以太网帧格式

局域网包括：以太网、令牌环、光纤分布式数据接口FDDI。 

　　
　　IP数据报必须用数据链路层的报文和报尾封装后才能在物理媒介上发送。数据链路层的报文和报尾提供以下服务： 
　　1. 定界 帧彼此分开。每个帧的开始和结束位置被标出，其有效负载也与报头报尾分开。 
　　2. 协议识别 许多组织使用不同协议套件，如TCP/IP，IPX或AppleTalk，每种协议必须区分开。 
　　3. 寻址 为了共享以太网等局域网技术，必须指出源节点和目标节点。 
　　4.比特级完整性检验 每帧校验和形式检查比特级错误。 
　　
　　同一网段上的所有节点（通过路由器连在一起）必须使用相同的帧格式才能相互通信。 
　　
　　以太网发展： 
　　最早：美国夏威夷大学ALOHA 9.6Kbit/s无线电发射系统， 所有发射器共享同一频段，争用技术。 
　　1972年，施乐公司研制2.94Mbit/s网络，称作以太网，检测载波，先监听再发射。 
　　1979年，DIX（Digital、Intel、Xerox）研制行业标准，10Mbit/s以太网，即Ethernet II。 
　　1981年，IEEE Project802成立802.3 小组委员会，使10Mbit/s以太网成为国际标准。 
　　1995年，IEEE批准了100Mbit/s以太网，称为快速以太网。 
　　
　　Etherne II 
　　报头8 目标地址6 源地址6 以太类型2 有效负载46－1500 帧检验序列4 
　　
　　报头：8个字节，前7个0，1交替的字节（10101010）用来同步接收站，一个1010101011字节指出帧的开始位置。报头提供接收器同步和帧定界服务。 
　　目标地址：6个字节，单播、多播或者广播。单播地址也叫个人、物理、硬件或MAC地址。广播地址全为1，0xFF FF FF FF。 
　　源地址：6个字节。指出发送节点的单点广播地址。 
　　以太类型：2个字节，用来指出以太网帧内所含的上层协议。即帧格式的协议标识符。对于IP报文来说，该字段值是0x0800。对于ARP信息来说，以太类型字段的值是0x0806。 
　　有效负载：由一个上层协议的协议数据单元PDU构成。可以发送的最大有效负载是1500字节。由于以太网的冲突检测特性，有效负载至少是46个字节。如果上层协议数据单元长度少于46个字节，必须增补到46个字节。 
　　帧检验序列：4个字节。验证比特完整性。 
　　
　　IEEE 802.3 
　　根据IEEE802.2 和802.3标准创建的，由一个IEEE802.3报头和报尾以及一个802.2LLC报头组成。 
报头7 起始限定符1 目标地址6（2） 源地址6（2） 长度2 DSAP1 SSAP1 控件2 有效负载3 帧检验序列4 
－－－－－－－－－802.3报头－－－－－－－§－－－802.2报头－－－§ §－802.3报尾－§ 
　　
　　IEEE802.3报头和报尾 
　　报头：7个字节，同步接收站。位序列10101010 
　　起始限定符：1个字节，帧开始位置的位序列10101011。 
　　报头＋起始限定符＝Ethernet II的报头 
　　目标地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。 
　　源地址：同Ethernet II。也可以为2个字节，很少用。 
　　长度：2个字节。 
　　帧检验序列：4个字节。 
　　
　　IEEE802.2 LLC报头 
　　DSAP：1个字节，指出帧的目标节点的上层协议。Destination Service Access Point 
　　SSAP：1个字节，指出帧的源节点的上层协议。Source Service Access Point 
　　DSAP和SSAP相当于IEEE802.3帧格式的协议标识符。为IP定义的DSAP和SSAP字段值是0x06。但一般使用SNAP报头。 
　　控件：1－2个字节。取决于封装的是LLC数据报（Type1 LLC）还是LLC通话的一部分（Type2 LLC）。 
　　Type1 LLC：1个字节的控件字段，是一种无连接，不可靠的LLC数据报。无编号信息，UI帧，0x03。 
　　Type2 LLC：2个字节的控件字段，是一种面向连接，可靠的LLC对话。 
　　对IP和ARP，从不使用可靠的LLC服务。所以，都只用Type1 LLC，控件字段设为0x03。 
　　
　　
　　区分两种帧 
　　根据源地址段后的前两个字节的类型不同。 
　　如果值大于1500（0x05DC），说明是以太网类型字段，EthernetII帧格式。值小于等于1500，说明是长度字段，IEEE802.3帧格式。因为类型字段值最小的是0x0600。而长度最大为1500。 
　　
　　IEEE802.3 SNAP 
　　虽然为IP定义的SAP是0x06，但业内并不使用该值。RFC1042规定在IEEE802.3， 802.4， 802.5网络上发送的IP数据报和ARP帧必须使用SNAP（Sub Network Access Prototol)封装格式。 
　　
　　报头7 起始限定符1 目标地址6 源地址6 长度2 DSAP1 SSAP1 控件1 组织代码3 以太类型2 IP数据报 帧检验序列 
－－－－IEEE802.3报头－－－－－－§IEEE8023 LLC报头－－－§－－SNAP报头－－－－§ § 802.3报尾§ 
　　 0x0A 0x0A 0x03 0x00-00-00 0x08-00 (38-1492字节)
　　
　　一、Ethernet地址
　　 为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器（网络接口卡）分配一个唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC地址。
　　 IEEE负责为网络适配器制造厂商分配Ethernet地址块，各厂商为自己生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地址。因为在每块网络适配器出厂时，其Ethernet地址就已被烧录到网络适配器中。所以，有时我们也将此地址称为烧录地址（Burned-In-Address，BIA）。
　　 Ethernet地址长度为48比特，共6个字节，如图1所示。其中，前3字节为IEEE分配给厂商的厂商代码，后3字节为网络适配器编号。
　　
　


　　图1　 Ethernet地址
　　
　　
　　二、CSMA/CD
　　 在ISO的OSI参考模型中，数据链路层的功能相对简单。它只负责将数据从一个节点可靠地传输到相邻节点。但在局域网中，多个节点共享传输介质，必须有某种机制来决定下一个时刻，哪个设备占用传输介质传送数据。因此，局域网的数据链路层要有介质访问控制的功能。为此，一般将数据链路层又划分成两个子层：
　　
　　●逻辑链路控制LLC（Logic Line Control）子层
　　●介质访问控制MAC（Media Access Control）子层
　　
　


　　图2　 LLC和MAC子层
　　
　　 如图2所示。其中，LLC子层负责向其上层提供服务；MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。
　　 在MAC子层的诸多功能中，非常重要的一项功能是仲裁介质的使用权，即规定站点何时可以使用通信介质。
　　 实际上，局域网技术中是采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）这种介质访问方法的。
　　 在这种介质访问方法中规定：在发送数据之前，一个节点必须首先侦听网线上的载波，如果在9.6微秒的时间之内没有检测到载波（说明通信介质空闲），节点才可以发送一帧数据。
　　 如果两个节点同时检测到介质空闲并同时发送出一帧数据，则会导致数据帧的冲突，双方的数据帧均被破坏。一方面，检测到冲突的节点会发送"冲突增强"信号（32比特的"1"）通知介质上的每个节点发生了冲突。另一方面，发生冲突的节点在再次发送自己的数据帧之前会各自等待一段随机的时间。
　　 随着以太网上节点数量的增加，冲突的数量也随之增加，而整个网段的有效带宽将随之减少。
　　
　　三、以太网帧格式
　　 目前，有四种不同格式的以太网帧在使用，它们分别是：
　　 ●Ethernet II即DIX 2.0：Xerox与DEC、Intel在1982年制定的以太网标准帧格式。Cisco名称为：ARPA。
　　 ●Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的专用以太网标准帧格式。Cisco名称为：Novell-Ether。
　　 ●Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SAP。
　　 ●Ethernet 802.3 SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SNAP。
　　 在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，如图3所示。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0xAA，最后1字节为帧起始标志符0xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。
　　


　　
　　图3　 以太网帧前导字符
　　
　　 除此之外，不同格式的以太网帧的各字段定义都不相同，彼此也不兼容。
　　
　　四、Ethernet II帧格式
　　 如图4所示，是Ethernet II类型以太网帧格式。
　　
　　


　　图4　 Ethernet II帧格式
　　
　　 Ethernet II类型以太网帧的最小长度为64字节（6＋6＋2＋46＋4），最大长度为1518字节（6＋6＋2＋1500＋4）。其中前12字节分别标识出发送数据帧的源节点MAC地址和接收数据帧的目标节点MAC地址。（注：ISL封装后可达1548字节，802.1Q封装后可达1522字节）
　　 接下来的2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0x0800代表IP协议数据，16进制数0x809B代表AppleTalk协议数据，16进制数0x8138代表Novell类型协议数据等。
　　 在不定长的数据字段后是4个字节的帧校验序列（Frame. Check Sequence，FCS），采用32位CRC循环冗余校验对从"目标MAC地址"字段到"数据"字段的数据进行校验。
　　
　　五、Ethernet 802.3 raw帧格式
　　 如图5所示，是Ethernet 802.3 raw类型以太网帧格式。
　　
　　


　　图5　 Ethernet 802.3 raw帧格式
　　
　　 在Ethernet 802.3 raw类型以太网帧中，原来Ethernet II类型以太网帧中的类型字段被"总长度"字段所取代，它指明其后数据域的长度，其取值范围为：46-1500。
　　 接下来的2个字节是固定不变的16进制数0xFFFF，它标识此帧为Novell以太类型数据帧。
　　
　　六、Ethernet 802.3 SAP帧格式
　　 如图6所示，是Ethernet 802. 3 SAP类型以太网帧格式。
　　
　　


　　图6　 Ethernet 802. 3 SAP帧格式
　　
　　 从图中可以看出，在Ethernet 802.3 SAP帧中，将原Ethernet 802.3 raw帧中2个字节的0xFFFF变为各1个字节的DSAP和SSAP，同时增加了1个字节的"控制"字段，构成了802.2逻辑链路控制（LLC）的首部。LLC提供了无连接（LLC类型1）和面向连接（LLC类型2）的网络服务。LLC1是应用于以太网中，而LLC2应用在IBM SNA网络环境中。
　　 新增的802.2 LLC首部包括两个服务访问点：源服务访问点（SSAP）和目标服务访问点（DSAP）。它们用于标识以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0x06代表IP协议数据，16进制数0xE0代表Novell类型协议数据，16进制数0xF0代表IBM NetBIOS类型协议数据等。
　　 至于1个字节的"控制"字段，则基本不使用（一般被设为0x03，指明采用无连接服务的802.2无编号数据格式）。
　　
　　七、Ethernet 802.3 SNAP帧格式
　　 如图7所示，是Ethernet 802. 3 SNAP类型以太网帧格式。
　　


　　
　　图7　 Ethernet 802. 3 SNAP帧格式
　　
　　 Ethernet 802. 3 SNAP类型以太网帧格式和Ethernet 802. 3 SAP类型以太网帧格式的主要区别在于：
　　 ●2个字节的DSAP和SSAP字段内容被固定下来，其值为16进制数0xAA。
　　 ●1个字节的"控制"字段内容被固定下来，其值为16进制数0x03。
　　 ●增加了SNAP字段，由下面两项组成：
　　 ◆新增了3个字节的组织唯一标识符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID）字段，其值通常等于MAC地址的前3字节，即网络适配器厂商代码。