Из чего состоит Ethernet-фрейм

Обновлено: 03.07.2024

Базовый формат кадра, необходимый для всех реализаций MAC, определен в стандарте IEEE 802.3. Хотя для расширения основных возможностей протокола используется несколько дополнительных форматов.
Кадр Ethernet начинается с преамбулы и SFD, оба работают на физическом уровне. Заголовок Ethernet содержит MAC-адреса источника и получателя, после чего идет полезная нагрузка кадра. Последнее поле — CRC, которое используется для обнаружения ошибки. Теперь давайте изучим каждое поле базового формата фрейма.

Формат кадра Ethernet (IEEE 802.3) —

ПРЕАМБУЛА. Фрейм Ethernet начинается с 7-байтовой преамбулы. Это шаблон альтернативных нулей и единиц, который указывает на начало кадра и позволяет отправителю и получателю установить битовую синхронизацию. Первоначально PRE (преамбула) была введена, чтобы допустить потерю нескольких битов из-за задержки сигнала. Но современный высокоскоростной Ethernet не нуждается в преамбуле для защиты битов кадра.
PRE (преамбула) указывает получателю, что идет кадр, и позволяет получателю зафиксировать поток данных до начала фактического кадра.
Разделитель начала кадра (SFD) — это 1-байтовое поле, которое всегда имеет значение 10101011. SFD указывает, что предстоящие биты начинаются с кадра, который является адресом назначения. Иногда SFD считается частью PRE, поэтому преамбула во многих местах описывается как 8 байт. SFD предупреждает станцию или станции, что это последний шанс для синхронизации.
Адрес назначения. Это 6-байтовое поле, содержащее MAC-адрес машины, для которой предназначены данные.
Исходный адрес — это 6-байтовое поле, содержащее MAC-адрес исходного компьютера. Поскольку исходный адрес всегда является индивидуальным адресом (одноадресным), младший значащий бит первого байта всегда равен 0.
Длина. Длина представляет собой 2-байтовое поле, которое указывает длину всего кадра Ethernet. Это 16-битное поле может содержать значение длины от 0 до 65 534, но длина не может превышать 1500 из-за некоторых собственных ограничений Ethernet.
Данные. Это место, куда вставляются фактические данные, также называемые полезной нагрузкой. Здесь будут вставлены как IP-заголовок, так и данные, если Интернет-протокол используется через Ethernet. Максимальный объем данных может достигать 1500 байт. Если длина данных меньше минимальной длины, т. е. 46 байт, то для соответствия минимально возможной длине добавляются нули.
Циклическая проверка избыточным кодом (CRC) – CRC представляет собой 4-байтовое поле. Это поле содержит 32-битный хэш-код данных, который генерируется по полям адреса назначения, адреса источника, длины и данных. Если контрольная сумма, вычисленная пунктом назначения, не совпадает с отправленным значением контрольной суммы, полученные данные повреждены.

Примечание. Размер кадра Ethernet IEEE 802.3 варьируется от 64 до 1518 байт, включая длину данных (от 46 до 1500 байт).

Краткий обзор расширенного кадра Ethernet (кадра Ethernet II):

Основной формат кадра стандарта IEEE 802.3 подробно описан выше. Теперь давайте посмотрим на расширенный заголовок кадра Ethernet, с помощью которого мы можем получить полезную нагрузку даже больше 1500 байт.

DA [MAC-адрес назначения]: 6 байт
SA [MAC-адрес источника]: 6 байт
Тип [0x8870 (Ethertype)]: 2 байта
DSAP [802.2 Destination Service Access Point]: < em>1 байт
SSAP [802.2 Source Service Access Point] : 1 байт
Ctrl [поле управления 802.2] : 1 байт
Данные [данные протокола]: > 46 байт
FCS [контрольная сумма кадра]: 4 байта

Хотя поле длины отсутствует в кадре Ethernet II, длина кадра известна благодаря тому, что кадр принимается сетевым интерфейсом.

Угловые вопросы GATE CS

Отработка следующих вопросов поможет вам проверить свои знания. Все вопросы были заданы в GATE в предыдущие годы или в пробных тестах GATE. Настоятельно рекомендуется попрактиковаться в них.

Ссылки —

Пожалуйста, напишите комментарии, если обнаружите что-то неверное или хотите поделиться дополнительной информацией по теме, обсуждавшейся выше.

В этом учебном пособии подробно объясняются формат, части и типы фрейма Ethernet. Узнайте, что содержит фрейм Ethernet и как интерпретировать формат Ethernet.

Что такое кадр Ethernet?

Кадр Ethernet — это часть данных вместе с информацией, необходимой для транспортировки и доставки этой части данных. В сетевых эталонных моделях, таких как; В модели семи уровней OSI и TCP/IP кадр Ethernet определяется на уровне канала передачи данных.

Формат Ethernet

Кадр Ethernet состоит из трех частей. заголовок Ethernet (преамбула, SFD, пункт назначения, источник и тип), инкапсулированные данные (данные и заполнение) и трейлер Ethernet (FCS).

На следующем изображении показан пример кадра Ethernet.

Заголовок Ethernet

Заголовок Ethernet содержит пять полей; Преамбула, SFD, пункт назначения, источник и тип. Давайте подробно разберем каждое поле.

Поле преамбулы

Поле преамбулы имеет длину 7 байт. Он содержит строку из 7 байт. Каждый байт попеременно хранит 1 и 0, чтобы получить шаблон «10101010». Байты преамбулы помогают принимающему устройству идентифицировать начало кадра Ethernet. Когда устройство получает 7 непрерывных байтов одного и того же шаблона (10101010), оно предполагает, что входящие данные являются фреймом Ethernet, и блокирует входящий битовый поток.

Поле SFD

Поле SFD (разделитель начального кадра) имеет длину 1 байт. Он содержит строку из 1 байта. Этот байт также хранит тот же шаблон, за исключением последнего бита. В последнем бите хранится 1 вместо 0. На следующем изображении показаны оба поля с соответствующими байтами соответственно.

Байт SFD указывает принимающему устройству, что следующий байт является MAC-адресом назначения кадра Ethernet.

MAC-адрес назначения

Это поле имеет длину 6 байт. Он содержит MAC-адрес целевого устройства. MAC-адрес имеет длину 6 байт или 48 бит (1 байт = 8 бит, 6x8 = 48 бит). Для удобства обычно записывается как 12-значное шестнадцатеричное число (например, 0000.0A12.1234).

MAC-адрес назначения позволяет принимающему устройству определить, предназначен ли ему входящий кадр или нет. Если кадр не предназначен для принимающего устройства, принимающее устройство отбрасывает этот кадр.

Исходный MAC-адрес

Это поле также имеет длину 6 байт. Он содержит MAC-адрес исходного устройства. Это помогает принимающему устройству идентифицировать исходное устройство. На следующем изображении показан пример обоих типов адресов во фрейме.

Тип поля

Это поле имеет длину 2 байта. В этом поле хранится информация о протоколе верхнего уровня (сетевого уровня).

Уровень канала передачи данных исходного компьютера подготавливает, упаковывает и загружает кадр Ethernet в носитель. Уровень канала передачи данных целевого компьютера выбирает кадр Ethernet из носителя. После выбора кадра Ethernet канальный уровень целевого компьютера распаковывает, обрабатывает и передает этот кадр Ethernet на верхний уровень для дальнейшей обработки.

Если на верхнем (сетевом) уровне целевого компьютера работает несколько протоколов, уровень канала передачи данных не сможет передать полученный кадр на верхний уровень, поскольку он не знает, какому протоколу передать полученный кадр. .

Чтобы узнать больше о том, как слои обмениваются данными и обрабатывают данные, изучите это руководство.

Поле типа решает эту проблему. Это поле позволяет компьютеру-отправителю вставлять информацию о протоколе верхнего уровня. С помощью этой информации канальный уровень компьютера назначения может легко определить протокол верхнего уровня, которому он должен передать полученный кадр.

Современные реализации локальных сетей в основном используют протокол IP на сетевом уровне. Существует два варианта протокола IP; IPv4 и IPv6. Если поле типа имеет значение IP или ox800, кадр несет данные протокола IPv4. Если поле типа имеет значение IPv6 или 0x86dd, фрейм содержит данные протокола IPv6.

На следующем изображении показан пример поля типа для обоих вариантов IP.

Поле данных и заполнения

В этом поле хранятся инкапсулированные данные верхнего уровня. Размер этого поля ограничен от 46 байт (минимум) до 1500 байт (максимум). Из-за этого ограничения сетевой (верхний) уровень не может упаковывать больше или меньше данных в один пакет (инкапсулированные данные верхнего уровня). Если данных меньше минимального требования, добавляется заполнение. Если данные превышают максимальный предел, дополнительные данные упаковываются в следующий пакет.

FCS (последовательность проверки кадров)

Это поле имеет длину 4 байта. В этом поле хранится 4-байтовое значение, которое используется для проверки целостности полученного кадра. Устройство-отправитель берет все поля кадра, кроме поля FCS, и прогоняет их по алгоритму, известному как CRC (Cyclic Redundancy Check).Алгоритм CRC генерирует 4-байтовый результат, который помещается в это поле FCS.

Когда целевое устройство получает кадр, оно берет те же поля и обрабатывает их по тому же алгоритму. Если результат совпадает со значением, хранящимся в поле FCS, кадр считается исправным и обрабатывается дальше. Если оба значения не совпадают, кадр считается неверным и удаляется.

На этом уроке все. Если вам понравился этот урок, не забудьте поделиться им с друзьями в вашей любимой социальной сети.

Устройства с сетью Ethernet обычно обмениваются данными через пакеты. Эти пакеты включают в себя множество элементов, таких как обсуждаемый здесь кадр Ethernet. Что такое кадр Ethernet? MiniTool объяснит вам это в следующем содержании.

Кадр Ethernet — это блок данных протокола канального уровня, который использует нижележащие транспортные механизмы физического уровня Ethernet. Кадры Ethernet отвечают за правильное формирование правил и успешную передачу пакетов данных в процессе передачи данных Ethernet.

В модели OSI кадр располагается на канальном уровне и отвечает за безопасную передачу данных и разделение битового потока.

Данные, отправляемые по сети Ethernet, в основном переносятся фреймом Ethernet. Как насчет размера кадра Ethernet? Размер кадра Ethernet, определенный исходным стандартом Ethernet 802.3, варьируется от 64 байтов до 1518 байтов. Минимальный размер Ethernet (74 байта) и максимальный размер Ethernet (1522 байта) будут изменены позже. Кроме того, точный размер кадра Ethernet зависит от передаваемых данных.

Примечание. В эталонных сетевых моделях, таких как семиуровневая модель OSI и TCP/IP, кадры Ethernet определяются на канальном уровне.

Иногда вы можете столкнуться с проблемой неработающего Ethernet. Если это так, вы можете обратиться к этому сообщению, чтобы исправить это: Что вы можете сделать, если Ethernet не работает в Windows 7/10

Основные компоненты кадра Ethernet

Кадр Ethernet разделен на несколько наборов данных. Записи содержат двоичный код, включающий важную информацию, например адреса, управляющую информацию, данные полезной нагрузки, а также контрольные суммы.

В соответствии со стандартом Ethernet кадры Ethernet имеют разную структуру и содержат большее или меньшее количество полей данных в зависимости от сетевого протокола. Как правило, кадр Ethernet состоит из 3 частей. Это заголовок Ethernet (преамбула, SFD, пункт назначения, источник и тип), инкапсулированные данные (данные и заполнение) и концевик Ethernet (FCS). На рисунке ниже показан пример фрейма Ethernet, чтобы у вас было общее представление о структуре фрейма.

Теперь вам будет предложено объяснение каждой части кадра Ethernet.

Вступление: он может информировать принимающую систему о начале кадра и включить синхронизацию.
Разделитель начального кадра (SFD): это означает, что поле MAC-адреса получателя начинается со следующего байта. SFD имеет длину 1 байт.
MAC-адрес назначения: это поле имеет длину 6 байт. Он включает MAC-адрес целевого устройства.
Исходный MAC-адрес: имеет ту же длину, что и MAC-адрес назначения. Он содержит MAC-адрес исходного устройства. Это полезно для определения исходного устройства.
Тип файла: этот файл имеет длину 2 байта. Он определяет тип протоколов внутри фрейма, таких как IPv4 и IPv6.
Данные и заполнение: минимальный размер этого поля – 46 байт, а максимальный – 1 500 байт. Сетевой уровень не может упаковывать данные меньше или больше лимита в один пакет данных верхнего уровня. Data и Pad содержат данные полезной нагрузки.
Последовательность проверки кадра (FCS): длина этого поля составляет 4 байта. В этом поле обычно хранится 4-байтовое значение, которое можно использовать для проверки того, завершен ли полученный кадр. Кроме того, он включает 32-битную проверку циклическим избыточным кодом (CRC), которая позволяет обнаруживать поврежденные данные.

Что такое MAC? Как узнать MAC в Windows 10? Вы можете прочитать этот пост, чтобы получить ответы.

Основные форматы кадров Ethernet

Фрейм Ethernet разрабатывался годами, поэтому существует несколько вариантов. Первая версия Ethernet (известная как Ethernet I) на основе 16-битных полей данных без определенных байтов. Современные фреймы Ethernet изначально использовались в Ethernet II до выпуска стандарта IEEE 802.3 в 1983 году.

Вот несколько широко известных форматов кадров Ethernet.

Ethernet 802.3raw: выпущен раньше, чем широко распространенный Ethernet 802.3. Чтобы отличить его от Ethernet 802.3, разработчик добавил к его названию слово «сырой».

Ethernet IEEE 802.3: максимальное количество совместимых протоколов, которое может определить этот стандарт, равно 256.Он содержит функции DSAP (точка доступа к службе назначения) и SSAP (точка доступа к исходной службе).

Ethernet IEEE 802.3 SNAP: SNAP (протокол доступа к подсети) может определять более 256 протоколов. Благодаря недавно добавленному пространству для информации о протоколе IEEE 802.3 SNAP довольно универсален и совместим с множеством различных протоколов в одной сети.

VLAN 802.1q — теги Ethernet II и IEEE 802.3. Эти кадры с тегами содержат так называемый тег VLAN, поэтому его можно использовать для виртуальной локальной сети (VLAN).

Присоединяйтесь к эксклюзивам

Свяжитесь с нами, чтобы получать подарки, эксклюзивные акции и последние новости!

Формат кадра Ethernet представляет собой непрерывный набор чередующихся нулей и единиц, который указывает, когда начинается кадр, и создает синхронизацию между отправителем и получателем. Кадр Ethernet существует на канальном уровне модели OSI (которая имеет 7 уровней) и представляет собой PDU (также известный как блок данных протокола). PDU рассматриваются как единая единица информации, которая передается между узлами вычислительных устройств. Каждый PDU состоит из управляющей информации протокола и пользовательских данных.

Что такое формат кадра Ethernet?

Ethernet — это одна из наиболее распространенных и широко используемых сетевых топологий, которая предпочтительнее для локальной сети. В целом он говорит о том, как проводка и сигналы определяются между физическими уровнями в модели OSI, среди 7 уровней OSI, если определяет формат кадра и протоколы для уровня канала передачи данных. Внутри каждой передачи данных встроен очень сильный механизм. что кажется очень очевидным снаружи, но внутри находится полная инженерия. Таким образом, всякий раз, когда вычислительное устройство пытается связаться с другим устройством в аналогичной сети, передаваемые данные связываются с заголовком Ethernet и трейлером Ethernet.

Веб-разработка, языки программирования, тестирование программного обеспечения и другое

Эти заголовки и трейлеры обязательны для правильной работы процесса. Как только эти заголовки и трейлеры связываются с данными, которые пытаются перемещаться по сети, создается кадр Ethernet. Эти заголовки и трейлеры в некотором смысле очень важны, потому что они фиксируют детали, связанные с передаваемыми данными, например, кто отправил данные и кто должен отправлять данные, помимо этого кадр данных Ethernet также фиксирует функции обнаружения ошибок. Размер каждого кадра Ethernet варьируется от 64 до 1500 байт, что зависит от физических характеристик носителя Ethernet.

Формат кадра Ethernet

В процессе определения формата кадра Ethernet мы собрали некоторые необходимые определения связанных элементов, которые необходимо знать.

Все мы знаем, что время от времени в любую технологию вносятся усовершенствования, в сетях эти усовершенствования известны как стандарты. Частота кадров Ethernet говорит о стандартах 802.3, которые являются обязательными для совместимости с OSI и помогают определить физический уровень и уровень MAC.

Кадр Ethernet состоит из 3 основных частей.

Они следующие:

Заголовок Ethernet (состоит из преамбулы, SFD, пункта назначения, источника и типа)
Инкапсулированные данные (состоят из данных и подложки)
Прицеп Ethernet (состоит из FCS)

Мы начнем с раздела заголовка, так как он содержит больше всего содержимого:

Обучение Windows 10 (4 курса, 4+ проекта) 4 онлайн-курса | 4 практических проекта | 26+ часов | Поддающийся проверке сертификат об окончании | Пожизненный доступ
4,5 (8 553 оценки)

Преамбула представляет собой первый раздел и имеет длину 7 байтов, представляющих собой комбинацию строк. Эти байты хранят в себе чередующиеся комбинации 1 и 0. Во время связи эти байты преамбулы играют решающую роль, они позволяют идентифицировать принимающую сторону (или устройства) инициации кадра Ethernet. Это происходит для блокировки входящего потока битов, поскольку принимающее устройство узнает эти «10101010» как кадр Ethernet.
SFD, также известный как разделитель начального кадра, представляет собой раздел длиной 1 байт, который содержит строку из 1 байта. Байт SFD имеет ту же структуру байта, что и преамбула, но последний бит становится равным 1 вместо 0 (для преамбулы). Роль байта SFD заключается в том, чтобы сообщить принимающему устройству о MAC-адресе назначения для кадра Ethernet. ЮФО – 10101011
Destination содержит MAC-адрес целевого устройства и представляет собой 6-байтовую структуру. Обычно MAC-адрес состоит из 6 байтов из 48 байтов.Роль MAC-адреса назначения заключается в том, чтобы информировать принимающее устройство о том, предназначен ли ему входящий кадр или нет. Если сообщение предназначено не для какого-либо устройства, фрейм будет удален.
Source снова имеет длину 6 байт и содержит MAC-адрес исходного устройства. Он выполняет идентификацию исходного устройства по принимающему устройству.
Поле типа или длины имеет длину 2 байта и хранит информацию протокола о сетевом уровне. Это поле длиной 2 байта или 16 бит содержит значение от 0 до 65534. Также важно отметить, что существует два варианта протоколов IP — IPv4 и IPv6, если поле типа содержит значение ox800, то оно принадлежит IPv4 и если он имеет 0x86dd, то это протокол IPv6.
Данные — это место, где размещаются фактические данные, они также известны как полезные нагрузки. Фрейм Ethernet разработан таким образом, что будут использоваться как заголовок IP, так и данные. Максимальный размер байта может быть до 1500 и минимум 46 байт. Этот диапазон упаковки (т. е. от 46 до 1500) определяет емкость данных в одном пакете. Если данные меньше минимального (т. е. 46), то добавляется заполнение, в противном случае для превышения максимального предела упаковываются дополнительные данные.
FCS, также известная как контрольная последовательность кадра или CRC (циклическая проверка избыточности), представляет собой поле длиной 4 байта, которое проверяет, присоединен ли полученный кадр или нет. Этот раздел генерирует результат длиной 4 байта, который помещается в поле FCS. Как только они получены целевыми устройствами, они берут те же поля из фрейма и обрабатывают их с помощью тех же алгоритмов.

Необходим формат кадра Ethernet

Это отраслевой стандарт, которому пока нет замены в компьютерных сетях.
Предопределенная структура, которую мы обсуждали выше, с предопределенными преимуществами.
Совместимость устройств по всему миру.
Широкий рабочий диапазон.
Создавайте и работайте в соответствии с 7-уровневой моделью OSI.

Заключение

Поговорим о локальных сетях и Ethernet, которые являются отраслевыми стандартами для технологий и средств связи, а также признаны во всем мире. Эти решающие факторы оказывают огромную поддержку этому сегменту компьютерных сетей. Их можно рассматривать на очень фундаментальном или корневом уровне общения. Так происходит передача данных.