既然談到MAC地址,那就不得不說一下以太網幀結構了,每個網卡都有唯一一個物理地址,在硬件中進行數據幀傳輸的時候就必須有正確的目的物理地址,例如以太網的48位MAC地址就是存儲在網卡內部存儲器中。
以太網幀結構如圖 10?1所示:

一看這個以太網幀結構,就覺得它有7個字段,但是事實上,前同步碼與幀開始符字段不能算是真正的以太網幀數據結構,他們是在網卡發送的時候添加進去的,為了數據的準確傳輸。
以太網幀以一個7字節的前同步碼(Preamble)字段開始。該前同步碼的值都是10101010;而后緊接著一個字節的幀開始符,其值是10101011。前同步碼字段的作用是實現物理層幀輸入輸出的同步,而幀開始符表示著以太網幀的開始,剩下的5個字段才是真正的以太網數據幀結構。
目標MAC地址(6字節):這個字段包含目標網卡的MAC地址,當一個網卡收到一個以太網數據幀,如果該數據幀的目標地址是網卡自身的MAC地址或者是MAC廣播地址,它都將該幀的數據字段的內容傳遞給網絡層;如果它收到了具有任何其他MAC地址的幀,則將該數據幀丟棄。
源MAC地址(6字節):這個字段包含了傳輸該幀到局域網上的適配器的MAC地址。
類型字段(2字節):類型字段允許以太網復用多種網絡層協議。為了理解這點,我們需要記住主機能夠使用除了IP以外的其他網絡層協議。事實上,一臺給定的主機可以支持多種網絡層協議,以對不同的應用采用不同的協議。因此,當以太網幀到達網卡中,網卡需要知道它應該將數據字段的內容傳遞給哪個網絡層協議。如IP協議、ARP協議等。
注意了:當這個字段的值小于1518時,它表示后面數據字段的數據長度,當大于1518的時候才表示遞交給哪個協議。
數據字段(46~1500字節):這個字段承載了IP數據報。以太網的最大傳輸單元(MTU)是1500字節。這意味著如果IP數據報超過了1500字節,則主機必須將該數據報分片(關于分片會在后續講解)。數據字段的最小長度是46字節,這意味著如果IP數據報小于46字節,數據報必須被填充到46字節。當采用填充時,傳遞到網絡層的數據包括IP數據報和填充部分,網絡層使用IP數據報首部中的長度字段來去除填充部分。
CRC(4字節):CRC字段包含了以太網的差錯校驗信息。
在以太網幀中,目標MAC地址可以分成三類,單播地址、多播地址和廣播地址。單播地址通常是與某個網卡的MAC地址對應,它要求以太網第一個字節的bit0(最先發出去的位)必須是0;而多播地址則要求第一個字節的bit0為1,這樣子多播地址就不會與任何網卡的MAC地址相同,可以被多個網卡同時接收;廣播地址的48位MAC地址全為1,也就是FF-FF-FF-FF-FF-FF, 同一局域網內的所有網卡都會收到廣播的數據包。
所有的以太網計算都向網絡層提供不可靠的無連接服務,也就是說在網卡發送數據的時候,不會向目標網卡進行事先的通知(握手),網卡只在以太網幀中封裝好來自上層的數據報,然后把數據報發送到局域網上。同樣的當一個網卡接收一個以太網數據幀的時候,它也不會進行回復確認,如果當網卡執行CRC校驗不通過的時候,它也不會發送否定確認,這樣子當一些以太網幀不通過CRC校驗時,網卡只是將其丟棄,而發送的一方就不會知道它傳輸的數據是否達到并且通過校驗。
- 說明
- 第1章:網絡協議簡介
- 1.1:常用網絡協議
- 1.2:網絡協議的分層模型
- 1.3:協議層報文間的封裝與拆封
- 第2章:LwIP簡介
- 2.1:LwIP的優缺點
- 2.2:LwIP的文件說明
- 2.2.1:如何獲取LwIP源碼文件
- 2.2.2:LwIP文件說明
- 2.3:查看LwIP的說明文檔
- 2.4:使用vscode查看源碼
- 2.4.1:查看文件中的符號列表(函數列表)
- 2.4.2:函數定義跳轉
- 2.5:LwIP源碼里的example
- 2.6:LwIP的三種編程接口
- 2.6.1:RAW/Callback API
- 2.6.2:NETCONN API
- 2.6.3:SOCKET API
- 第3章:開發平臺介紹
- 3.1:以太網簡介
- 3.1.1:PHY層
- 3.1.2:MAC子層
- 3.2:STM32的ETH外設
- 3.3:MII 和 RMII 接口
- 3.4:PHY:LAN8720A
- 3.5:硬件設計
- 3.6:軟件設計
- 3.6.1:獲取STM32的裸機工程模板
- 3.6.2:添加bsp_eth.c與bsp_eth.h
- 3.6.3:修改stm32f4xx_hal_conf.h文件
- 第4章:LwIP的網絡接口管理
- 4.1:netif結構體
- 4.2:netif使用
- 4.3:與netif相關的底層函數
- 4.4:ethernetif.c文件內容
- 4.4.1:ethernetif數據結構
- 4.4.2:ethernetif_init()
- 4.4.3:low_level_init()
- 第5章:LwIP的內存管理
- 5.1:幾種內存分配策略
- 5.1.1:固定大小的內存塊
- 5.1.2:可變長度分配
- 5.2:動態內存池(POOL)
- 5.2.1:內存池的預處理
- 5.2.2:內存池的初始化
- 5.2.3:內存分配
- 5.2.4:內存釋放
- 5.3:動態內存堆
- 5.3.1:內存堆的組織結構
- 5.3.2:內存堆初始化
- 5.3.3:內存分配
- 5.3.4:內存釋放
- 5.4:使用C庫的malloc和free來管理內存
- 5.5:LwIP中的配置
- 第6章:網絡數據包
- 6.1:TCP/IP協議的分層思想
- 6.2:LwIP的線程模型
- 6.3:pbuf結構體說明
- 6.4:pbuf的類型
- 6.4.1:PBUF_RAM類型的pbuf
- 6.4.2:PBUF_POOL類型的pbuf
- 6.4.3:PBUF_ROM和PBUF_REF類型pbuf
- 6.5:pbuf_alloc()
- 6.6:pbuf_free()
- 6.7:其它pbuf操作函數
- 6.7.1:pbuf_realloc()
- 6.7.2:pbuf_header()
- 6.7.3:pbuf_take()
- 6.8:網卡中使用的pbuf
- 6.8.1:low_level_output()
- 6.8.2:low_level_input()
- 6.8.3:ethernetif_input()
- 第7章:無操作系統移植LwIP
- 7.1:將LwIP添加到裸機工程
- 7.2:移植頭文件
- 7.3:移植網卡驅動
- 7.4:LwIP時基
- 7.5:協議棧初始化
- 7.6:獲取數據包
- 7.6.1:查詢方式
- 7.6.2:ping命令詳解
- 7.6.3:中斷方式
- 第8章:有操作系統移植LwIP
- 8.1:LwIP中添加操作系統
- 8.1.1:拷貝FreeRTOS源碼到工程文件夾
- 8.1.2:添加FreeRTOS源碼到工程組文件夾
- 8.1.3:指定FreeRTOS頭文件的路徑
- 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文件的編寫
- 8.4:網卡底層的編寫
- 8.5:協議棧初始化
- 8.6:移植后使用ping測試基本響應
- 第9章:LwIP一探究竟
- 9.1:網卡接收數據的流程
- 9.2:內核超時處理
- 9.2.1:sys_timeo結構體與超時鏈表
- 9.2.2:注冊超時事件
- 9.2.3:超時檢查
- 9.3:tcpip_thread線程
- 9.4:LwIP中的消息
- 9.4.1:消息結構
- 9.4.2:數據包消息
- 9.4.3:API消息
- 9.5:揭開LwIP神秘的面紗
- 第10章:ARP協議
- 10.1:鏈路層概述
- 10.2:MAC地址的基本概念
- 10.3:初識ARP
- 10.4:以太網幀結構
- 10.5:IP地址映射為物理地址
- 10.6:ARP緩存表
- 10.7:ARP緩存表的超時處理
- 10.8:ARP報文
- 10.9:發送ARP請求包
- 10.10:數據包接收流程
- 10.10.1:以太網之數據包接收
- 10.10.2:ARP數據包處理
- 10.10.3:更新ARP緩存表
- 10.11:數據包發送流程
- 10.11.1:etharp_output()函數
- 10.11.2:etharp_output_to_arp_index()函數
- 10.11.3:etharp_query()函數
- 第11章:IP協議
- 11.1:IP地址.md
- 11.1.1:概述
- 11.1.2:IP地址編址
- 11.1.3:特殊IP地址