames zur Folge. Der aktuell fast ausschließlich verwendete Typ ist der Ethernet II - Frame nach IEEE 802.3. Zusammen mit den dominierenden Protokollen TCP und IP wird dieser nun genauer betrachtet:

• Die Päambel ist ein sieben Byte großes Feld mit einem festgelegten Bitmuster, welches dazu dient, dass sich Empfängersysteme anhand des Bitmusters aufsynchronisieren können. Das letzte Byte ist der SFD (Start Frame Delimiter) und leitet den Beginn des Ethernet II - Frames ein. Diese 8 Bytes sind nur bei asynchronen Übertragungsverfahren wie 10Base-T von Bedeutung. Bei synchronen Übertragungsverfahren wie 100Base-TX dienen sie nur noch der Abwärtskompatibilität.
• Der eigentliche Ehternet II - Frame beginnt mit einer sechs Byte großen Zieladresse. Das ist die MAC-Adresse des Empfängersystems. Durch die vorteilhafte Position im Frame kann so das Zielsystem schnell ermittelt werden. Für einen Broadcast wird die Adresse FF-FF-FF-FF-FF-FF genutzt. Bei Multicasts, also einer bestimmten Gruppe von Empfängern beginnt die MAC-Adresse immer mit 01-00-5E. Darauf folgt die Konvertierung der niederwertigen 23 Bits der IP Adresse in Hexadezimalwerte. Also hat eine Multicast MAC-Adresse einen Wert zwischen 01-00-5E-00-00-00 und 01-00-5E-7F-FF-FF. Diese Lösung ist allerdings nicht ganz sauber, da prinzipiell mit einer Multicast MAC-Adresse mehrere Multicast IP-Adressen angesprochen werden könnten. Daher bleibt eine sorgfältige Prüfung bei der Vergabe von Multicast Adressen unerlässlich.
• Dann folgt wieder ein sechs Byte großes Feld, diesmal mit der MAC-Adresse des Absenders. Auch hier ist die relativ vordere Position im Frame von Nutzen. Beim sogenannten Fragment-Free Modus prüfen höherwertige Switche die Mindestgröße von 64 Bytes eines Frames. Ist dieses Kriterium nicht erfüllt, wird der Frame nicht weitergeleitet. In größeren Netzen reduziert dies unnötige Netzlasten.
• Das Type Field ist zwei Bytes groß und enthält Informationen darüber, an welches Protokoll in der übergeordneten Vermittlungsschicht der Inhalt des Frames gerichtet ist. Beispielsweise steht 0800₁₆ für das Internet Protokoll.
• Anschließend folgt das Datenfeld mit einer maximalen Größe von 1500 Bytes. Es beinhaltet den IP-Header (typsich 20 Bytes), den TCP-Header (typsich 20 Bytes), sowie die segmentierten Nutzdaten. Wenn der Frame die Mindestlänge von 64 Byte nicht erreicht, z.B. weil zu wenig Nutzdaten übertragen werden, dann wird ein PAD Field eingesetzt, welches den Frame mit einem binären Bitmuster auf die Mindestlänge bringt. Diese ist für die Kollisionserkennung im Netz wichtig, wenn beispielsweise ein Switch im Fragment-Free Modus arbeitet.
• Das letzte vier Byte große Feld, die Frame Check Sequence, enthält eine CRC-Prüfsumme die zur Erkennung eines fehlerhaften Frames ausgewertet wird. Die Prüfsumme bezieht sich dabei auf die Adressfelder, das Typenfeld und das Datenfeld. Stimmt die Prüfsumme bei der Prüfung auf der Empfängerseite nicht, gilt der Frame als fehlerhaft und wird verworfen. Ursachen für fehlerhafte Frames sind Kollisionen, schlecht verarbeitete Kabel oder äußere Störquellen (EMI, RFI).

Anmerkung: Aus den o.a. Angaben folgt, dass bei der kleinstmöglichen Ethernet II Framegröße (64 Bytes) auf der Leitung 84 Bytes belegt werden (64 + 8 + 12) und bei der größtmöglichen (Jumbo Frames außen vor) Ethernet II Framegröße 1538 Bytes (1518 + 8 + 12). Keine unwesentlichen Daten bei der exakten Berechnung des Overheads oder bei der Bestimmtung der Performance von Netzkoppelelementen - beispielsweise im Zusammenhang mit der Forwarding Rate eines Switches.

Eine erweiterte Variante des Ehternet II Frames ist die Implementierung des VLAN-Tags nach dem IEEE 802.1q Standard. Diese Kennzeichnung wird verwendet, um virtuelle LANs im physischen LAN nutzen zu können. Für diese Fähigkeit mussten zusätzliche vier Bytes Einzug finden, womit sich auch die zulässige Gesamtlänge von 1518 Bytes auf 1522 Bytes vergrößerte. Dieser erweiterte Ethernet II Frame wird in IEEE 802.3ac spezifiziert:

Damit VLAN funktioniert, müssen Netzkoppelelemente (Netzwerkkarte, Switche) das VLAN-Tag berücksichtigen können. Die Anforderung der Mindestgröße von 64 Bytes bleibt auch hier bestehen. Repsektive müsste das PAD Field im Fall der Fälle mit vier Bytes weniger aufgefüllt werden, als beim Ethernet II - Frame ohne VLAN Tag.

Weitere Informationen:

• Die Mindestgröße für einen Ethernet II Frame von 64 Bit hat ihren Ursprung in den Anfangszeiten von Ethernet, wo auf gemeinsam genutzte Medien zugegriffen wurde (bspw. 10Base-2). Der Wert war ein Resultat aus Berechnungen und Messungen des übertragenen Signal, unter Berücksichtigung von Signallaufzeiten, Leitungslängen und weiteren Messgrößen. Damit konnten Kollisionen eindeutig identifiziert werden. Bei Fast Ethernet und höher wird diese Mindestgröße nur noch aus Kompatibilitätsgründen beibehalten. Denn Kollisionen im ursprünglichen Sinne können dort nicht mehr auftreten.