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标题: 【网络协议安全】使命2：以太网帧、IP数据包格式尺度 [打印本页]

作者: 海哥 时间: 2025-3-15 20:03
标题: 【网络协议安全】使命2：以太网帧、IP数据包格式尺度
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一、帧格式
Ethernet II
IEEE 802.3
如何区分以太网中的两种帧格式？
二、数据封装
三、IP数据报格式

一、帧格式

以太网的两种尺度帧格式主要是Ethernet II和IEEE 802.3。
这两种帧格式在结构和用途上有一些显著的区别。第一种是上世纪80年代提出的DIX v2格式，即Ethernet II帧格式。Ethernet II后来被IEEE 802尺度接纳，并写进了IEEE 802.3x-1997的3.2.6节。第二种是1983年提出的IEEE 802.3格式。
Ethernet II

Ethernet II帧格式是最常见的以太网帧格式，通常直接被IP协议使用。它的帧结构如下：

目的MAC地址（DMAC）：6字节，标识帧的吸收者。
源MAC地址（SMAC）：6字节，标识帧的发送者。
范例字段（Type）：2字节，用于标识数据字段中包含的高层协议。比方，0x0800表示IP协议，0x0806表示ARP协议。
数据字段（Data）：网络层数据，最小长度为46字节，最大长度为1500字节。
循环冗余校验字段（FCS）：4字节，用于错误检测。

  IEEE 802.3

  IEEE 802.3帧格式与Ethernet II帧格式类似，但有一些关键区别：

目的MAC地址（DMAC）：6字节，标识帧的吸收者。
源MAC地址（SMAC）：6字节，标识帧的发送者。
长度字段（Length）：2字节，界说数据字段包含的字节数。
逻辑链路控制（LLC）：由目的服务访问点（DSAP）、源服务访问点（SSAP）和控制字段构成。
子网接入协议（SNAP）：由机构代码（Org Code）和范例（Type）字段构成，Org Code为0，Type字段与Ethernet II帧中的Type字段相同。
数据字段（Data）：上层数据内容，最小长度为46字节，最大长度为1500字节。
循环冗余校验字段（FCS）：4字节，用于错误检测。

这两种格式的主要区别在于Ethernet II格式中包含一个Type字段，标识以太帧处理完成之后将被发送到上层协议举行处理；而IEEE 802.3格式中同样的位置是长度字段。此中。以太网中大多数的数据帧使用的是 Ethernet II帧格式，而IEEE 802.3只支持IPX/SPX协议（争议）

前导码（Preamble）：Ethernet II是由 8个8bit (位) 10101010构成，共8Byte (字节)， IEEE802.3由7个8bit(位) 10101010+1个8bit(位)帧起始符（SFD）10101011构成，共8Byte (字节)。
目的地址(DMAC)：是目的MAC地址。DMAC字段长度为6个字节，标识帧的吸收者。
源地址(SMAC)：是源MAC地址。SMAC字段长度为6个字节，标识帧的发送者。
范例( Ethernet II)：用于标识以太网首部背面所跟数据包的范例，字段取值大于即是1536 (或者十六进制的0x0600)，比方Type为0x0800时背面为IP协议包，Type为0x0806时背面为ARP协议包.
长度( IEEE802.3 )：也称有效数据长度，字段取值小于即是1500(或者十六进制的0x05DC)，界说了Data字段包含的字节数。抓包软件中看到的Length表示的是有效数据长度，并不包含填充（Pading）长度。
数据部分(Payload)：数据也叫有效载荷，这是网络层传递给数据链路层的帧，其长度为 46-1500 Bytes。以太网协议规定最小报文64字节【6＋6＋2＋数据＋4＝64(不算前导码)】，因此帧数据部分最小为46字节，不敷46字节（如ARP和RARP包）时，由设备驱动步伐（MAC子层）在数据字段背面填充（Pading）至46字节。　　　
FCS: 数据校验字段，用于存储 CRC(循环冗余校验)结果的帧的帧尾。MAC发送侧（MAC_TX）创建每个帧时都将运行它。MAC吸收侧（MAC_RX）吸收到帧时，以从目的MAC到数据这部分内容作为输入数据举行 CRC 计算，计算结果与吸收帧的FCS字段比较，结果相同表示帧有效，结果不同则将帧抛弃。（FCS错误主要发生在物理口与RJ45接口之间的链路上）

这里需要留意：因为802.3帧的LLC和SNAP字段占用的是Data字段的8个字节，因此实际上层数据承载最大就变成了1492字节。

逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）：由目的服务访问点DSAP（Destination Service Access Point）、源服务访问点SSAP（Source Service Access Point）和Control字段构成。
SNAP（Sub-network Access Protocol）：由机构代码（Org Code）和范例（Type）字段构成。Org code三个字节都为0。Type字段的寄义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。　　
IEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类：

当DSAP和SSAP都取特定值0xff时，802.3帧就变成了Netware- ETHERNET帧，用来承载NetWare范例的数据。
当DSAP和SSAP都取特定值0xaa时，802.3帧就变成了ETHERNET_SNAP帧。ETHERNET_SNAP帧可以用于传输多种协议。
DSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。

　　以太网帧格式多达5种，事实上，今天的大多数TCP/IP应用都是用Ethernet V2帧格式，而互换机之间的BPDU数据包是IEEE802.3/LLC的帧，VLAN Trunk协议如802.1Q和Cisco的CDP等则是采用IEEE802.3/SNAP的帧。估计是设备间一些协议才用到802.3帧格式，是因为需要802.3帧携带一些控制信息。
如何区分以太网中的两种帧格式？

要区分这两种帧格式，可以根据以下几点：

范例字段和长度字段：Ethernet II帧的范例字段值大于即是1536 (0x0600)，而IEEE 802.3帧的长度字段值小于即是1500 (0x05DC)。
数据帧长度：两种帧格式的数据帧长度都在64-1518字节之间。

通过以上方法，可以有效地区分Ethernet II和IEEE 802.3帧格式。
二、数据封装

当我们应用步伐用TCP传输数据的时候，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层，直到最后到物理层将数据帧转换成比特流，送入网络。而在这个过程中，每一层都会对要发送的数据加一些首部信息。整个过程如下图，每层数据向下传输时都会举行封装，帧有效数据来源于上级网络层。

如图可以看出，每一层数据是由上一层数据+本层首部信息构成的，此中每一层的数据，称为本层的协议数据单位，即PDU。
应用层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为 Segment(数据段 )，图示为TCP段
传输层的数据（TCP段）传给网络层,网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包); 图示为IP数据包
网络层数据报（IP数据包）被传递到数据链路层,封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame(数据帧)，图示为以太网帧。
最后,帧被转换为比特,通过网络介质传输。这种协议栈逐层向下传递数据,并添加报头和报尾的过程称为封装。
三、IP数据报格式

IP数据报格式图：

TCP首部与TCP数据段格式：

UDP（也是传输层）数据段格式：

ARP数据包格式：

硬件范例字段指明了发送方想知道的硬件接口范例，以太网的值为1；
协议范例字段指明了发送方提供的高层协议范例，IP为0800（16进制）；
硬件地址长度和协议长度指明了硬件地址和高层协议地址的长度，如许ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用；
操作字段用来表示这个报文的范例，ARP请求为1，ARP响应为2，RARP请求为3，RARP响应为4；
发送方的硬件地址（0-3字节）：源主机硬件地址的前3个字节；
发送方的硬件地址（4-5字节）：源主机硬件地址的后3个字节；
发送方IP（0-1字节）：源主机硬件地址的前2个字节；
发送方IP（2-3字节）：源主机硬件地址的后2个字节；
目的硬件地址（0-1字节）：目的主机硬件地址的前2个字节；
目的硬件地址（2-5字节）：目的主机硬件地址的后4个字节；
目的IP（0-3字节）：目的主机的IP地址。

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