乙太網幀格式

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乙太網是一種廣泛使用的局域網路技術，使裝置能夠相互通訊。乙太網幀是透過乙太網網路傳輸的基本資料單元。在本文中，我們將詳細探討乙太網幀格式，包括構成幀的各個欄位以及每個欄位的目的。

乙太網幀簡介

乙太網幀是在乙太網網路上傳輸的資料包。幀由頭部、有效載荷和尾部組成。頭部和尾部包含有關幀的資訊，例如源地址和目標地址，而有效載荷包含正在傳輸的實際資料。

乙太網幀使用一種稱為載波偵聽多路訪問/衝突檢測 (CSMA/CD) 的方法在網路上的裝置之間傳送。這意味著每個裝置在傳送幀之前都會偵聽網路上的流量，以避免衝突。如果兩個裝置試圖同時傳送幀，則會發生衝突，裝置將等待隨機時間段後嘗試重新發送其幀。

乙太網幀結構

乙太網幀由多個欄位組成，這些欄位提供有關幀和正在傳輸的資料的資訊。幀結構如下所示：

前同步碼	目標地址	源地址	EtherType	有效載荷	FCS
7B	6B	6B	2B	可變	4B

以下小標題將對每個欄位進行解釋。

前同步碼

前同步碼是一個七位元組 (56 位) 欄位，用作同步序列。它由交替的 1 和 0 組成，用於向接收裝置發出幀開始的訊號。前同步碼允許接收器將其時鐘與傳送器時鐘同步，以便它能夠正確解釋後續資料。

目標地址

目標地址欄位是一個六位元組 (48 位) 欄位，用於識別幀的接收者。此欄位包含要接收幀的裝置的媒體訪問控制 (MAC) 地址。MAC 地址是分配給網路上的每個網路介面控制器 (NIC) 的唯一識別符號。

例如，如果裝置想要將幀傳送到 MAC 地址為 00:11:22:33:44:55 的印表機，它將使用該 MAC 地址填充目標地址欄位。

源地址

源地址欄位是一個六位元組 (48 位) 欄位，用於識別幀的傳送者。此欄位包含傳送幀的裝置的 MAC 地址。

例如，如果裝置想要將幀傳送到 MAC 地址為 00:11:22:33:44:55 的印表機，它將使用其自己的 MAC 地址填充源地址欄位。

EtherType

EtherType 欄位是一個兩位元組 (16 位) 欄位，用於指定有效載荷中包含的資料型別。接收裝置使用它來確定如何解釋有效載荷資料。

例如，如果 EtherType 欄位設定為 0x0800，則表示有效載荷包含 Internet 協議 (IP) 資料包。如果 EtherType 欄位設定為 0x0806，則表示有效載荷包含地址解析協議 (ARP) 資料包。

有效載荷

有效載荷欄位是一個可變長度欄位，包含正在傳輸的實際資料。有效載荷的長度根據正在傳輸的資料型別而異。

例如，如果裝置正在傳送電子郵件訊息，則有效載荷將包含郵件正文。如果裝置正在傳送檔案，則有效載荷將包含檔案內容。

幀校驗序列 (FCS)

幀校驗序列 (FCS) 欄位是一個四位元組 (32 位) 欄位，用於檢測幀中的錯誤。FCS 欄位由傳送方使用迴圈冗餘校驗 (CRC) 演算法計算，接收方再次計算 FCS 欄位以驗證幀是否正確接收。如果計算出的 FCS 欄位與幀中的 FCS 欄位不匹配，則表示幀在傳輸過程中已損壞，接收方將丟棄幀。

例如，如果裝置傳送具有錯誤 FCS 欄位的幀，接收裝置將檢測到錯誤並丟棄幀。然後，傳送裝置需要重新發送具有正確 FCS 欄位的幀。

乙太網幀示例

讓我們來看一些乙太網幀的示例，以便更好地理解每個欄位的結構和用途。

示例 1：傳送電子郵件訊息

假設使用者想要向同一乙太網網路上的同事傳送電子郵件訊息。使用者的裝置的 MAC 地址為 00:11:22:33:44:55，同事的裝置的 MAC 地址為 66:77:88:99:aa:bb。

用於傳遞電子郵件訊息的乙太網幀可能如下所示：

前同步碼	目標地址	源地址	EtherType	有效載荷	FCS
10101010. ..1010	66:77:88: 99:aa:bb	00:11:22: 33:44:55	0x0800	電子郵件訊息資料	計算的

在此示例中，前同步碼由交替的 1 和 0 組成，目標地址欄位包含同事裝置的 MAC 地址。源地址欄位包含使用者裝置的 MAC 地址。EtherType 欄位設定為 0x0800 以指示有效載荷包含 IP 資料包。有效載荷欄位包含實際的電子郵件訊息資料，FCS 欄位由傳送方使用 CRC 演算法計算。

示例 2：傳送檔案

假設使用者想要將檔案傳送到同一乙太網網路上的另一臺裝置。使用者的裝置的 MAC 地址為 00:11:22:33:44:55，接收裝置的 MAC 地址為 77:88:99:aa:bb:cc。

用於傳遞檔案的乙太網幀可能如下所示：

前同步碼	目標地址	源地址	EtherType	有效載荷	FCS
10101010 ...1010	77:88:99 :aa:bb:cc	00:11:22 :33:44:55	0x0800	檔案內容資料	計算的

在此示例中，前同步碼由交替的 1 和 0 組成，目標地址欄位包含接收裝置的 MAC 地址。源地址欄位包含使用者裝置的 MAC 地址。EtherType 欄位設定為 0x0800 以指示有效載荷包含 IP 資料包。有效載荷欄位包含檔案內容，FCS 欄位由傳送方使用 CRC 演算法計算。

乙太網幀格式的優缺點

多年來，乙太網幀格式一直是區域網 (LAN) 中資料傳輸的標準。以下是乙太網幀格式的一些優缺點：

優點

• 頻寬利用率高 - 乙太網幀透過允許多個裝置同時傳輸和接收資料來實現頻寬的高效利用。

• 靈活性 - 乙太網幀在可以傳輸的資料型別方面具有靈活性。它們可以承載各種資料，包括電子郵件訊息、檔案、影片和語音。

• 可靠性 - 乙太網幀中的 FCS 欄位提供了一種可靠的方法來檢測資料傳輸中的錯誤。這有助於確保資料準確可靠地傳輸。

• 相容性 - 乙太網幀與各種裝置相容，使其成為用途廣泛且廣泛使用的資料傳輸標準。

缺點

• 距離受限 - 乙太網幀在資料傳輸距離方面受到限制。資料傳輸的最大距離約為 100 米，超過此距離訊號會衰減。

• 頻寬受限 - 乙太網幀的頻寬有限，這會限制在任何給定時間可以傳輸的資料量。

• 容易受到安全威脅 - 乙太網幀容易受到駭客攻擊和資料盜竊等安全威脅，這可能會危及傳輸資料的機密性和完整性。

• 可擴充套件性有限 - 乙太網幀在可擴充套件性方面受到限制，這會限制其在大網路中的使用。

結論

乙太網幀是乙太網網路中資料傳輸的基本單元。它們由多個欄位組成，包括前同步碼、目標地址、源地址、EtherType、有效載荷和 FCS 欄位。每個欄位在資料傳輸中都有特定的用途，包括識別目標和源裝置、指示正在傳輸的資料型別以及檢測幀中的錯誤。瞭解乙太網幀的格式和結構對於解決網路問題和最佳化網路效能至關重要。