以太帧格式

发布时间： 2022-02-16 14:26:22

以太帧格式，在以太网中有两种数据帧封装格式，分别是IEEE 802.3和Ethernet II(以太网二型)。

以太网物理层规范如图1所示，该图展示了IEEE 802.3中定义的以太网物理层规范。

图1 以太网物理层规范

两种以太网数据封装结构如图2所示，该图描述了IEEE 802.3和Ethernet II(以太网二型)两种协议的封装结构。

图2 两种以太网数据封装结构

通过观察可以发现，Ethernet II和IEEE 802.3数据结构很类似，无论Ethernet II还是IEEE 802.3，数据帧的封装长度都是一样的，帧头为14字节，帧尾(FCS)为4字节，共计18字节，但是它们也有一些具体的区别，具体分析如下。Ethernet II数据帧封装如图3所示。

图3 Ethernet II数据帧封装

1、以太网二型(Ethernet II)数据帧格式

① 前导码：长度为8字节，为交替的0和1，在每个分组的开头提供5 MHz的时钟信号，让接收设备能够跟踪到来的比特流。

② 目的地址：长度为6字节，是接收者的MAC地址，标识数据帧的接收者。目的地址类型可以是单播MAC地址、组播MAC地址或者广播MAC地址，不同类型的MAC地址对应的接收者不同。

单播MAC地址是一对一的通信，只有真正的接收者才能接收数据帧;组播MAC地址是一对多的通信，接收者需要先加入对应的组播组才会接收数据帧，非组播组成员不会接收;广播MAC地址也是一对多的通信，和组播MAC地址的区别在于广播MAC地址是针对所有设备的，同一广播域中的所有设备都能接收数据帧。

③ 源地址：长度为6字节，是发送者的MAC地址，标识数据帧的发送者，源地址类型只能使用单播MAC地址，不能使用组播或广播地址。

④ 类型：长度为2字节，用于标识网络层封装协议。常见的以太类型有：0x0800，代表IPv4;0x86DD，代表IPv6;0x0806，代表ARP;0x8100，代表IEEE 802.1q;等等。

⑤ 数据：长度为46～1500字节，是网络层可以填充的数据长度。

⑥ FCS：Frame Check Sequence，帧校验序列，长度为4字节。FCS字段用于存储CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)结果。接收者收到数据帧后会首先对数据帧头进行CRC校验，将校验结果和FCS中的内容进行对比，如果一致则接收数据帧，如果不一致则丢弃数据帧。

在采用Wireshark 抓包时看不到前导码和FCS(帧尾)，这是由于网卡收到数据包后会先去掉前导码并对数据帧头进行CRC校验，只有校验正确才会将数据帧交给上层应用处理，之前的校验步骤都是由网卡驱动完成的，所以当采用Wireshark 抓包时是看不到前导码和FCS(帧尾)的。一般情况下，以太网二型数据帧承载业务数据。

2.IEEE 802.3数据帧格式

IEEE 802.3的数据帧格式和Ethernet II的数据帧格式类似，具体说明如下。

① 前导码：长度为7字节，为交替的0和1，在每个分组的开头提供5 MHz的时钟信号，让接收设备能够跟踪到来的比特流。

② 帧起始位置分隔符(SOF)：长度为1字节，其值为10101011，其中最后的两个1让接收者能够识别中间0和1交替模式，从而同步并检测到数据开头。

③ 目的地址：长度为6字节，是接收者的MAC地址，标识数据帧的接收者。作用和以太网二型数据帧中的目的MAC地址相同。

④ 源地址：长度为6字节，是发送者的MAC地址，作用和以太网二型数据帧中的源MAC地址相同。

⑤ 长度：长度为2字节，标识IEEE 802.3数据帧的长度。

⑥ IEEE 802.2报头和数据：长度为46～1500字节，是IEEE 802.2报头和网络层可以填充的数据长度。

⑦ FCS：Frame Check Sequence，帧校验序列，长度为4字节。FCS字段用于存储CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)的结果。接收者收到数据帧后会首先对数据帧头进行CRC校验，将校验结果与FCS中的内容进行对比，如果一致则接收数据帧，如果不一致则丢弃数据帧。

介绍完IEEE 802.3的数据帧结构，大家会发现一个问题，在IEEE 802.3的头部中并没有“以太网类型”字段，那么它是怎么来标识上层协议封装的呢?实际上，IEEE802.3是通过携带IEEE 802.2的报头来标识上层协议封装的。

如图4所示描述了IEEE 802.2封装结构。

图4 IEEE 802.2封装结构

由图4可知，从DSAP开始到Protocol ID结束是IEEE 802.2的封装结构，IEEE802.2的封装分为两部分，分别是IEEE 802.2 LLC(Logical Link Control，逻辑链路控制)头部和SNAP(Subnetwork Access Protocol，子网访问协议)扩展。

① IEEE 802.2 LLC Header(IEEE 802.2 LLC头部)长度为3字节，具体说明如下。

●DSAP(Destination Service Access Point，目的服务访问点)：1字节，标识数据接收者的网络层逻辑地址(封装协议);

●SSAP(Source Service Access Point，源服务访问点)：1字节，标识数据发送者的网络层逻辑地址(封装协议);

●Control(控制字段)：1或2字节，用于标识数据格式，共有以下3种类型。

◆ U-fromat(Unnumbered format)PDU(无编号格式PDU)：使用1字节的控制字段，标识用户无连接服务的IEEE 802.2无编号数据格式，通常数据格式被设置为U-format;

◆ I-format(Information transfer format)PDU(信息传输格式PDU)：使用2字节的控制字段填充序列号，标识面向连接的数据格式。

◆ S-format(Supervisory format)PDU(管理格式PDU)：使用2字节的控制字段，标识在LLC中采用的管理数据格式。

② SNAP Extension(SNAP扩展)长度为5字节，由OUI和Type两部分组成。

●OUI(Organizationally Unique Identifier，组织唯一标识符，又称厂商唯一代码)：通常等于 MAC地址的前3字节，标识网卡厂商。

●Protocol ID(Ethernet Type)：标识网络层封装协议，作用和以太网类型字段相同。

在IEEE 802.2的LLC头部中已经可以通过DSAP和SSAP标识上层的封装协议，那为什么还需要SNAP扩展呢?这是因为LLC的SSAP字段只有1字节，只能标识标准协议，像一些私有协议是无法标识的，这就需要通过SNAP扩展中的OUI和Protocol ID字段来标识厂商和上层协议。

SNAP扩展头部是可选的，只有在封装非标准协议时才需要SNAP扩展头部。IEEE 802.2封装PVST+协议报文结构如图5所示，该图显示了思科私有协议PVST+的报文封装，IEEE 802.2通过携带SNAP扩展头部来标识PVST+私有协议。