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基于DWC_ether_qos的以太網(wǎng)驅(qū)動開發(fā)-MAC幀格式介紹 (qq.com)

一.前言

在以太網(wǎng)驅(qū)動，應(yīng)用，編寫調(diào)試等開發(fā)時(shí)，往往會抓包分析，此時(shí)有必要了解MAC幀的格式以便進(jìn)行分析，我們參考標(biāo)注文檔對其進(jìn)行一個(gè)整理備忘。

《802.3-2000_part1.pdf》的3. Media access control frame structure規(guī)定了使用CSMA/CD MAC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的兩種幀格式：

基本MAC幀格式

對基本MAC幀格式的擴(kuò)展,Tagged MAC幀，即攜帶QTag前綴的幀。

二.基本MAC幀格式

基本MAC幀格式如下，包括9個(gè)部分

其中

OCTETS表示8位,

1.字節(jié)的低位先發(fā)送，除了CRC31校驗(yàn)域是高位先發(fā)送按照bit流x31, x30,…, x1, x0發(fā)送,即x0是最后發(fā)送字節(jié)的最后發(fā)送位。

2.多字節(jié)數(shù)據(jù)按照大端解析,高字節(jié)在前先發(fā)送。

各部分詳細(xì)介紹如下:

序號	字段	大小(字節(jié))	功能	說明
1	PREAMBLE	7	前導(dǎo)字段	用于PLS (PHYSICAL LAYER SIGNALING)實(shí)現(xiàn)和接收幀保持同步(前導(dǎo)和SFD發(fā)送時(shí)有沖突也會發(fā)送完全部前導(dǎo)和SFD) 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010即0x55序列
2	SFD	1	幀開始定界符	10101011即0xD5
3	DESTINATION ADDRESS (DA)	6	目的地址字段	目的站的地址。它可以是單播或多播（包括廣播）地址。全1是廣播地址。見后面MAC地址部分說明。
4	SOURCE ADDRESS (SA)	6	源地址字段	發(fā)送幀站點(diǎn)的地址。CSMA/CD MAC子層不解釋源地址字段。
5	LENGTH/TYPE	2	長度/類型字段	如果小于等于maxValidFrame=maxUntaggedFrameSize(1518)-18=1500則表示MAC CLIENT DATA區(qū)域長度如果大于等于0x0600則表示幀類型。
6	MAC CLIENT DATA	/	數(shù)據(jù)	MAC+DATA范圍 46~1500字節(jié)
7	PAD	/	填充	填充，使得DESTINATION ADDRESS~FCS滿足最小幀長64字節(jié)。
8	FRAME CHECK SEQUENCE (FCS)	4		CRC32校驗(yàn)值,校驗(yàn)DA到PAD區(qū)域之間的數(shù)據(jù)。生成多項(xiàng)式。 G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1 注意FCS是x31最先發(fā),x0最后發(fā).
9	EXTENSION	/	擴(kuò)展域	0~(slotTime–minFrameSize) bits長 1000 Mb/s 半雙工才有

2.1 MAC地址

48位MAC地址的定義如下

	位域	功能	說明
1	I/G	地址類型	LSB即最先發(fā)出的bit 區(qū)分是單播還是組播地址: 0:即I individual 為單播地址, 1:即G group 為組播地址。注意本位只針對目的地址,對于源地址始終是0.
2	U/L		區(qū)分本地或全局地址: 0:即U universal為全局地址, 1:即L locally為本地地址。廣播地址該位是1.
3	46-BIT ADDRESSS

地址類型:


1	Individual Address 單播地址		地址和網(wǎng)絡(luò)中特定的一個(gè)站點(diǎn)對應(yīng)。
2	Group Address 組播地址	Multicast-Group Address多播地址	通過更高級別的約定與一組邏輯相關(guān)的站相關(guān)聯(lián)的地址。
2	Group Address 組播地址	Broadcast Address廣播地址	一種可區(qū)分的預(yù)定義多播地址，它總是表示給定LAN上所有站點(diǎn)的集合。全1是廣播地址。

2.2無效幀

滿足以下一個(gè)以上的條件

1.幀長度與長度/類型字段中指定的長度值不一致。如果長度/類型字段表示類型值，則假定幀長度與該字段一致，在此基礎(chǔ)上不應(yīng)視為無效幀。

2.長度不是八位的整數(shù)倍。

3.CRC32校驗(yàn)錯(cuò)誤。

4.無效MAC幀的內(nèi)容不得傳遞給LLC或MAC控制子層。無效MAC幀的出現(xiàn)可以被傳送到網(wǎng)絡(luò)管理。

三.Tagged MAC幀格式

帶標(biāo)簽的MAC幀是對普通MAC幀的擴(kuò)展，在原來的基礎(chǔ)上SA后添加了4字節(jié)的Qtag。見標(biāo)準(zhǔn)IEEE P802.1Q

序號	字段	大小(字節(jié))	功能	說明
1	PREAMBLE	7	前導(dǎo)字段	同基本MAC幀
2	SFD	1	幀開始定界符	同基本MAC幀
3	DESTINATION ADDRESS	6	目的地址字段	同基本MAC幀
4	SOURCE ADDRESS	6	源地址字段	同基本MAC幀
5	LENGTH/TYPE = 802.1QTagType	2		QTag長度/類型固定為0x8100表示802.1Q Tag Protocol Type。
6	TAG CONTROL INFORMATION	2		QTag控制信息 a) A 3-bit User Priority field, b) A Canonical Format Indicator (CFI), and c) A 12-bit VLAN Identifier.
7	LENGTH/TYPE	2	長度/類型字段	插入QTag之前的MAC幀的原始長度/類型。同基本MAC幀
8	MAC CLIENT DATA	/	數(shù)據(jù)	同基本MAC幀
9	PAD	/	填充	同基本MAC幀對于填充,最小64字節(jié)的幀長可以包含4字節(jié)的TAG也可以不包含，不包含TAG則實(shí)際幀長是64字節(jié)了。
10	FRAME CHECK SEQUENCE	4		同基本MAC幀
11	EXTENSION	/	擴(kuò)展域	同基本MAC幀

四.wireshark中的幀解析

比如如下是一個(gè)arp請求包,wireshark可以解析其不同字段,比如左下側(cè)點(diǎn)擊Type右邊數(shù)據(jù)0806即高亮。Wireshark抓包中不顯示前導(dǎo)，幀開始符和FCS，因?yàn)榍岸呤枪潭ǖ模現(xiàn)CS錯(cuò)誤則收不到，MAC層作為無效幀就丟棄了。

五.總結(jié)

調(diào)試以太網(wǎng)，MAC幀的格式是必須要了解的，使用wireshark可以方便解析，但是有時(shí)我們是直接驅(qū)動代碼中打印原始數(shù)據(jù)，此時(shí)則需要手動去解析。

審核編輯黃宇

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