常見以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)詳解

1、常見以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)詳解常見以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)詳解1以太網(wǎng)相關背景以太網(wǎng)這個術語通常是指由DEG Intel 和 Xerox 公司在 1982 年聯(lián)合公布的一個標準，它是當今 TGP/IP 采用的主要的局域網(wǎng)技術， 它采用一種稱作 CSMA/CD 勺媒體接入方法。幾年后， IEEE802委員會公布了一個稍有不同的標準集，其中 802.3 針對整個 CSMA/C 咧絡，802.4 針對令牌總線網(wǎng)絡，802.5 針對令牌環(huán)網(wǎng)絡；此三種幀的通用部分由 802.2 標準來定義，也 就是我們熟悉的 802 網(wǎng)絡共有的邏輯鏈路控制（LLC）。由于目前 CSMA/CD媒體接入方式 占主流，因此本文僅對以太網(wǎng)和IEEE

2、802.3 的幀格式作詳細的分析。在 TCP/IP 世界中，以太網(wǎng) IP 數(shù)據(jù)報文的封裝在 RFC 894 中定義，IEEE802.3 網(wǎng)絡的 IP 數(shù) 據(jù)報文封裝在 RFC 1042 中定義。標準規(guī)定：1） 主機必須能發(fā)送和接收采用RFC 894 （以太網(wǎng)）封裝格式的分組；2）主機應該能接收 RFC 1042 （IEEE 802.3 ）封裝格式的分組；3）主機可以發(fā)送采用 RFC 1042 （IEEE 802.3 ）封裝格式的分組。如果主機能同時發(fā)送兩種類型的分組數(shù)據(jù)，那么發(fā)送的分組必須是可以設置的，而且默認條件下必須是RFC894 （以太網(wǎng)）。最常使用的封裝格式是 RFC894 定義的格式

3、，俗稱 Ethernet II 或者 Ethernet DIX。下面， 我們就以Ethernet II 稱呼 RFC 894 定義的以太幀，以 IEEE802.3 稱呼 RFC 1042 定義的以 太幀。2幀格式Ethernet II 和 IEEE802.3 的幀格式分別如下。Ethernet II 幀格式：|前序 | 目的地址| 源地址| 類型 | 數(shù)據(jù)|FCS | 8 byte | 6 byte | 6 byte | 2 byte | 461500 byte | 4 byte|IEEE802.3 一般幀格式| 前序 |幀起始定界符|目的地址| 源地址|長度| 數(shù)據(jù)|FCS |-|7 byt

4、e |1 byte |2/6 byte |2/6 byte| 2 byte| 461500byte | 4 byte |Ethernet II 和 IEEE802.3 的幀格式比較類似，主要的不同點在于前者定義的2 字節(jié)的類型，而后者定義的是 2 字節(jié)的長度；所幸的是，后者定義的有效長度值與前者定義的有效類型值 無一相同，這樣就容易區(qū)分兩種幀格式了。一、前序字段前序字段由 8 個（Ethernet II ）或 7 個（IEEE802.3 ）字節(jié)的交替出現(xiàn)的 1 和 0 組成，設置 該字段的目的是指示幀的開始并便于網(wǎng)絡中的所有接收器均能與到達幀同步，另外，該字段本身（在 Ethernet II

5、中）或與幀起始定界符一起（在 IEEE802.3 中）能保證各幀之間用于 錯誤檢測和恢復操作的時間間隔不小于9.6 毫秒。二、幀起始定界符字段該字段僅在 IEEE802.3 標準中有效，它可以被看作前序字段的延續(xù)。實際上，該字段的組成方式繼續(xù)使用前序字段中的格式，這個一個字節(jié)的字段的前6 個比特位置由交替出現(xiàn)的1和 0 構(gòu)成。該字段的最后兩個比特位置是11,這兩位中斷了同步模式并提醒接收后面跟隨的是幀數(shù)據(jù)。當控制器將接收幀送入其緩沖器時， 前序字段和幀起始定界符字段均被去除。類似地當控制器發(fā)送幀時，它將這兩個字段（如果傳輸?shù)氖荌EEE802.3 幀）或一個前序字段（如果傳輸?shù)氖钦嬲囊蕴W(wǎng)幀）

6、作為前綴加入幀中。三、目的地址字段目的地址字段確定幀的接收者。兩個字節(jié)的源地址和目的地址可用于IEEE802.3 網(wǎng)絡，而 6個字節(jié)的源地址和目的地址字段既可用于Ethernet II 網(wǎng)絡又可用于 IEEE802.3 網(wǎng)絡。用戶可以選擇兩字節(jié)或六字節(jié)的目的地址字段，但對 IEEE802.3 設備來說，局域網(wǎng)中的所有工作站必須使用同樣的地址結(jié)構(gòu)。目前，幾乎所有的 802.3 網(wǎng)絡使用 6 字節(jié)尋址，幀結(jié)構(gòu)中包含兩字節(jié)字段選項主要是用于使用16 比特地址字段的早期的局域網(wǎng)。四、源地址字段源地址字段標識發(fā)送幀的工作站。和目前地址字段類似，源地址字段的長度可以是兩個或六個字節(jié)。只有 IEEE802.

7、3 標準支持兩字節(jié)源地址并要求使用的目的地址。Ethernet II 和IEEE802.3 標準均支持六個字節(jié)的源地址字段。當使用六個字節(jié)的源地址字段時，前三個字節(jié)表示由 IEEE 分配給廠商的地址，將燒錄在每一塊網(wǎng)絡接口卡的ROMK 而制造商通常為其每一網(wǎng)絡接口卡分配后字節(jié)。五、類型字段兩字節(jié)的類型字段僅用于Ethernet II 幀。該字段用于標識數(shù)據(jù)字段中包含的高層協(xié)議，也就是說，該字段告訴接收設備如何解釋數(shù)據(jù)字段。在以太網(wǎng)中，多種協(xié)議可以在局域網(wǎng)中同時共存，例如：類型字段取值為十六進制0800 的幀將被識別為 IP 協(xié)議幀，而類型字段取值為十六進制 8137 的幀將被識別為 IPX 和

8、 SPX 傳輸協(xié)議幀。因此，在 Ethernet II 的類型字 段中設置相應的十六進制值提供了在局域網(wǎng)中支持多協(xié)議傳輸?shù)臋C制。在 IEEE802.3 標準中類型字段被替換為長度字段，因而 Ethernet II 幀和 IEEE802.3 幀之間不能兼容。六、長度字段用于 IEEE802.3 的兩字節(jié)長度字段定義了數(shù)據(jù)字段包含的字節(jié)數(shù)。不論是在Ethernet II還是 IEEE 802.3 標準中，從前序到 FCS 字段的幀長度最小必須是64 字節(jié)。最小幀長度保證有足夠的傳輸時間用于以太網(wǎng)網(wǎng)絡接口卡精確地檢測沖突，這一最小時間是根據(jù)網(wǎng)絡的最大電纜長度和幀沿電纜長度傳播所要求的時間確定的。基于

9、最小幀長為64 字節(jié)和使用六字節(jié)地址字段的要求，意味著每個數(shù)據(jù)字段的最小長度為46 字節(jié)。唯一的例外是吉比特以太網(wǎng)。 在 1000Mbit/s 的工作速率下， 原來的 802.3 標準不可能提供足夠的幀持續(xù)時間使電纜 長度達到 100米。這是因為在 1000Mbit/s 的數(shù)據(jù)率下，一個工作站在發(fā)現(xiàn)網(wǎng)段另一端出現(xiàn) 的任何沖突之前已經(jīng)處在幀傳輸過程中的可能性很高。為解決這一問題，設計了將以太網(wǎng)最小幀長擴展為 512 字節(jié)的負載擴展方法。對除了吉比特以太網(wǎng)之外的所有以太網(wǎng)版本，如果傳輸數(shù)據(jù)少于46 個字節(jié)，應將數(shù)據(jù)字段填充至 46 字節(jié)。不過，填充字符的個數(shù)不包括在長度字段值中。同時支持以太網(wǎng)和

10、IEEE802.3幀格式的網(wǎng)絡接口卡通過這一字段的值區(qū)分這兩種幀。也就是說，因為數(shù)據(jù)字段的最大長度為 1500 字節(jié)，所以超過十六進制數(shù)05DC 的值說明它不是長度字段(IEEE802.3).而是類型字段(Ethernet II )。七、數(shù)據(jù)字段如前所述，數(shù)據(jù)字段的最小長度必須為 46 字節(jié)以保證幀長至少為 64 字節(jié)，這意味著傳輸一 字節(jié)信息也必須使用 46 字節(jié)的數(shù)據(jù)字段：如果填入該該字段的信息少于 46 字節(jié)，該字段的 其余部分也必須進行填充。數(shù)據(jù)字段的最大長度為1500 字節(jié)。八、校驗序列字段既可用于 Ethernet II 又可用于 IEE802.3 標準的幀校驗序列字段提供了一種錯

11、誤檢測機制， 每一個發(fā)送器均計算一個包括了地址字段、類型/長度字段和數(shù)據(jù)字段的循環(huán)冗余校驗(CRC碼。發(fā)送器于是將計算出的CR 瑚入四字節(jié)的 FCS 字段。雖然 IEEE802.3 標準必然要取代 Ethernet II，但由于二者的相似以及Ethernet II 作為IEEE802.3 的基礎這一事實，我們將這兩者均看作以太網(wǎng)。3以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的變種格式以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的變種，僅涉及到IEEE802.3 幀。下圖描述了 IEEE802.3 幀數(shù)據(jù)部分的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)就是 IEEE802.2 定義的 LLC (邏輯鏈路控制)，LLC 用來識別信息包中所承載的協(xié) 議。LLC 報頭包含 DSAP( de

12、stination service access point，目的服務訪問點)、 SSAP（source service access point , 源服務訪問點） 和控制字段。當 DSAFe SSAP 取特定值：0 xff 和 0 xaa 時，會分別產(chǎn)生兩個變種:太網(wǎng)-SNAP 幀；其他的取值均為純802.3 幀。| 前序|幀起始定界符|目的地址| 源地址| 長度|數(shù)據(jù)| FCS |- |DSAP|SSAP |控制|信息|一、Netware-以太網(wǎng)幀Netware-以太網(wǎng)幀對 IEEE802.3 的數(shù)據(jù)字段進行了專門分隔以便傳輸NetWare 類型的數(shù)據(jù)。實際使用的幀類型是在系統(tǒng)設置時通過

13、將NetWare 與特定類型的幀綁寫而定義的。下圖顯示了 Netware-以太網(wǎng)幀格式。圖中的 IPX=0 xffff ，也就是說，以太網(wǎng)幀中的 DSAP=SSAP=0 xff 時，802.3幀就變成了 Netware-以太網(wǎng)幀，用來承載 NetWare 類型的數(shù)據(jù)。由于不再有LLC字段，所以這種幀通常稱為簡化802.3。對那些使用或考慮使用NetWare 的人，在涉及幀類型時應該小心：Novell 使用術語以太網(wǎng)一 802.3，因此如果將 NetWare 設置為以太網(wǎng)一 802.2 幀，網(wǎng)絡實際上是符合以太網(wǎng)一802.3標準的，也就是說，有LLC 結(jié)構(gòu)的。Netware-以太網(wǎng)幀和以| 前序

14、| 幀起始定界符|目的地址| 源地址| 長度| 數(shù)據(jù)| FCS |I | IPX| 信息|二、以太網(wǎng)-SNAP 幀以太網(wǎng)一 SNA 顧與 Netware-以太網(wǎng)幀不同，可以用于傳輸多種協(xié)議。因為在以太網(wǎng)一SNAP幀中包含以太網(wǎng)類型字段，故AppleTalk Phase II 、NetWare 及 TCP/IP 協(xié)議均能傳輸。因此，SNA 網(wǎng)以被看作一種擴展，它允許廠商創(chuàng)建自己的以太網(wǎng)傳輸協(xié)議。以太網(wǎng)一SNAP準由 IEEE802.1 委員會制定以保證 IEEE802.3 局域網(wǎng)和以太網(wǎng)之間的互操作性。下圖顯示了以太網(wǎng)SNAP格式。盡管這種幀格式是基于IEEE802.3 幀格式的，但它并不使用

15、DSA 捧日 SSAP 信箱機制和控制字段。相反，在這些字段中使用特定的值表示該幀是SNAP幀。|前序|定界符|目的地址| 源地址| 長度| 數(shù)據(jù)| FCS |I |DSAP|SSAP|控制|機構(gòu)代碼|類型|信息|十六進制值 AA 被放置在 DSA 兩 SSAP段，而十六進制值 03 被放置在控制字段，這指明傳 輸?shù)氖?SNAP。將十六進制值 03 放置在控制字段表明使用無編碼格式，這是SNAP支持的唯 種格式。機構(gòu)代碼字段指明在后續(xù)的以太網(wǎng)類型字段中放置的是由哪一個機構(gòu)分配的值。在機構(gòu)代碼字段中的十六進制值 00- 00-00 指明施樂公司分配了以太網(wǎng)類型字段的值。通過使用以太 網(wǎng)一 SNA

16、PPY,可以按與原始的以太網(wǎng)幀類似的方式獲得支持多協(xié)議的能力，原始以太網(wǎng)設 置類型字段的目的與此相同。4幀判定接收工作站可以通過判斷以太幀的字段正確解釋幀中承載的數(shù)據(jù)。為此，應首先檢查跟在源地址之后的兩個字節(jié)的值。如果該值大于 1500,則必定是 Ethernet II 幀；否則該幀或者 是純 IEEE802.3幀，或者是這種幀的變種。此時，必須檢查更多的字節(jié)。如果下面的兩個字節(jié)取值十六進制 FF： FF,則該幀是 NetWare-以太網(wǎng)，這是因為在 IPX 頭 結(jié)構(gòu)中前兩個字節(jié)的校驗和字段取值十六進制FF: FF;如果這兩個字節(jié)取值為十六進制 AAAA 則表示是以太網(wǎng)SANP#;此外，這兩個字節(jié)的任何其它取值均指示該幀純802.3 幀。5IPX的四種以太幀封裝格式介紹了上面的四種以太幀的格式，現(xiàn)在以 IPX 報文為例，介紹如何利用四種以太幀的格式進行封裝。一、