一、数据帧格式概述
以太网是一种局域网技术，以太网数据帧是在以太网上传输的基本单位，其格式如下：
+--------+--------+--------+--------+------------------+-------------------+ | 前导码 | 目的地址| 源地址 | 类型/长度 | 数据 | 帧校验序列（FCS） | +--------+--------+--------+--------+------------------+-------------------+ | 8 字节 | 6 字节 | 6 字节 | 2 字节或4 字节 | 46~1500 字节| 4 字节 | +--------+--------+--------+--------+------------------+-------------------+
以上数据帧格式中，各字段的含义如下：
- 前导码：使用8个字节的连续的101010…（以二进制表示）作为二进制同步序列，用于标识接入网线的信号开始，以及同步接收方时钟。
- 目的地址：指示数据帧的接收方MAC地址，6个字节，第7位为0，标识为单播地址；第7位为1，标识为多播地址。第8位还可以用于指示组播地址。
- 源地址：指示数据帧的发送方MAC地址，同样为6个字节。
- 类型/长度：两个字节，用于指示数据帧的类型，或标识长度子网中，以太网最小数据长度为64字节，如果数据帧长度不足64字节，则需在数据部分中填充空数据，以凑齐长度要求。（类型字段会使第一个字节数值小于等于0x05DC）。
- 数据：数据部分，长度为46~1500字节之间。
- 帧校验序列（FCS）：4个字节，用于检查数据帧在传输过程中是否出现错误。
二、目的地址解析
数据帧的目的地址是6个字节的MAC地址，其中第1个字节表示最高位，第6个字节表示最低位。前3个字节是IEEE组织的注册号，用来唯一标识网络设备厂商；后3个字节由厂商自行分配使用。目的地址的第7位表示地址类型，0表示单播地址，1表示组播地址。如果目的地址的第一位（最高位）为0，则表示这是一个全球唯一标识的MAC地址，由IEEE组织统一分配，如：”00-60-08-6B-AC-00″。
如果在局域网中，发送数据时不知道目的MAC地址，可以使用广播地址（目的地址的第一位全部为1），如：”FF-FF-FF-FF-FF-FF”。任何接收方都能接收到广播数据帧。
三、类型/长度字段
类型/长度字段中，类型字段为2个字节，用于指示数据帧的类型，如IP数据报、ARP请求等等。长度字段也为2个字节，在以太网中，如果长度字段小于或等于0x05DC，表示该字段表示数据的长度；若大于0x05DC，则表示该字段是类型字段（Type）。
在IEEE802.3中，如果长度字段值大于0x05DC，那么它表示数据部分的长度。例如，对于Gigabit以太网，长度字段上限是0xFFFF，表示帧最大大小为1518字节（包括前导码、数据、帧校验序列）。
四、帧校验序列（FCS）
FCS字段用于检查数据的传输错误，对数据帧的每个字节（除了FCS字段）进行一系列的算法运算，产生一个32 位的校验和，作为 FCS字段的值，接收方将会使用相同的算法运算，对接收到的数据帧进行验证，如果验算失败，则接收方会请求重发。
对于以太网数据帧，采用的多项式为CRC32，其生成多项式为x^32+x^26+x^23+x^22+x^16+x^12+x^11+x^10+x^8+x^7+x^5+x^4+x^2+x+1。定义一个32位寄存器，与多项式生成器进行异或，便可以生成FCS。
#define POLY 0xEDB88320UL
unsigned long crc32(unsigned long crc, const unsigned char* buffer, size_t size)
{
for(size_t i=0; i<size; i++){
crc ^= buffer[i];
for (unsigned int j = 0; j > 1) ^ (-(crc & 1u) & POLY);
}
}
return crc;
}
五、结语
以上是以太网数据帧格式的详细解析，由于以太网是一种非常基础的局域网技术，应用非常广泛，这个格式的认识是十分必需的。通过对数据帧格式的分析，不仅可以加深对以太网的了解，也可以掌握数据传输过程中部分概念及技术实现，如CRC校验算法等等。
原创文章，作者：TKSEJ，如若转载，请注明出处：https://www.506064.com/n/368539.html
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