以太網(wǎng)幀格式

一、Ethernet地址
        為了標(biāo)識以太網(wǎng)上的每臺主機(jī)，需要給每臺主機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)適配器（網(wǎng)絡(luò)接口卡）分配一個(gè)唯一的通信地址，即Ethernet地址或稱為網(wǎng)卡的物理地址、MAC地址。
        IEEE負(fù)責(zé)為網(wǎng)絡(luò)適配器制造廠商分配Ethernet地址塊，各廠商為自己生產(chǎn)的每塊網(wǎng)絡(luò)適配器分配一個(gè)唯一的Ethernet地址。因?yàn)樵诿繅K網(wǎng)絡(luò)適配器出廠時(shí)，其Ethernet地址就已被燒錄到網(wǎng)絡(luò)適配器中。所以，有時(shí)我們也將此地址稱為燒錄地址（Burned-In-Address，BIA）。
        Ethernet地址長度為48比特，共6個(gè)字節(jié)，如圖1所示。其中，前3字節(jié)為IEEE分配給廠商的廠商代碼，后3字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)適配器編號。

圖1　 Ethernet地址

二、CSMA/CD
        在ISO的OSI參考模型中，數(shù)據(jù)鏈路層的功能相對簡單。它只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)可靠地傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)。但在局域網(wǎng)中，多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)，必須有某種機(jī)制來決定下一個(gè)時(shí)刻，哪個(gè)設(shè)備占用傳輸介質(zhì)傳送數(shù)據(jù)。因此，局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層要有介質(zhì)訪問控制的功能。為此，一般將數(shù)據(jù)鏈路層又劃分成兩個(gè)子層：

●邏輯鏈路控制LLC（Logic Line Control）子層
●介質(zhì)訪問控制MAC（Media Access Control）子層

圖2　 LLC和MAC子層

        如圖2所示。其中，LLC子層負(fù)責(zé)向其上層提供服務(wù)；MAC子層的主要功能包括數(shù)據(jù)幀的封裝/卸裝，幀的尋址和識別，幀的接收與發(fā)送，鏈路的管理，幀的差錯(cuò)控制等。MAC子層的存在屏蔽了不同物理鏈路種類的差異性。
        在MAC子層的諸多功能中，非常重要的一項(xiàng)功能是仲裁介質(zhì)的使用權(quán)，即規(guī)定站點(diǎn)何時(shí)可以使用通信介質(zhì)。
        實(shí)際上，局域網(wǎng)技術(shù)中是采用具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）這種介質(zhì)訪問方法的。
        在這種介質(zhì)訪問方法中規(guī)定：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，一個(gè)節(jié)點(diǎn)必須首先偵聽網(wǎng)線上的載波，如果在9.6微秒的時(shí)間之內(nèi)沒有檢測到載波（說明通信介質(zhì)空閑），節(jié)點(diǎn)才可以發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。
        如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)檢測到介質(zhì)空閑并同時(shí)發(fā)送出一幀數(shù)據(jù)，則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀的沖突，雙方的數(shù)據(jù)幀均被破壞。一方面，檢測到?jīng)_突的節(jié)點(diǎn)會發(fā)送"沖突增強(qiáng)"信號（32比特的"1"）通知介質(zhì)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了沖突。另一方面，發(fā)生沖突的節(jié)點(diǎn)在再次發(fā)送自己的數(shù)據(jù)幀之前會各自等待一段隨機(jī)的時(shí)間。
        隨著以太網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加，沖突的數(shù)量也隨之增加，而整個(gè)網(wǎng)段的有效帶寬將隨之減少。

三、以太網(wǎng)幀格式
        目前，有四種不同格式的以太網(wǎng)幀在使用，它們分別是：
        ●Ethernet II即DIX 2.0：Xerox與DEC、Intel在1982年制定的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：ARPA。
        ●Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的專用以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)幀格式。Cisco名稱為：Novell-Ether。
        ●Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SAP。
        ●Ethernet 802.3 SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太網(wǎng)幀格式。Cisco名稱為：SNAP。
        在每種格式的以太網(wǎng)幀的開始處都有64比特（8字節(jié)）的前導(dǎo)字符，如圖3所示。其中，前7個(gè)字節(jié)稱為前同步碼（Preamble），內(nèi)容是16進(jìn)制數(shù)0xAA，最后1字節(jié)為幀起始標(biāo)志符0xAB，它標(biāo)識著以太網(wǎng)幀的開始。前導(dǎo)字符的作用是使接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步并做好接收數(shù)據(jù)幀的準(zhǔn)備。

圖3　 以太網(wǎng)幀前導(dǎo)字符

        除此之外，不同格式的以太網(wǎng)幀的各字段定義都不相同，彼此也不兼容。

四、Ethernet II幀格式
        如圖4所示，是Ethernet II類型以太網(wǎng)幀格式。

圖4　 Ethernet II幀格式

        Ethernet II類型以太網(wǎng)幀的最小長度為64字節(jié)（6＋6＋2＋46＋4），最大長度為1518字節(jié)（6＋6＋2＋1500＋4）。其中前12字節(jié)分別標(biāo)識出發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)MAC地址和接收數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)MAC地址。（注：ISL封裝后可達(dá)1548字節(jié)，802.1Q封裝后可達(dá)1522字節(jié)）
        接下來的2個(gè)字節(jié)標(biāo)識出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如16進(jìn)制數(shù)0x0800代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x809B代表AppleTalk協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0x8138代表Novell類型協(xié)議數(shù)據(jù)等。
        在不定長的數(shù)據(jù)字段后是4個(gè)字節(jié)的幀校驗(yàn)序列（Frame. Check Sequence，F(xiàn)CS），采用32位CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)對從"目標(biāo)MAC地址"字段到"數(shù)據(jù)"字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

五、Ethernet 802.3 raw幀格式
        如圖5所示，是Ethernet 802.3 raw類型以太網(wǎng)幀格式。

圖5　 Ethernet 802.3 raw幀格式

        在Ethernet 802.3 raw類型以太網(wǎng)幀中，原來Ethernet II類型以太網(wǎng)幀中的類型字段被"總長度"字段所取代，它指明其后數(shù)據(jù)域的長度，其取值范圍為：46-1500。
        接下來的2個(gè)字節(jié)是固定不變的16進(jìn)制數(shù)0xFFFF，它標(biāo)識此幀為Novell以太類型數(shù)據(jù)幀。

六、Ethernet 802.3 SAP幀格式
        如圖6所示，是Ethernet 802. 3 SAP類型以太網(wǎng)幀格式。

圖6　 Ethernet 802. 3 SAP幀格式

        從圖中可以看出，在Ethernet 802.3 SAP幀中，將原Ethernet 802.3 raw幀中2個(gè)字節(jié)的0xFFFF變?yōu)楦?個(gè)字節(jié)的DSAP和SSAP，同時(shí)增加了1個(gè)字節(jié)的"控制"字段，構(gòu)成了802.2邏輯鏈路控制（LLC）的首部。LLC提供了無連接（LLC類型1）和面向連接（LLC類型2）的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。LLC1是應(yīng)用于以太網(wǎng)中，而LLC2應(yīng)用在IBM SNA網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。
        新增的802.2 LLC首部包括兩個(gè)服務(wù)訪問點(diǎn)：源服務(wù)訪問點(diǎn)（SSAP）和目標(biāo)服務(wù)訪問點(diǎn)（DSAP）。它們用于標(biāo)識以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如16進(jìn)制數(shù)0x06代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0xE0代表Novell類型協(xié)議數(shù)據(jù)，16進(jìn)制數(shù)0xF0代表IBM NetBIOS類型協(xié)議數(shù)據(jù)等。
        至于1個(gè)字節(jié)的"控制"字段，則基本不使用（一般被設(shè)為0x03，指明采用無連接服務(wù)的802.2無編號數(shù)據(jù)格式）。

七、Ethernet 802.3 SNAP幀格式
        如圖7所示，是Ethernet 802. 3 SNAP類型以太網(wǎng)幀格式。

圖7　 Ethernet 802. 3 SNAP幀格式

        Ethernet 802. 3 SNAP類型以太網(wǎng)幀格式和Ethernet 802. 3 SAP類型以太網(wǎng)幀格式的主要區(qū)別在于：
        ●2個(gè)字節(jié)的DSAP和SSAP字段內(nèi)容被固定下來，其值為16進(jìn)制數(shù)0xAA。
        ●1個(gè)字節(jié)的"控制"字段內(nèi)容被固定下來，其值為16進(jìn)制數(shù)0x03。
        ●增加了SNAP字段，由下面兩項(xiàng)組成：
          ◆新增了3個(gè)字節(jié)的組織唯一標(biāo)識符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID）字段，其值通常等于MAC地址的前3字節(jié)，即網(wǎng)絡(luò)適配器廠商代碼。
     ◆2個(gè)字節(jié)的"類型"字段用來標(biāo)識以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型。