以太网帧与ieee 802.3帧

http://zhidao.baidu.com/question/93567501.html

http://blog.csdn.net/wzw200/archive/2009/07/23/4373056.aspx

 

浅谈以太网帧格式                                      

一、Ethernet帧格式的发展

1980 DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet I的标准
1982 DEC,Intel,Xerox又制订了Ehternet II的标准
1982 IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3
1983 迫不及待的Novell基于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式
1985 IEEE推出IEEE 802.3规范,后来为解决EthernetII与802.3帧格式的兼容问题,
推出折衷的Ethernet SNAP格式

(其中早期的Ethernet I已经完全被其他帧格式取代了 ,所以现在Ethernet只能见到后面几种Ethernet的帧格式,
现在大部分的网络设备都支持这几种Ethernet的帧格式,
如:cisco的路由器再设定Ethernet接口时可以指定不同的以太网的帧格式:arpa,sap,snap,novell-ether)

二.各种不同的帧格式
下面介绍一下各个帧格式 
1.Ethernet II
就是DIX以太网联盟推出的。。。。 它由6个字节的目的MAC地址，6个字节的源MAC地址，
2个字节的类型域（用于标示封装在这个Frame、里面 数据的类型)以上为Frame Header,
接下来是46--1500字节的数据，和4字节的帧校验
2.Novell Ethernet
它的帧头与Ethernet有所不同其中EthernetII帧头中的类型域变成了长度域，
后面接着的两个字节为0xFFFF,用于标示这个帧是Novell Ether类型的Frame,
由于前面的0xFFFF站掉了两个字节所以数据域缩小为44-1498个字节,帧校验不变。
3.IEEE 802.3/802.2
802.3的Frame Header和Ethernet II的帧头有所不同,EthernetII类型域变成了长度域。
其中又引入802.2协议(LLC)在802.3帧头后面添加了一个LLC首部,
由DSAP(Destination Service Access Point)1 byte,SSAP(Source SAP),一个控制域--1 byte! SAP用于标示帧的上层协议。

4.Ethernet SNAP
SNAP Frame与802.3/802.2 Frame的最大区别是增加了一个5 Bytes的SNAP ID
其中前面3个byte通常与源mac地址 的前三个bytes相同为厂商代码！
有时也可设为0,后2 bytes与Ethernet II的类型域相同。。。


三.如何区分不同的帧格式
  
Ethernet中存在这四种Frame那些网络设备又是如何识别的呢? 如何区分EthernetII与其他三种格式的Frame
如果帧头跟随source mac地址的2 bytes的值大于1500,则此Frame为EthernetII格式的
   
接着比较紧接着的两bytes如果为0xFFFF则为Novell Ether类型的Frame,
如果为0xAAAA则为Ethernet SNAP格式的Frame ,如果都不是则为Ethernet 802.3/802.2格式的帧

几种以太网帧格式
 
 
相当长的一段时间里我都没搞明白一个很基础的问题---以太网的封装格式；最近查了查相关文档，总结如下；
 
首先说明一下，Ethernet和802.3并不是一回事，虽然我们经常混用这两个术语；
 
历史上以太网帧格式有五种:
 
1.Ethernet V1：这是最原始的一种格式，是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD以太网标准的封装格式，
后来在1980年由DEC，Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准；
 
2.Ethernet V2(ARPA)：这是最常见的一种以太网帧格式，也是今天以太网的事实标准，
由DEC，Intel和Xerox在1982年公布其标准，主要更改了Ethernet V1的电气特性和物理接口，
在帧格式上并无变化；Ethernet V2出现后迅速取代Ethernet V1成为以太网事实标准；
Ethernet V2帧头结构为6bytes的源地址+6bytes的目标地址+2Bytes的协议类型字段+数据。
常见协议类型如下：
0800       IP
0806       ARP
8137       Novell IPX
809b       Apple Talk
如果协议类型字段取值为0000-05dc(十进制的0-1500)，则该帧就不是Ethernet V2(ARPA)类型了，而是下面讲到的三种802.3帧类型之一；
Ethernet可以支持TCP/IP，Novell IPX/SPX，Apple Talk Phase I等协议；RFC 894定义了IP报文在Ethernet V2上的封装格式；
 
3.RAW 802.3：这是1983年Novell发布其划时代的Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式，
该格式以当时尚未正式发布的802.3标准为基础；
但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化—IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC(Logical Link Control)头，
这使得Novell的RAW 802.3格式跟正式的IEEE 802.3标准互不兼容；可以看到在Novell的RAW 802.3帧结构中并没有标志协议类型的字段，
而只有Length字段(2bytes,取值为0000-05dc，即十进制的0-1500)，因为RAW 802.3帧只支持IPX/SPX一种协议；
 
4.802.3/802.2 LLC：这是IEEE 正式的802.3标准，它由Ethernet V2发展而来。
它将Ethernet V2帧头的协议类型字段替换为帧长度字段(取值为0000-05dc;十进制的1500)；
并加入802.2 LLC头用以标志上层协议，LLC头中包含DSAP，SSAP以及Crontrol字段；
常见SAP值：
0         Null LSAP        [IEEE]
4        SNA Path Control         [IEEE]
6        DOD IP        [79,JBP]
AA         SNAP        [IEEE]
FE        Global DSAP        [IEEE]
SAP值用以标志上层应用，但是每个SAP字段只有8bits长，
而且其中仅保留了6比特用于标识上层协议，因此所能标识的协议数有限(不超过32种)；
并且IEEE拒绝为某些重要的协议比如ARP协议定义SAP值(奇怪的是同时他们却定义了IP的SAP值)；
因此802.3/802.2 LLC的使用有很大局限性；
 
5.802.3/802.2 SNAP：这是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准，
与802.3/802.2 LLC一样802.3/802.2 SNAP也带有LLC头，但是扩展了LLC属性，
新添加了一个2Bytes的协议类型域（同时将SAP的值置为AA），
从而使其可以标识更多的上层协议类型；
另外添加了一个3Bytes的OUI字段用于代表不同的组织，RFC 1042定义了IP报文在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现；
 
今天的实际环境中大多数TCP/IP设备都使用Ethernet V2格式的帧。
这是因为第一种大规模使用的TCP/IP系统(4.2/3 BSD UNIX)的出现时间介于RFC 894和RFC 1042之间，
它为了避免不能和别的主机互操作的风险而采用了RFC 894的实现；
也由于大家都抱着这种想法，所以802.3标准并没有如预期那样得到普及；
 
CISCO设备的Ethernet Interface默认封装格式是ARPA(Ethernet V2)

不同厂商对这几种帧格式通常有不同的叫法，比如：
Frame Type         Novel        Cisco
Ethernet Version 2        Ethernet_II        arpa
802.3 Raw        Ethernet_802.3        novell_ether
IEEE 802.3/802.2        Ethernet_802.2        sap
IEEE 802.3/802.2 SNAP        ETHERNET_SNAP        snap

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一、 以太网数据帧的格式分析

大家都知道我们目前的局域网大多数是以太网，但以太网有多种标准，其数据帧有多种格式，恐怕有许多人不是太清楚，本文的目的就是通过帧格式和Sniffer捕捉的数据包解码来区别它们。

以太网这个术语一般是指数字设备公司（Digital Equipment）、英特尔公司（Intel）和施乐公司（Xerox）在1982年联合公布的一个标准（实际上它是第二版本，第一版本早在1972年 就在施乐公司帕洛阿尔托研究中心PARC里产生了）。它是目前TCP/IP网络采用的主要的局域网技术。它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法，其 意思是带冲突检测的载波侦听多路接入（Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection）。它的速率为10 Mb/s，地址为48 bit。

1985年，IEEE（电子电气工程师协会） 802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络。这三者的 共同特性由802.2标准来定义，那就是802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。不幸的是，802.2和802.3定义了一个与以太网不同的帧格式，加 上1983年Novell为其Netware开发的私有帧，这些给以太网造成了一定的混乱，也给我们学习以太网带来了一定的影响。

1、通用基础

数据链路层头（Header）是数据链路层的控制信息的长度不是固定的，根据以太网数据帧的 格式的不同而不同，那么判断IEEE802.3、IEEE802.3 SNAP、Ethernet Version2、Netware 802.3 “Raw”这些数据帧的最主要依据也源于Header的变化。

从Sniffer捕捉数据包中也可以看出，Sniffer捕捉数据包的时候是掐头去尾的，不 要前面的前导码，也丢弃后面的CRC校验（注意它只是不在Decode里显示该区域，但并不代表它不去做数据包CRC校验），这就是很多人困惑为什么 Sniffer捕捉到的数据包长度跟实际长度不相符的原因。那么，Sniffer是如何来判断这些不同类型的以太网格式呢？

Sniffer可以判断出不同的以太网格式，这里需要注意的是，Sniffer在数据包解码 时有自己的格式，所以有Offset之说，offset ØE是指在Sniffer Hex解码窗口中从左向右第15位的数值。大家如果有点发懵的话，没有关系，看完后面的格式分析后再来分析前面提到的，相信一定能够明白?

下面我们通过一些具体的数据包来说明各种以太网格式的具体区别。

2、Ethernet Version2

以太网版本2是先于IEEE标准的以太网版本。

从数据包中可以看出，Ethernet V2通过在DLC头中2个字节的类型（Type）字段来辨别接收处理。类型字段是用来指定上层协议的（如0800指示IP、0806指示ARP等），它的 值一定是大于05FF的，它提供无连接服务的，本身不控制数据（DATA）的长度，它要求网络层来确保数据字段的最小包长度（46字节）。

Sniffer捕获的Ethernet V2帧的解码，可以看到在DLC层，源DLC地址后紧跟着就是以太网类型（Etehertype）值0800，代表上层封装的是IP报文，0800大于05FF，因而我们可以断定它是Ethernet V2的帧。

 

3、IEEE802.3

IEEE802.3把DLC层分隔成明显的两个子层：MAC层和LLC层，其中MAC层主要是指示硬件目的地址和源地址。LLC层用来提供一些服务：

– 通过SAP地址来辨别接收和发送方法

– 兼容无连接和面向连接服务

– 提供子网访问协议（Sub-network Access Protocol，SNAP），类型字段即由它的首部给出。

MAC层要保证最小帧长度不小于64字节，如果数据不满足64字节长度就必须进行填充。

是Sniffer捕获的IEEE802.3帧的解码，可以看到在DLC层源地址后紧跟着就是 802.3的长度（Length）字段0026，它小于05FF，可以肯定它不是Ethernet V2的帧，而接下来的Offset 0E处的值“4242”（代表DSAP和SSAP），既不是Novell 802.3 “Raw”的特征值“FFFF”，也不是IEEE 802.3 SNAP的特征值“AAAA”，因此它肯定是一个IEEE802.3的帧。

 

4、IEEE802.3 SNAP

SNAP (Sub-Network Access Protocol)子网访问协议，是逻辑链路控制（Logical Link Control）的一个子集，它允许协议不用通过服务访问点（SAP）即可实现IEEE兼容的MAC层功能，因此它在DSAP和SSAP域里的值是固定的 （AAAA）。也正源于此，它需要额外提供5个字节的头来指定接收方法，3个字节标识厂商代码，2个字节标识上层协议。

其MAC层保证数据帧长度不小于64字节，不足的话需要进行数据填充。

是Sniffer捕获的IEEE802.3 SNAP帧的解码，可以看到在DLC层源地址后紧跟着就是802.3的长度（Length）字段0175，它小于05FF，可以肯定它不是 Ethernet V2的帧，而接下来的Offset 0E处的值“AAAA”（代表DSAP和SSAP），这是IEEE 802.3 SNAP的特征值“AAAA”，因此可以断定它是一个IEEE802.3 SNAP的帧。

 

5、Novell Netware 802.3 “Raw”

虽然它的产生先于IEEE802.3规范，但已成为IEEE802.3规范的一部分。它仅使用DLC层的下半部，而不使用LLC。

802.3 “Raw”帧通过在DLC头中2个字节的长度（Length）字段来标记数据帧长度，而在长度字段后紧跟着就是两个字节的十六进制值FFFF，它是用来标识IPX协议头的开始。为了确保最小数据帧长度为64字节，MAC层会进行填充数据区域来确保最小长度。

在所有工作站都使用同一种数据帧类型情况下不会有什么问题，但如果是在混合以太网帧类型环境 中，Novell的这种以太网帧会造成负面影响：当Novell发出广播帧时，其FF字段正好是IEEE802.3帧中的服务访问点（SAP）域，它的 “FF”值代表着广播SAP，因此所有的工作站（不管是不是Netware工作站）都会拷贝，这会造成不必要的广播影响。

Sniffer捕获的Netware 802.3 “RAW”帧的解码，可以看到在DLC层源地址后紧跟着就是802.3的长度（Length）字段0120，它小于05FF，可以肯定它不是 Ethernet V2的帧，而接下来的Offset 0E处的值“FFFF”（代表IPX协议的开始），这是Netware 802.3 “Raw”的特征值“FFFF”，因此可以断定它是一个Novell 802.3 “Raw”的帧。

 

二、 Ethernet V2帧与IEEE 802.3帧的比较

因为这两种帧是我们在现在的局域网里最常见的两种帧，因此，我们对它们进行一些比较。

Ethernet V2可以装载的最大数据长度是1500字节，而IEEE 802.3可以装载的最大数据是1492字节（SNAP）或是1497字节; Ethernet V2不提供MAC层的数据填充功能，而IEEE 802.3不仅提供该功能，还具备服务访问点（SAP）和SNAP层，能够提供更有效的数据链路层控制和更好的传输保证。那么我们可以得出这样的结 论：Ethernet V2比IEEE802.3更适合于传输大量的数据，但Ethernet V2缺乏数据链路层的控制，不利于传输需要严格传输控制的数据，这也正是IEEE802.3的优势所在，越需要严格传输控制的应用，越需要用 IEEE802.3或SNAP来封装，但IEEE802.3也不可避免的带来数据装载量的损失，因此该格式的封装往往用在较少数据量承载但又需要严格控制 传输的应用中。

在实际应用中，我们会发现，大多数应用的以太网数据包是Ethernet V2的帧（如HTTP、FTP、SMTP、POP3等应用），而交换机之间的BPDU（桥协议数据单元）数据包则是IEEE802.3的帧，VLAN Trunk协议如802.1Q和Cisco的CDP（思科发现协议）等则是采用IEEE802.3 SNAP的帧。大家有兴趣的话，可以利用Sniffer等协议分析工具去捕捉数据包，然后解码查看是不是这样的。