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  • 位同步(比特同步)和帧同步的区别是什么?2009-03-09 07:30在数据通信中最基本的同步方式就是“位同步”(bit synchronization)或比特同步。比特是数据传输的最小单位。位同步(比特同步)是指接收端时钟已经调整到...
    位同步(比特同步)和帧同步的区别是什么?
    2009-03-09 07:30

    在数据通信中最基本的同步方式就是“位同步(bit synchronization)比特同步。比特是数据传输的最小单位。位同步(比特同步)是指接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样,因此接收端收到比特流后,就能够在每一位的中间位置进行判决(如下图所示)。位同步(比特同步)的目的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。这就要在正确的时刻(通常就是在每一位的中间位置)对收到的电平根据事先已约定好的规则进行判决。例如,电平若超过一定数值则为1,否则为0

     

     

    但仅仅有位同步还不够。因为数据要以帧为单位进行发送。若某一个帧有差错,以后就重传这个出错的帧。因此一个帧应当有明确的界限,也就是说,要有帧定界符。接收端在收到比特流后,必须能够正确地找出帧定界符,以便知道哪些比特构成一个帧。接收端找到了帧定界符并确定帧的准确位置,就是完成了“帧同步(frame synchronization)

    在使用PCM的时分复用通信中(这种通信都采用同步通信方式),接收端仅仅能够正确接收比特流是不够的。接收端还必须准确地将一个个时分复用帧区分出来。因此要利用特殊的时隙(包含有一些特殊的比特组合),使接收端能够把每一个时分复用帧的位置确定出来。这也叫做帧同步。下图给出了这两种不同的帧同步的示意图。

     

     

    图中上面部分的同步通信方式在电信网中使用得非常广泛,其中的一个重要特点是在发送端连续不断地发送比特流中,即使有的时隙没有被用户使用,但用于同步的时隙也要保留在时分复用帧中的相应位置上。在同步通信中帧同步的任务就是使接收端能够从收到的连续比特流中确定出每一个时分复用帧的位置。

    图中下面部分的异步通信方式在计算机网络中使用得较多。我们可以注意到,数据帧在接收端出现的时间是不规则的。因此在接收端必须进行帧定界。但帧定界也常称为帧同步。因此,当我们看到“帧同步”时,应当弄清这是同步通信中的帧同步,还是异步通信中的帧定界。

    这里我们要强调一下,在异步通信时,接收端即使找到了数据帧的开始处,也还必须将数据帧中的所有比特逐个接收下来。因此,接收端必须和数据帧中的各个比特进行比特同步(这就是异步通信中的同步问题)。试想:如果接收端不知道每一个比特要持续多长时间,那怎样能将一个个比特接收下来呢?因此,不管是同步通信还是异步通信,要想接收比特块中的每一个比特,就必须和比特块中的比特进行位同步比特同步)。然而在异步通信中,位同步(比特同步)的方法和同步通信时并不完全一样。

    在同步通信中,最精确的同步方法是使全网时钟精确同步。全网的主时钟的长期精度要求达到 ± 1.0 ´ 1011,因此必须采用原子钟(例如,铯原子钟),但这样的同步网络的价格很高(如SDH/SONET网络)。实际上,在同步通信中,也可以采用比较经济的方法实现同步。这种方法就是在接收端设法从收到的比特流中将位同步的时钟信息提取出来(发送端在发送比特流时,发送时钟的信息就已经在所发送的比特流之中了)。这种同步方式常称为准同步(plesiochronous)。在教材中的图3-16中介绍的曼彻斯特编码就能够使接收端很方便地从收到的比特流中将时钟信息提取出来,这样就能够很容易地实现位同步。在以帧为传送单位的异步通信中,接收端通常也是采用从收到的比特流中提取时钟信息的方法来实现位同步。

    在以字符为单位的异步通信中,由于每一个字符只有8个比特,因此只要收发双方的时钟频率相差不太大,在开始位的触发下,这8个比特的位同步很容易做到,因此不需要采取其他措施来实现位同步(但不等于说可以不要位同步)。

     

     

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  • 一、 Ethernet 格式 以太网结构: 前导码、目的地址、源地址、类型...在每种格式以太网帧的开始处都有64比特(8字节)前导字符,其中,前7个字节称为前同步码(Preamble),内容16进制数0xAA,最后1字节为...

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    一、 Ethernet 格式

    以太网帧结构: 前导码、目的地址、源地址、类型、数据、FCS。

    1、前导码(Preamble):

    初期以太网的部署中依然使用CSMA/CD的方法,前导符是在物理层上加上去的,因此前导符并不算是以太网帧结构的信息。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,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。现阶段的车载以太网已经完全放弃了CSMA/CD协议而是全双工P2P的工作方式,也就意味着这两个字段就可以废弃了,但是为了保证后向兼容依然会保留该字段。

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    2、MAC地址

    每一个以太网接口都配有一个唯一的MAC地址或硬件地址 。在SOF之后是目的MAC地址,简称SA;之后就是发送节点的MAC物理地址,源地址简称DA。这两部分的信息都是6Byte,48bite。

    对于SA的信息是由发送端决定的,每一个硬件结构的物理地址是固定且唯一的,这就意味着MAC地址可以唯一确定的映射对应的sensor或者控制器。

    对于DA信息分为两个大类:单址,当此信息是两个通信节点之间的信息交流的时候,帧信息的目的节点的MAC地址是针对某一特定的通信节点;多址或者是全址,这个时候就是目标节点是某一组VLAN或者是所有的节点,产生的组播信息或者是广播信息。

    交换机要多目的地址和源地址都要进行读取,以此来确定将一个帧发往那个接口,这样就可以逐渐的实现以太网的自主更新MAC地址清单的能力。

    3、可选802.1Q头部

    在接下来的4Byte的信息代表的是一个802.1Q头部。前2Byte就是802.1Q标识符,来确定是不是802.1Q头部信息;另外2Byte提供标签控制信息(TCI),4bite信息的前三位是802.1p的优先级信息,1bite的丢弃标识符(DEI),剩下12bite是局域网标识符。

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    4、Ethertype/长度码

    再接着的字段就是表示数据包的字符长度或者是以太网类型。Ether-type表明了数据包中包含的是上一层协议所期望的数据类型;它不仅仅可以表达IP(IPV4、IPV6)或某类AVB等个专有类型。【Ether-type列表是由IEEE维护】

    该字符段表达数据包的字符长度的时候,当存在802.1Q头部时,净荷的最小长度是42Byte,最大长度是46Byte。如果所需数据小于最小长度的时候剩余字节需要填充字节来填充。最大静载荷长度是1500Byte(此静载荷是指数据链层的用户数据,包含了上层的UDP,实际可用字节要远远小于1500Byte)。

    5、数据净荷

    这部分仅仅是指在数据链的帧结构,包含:包头、数据流ID、格式与数据信息、AVB呈现时间、需要传递的数据信息。

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    6、FCS/CRC

    最后的就是帧校验顺序序列(FCS)的循环冗余校验(CRC)作为数据包的终止。4个Byte32个bite,校验除前导码和SFD之外的所有的帧信息,以保证传输的帧的完整性和正确率。

    【每一个以太网帧的结尾都要有一个最少12Byte的帧间隔信息】

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    ​文由不架构的汽车电子电气原创,作者:Feynman-Yang。

    文中部分图片、封面图片来自网络截图,如因版权等有疑问,请于本文刊发30日内联系。

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  • 以太网封装IP数据包的最大长度1500字节,也就是说以太网最大长应该以太网首部加上1500,再加上7字节的前导同步码和1字节的开始定界符,具体就是:7字节前导同步码 + 1字节开始定界符 + 6字节的目的MAC + ...

          根据rfc894的说明,以太网封装IP数据包的最大长度是1500字节,也就是说以太网最大帧长应该是以太网首部加上1500,再加上7字节的前导同步码和1字节的帧开始定界符,具体就是:7字节前导同步码 + 1字节帧开始定界符 + 6字节的目的MAC + 6字节的源MAC + 2字节的帧类型 + 1500 + 4字节的FCS。
        按照上述,最大帧应该是1526字节,但是实际上我们抓包得到的最大帧是1514字节,为什么不是1526字节呢?


        原因是当数据帧到达网卡时,在物理层上网卡要先去掉前导同步码和帧开始定界符,然后对帧进行CRC检验,如果帧校验和出错,就丢弃此帧。如果校验和正确,就判断帧的目的硬件地址是否符合自己的接收条件(目的地址是自己的物理硬件地址、广播地址、可接收的多播硬件地址等),如果符合,就将帧交给“设备驱动程序”做进一步处理。这时我们抓包的软件才能抓到数据,因此,抓包软件抓到的是去掉前导同步码、帧开始分界符、FCS之外的数据,其最大值是6 + 6 + 2 + 1500 = 1514。


        以太网规定,以太网帧数据域部分最小为46字节,也就是以太网帧最小是 6 + 6 + 2 + 46 + 4 = 64。除去4个字节的FCS,因此,抓包时就是60字节。当数据字段的长度小于46字节时,MAC子层就会在数据字段的后面填充以满足数据帧长不小于64 字节。由于填充数据是由MAC子层负责,也就是设备驱动程序。不同的抓包程序和设备驱动程序所处的优先层次可能不同,抓包程序的优先级可能比设备驱动程序更高,也就是说,我们的抓包程序可能在设备驱动程序还没有填充不到64字节帧的时候,已经捕获了数据。因此不同的抓包工具抓到的数据帧的大小可能不同。(比如,wireshark抓到的可能没有填充数据段,而sniffer抓到的就有填充数据段)

    (不过 根据我的观察wireshark不同的版本抓获的最小数据包的大小好像有60字节也有54字节的情况.....)

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  • 遇到问题:以太网数据封装如下图所示,包含在IP数据报中数据部分最长应该( )字节? A.1434 B.1460 C.1480 D.1500 答案:C 原因: 以太网(IEEE 802.3)格式: 1、前导码(前同步码):7字节0x55,...

    遇到的问题:以太网的数据帧封装如下图所示,包含在IP数据报中的数据部分最长应该是( )字节?

    A.1434

    B.1460

    C.1480

    D.1500

    答案:C

    原因

    以太网(IEEE 802.3)帧格式:

    1、前导码(前同步码):7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步

    2、帧开始定界符:1字节0xD5(10101011),表示一帧开始

    3、DA(目的MAC):6字节

    4、SA(源MAC):6字节

    5、类型/长度:2字节,0~1500保留为长度域值,1536~65535保留为类型域值(0x0600~0xFFFF)

    6、数据:46~1500字节

    7、帧校验序列(FCS):4字节,使用CRC计算从目的MAC到数据域这部分内容而得到的校验和。

    以CSMA/CD作为MAC算法的一类LAN称为以太网。CSMA/CD冲突避免的方法:先听后发、边听边发、随机延迟后重发。一旦发生冲突,必须让每台主机都能检测到。关于最小发送间隙和最小帧长的规定也是为了避免冲突。

    考虑如下的情况,主机发送的帧很小,而两台冲突主机相距很远。在主机A发送的帧传输到B的前一刻,B开始发送帧。这样,当A的帧到达B时,B检测到冲突,于是发送冲突信号。假如在B的冲突信号传输到A之前,A的帧已经发送完毕,那么A将检测不到冲突而误认为已发送成功。由于信号传播是有时延的,因此检测冲突也需要一定的时间。这也是为什么必须有个最小帧长的限制。

    按照标准,10Mbps以太网采用中继器时,连接的最大长度是2500米,最多经过4个中继器,因此规定对10Mbps以太网一帧的最小发送时间为51.2微秒。这段时间所能传输的数据为512位,因此也称该时间为512位时。这个时间定义为以太网时隙,或冲突时槽。512位=64字节,这就是以太网帧最小64字节的原因。

    512位时是主机捕获信道的时间。如果某主机发送一个帧的64字节仍无冲突,以后也就不会再发生冲突了,称此主机捕获了信道。

    由于信道是所有主机共享的,如果数据帧太长就会出现有的主机长时间不能发送数据,而且有的发送数据可能超出接收端的缓冲区大小,造成缓冲溢出。为避免单一主机占用信道时间过长,规定了以太网帧的最大帧长为1500。

    100Mbps以太网的时隙仍为512位时,以太网规定一帧的最小发送时间必须为5.12μs。

    1000Mbps以太网的时隙增至512字节,即4096位时,4.096μs。

    IP数据包长度问题总结

    TCP/IP协议,涉及到四层:链路层、网络层、传输层、应用层。

    其中以太网的数据帧在链路层

    IP包在网络层

    TCP或UDP包在传输层

    TCP或UDP中的数据(Data)在应用层

    它们的关系是数据帧{IP包{TCP或者UDP包{Data}}}

    ————————————————————————————————

    在应用程序中我们用到的Data的长度最大是多少,直接取决于底层限制。

    我们从下到上分析一下:

    1.在链路层,由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为(46+18)—(1500 + 18),其中的18是数据帧的头和尾,也就是说数据帧的内容最大为1500(不包括帧头和帧尾),即MTU(Maximum Transmission Unit)为1500;

    2.在网络层,因为IP包的首部要占用20字节,所以这的MTU为1500-20 = 1480;

    3.在传输层,对于UDP包的首部要占8字节,所以这的MTU为1480 - 8 = 1472;

    所以,在应用层,您的Data最大长度为1472字节。(当我们UDP包中的数据多于1472时,发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输,而在接收方IP层则需要进行数据报重组,由于UDP是不可靠的传输协议,如果分片丢失导致重组失败,将导致UDP数据包被丢弃。)

    从上面的分析来看,普通的局域网环境下,UDP的数据最大是1472字节最好,避免分片重组。

    但是在网络编程中,Internet中的路由器可能设置成不同的值(小于默认值),Internet上的标准MTU值为576,所以Internet的UDP编程时的数据长度最好在576 - 20 -8 = 548字节以内。

    Mac OS点击系统偏好设置——网络——高级——硬件可以查看本机的MTU设置。

    IP数据包的最大长度是64K字节(2^16 -1),因为在IP包头中用2个字节描述报文长度,2个字节所能表示的最大数字就是2^16-1 = 65536 -1 = 65535.

    由于IP协议提供为上层协议分割和重组报文的功能,因此传输层协议的数据包长度原则上来说没有限制。实际上限制还是有的,因为IP包的标识字段终究不可能无限长,按照IPv4,上限是2^32=4G字节。依照这种机制,TCP包头中就没有“包长度”字段,而完全依靠IP层去处理分帧。这就是为什么TCP常常被称作一种“流协议”的原因,开发者在使用TCP服务的时候,不必关心数据包的大小,只需要将SOCKET看作一条数据流的入口,往里面放数据就是了,TCP协议本身会进行拥塞/流量控制。

    UDP则和TCP不同,UDP包头内有总长度字段,同样为2个字节,因此UDP数据包的总长度被限制为(2^16-1),这样恰好可以放进一个IP包内,使得UDP/IP协议栈的实现非常简单高效。65535再减去UDP头本身所占据的8个字节,UDP服务中的最大有效负载长度仅为65527.这个值也就是调用getsockopt()时指定SO_MAC_MSG_SIZE所得到的返回值,任何使用SOCK_DGRAM属性的socket,一次send的数据都不能超过这个值,否则必然得到一个错误。

    那么,IP包提交给下层协议时将会得到怎样的处理呢?取决于数据链路层协议,一般得到数据链路层协议都会负责将IP包分割成更小的帧,然后在目的端重组它,在EtherNet上,数据链路帧的大小如开篇所述。而如果是IP over ATM,则IP包将被切分成一个一个的ATM Cell,大小为53字节。



     

    转载于:https://www.cnblogs.com/dalulu/p/10331065.html

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