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  • 01概述以太网这个术语一般是指数字设备公司(Digital Equipment Corp.)、英特尔公司(IntelCorp.)和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。几年后,IEEE(电子电气工程师协会)...
    01概述

    以太网这个术语一般是指数字设备公司(Digital Equipment Corp.)、英特尔公司(IntelCorp.)和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准。它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术。几年后,IEEE(电子电气工程师协会)802委员会公布了一个稍有不同的标准集,其中802.3针对整个CSMA/CD网络,802.4针对令牌总线网络,802.5针对令牌环网络。

    互联网早期的时候,主机间的互连使用的是NCP协议。这种协议本身有很多缺陷,如:不能互连不同的主机,不能互连不同的操作系统,没有纠错功能。为了改善这种缺点,大牛弄出了TCP/IP协议。现在几乎所有的操作系统都实现了TCP/IP协议栈。TCP/IP不是一个单一协议,而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议,IMCP协议,TCP协议,以及我们更加熟悉的HTTP、FHP协议等等。

    首先我们看一下以太网数据结构:

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    注意数据长度为46~1500。

    从物理层上看,一个完整的以太网帧有7个字段,事实上前两个字段(前同步码和SFD码)并不能算是真正的以太网数据帧,它们是网卡在物理层上发送以太网数据时添加上的,是为了实现底层的正确传输。上图中的目的地址,源地址,长度/类型属于以太网首部的部分。

    特别说明:上面的目的地址和源地址是MAC,不是IP!!!!

    关于OSI七层模型:应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、和物理层,如下图:

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    02TCP/IP四层模型

    ISO制定的OSI参考模型的过于庞大、复杂招致了许多批评。与此对照,由技术人员自己开发的TCP/IP协议栈获得了更为广泛的应用。下图,是TCP/IP参考模型和OSI参考模型的对比示意图。

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    TCP/IP参考模型分为四个层次:应用层、传输层、网络互连层和主机到网络层。

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    在TCP/IP参考模型中,去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层(这两层的功能被合并到应用层实现)。同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为主机到网络层。下面,分别介绍各层的主要功能。

    1、主机到网络层

    实际上TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现,只是要求能够提供给其上层-网络互连层一个访问接口,以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义,所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。  

    2、网络互联层

    网络互联层是整个TCP/IP协议栈的核心。它的功能是把分组发往目标网络或主机。同时,为了尽快地发送分组,可能需要沿不同的路径同时进行分组传递。因此,分组到达的顺序和发送的顺序可能不同,这就需要上层必须对分组进行排序。

    网络互联层定义了分组格式和协议,即IP协议(InternetProtocol)。

    网络互联层除了需要完成路由的功能外,也可以完成将不同类型的网络(异构网)互连的任务。除此之外,网络互联层还需要完成拥塞控制的功能。

    3、传输层

    在TCP/IP模型中,传输层的功能是使源端主机和目标端主机上的对等实体可以进行会话。在传输层定义了两种服务质量不同的协议。即:传输控制协议TCP(transmissioncontrol protocol)和用户数据报协议UDP(userdatagram protocol)。

    TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议。它将一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端,它负责把上层传送下来的字节流分成报文段并传递给下层。在接收端,它负责把收到的报文进行重组后递交给上层。TCP协议还要处理端到端的流量控制,以避免缓慢接收的接收方没有足够的缓冲区接收发送方发送的大量数据。

    UDP协议是一个不可靠的、无连接协议,主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。  

    4、应用层

    TCP/IP模型将OSI参考模型中的会话层和表示层的功能合并到应用层实现。  

    应用层面向不同的网络应用引入了不同的应用层协议。其中,有基于TCP协议的,如文件传输协议(FileTransfer Protocol,FTP)、虚拟终端协议(TELNET)、超文本链接协议(HyperText Transfer Protocol,HTTP),也有基于UDP协议的。

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    各行信息分别为:

    Frame:   物理层的数据帧概况;

    Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息;

    Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息;

    Transmission ControlProtocol:  传输层T的数据段头部信息,此处是TCP;

    Hypertext Transfer Protocol:  应用层的信息。

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    几个常用的协议的功能我们通过一个形象的说法来展现:

    IP:I want to send data to 192.168.0.127

    UDP:I want to send a datagram on the port N

    TCP:I want to send data in a reliable way onthe port N (reliable:可靠的)

    ARP:who knows 192.168.0.127's MAC address?

    RARP:who knows 21.21.12.21.21.12's IP address?

    ICMP:I send or receive queries or error message

    DHCP:I want to get an IP address

    DNS:what is the IP address of www.baidu.com?

    上文讲解了以太网数据包结构,其中牵扯到了802.3,以太网数据包等名词,下面讲解一下这方面的内容。

    在TCP/IP世界中,以太网IP数据报的封装是在RFC894中定义的,IEEE802网络的IP数据报封装是在RFC1042中定义的。最常使用的封装格式是RFC 894定义的格式。下图显示了两种不同形式的封装格式。

    8fc1bbf6e29ead14b9e1eeeb44af11a0.png

    从上图看到,两种帧格式都采用48bit(6字节)的目的地址和源地址。

    接下来的2个字节在两种帧格式中互不相同。

    在802标准定义的帧格式中,长度字段是指它后续数据的字节长度,但不包括CRC检验码。

    以太网的类型字段定义了后续数据的类型。而在802标准定义的帧格式中,类型字段则由后续的子网接入协议的首部给出。

    幸运的是,802定义的有效长度值与以太网的有效类型值无一相同,这样,就可以对两种帧格式进行区分。

    长度/类型有两个意义,小于1518,代表后面字段的长度(也就是IEEE802.2/802.3(RFC1042)),大于1518,代表不同的类型(以太网的封装格式(RFC894))

    0800 指IP数据类型

    0806 指ARP协议,通过IP地址获得对应的MAC地址,称为地址解析协议

    8035 指RARP协议,通过MAC地址来获得对应的IP地址,称为逆向地址解析协议

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    在以太网帧格式中,类型字段之后就是数据。而在802帧格式中,后面是3字节的802.2LLC,它是由目的服务访问点(DestinationService Access Point,DSAP)、源服务访问点(SourceService Access Point,SSAP)和Ctrl字段组成,DSAP和SSAP默认值是0xaa,Ctrl默认是3。再接下来的2个字节类型字段和以太网帧格式一样。

    802.3标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3规定数据部分必须至少为38字节,而对于以太网,则要求最少要有46字节。为了保证这一点,必须在不足的空间插入填充(pad)字节。

    下面只讲最常用的以太网的封装格式(RFC894)

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    特别说明:上面的目的地址和源地址是MAC,不是IP!!!!

    MAC地址解析

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    MAC地址前3个字节:组织身份标记  后3个字节:组织自行分配

    第1个字节

    b0:0表示单播,1表示组播

    b1:0表示被某个组织使用,1表示个人使用

    例子:

    02-00-00-00-00-01:本地分配

    00-50-C2-xx-xx-xx:ST的MAC地址

    01-00-5E-xx-xx-xx:IPv4的多播地址

    FF-FF-FF-FF-FF-FF:广播地址。

    上文说到,以太网和802.3对数据帧的长度都有一个限制,其最大值分别是1500和1492字节。链路层的这个特性称作MTU,最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果IP层有一个数据包要传,而且数据的长度比链路层的MTU还大,那么IP层就需要进行分片,把数据包分成若干片,这样每一片都小于MTU,IP分片的问题会在讲解IP协议的时候讲解。下图列出了一些典型的MTU值。

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    我们将用netstat命令打印出网络接口的MTU。

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    - i参数将打印出接口信息,- n参数则打印出IP地址,而不是主机名字。

    这个命令打印出每个接口的MTU、输入分组数、输入错误、输出分组数、输出错误、冲突以及当前的输出队列长度。

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  • 以太网数据帧(802.3)最大与最小长度2017年03月20日 19:40:01 Farmwang 阅读数:5370更多个人分类: TCP/IP以太网(IEEE 802.3)帧格式: 1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步2、帧起始定界符:1字节0...

    以太网数据帧(802.3)最大与最小长度
    2017年03月20日 19:40:01 Farmwang 阅读数:5370更多
    个人分类: TCP/IP
    以太网(IEEE 802.3)帧格式:

    1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步
    2、帧起始定界符: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。

    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字节前导同步吗+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“设备驱动程序”做进一步处理。这时我们的抓包软件才能抓到数据,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。


    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。

    转载于:https://www.cnblogs.com/zhangmingda/p/9758655.html

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  • 以太网(IEEE 802.3)帧格式: 1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步 2、帧起始定界符: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~...
    以太网(IEEE 802.3)帧格式:

    1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步
    2、帧起始定界符: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。

    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字节前导同步吗+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“设备驱动程序”做进一步处理。这时我们的抓包软件才能抓到数据,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。
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  • 为什么以太网数据最小为64字节

    千次阅读 2013-11-22 08:35:13
    以太网设计人员制定了一系列的标 准,这些看似有意义似乎又没有意义的数字、标准构成了以太网的砖瓦基石,今天我们来看一块位于这栋"房子"底层的"砖基"——以太网最小帧长为什么是64 字节。  首先我们先来看一下...

      如果把"以太网"比作是一栋"房子",这栋房子可以算得上是人类构建的非常了不起的"建筑"了,以太网设计人员制定了一系列的标 准,这些看似有意义似乎又没有意义的数字、标准构成了以太网的砖瓦基石,今天我们来看一块位于这栋"房子"底层的"砖基"——以太网最小帧长为什么是64 字节。

      首先我们先来看一下以太网数据帧的格式:

       

     

      1、前导码/帧起始定界符:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步,1字节0xD5(10101011),表示一帧开始

      2、目的地址:6字节

      3、源地址:6字节

      4、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)

      5、数据:46~1500字节

      6、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。

       

     

      以太网是无连接的,不可靠的服务,采用尽力传输的机制。以太网CSMA/CD我就不多讲了,我相信大家都了解这个原理。

      以太网是不可靠的,这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包,但如果他发出的数据包发生错误,他会进行重传。以太网的错误主要是发生碰撞,碰撞是指两台机器同时监听到网络是空闲的,同时发送数据,就会发生碰撞,碰撞对于以太网来说是正常的。

      我们来看一下,假设A检测到网络是空闲的,开始发数据包,尽力传输,当数据包还没有到达B时,B也监测到网络是空闲的,开始发数据包,这时就会 发生碰撞,B首先发现发生碰撞,开始发送碰撞信号,所谓碰撞信号,就是连续的01010101或者10101010,十六进制就是55或AA。这个碰撞信 号会返回到A,如果碰撞信号到达A时,A还没有发完这个数据包,A就知道这个数据包发生了错误,就会重传这个数据包。但如果碰撞信号会返回到A时,数据包 已经发完,则A不会重传这个数据包。

      我们先看一下,以太网为什么要设计这样的重传机制。首先,以太网不想采用连接机制,因为会降低效率,但他又想有一定的重传机制,因为以太网的重 传是微秒级,而传输层的重传,如TCP的重传达到毫秒级,应用层的重传更达到秒级,我们可以看到越底层的重传,速度越快,所以对于以太网错误,以太网必须 有重传机制。

      要保证以太网的重传,必须保证A收到碰撞信号的时候,数据包没有传完,要实现这一要求,A和B之间的距离很关键,也就是说信号在A和B之间传输 的来回时间必须控制在一定范围之内。IEEE定义了这个标准,一个碰撞域内,最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时,所谓位时就是传输一个比特需要的时间)。这也是我们常说的一个碰撞域的直径。

      512个位时,也就是64字节的传输时间,如果以太网数据包大于或等于64个字节,就能保证碰撞信号到达A的时候,数据包还没有传完。

      这就是为什么以太网要最小64个字节,同样,在正常的情况下,碰撞信号应该出现在64个字节之内,这是正常的以太网碰撞,如果碰撞信号出现在64个字节之后,叫 late collision。这是不正常的。

      总结:最小数据帧的设计原因和以太网电缆长度有关,为的是让两个相距最远的站点能够感知到双方的数据发生了碰撞;最远两端数据的往返时间就是争用期,以太网的争用期是51.2微妙,正好发送64byte数据。

    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"设备驱动程序"做进一步处理。这时我们的抓包软件才能抓到数据,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。

     

    转自 http://ciscoexpert.blog.163.com/blog/static/20783231120132265109833/

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  • 以太网(IEEE 802.3)帧格式:1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步2、帧起始定界符: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...
  • Cisco名称为:ARPAEthernet 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...
  • 最小为64,最大为1518(mtu为1500),但是有了巨型帧最大为9K,发送时分成一片一片的MTU发送   具体详解:http://blog.sina.com.cn/s/blog_413d250e01017i72.html
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  • 在传统以太网中,为什么要有最小长度和最大帧长度的限制? 以太网(IEEE 802.3)帧格式: 1、前导码:7字节0x55,一串1、0间隔,用于信号同步 2、帧起始定界符:1字节0xD5(10101011),表示一帧开始 3、DA(目的MAC...
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  • 10Mbps以太网的帧长度

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  • 为什么以太网最小帧为64字节

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  • 以太网数据链路层协议分析

    千次阅读 2015-07-30 21:09:29
    其他局域网,比如令牌环网、F D D I和R S-2 3 2串行线路采用的是不一样的技术,因此数据链路层的协议也不一致。比如PPP和SLIP就是适用于串行线路的。另外PPPOE是在以太网的基础上封装了PPP协议,方便运营商计费和...
  • 我们在上一文中介绍了以太网5层模型,这一节我想学习一下以太网数据封装与解封的知识,了解以太网数据是如何传输的。 一、数据封装  当我们应用程序用TCP传输数据的时候,数据被送入协议栈中,然后逐个通过每一层...
  • TCP报文的最大最小长度

    千次阅读 2020-09-09 16:05:26
    以太网的最大数据帧为:1518Bytes (mac)以太网帧头:mac目标地址(6bytes), mac源地址(6bytes),2bytes, type域,共14 帧尾校验符:4bytes 数据域:1518 - 14 -4 = 1500(MTU) TCP(数据域):1500 - 20 (IP...

空空如也

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以太网数据字段最小长度