计算机网络:数据链路层 ——以太网的 MAC 帧格式

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以太网

以太网 (Ethernet)以曾经被假想的电磁波传播介质 ------ 以太(Ether)来命名,是一种广泛应用于局域网(LAN)的常见网络技术,用于在计算机和其他网络设备之间进行数据通信。

以太网目前已经从传统的共享式以太网发展到交换式以太网,传输速率已经从 10Mb/s 提高到 100Mb/s1Gb/s 甚至 10Gb/s

  • 工作原理:

    • 以太网使用 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)协议来控制多个设备在共享媒介上的访问。

    • CSMA/CD 协议允许设备在发送数据之前监听信道 ,以检测是否有其他设备正在发送数据。如果信道是空闲的,设备将发送数据;如果检测到冲突(多个设备同时发送数据),则设备将等待一段随机时间后再次尝试发送。

相关阅读计算机网络:数据链路层 ------ 以太网(Ethernet)

以太网的 MAC 帧格式

以太网的 MAC 帧 格式主要有两类:DIX Ethernet V2 的帧格式(以太网V2的帧格式)和IEEE 802.3 的帧格式 ,二者仅"类型"字段有差别,而 DIX Ethernet V2 的帧格式 更为流行。

前置阅读计算机网络:数据链路层 ------ MAC 地址

以太网V2的帧格式

  • 目的地址 (Destination Address):6个字节长的MAC地址,表示帧的目的地址。如果该字段为广播地址(FF:FF:FF:FF:FF:FF),则表示帧将被发送到所有节点。

  • 源地址 (Source Address):同样是6个字节长的MAC地址,表示帧的源地址。

  • 类型的值用来指明数据载荷中的内容,是由上一层的哪个协议封装的以便将收到的MAC帧的数据载荷上交给上一层的这个协议。

    • 当值大于等于 0x0600 时,该字段表示上层协议类型
      • 0x0800:TCP/IP网际层 IP 协议封装的PDU
      • 0x8137:由 Novel 网络层 IPX 协议封装的PDU
    • 当值小于 0x0600 时,表示数据负载长度
  • FCS:使用CRC生成的帧检验序列FCS,接收方的网卡通过FCS的内容就可检测出帧在传输过程中是否产生了误码。

  • 填充 (Padding):为满足最小帧长为 64B 的要求(6B+6B+2B+46B+4B=64B),数据载荷最小长度为 46B ,当数据字段的长度小于46字节时,数据链路层会在数据载荷的后面插入相应数量的填充字节,以确保MAC帧的长度不小于64B。

  • 数据载荷的最大长度被限制为 1500B ,以太网V2的MAC帧的最大长度为1518字节

  • 物理层在发送以太网MAC帧前,还要在其前面添加8字节的前导 码,前同步码的目的是使接收方的时钟同步

接收方可能收到的无效MAC帧包括以下:

  • MAC帧的长度不是整数个字节

  • 通过 MAC 帧的 FCS 字段的值检测出帧有误码

  • MAC帧的长度不在 64~1518 字节之间

当帧从一个节点发送到另一个节点时,接收端会检查 FCS 来验证数据是否完好无损。接收方收到无效的MAC帧时,就简单将其丢弃,以太网的数据链路层没有重传机制

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