深度解讀以太網(wǎng)，以太網(wǎng)鏈路層協(xié)議封裝格式講述

以太網(wǎng)通信技術(shù)是非常重要的，我們對(duì)于以太網(wǎng)，應(yīng)當(dāng)具備充分的認(rèn)識(shí)。其中，鏈路層是以太網(wǎng)中的一層架構(gòu)。為增進(jìn)大家對(duì)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)以太網(wǎng)鏈路層協(xié)議封裝格式予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)具有興趣，不妨和小編一起繼續(xù)往下閱讀哦。

以太網(wǎng)是現(xiàn)實(shí)世界中最普遍的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)有兩類：第一類是經(jīng)典以太網(wǎng)，第二類是交換式以太網(wǎng)，使用了一種稱為交換機(jī)的設(shè)備連接不同的計(jì)算機(jī)。經(jīng)典以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的原始形式，運(yùn)行速度從3~10 Mbps不等;而交換式以太網(wǎng)正是廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)，可運(yùn)行在100、1000和10000Mbps那樣的高速率，分別以快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)的形式呈現(xiàn)。以太網(wǎng)的每個(gè)版本都有電纜的最大長(zhǎng)度限制(即無須放大的長(zhǎng)度)，這個(gè)范圍內(nèi)的信號(hào)可以正常傳播，超過這個(gè)范圍信號(hào)將無法傳播。為了允許建設(shè)更大的網(wǎng)絡(luò)，可以用中繼器把多條電纜連接起來。中繼器是一個(gè)物理層設(shè)備，它能接收、放大并在兩個(gè)方向上重發(fā)信號(hào)。

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸需要遵循一定的機(jī)制，其中CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機(jī)制約定了以太網(wǎng)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，兩幀之間需要等待一個(gè)幀間隙時(shí)間(IFG或IPG)，為以太網(wǎng)接口提供了幀接收之間的恢復(fù)時(shí)間，該恢復(fù)時(shí)間最小值為傳輸96bit所花費(fèi)的時(shí)間，對(duì)于10M線路，該時(shí)間為9.6uS，100M線路為960nS，1G的線路為96nS。同時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀在傳輸時(shí)還需要有7byte的前導(dǎo)字段和1byte的定界符。因此以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在傳輸過程中是由以下部分組成的：7byte(前導(dǎo))+1byte(定界符)+以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀+12byte(IPG)。

在全雙工工作模式下，如果CSMA/CD介質(zhì)訪問控制機(jī)制發(fā)現(xiàn)傳輸沖突時(shí)，則會(huì)放棄當(dāng)前幀發(fā)送，改為發(fā)送一個(gè)48比特的噪聲幀。

其中以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀限制為最小長(zhǎng)度為64byte，最大長(zhǎng)度為1518byte，其格式為：6byte(目的MAC地址)+6byte(源MAC地址)+2byte(類型字段)+數(shù)據(jù)字段+4byte(FCS校驗(yàn)字段)。其中幀類型字段標(biāo)識(shí)其后的數(shù)據(jù)類型。

這里值得注意的是區(qū)分Ethernet II幀格式和802.3幀格式的不同，我們有時(shí)可能會(huì)混用了這兩個(gè)術(shù)語。

Ethernet II幀是最常見的一種以太網(wǎng)幀格式，也是今天以太網(wǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，由DEC，Intel和Xerox在1982年公布標(biāo)準(zhǔn)，Ethernet II可以支持TCP/IP，Novell IPX/SPX，Apple Talk Phase I等協(xié)議，其比較常見的類型字段為：0X0800(IP幀)，0X0806(ARP請(qǐng)求/應(yīng)答幀)，0X8035(PARP請(qǐng)求/應(yīng)答幀)，0X8137(Novell IPX)，0X809b(Apple Talk)。RFC 894定義了IP報(bào)文在Ethernet II上的封裝格式。

802.3幀將Ethernet II幀頭中的類型字段替換為幀長(zhǎng)度字段(取值范圍為0X0000-0X05dc，不包括CRC檢驗(yàn)碼)，因此對(duì)于接收到的幀，如果類型字段取值范圍為0X0000-0X05dc，則可以判斷其為802.3幀，而非Ethernet II幀。其中RAW 802.3是1983年Novell發(fā)布Netware/86網(wǎng)絡(luò)套件時(shí)采用的私有以太網(wǎng)幀格式，只支持IPX/SPX一種協(xié)議;802.3/802.2 LLC是IEEE 公布的正式802.3標(biāo)準(zhǔn)，它加入了3byte的LLC字段， 其中SAP值用以標(biāo)志上層應(yīng)用，每個(gè)SAP字段為8bits，其中只有6bit用于標(biāo)識(shí)上層協(xié)議，因此所能標(biāo)識(shí)的協(xié)議數(shù)不超過32種，導(dǎo)致802.3/802.2 LLC的使用有很大局限性;802.3/802.2 SNAP是IEEE為保證在802.2 LLC上支持更多的上層協(xié)議同時(shí)更好的支持IP協(xié)議而發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，在802.3/802.2 LLC基礎(chǔ)上添加了5byte的SNAP字段，從而使其可以標(biāo)識(shí)更多的上層協(xié)議類型，OUI字段用于代表不同的組織(一般置為0)，在802.3/802.2 SNAP基礎(chǔ)上RFC1042定義了IP報(bào)文在802.2網(wǎng)絡(luò)中的封裝方法和ARP協(xié)議在802.2 SANP中的實(shí)現(xiàn)。

目前實(shí)際環(huán)境中大多數(shù)TCP/IP設(shè)備都使用Ethernet II格式的幀，它采用了RFC 894的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。從上述幀格式中可以看出，Ethernet II格式幀數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度限制在46byte-1500byte之間，當(dāng)數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度小于46個(gè)字節(jié)時(shí)，加填充字段(PAD)補(bǔ)足。Ethernet II和802.3對(duì)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度限制，其最大值分別是1500和1492字節(jié)，這一特性稱作最大傳輸單元(MTU)。

在TCP/IP協(xié)議族中，鏈路層主要有三個(gè)目的：(1)為IP模塊發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報(bào);(2)為ARP模塊發(fā)送ARP請(qǐng)求和接收ARP應(yīng)答;(3)為RARP發(fā)送RARP請(qǐng)求和接收RARP應(yīng)答。

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