既然谈到MAC地址,那就不得不说一下以太网帧结构了,每个网卡都有唯一一个物理地址,在硬件中进行数据帧传输的时候就必须有正确的目的物理地址,例如以太网的48位MAC地址就是存储在网卡内部存储器中。
以太网帧结构如图 10‑1所示:
![](https://box.kancloud.cn/81f5eb2c217ac153016a75c0b15ffc8d_753x148.png)
一看这个以太网帧结构,就觉得它有7个字段,但是事实上,前同步码与帧开始符字段不能算是真正的以太网帧数据结构,他们是在网卡发送的时候添加进去的,为了数据的准确传输。
以太网帧以一个7字节的前同步码(Preamble)字段开始。该前同步码的值都是10101010;而后紧接着一个字节的帧开始符,其值是10101011。前同步码字段的作用是实现物理层帧输入输出的同步,而帧开始符表示着以太网帧的开始,剩下的5个字段才是真正的以太网数据帧结构。
目标MAC地址(6字节):这个字段包含目标网卡的MAC地址,当一个网卡收到一个以太网数据帧,如果该数据帧的目标地址是网卡自身的MAC地址或者是MAC广播地址,它都将该帧的数据字段的内容传递给网络层;如果它收到了具有任何其他MAC地址的帧,则将该数据帧丢弃。
源MAC地址(6字节):这个字段包含了传输该帧到局域网上的适配器的MAC地址。
类型字段(2字节):类型字段允许以太网复用多种网络层协议。为了理解这点,我们需要记住主机能够使用除了IP以外的其他网络层协议。事实上,一台给定的主机可以支持多种网络层协议,以对不同的应用采用不同的协议。因此,当以太网帧到达网卡中,网卡需要知道它应该将数据字段的内容传递给哪个网络层协议。如IP协议、ARP协议等。
注意了:当这个字段的值小于1518时,它表示后面数据字段的数据长度,当大于1518的时候才表示递交给哪个协议。
数据字段(46~1500字节):这个字段承载了IP数据报。以太网的最大传输单元(MTU)是1500字节。这意味着如果IP数据报超过了1500字节,则主机必须将该数据报分片(关于分片会在后续讲解)。数据字段的最小长度是46字节,这意味着如果IP数据报小于46字节,数据报必须被填充到46字节。当采用填充时,传递到网络层的数据包括IP数据报和填充部分,网络层使用IP数据报首部中的长度字段来去除填充部分。
CRC(4字节):CRC字段包含了以太网的差错校验信息。
在以太网帧中,目标MAC地址可以分成三类,单播地址、多播地址和广播地址。单播地址通常是与某个网卡的MAC地址对应,它要求以太网第一个字节的bit0(最先发出去的位)必须是0;而多播地址则要求第一个字节的bit0为1,这样子多播地址就不会与任何网卡的MAC地址相同,可以被多个网卡同时接收;广播地址的48位MAC地址全为1,也就是FF-FF-FF-FF-FF-FF, 同一局域网内的所有网卡都会收到广播的数据包。
所有的以太网计算都向网络层提供不可靠的无连接服务,也就是说在网卡发送数据的时候,不会向目标网卡进行事先的通知(握手),网卡只在以太网帧中封装好来自上层的数据报,然后把数据报发送到局域网上。同样的当一个网卡接收一个以太网数据帧的时候,它也不会进行回复确认,如果当网卡执行CRC校验不通过的时候,它也不会发送否定确认,这样子当一些以太网帧不通过CRC校验时,网卡只是将其丢弃,而发送的一方就不会知道它传输的数据是否达到并且通过校验。
- 说明
- 第1章:网络协议简介
- 1.1:常用网络协议
- 1.2:网络协议的分层模型
- 1.3:协议层报文间的封装与拆封
- 第2章:LwIP简介
- 2.1:LwIP的优缺点
- 2.2:LwIP的文件说明
- 2.2.1:如何获取LwIP源码文件
- 2.2.2:LwIP文件说明
- 2.3:查看LwIP的说明文档
- 2.4:使用vscode查看源码
- 2.4.1:查看文件中的符号列表(函数列表)
- 2.4.2:函数定义跳转
- 2.5:LwIP源码里的example
- 2.6:LwIP的三种编程接口
- 2.6.1:RAW/Callback API
- 2.6.2:NETCONN API
- 2.6.3:SOCKET API
- 第3章:开发平台介绍
- 3.1:以太网简介
- 3.1.1:PHY层
- 3.1.2:MAC子层
- 3.2:STM32的ETH外设
- 3.3:MII 和 RMII 接口
- 3.4:PHY:LAN8720A
- 3.5:硬件设计
- 3.6:软件设计
- 3.6.1:获取STM32的裸机工程模板
- 3.6.2:添加bsp_eth.c与bsp_eth.h
- 3.6.3:修改stm32f4xx_hal_conf.h文件
- 第4章:LwIP的网络接口管理
- 4.1:netif结构体
- 4.2:netif使用
- 4.3:与netif相关的底层函数
- 4.4:ethernetif.c文件内容
- 4.4.1:ethernetif数据结构
- 4.4.2:ethernetif_init()
- 4.4.3:low_level_init()
- 第5章:LwIP的内存管理
- 5.1:几种内存分配策略
- 5.1.1:固定大小的内存块
- 5.1.2:可变长度分配
- 5.2:动态内存池(POOL)
- 5.2.1:内存池的预处理
- 5.2.2:内存池的初始化
- 5.2.3:内存分配
- 5.2.4:内存释放
- 5.3:动态内存堆
- 5.3.1:内存堆的组织结构
- 5.3.2:内存堆初始化
- 5.3.3:内存分配
- 5.3.4:内存释放
- 5.4:使用C库的malloc和free来管理内存
- 5.5:LwIP中的配置
- 第6章:网络数据包
- 6.1:TCP/IP协议的分层思想
- 6.2:LwIP的线程模型
- 6.3:pbuf结构体说明
- 6.4:pbuf的类型
- 6.4.1:PBUF_RAM类型的pbuf
- 6.4.2:PBUF_POOL类型的pbuf
- 6.4.3:PBUF_ROM和PBUF_REF类型pbuf
- 6.5:pbuf_alloc()
- 6.6:pbuf_free()
- 6.7:其它pbuf操作函数
- 6.7.1:pbuf_realloc()
- 6.7.2:pbuf_header()
- 6.7.3:pbuf_take()
- 6.8:网卡中使用的pbuf
- 6.8.1:low_level_output()
- 6.8.2:low_level_input()
- 6.8.3:ethernetif_input()
- 第7章:无操作系统移植LwIP
- 7.1:将LwIP添加到裸机工程
- 7.2:移植头文件
- 7.3:移植网卡驱动
- 7.4:LwIP时基
- 7.5:协议栈初始化
- 7.6:获取数据包
- 7.6.1:查询方式
- 7.6.2:ping命令详解
- 7.6.3:中断方式
- 第8章:有操作系统移植LwIP
- 8.1:LwIP中添加操作系统
- 8.1.1:拷贝FreeRTOS源码到工程文件夹
- 8.1.2:添加FreeRTOS源码到工程组文件夹
- 8.1.3:指定FreeRTOS头文件的路径
- 8.1.4:修改stm32f10x_it.c
- 8.2:lwipopts.h文件需要加入的配置
- 8.3:sys_arch.c/h文件的编写
- 8.4:网卡底层的编写
- 8.5:协议栈初始化
- 8.6:移植后使用ping测试基本响应
- 第9章:LwIP一探究竟
- 9.1:网卡接收数据的流程
- 9.2:内核超时处理
- 9.2.1:sys_timeo结构体与超时链表
- 9.2.2:注册超时事件
- 9.2.3:超时检查
- 9.3:tcpip_thread线程
- 9.4:LwIP中的消息
- 9.4.1:消息结构
- 9.4.2:数据包消息
- 9.4.3:API消息
- 9.5:揭开LwIP神秘的面纱
- 第10章:ARP协议
- 10.1:链路层概述
- 10.2:MAC地址的基本概念
- 10.3:初识ARP
- 10.4:以太网帧结构
- 10.5:IP地址映射为物理地址
- 10.6:ARP缓存表
- 10.7:ARP缓存表的超时处理
- 10.8:ARP报文
- 10.9:发送ARP请求包
- 10.10:数据包接收流程
- 10.10.1:以太网之数据包接收
- 10.10.2:ARP数据包处理
- 10.10.3:更新ARP缓存表
- 10.11:数据包发送流程
- 10.11.1:etharp_output()函数
- 10.11.2:etharp_output_to_arp_index()函数
- 10.11.3:etharp_query()函数
- 第11章:IP协议
- 11.1:IP地址.md
- 11.1.1:概述
- 11.1.2:IP地址编址
- 11.1.3:特殊IP地址