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  • 以太网帧结构以及CRC校验

    万次阅读 2017-05-27 14:25:57
    MAC报文结构 在以太网链路上数据包称作以太。以太起始部分由前导码和开始符组成...帧结构图:说一下各个字段作用: 前同步码:第一个字段是7个字节前同步码,1和0交替,作用是用来使接收端适配器在接

    MAC帧报文结构

    在以太网链路上的数据包称作以太帧。以太帧起始部分由前导码和帧开始符组成。后面紧跟着一个以太网报头,以MAC地址说明目的地址源地址。帧的中部是该帧负载的包含其他协议报头的数据包(例如IP协议)。以太帧由一个32位冗余校验码结尾。它用于检验数据传输是否出现损坏。

    帧结构图:

    frame

    说一下各个字段的作用:

    • 前同步码:第一个字段是7个字节的前同步码,1和0交替,作用是用来使接收端的适配器在接收MAC帧时能够迅速调整时钟频率,使它和发送端的频率相同。
    • 帧开始定界符:第二个字段是1个字节的帧开始定界符,前六位1和0交替,最后的两个连续1表示告诉接收端适配器:“帧信息要来了,你准备接收把。
    • MAC 目的地址:第三个字段是6字节(MAC地址占48位,如:FF,FF,FF,FF,FF),发送方的网卡(MAC)地址,用处是当网卡接收到一个数据帧时,首先会检查该帧的目的地址,是否与当前适配器的物理地址相同,如果相同则会进一步处理,不同则直接丢弃。
    • 源MAC地址:发送端的MAC地址同样占6个字节
    • 类型:该字段在网络协议栈分解中及其重要,考虑当PDU(协议数据单元)来到某一层时,它需要将PDU交付给上层,而上层协议众多,所以在处理数据的时候,必须要一个字段标识我这个交付给谁。如,该字段为0x0800时,表示将有效载荷交付给IP协议,为0x0806交付给ARP,0X8035交付给RARP。
    • 数据:数据也叫有效载荷,除过当前层协议需要使用的字段外,即需要交付给上层的数据,以太网帧数据长度规定最小为46字节,最大为1500字节,如果有不到46字节时,会用填充字节填充到最小长度。最大值也叫最大传输单元(MTU),我们可以再 Linux输入 ifconfig 可以看到有一项MTU:1500。
    • 帧检验序列FCS(使用CRC校验法):检测该帧是否出现差错。

    无效的MAC帧

    当出现下列情况之一即为无效的MAC帧:

    1. 帧的长度不是8的倍数。
    2. 检验序列检验出差错。
    3. 帧长度数据字段不在46-1500之间。

    CRC校验步骤

    (1)、在发送端先把数组按照一定划分大小划分为组,假设每组K个比特,要传输的数据记位M,发送方要做的就是在数据M后面添加用于差错检测的 n 位冗余码,然后构成一个帧发送出去,也就是说此时发送的数据在原来基础上曾家了n位冗余码。

    (2)、n 位冗余码怎么来的?
    首先在原数据M后面添加n个0相当于左移n位,此时数据长度变为原来的每组K个比特加n即(k+n)位。然后用该序列除以在计算之前规定的一个长度为(n+1)位的除数P,根据二进制的模2 运算,计算出余数R。这个余数R就会作为冗余码拼接在原数据后面发送出去。

    模 2 运算:加法不进位,减法和加法一样,比如:
    1111+1010 = 0101;
    cal

    (3)、接收方把收到的每一个帧都处于同样的余数,然后检查得到的余数R:
    - 若余数R = 0,则判定这个帧没有错,接受。
    - 若余数R != 0,则判定这个帧有差错。(只能检测出该帧出现错误,无法定位出错位置)。

    注意:该检测只能保证无比特差错,而不能保证可靠传输。

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  • 计算机网络——以太网帧结构/格式

    千次阅读 2020-05-31 17:53:55
    可以看到,以太网帧由6个字段组成: 目的地址 目标适配器MAC地址 (即物理地址,也称为链路地址、MAC地址、LAN地址。关于它详细介绍以及其他寻址方式介绍可以看这篇博客:计算机网络知识点——寻址(物理地址、...

    格式如图所示:
    在这里插入图片描述
    可以看到,以太网帧由6个字段组成:

    目的地址

    目标适配器的MAC地址 (即物理地址,也称为链路地址、MAC地址、LAN地址。关于它的详细介绍以及其他寻址方式的介绍可以看这篇博客:计算机网络知识点——寻址(物理地址、逻辑地址、端口地址与专用地址))。

    源地址

    传输该帧到局域网上的适配器的MAC地址。

    类型字段

    用来标记上一层使用的是什么协议,以便把收到MAC帧的数据上交给上一层的这个协议。

    数据字段

    46~1500个字节,46是因为以太网MAC帧长不能小于64字节(最小帧长度保证有足够的传输时间用于以太网网络接口卡精确地检测冲突,这一最小时内间是根据网络的最大电缆长度和帧沿电缆长度传播所要求的时间确定的),1500是因为以太网的最大传输单元(MTU)是1500字节。当数据字段的长度小于46字节时,应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段,当传输到网络层时,网络层使用IP数据报首部中的长度字段来去除填充部分。这个字段承载了IP数据报。

    这里可能有人要问了:为什么以太网规定最短有效帧长为64字节?答:以太网在发送数据时,如果帧的前64字节没有发生冲突,那么后续的数据就不会发生冲突。换句话说,就是如果发生冲突,就一定是在发送的前64字节之内。因为检测到冲突就停止发送,这时已经发送出去的数据一定小于64字节。只要长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。收到这种无效帧就立即丢弃。

    FCS

    使得接收适配器能检测帧中是否引入了差错。

    前同步码

    8个字节,前7个都是10101010,最后一个是10101011;前7字节用于“唤醒”接收适配器,并将它们的时钟和发送方的时钟同步。第8个字节的最后两个比特(即两个‘1’)警告接收适配器重要的内容要来了。

    《数据通信与计算机网络》——佛罗赞
    《计算机网络——自顶向下方法》

    参考博客

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    0 数据的封装

    我们传输的数据进入TCP/IP协议栈后根据不同的应用程序所使用的协议要经过层层包装,加上各种首部,最终形成一个名字叫以太网帧的一串数据,其封装组成过程如下图:


    1 以太网帧结构

    以太网帧包含主要以太网首部和数据报,结构如下图所示:


    目的地址:6字节,目的主机的MAC地址。

    源地址:6字节,本机的MAC地址。

    类型:2字节,数据报的类型,常见的如:IP数据报 0800、ARP数据报 0806。

    数据:相应的数据报。

    CRC:校验码。

    注:可能已经发现这里为什么没有以太网尾部呢,因为这是一个早期在DEC VA X机上运行时的试验格式,现在,尾部封装已遭到反对,故现在的以太网帧已经没有尾部了。

    2 最大传输单元 MTU

    上图中可以看出以太网对数据帧的长度有一个限制,把它称作MTU,最大传输单元。不同类型的网络大多数都有一个上限。如果传输的IP数据报比MTU还要大,那么就要把数据报分成若干片,组成单独的以太网帧来传输,这种技术就成称为“IP分片”。

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    以UDP包为例,总结了一下一个UDP协议的MAC帧是由什么组成的,如下图所示:
    UDP协议下的MAC帧结构

    我们想要发送的数据,首先需要在其前面加上UDP报头,由于UDP协议属IP协议的一种,所以在UDP报头前需要加IP报头,形成IP段,在IP段的基础上加上一些同步字节、开始字节、以太网首部以及在尾部加上校验序列,就构成了一个完整的可以发送给物理层芯片的帧序列。

    结合之前有关MII的介绍,我们在上图中均是按照字节来表示的,1个字节由8个bit组成,而MII的数据总线只有半个字节,即只有4个bit,因此要特别注意,在每发送1个字节时,先发1个字节的低四位,再发高四位,如下图所示:
    MII接口发送时序

    接下来总结下MAC帧中,每一个部分的含义:
    MAC组成

    剩余部分下一篇见,太晚了~~,欢迎大家批评指正哦…

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以太网帧的组成结构图