以太网链路层协议封装格式予以介绍
21ic 2024-02-21

以太网通信技术是非常重要的,我们对于以太网,应当具备充分的认识。其中,链路层是以太网中的一层架构。为增进大家对以太网的认识,本文将对以太网链路层协议封装格式予以介绍。如果你对以太网具有兴趣,不妨和小编一起继续往下阅读哦。


以太网是现实世界中最普遍的一种计算机网络。以太网有两类:第一类是经典以太网,第二类是交换式以太网,使用了一种称为交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式,运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网,可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率,分别以快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。以太网的每个版本都有电缆的最大长度限制(即无须放大的长度),这个范围内的信号可以正常传播,超过这个范围信号将无法传播。为了允许建设更大的网络,可以用中继器把多条电缆连接起来。中继器是一个物理层设备,它能接收、放大并在两个方向上重发信号。

以太网数据在网络介质上传输需要遵循一定的机制,其中CSMA/CD介质访问控制机制约定了以太网在传输数据时,两帧之间需要等待一个帧间隙时间(IFG或IPG),为以太网接口提供了帧接收之间的恢复时间,该恢复时间最小值为传输96bit所花费的时间,对于10M线路,该时间为9.6uS,100M线路为960nS,1G的线路为96nS。同时以太网数据帧在传输时还需要有7byte的前导字段和1byte的定界符。因此以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的:7byte(前导)+1byte(定界符)+以太网数据帧+12byte(IPG)。

在全双工工作模式下,如果CSMA/CD介质访问控制机制发现传输冲突时,则会放弃当前帧发送,改为发送一个48比特的噪声帧。

其中以太网数据帧限制为最小长度为64byte,最大长度为1518byte,其格式为:6byte(目的MAC地址)+6byte(源MAC地址)+2byte(类型字段)+数据字段+4byte(FCS校验字段)。其中帧类型字段标识其后的数据类型。

这里值得注意的是区分Ethernet II帧格式和802.3帧格式的不同,我们有时可能会混用了这两个术语。

Ethernet II帧是最常见的一种以太网帧格式,也是今天以太网的事实标准,由DEC,Intel和Xerox在1982年公布标准,Ethernet II可以支持TCP/IP,Novell IPX/SPX,Apple Talk Phase I等协议,其比较常见的类型字段为:0X0800(IP帧),0X0806(ARP请求/应答帧),0X8035(PARP请求/应答帧),0X8137(Novell IPX),0X809b(Apple Talk)。RFC 894定义了IP报文在Ethernet II上的封装格式。


802.3帧将Ethernet II帧头中的类型字段替换为帧长度字段(取值范围为0X0000-0X05dc,不包括CRC检验码),因此对于接收到的帧,如果类型字段取值范围为0X0000-0X05dc,则可以判断其为802.3帧,而非Ethernet II帧。其中RAW 802.3是1983年Novell发布Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式,只支持IPX/SPX一种协议;802.3/802.2 LLC是IEEE 公布的正式802.3标准,它加入了3byte的LLC字段, 其中SAP值用以标志上层应用,每个SAP字段为8bits,其中只有6bit用于标识上层协议,因此所能标识的协议数不超过32种,导致802.3/802.2 LLC的使用有很大局限性;802.3/802.2 SNAP是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准,在802.3/802.2 LLC基础上添加了5byte的SNAP字段,从而使其可以标识更多的上层协议类型,OUI字段用于代表不同的组织(一般置为0),在802.3/802.2 SNAP基础上RFC1042定义了IP报文在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现。

目前实际环境中大多数TCP/IP设备都使用Ethernet II格式的帧,它采用了RFC 894的实现标准。从上述帧格式中可以看出,Ethernet II格式帧数据段的长度限制在46byte-1500byte之间,当数据段长度小于46个字节时,加填充字段(PAD)补足。Ethernet II和802.3对数据帧的长度限制,其最大值分别是1500和1492字节,这一特性称作最大传输单元(MTU)。

在TCP/IP协议族中,链路层主要有三个目的:(1)为IP模块发送和接收IP数据报;(2)为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答;(3)为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。

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