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2023-11-17
以太网协议封装格式解析
【摘要】：网络层在接收到以太网驱动程序送到的IP数据报后，按照IP数据帧中的协议种类，对数据进行处理，去掉IP首部数据，形成TCP、UDP或ICMP报文进行处理。在TCP或UDP的函数处理中，根据目的端口号，分别将数据送往不同的用户程序。图9-12 以太网的封装格式前导：由芯片本身产生，用于同步收发双方的时钟，并指定传输速率。
1.以太网分层结构
TCP/IP协议为4层模型：应用层、传输层、网络层和数据链路层。每层都有不同的功能，而且层和层之间在逻辑上是相互独立的。每层都对应一些子协议，本设计用到的协议包括ARP、IP、TCP和ICMP等。
以太网分层结构如图9-10所示。
图9-10 以太网分层结构
图9-10是按照TCP/IP协议的4层参考模型设计的，实际是以太网接收数据的流程，同时也体现了一种以太网分用的思想。链路层的以太网驱动程序负责接收以太网的数据帧，剥离以太网数据帧的首部信息，形成IP数据报或是ARP、RARP数据报，根据以太网数据帧的上层协议分别交付给上一层。如果是IP数据报，则被送交网络层。
网络层在接收到以太网驱动程序送到的IP数据报后，按照IP数据帧中的协议种类，对数据进行处理，去掉IP首部数据，形成TCP、UDP或ICMP报文进行处理。
传输层在得到UDP的报文后，按照UDP协议中的端口，分别送给不同的应用程序。若传输层得到的是TCP报文，则要根据TCP的状态转换图进行处理。
在TCP或UDP的函数处理中，根据目的端口号，分别将数据送往不同的用户程序。
根据以太网数据分用示意图，在编程的时候，使用如下的程序框架：
同样在IP处理程序中，采用同样的编程框架。
2.数据的封装
应用层的数据要想在以太网中进行传输，就必须按照以太网的帧格式进行封装发送，而且这是一个逐级封装的过程，数据封装过程如图9-11所示。
(www.chuimin.cn)
图9-11 数据封装示意图
由于TCP/UDP等协议都可以向网络层传输数据，因此IP数据报中必须对IP的上层协议进行标识。网络层的IP协议，以及ARP协议都可以向链路层传输数据，因此也必须在以太网的帧首部中加以指明数据的来源类型域。
TCP/IP协议包括很多的子协议，由于单片微控制器的资源有限，只实现了其中的部分协议，并对部分协议作了改动。
3.以太网的封装格式
以太网的封装格式如图9-12所示。
图9-12 以太网的封装格式
前导：由芯片本身产生，用于同步收发双方的时钟，并指定传输速率。
目的地址（DA）：以太网网数据帧传输的目的地址，为48位二进制地址，全1时表示广播地址。
源地址（SA）：以太网网数据帧传输的源地址48位，表明该帧的数据的出发点，即发送端的地址。
帧格式（TYPE）：类型字段，表明该帧数据的类型。如IP包的数据类型为0800H，ARP包的数据类型为0806。
数据：以太网规定整个数据包的最大长度为1514个字节，因此数据段不能超过1500个字节。
CRC及填充位：以太网规定整个数据包必须大于60个字节，不足60个字节，用任何数据补足。
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