Ethernet 帧结构

概述

Ethernet（以太网）是目前最主流的局域网技术，由 Xerox、DEC 和 Intel 在 1980 年联合制定（IEEE 802.3）。理解 Ethernet 帧结构是掌握网络底层通信的基础——每一帧都包含了足够的信息来让网卡判断"这是给我的吗？内容完整吗？上层协议是什么？"

Ethernet II 帧格式（最常见）

┌──────────┬──────────┬──────────┬─────────────┬──────────┐
│ Dest MAC │ Src MAC  │ EtherType│   Payload   │   FCS    │
│  6 bytes │  6 bytes │ 2 bytes  │  46–1500 B  │ 4 bytes  │
│ aabb.ccdd│ dd.eeff. │  0x0800  │  IP Packet  │ crc32()  │
│  ee.ff.00│          │          │             │          │
└──────────┴──────────┴──────────┴─────────────┴──────────┘
         ←──────── 14 bytes Header ───────→  ← Tail →
                              ←──── Min Frame = 64B ────→
                              ←──── Max Frame = 1518B ────→

字段详解

字段	大小	说明
Dest MAC	6 bytes	目标 MAC 地址，`ff:ff:ff:ff:ff:ff` 表示广播
Src MAC	6 bytes	源 MAC 地址，发出方的物理地址
EtherType	2 bytes	上一层协议类型：`0x0800`=IPv4, `0x86DD`=IPv6, `0x0806`=ARP
Payload	46–1500 bytes	承载的上层数据包。最小 46 字节，不足则填充（Padding）
FCS	4 bytes	CRC-32 校验和，网卡硬件自动计算，接收端验证错误则直接丢弃

为什么 Payload 最小 46 字节？

最早的以太网最大电缆长度 2500m，信号传播延迟需要至少 64 字节才能保证碰撞检测（CSMA/CD）生效。所以规定整个帧最小 64 字节，减去 14 字节头部和 4 字节 FCS，Payload 最少 46 字节。短包会补零填满。

现代 Gigabit+ 网卡已不用 CSMA/CD，但为了兼容仍保留此限制。

IEEE 802.3 / 802.3Q（VLAN Tagged）帧

当网络中使用 VLAN 时，帧中会插入一个 4 字节的 802.1Q Tag：

┌──────────┬──────────┬──────┬──────┬──────────┬─────────────┬──────────┐
│ Dest MAC │ Src MAC  │ Type │ TPID │ TCI/VID  │   Payload   │   FCS    │
│  6 bytes │  6 bytes │ 2B   │2B    │ 2B      │ 46–1500 B   │ 4 bytes  │
└──────────┴──────────┴──────┴──────┴──────────┴─────────────┴──────────┘

新增字段：

TPID (Tag Protocol Identifier): 0x8100 — 标识这是带 VLAN Tag 的帧
TCI (Tag Control Information): 包含 PCP（优先级，3 bit）、CFI（规范格式指示符，1 bit）、VID（VLAN ID，12 bit）

VID 取值范围 1–4094，共 4094 个可用 VLAN。

常见 EtherType 对照表

EtherType	十六进制	协议
IPv4	`0x0800`	IP 数据包
IPv6	`0x86DD`	IPv6 数据包
ARP	`0x0806`	地址解析协议
RARP	`0x8035`	反向 ARP（历史遗留）
PPPoE	`0x8864`	PPP over Ethernet
802.1Q	`0x8100`	VLAN 标记
LACP	`0x8809`	链路聚合控制协议

MAC 地址空间与 OUI

OUI（Organizationally Unique Identifier）

MAC 地址的前三个字节由 IEEE 统一分配给厂商，称为 OUI。查询 OUI 可以知道网卡的制造商：

$ ip link show
link/ether aa:bb:cc:dd:ee:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
                    ↑ 前三个字节 aa:bb:cc 就是 OUI

# 在线查询：https://www.wireshark.org/tools/oui-lookup.html
# Linux 也可以用 ethtool -P eth0 查看出厂 MAC

单播/多播位（LSB of First Byte）

第一个字节的最低比特位决定寻址类型：

LSB	类型	示例
0	单播 (Unicast)	`aa:bb:cc:dd:ee:ff`
1	多播 (Multicast)	`01:00:5e:xx:xx:xx`（IPv4 组播）
1	广播 (Broadcast)	`ff:ff:ff:ff:ff:ff`

[!tip] 如何快速判断？看 MAC 第一个字节的十六进制最后一位

a → 1010 → LSB=0 → 单播

3 → 0011 → LSB=1 → 多播/广播

关联笔记

hhs/NETWORK/OSI与TCP-IP模型对比 — 以太网属于链路层
hhs/NETWORK/MAC地址与广播域 — MAC 地址的工作范围
hhs/NETWORK/Switch与路由器 — Switch 如何使用 MAC 表转发帧

4.8 KiB Raw Blame History Unescape Escape