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IEC61850 2010-03-10 09:32:06 博主文章分类：网络

第一章以太网帧格式

1.1 Ethernet地址
        为了标识以太网上的每台主机，需要给每台主机上的网络适配器（网络接口卡）分配一个唯一的通信地址，即Ethernet地址或称为网卡的物理地址、MAC地址。
        IEEE负责为网络适配器制造厂商分配Ethernet地址块，各厂商为自己生产的每块网络适配器分配一个唯一的Ethernet地址。因为在每块网络适配器出厂时，其Ethernet地址就已被烧录到网络适配器中。所以，有时我们也将此地址称为烧录地址（Burned-In-Address，BIA）。
        Ethernet地址长度为48比特，共6个字节，如图1所示。其中，前3字节为IEEE分配给厂商的厂商代码，后3字节为网络适配器编号。

图1　 Ethernet地址

1.2 CSMA/CD
在ISO的OSI参考模型中，数据链路层的功能相对简单。它只负责将数据从一个节点可靠地传输到相邻节点。但在局域网中，多个节点共享传输介质，必须有某种机制来决定下一个时刻，哪个设备占用传输介质传送数据。因此，局域网的数据链路层要有介质访问控制的功能。为此，一般将数据链路层又划分成两个子层：

●逻辑链路控制LLC（Logic Line Control）子层
●介质访问控制MAC（Media Access Control）子层

图2　 LLC和MAC子层

        如图2所示。其中，LLC子层负责向其上层提供服务；MAC子层的主要功能包括数据帧的封装/卸装，帧的寻址和识别，帧的接收与发送，链路的管理，帧的差错控制等。MAC子层的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性。
        在MAC子层的诸多功能中，非常重要的一项功能是仲裁介质的使用权，即规定站点何时可以使用通信介质。
        实际上，局域网技术中是采用具有冲突检测的载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection，CSMA/CD）这种介质访问方法的。
        在这种介质访问方法中规定：在发送数据之前，一个节点必须首先侦听网线上的载波，如果在9.6微秒的时间之内没有检测到载波（说明通信介质空闲），节点才可以发送一帧数据。
        如果两个节点同时检测到介质空闲并同时发送出一帧数据，则会导致数据帧的冲突，双方的数据帧均被破坏。一方面，检测到冲突的节点会发送"冲突增强"信号（32比特的"1"）通知介质上的每个节点发生了冲突。另一方面，发生冲突的节点在再次发送自己的数据帧之前会各自等待一段随机的时间。
        随着以太网上节点数量的增加，冲突的数量也随之增加，而整个网段的有效带宽将随之减少。

1.3 以太网帧格式
        目前，有四种不同格式的以太网帧在使用，它们分别是：
        ●Ethernet II即DIX 2.0：Xerox与DEC、Intel在1982年制定的以太网标准帧格式。Cisco名称为：ARPA。
        ●Ethernet 802.3 raw：Novell在1983年公布的专用以太网标准帧格式。Cisco名称为：Novell-Ether。
        ●Ethernet 802.3 SAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SAP。
        ●Ethernet 802.3 SNAP：IEEE在1985年公布的Ethernet 802.3的SNAP版本以太网帧格式。Cisco名称为：SNAP。
        在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，如图3所示。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0xAA，最后1字节为帧起始标志符0xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。

图3　以太网帧前导字符

除此之外，不同格式的以太网帧的各字段定义都不相同，彼此也不兼容。

1.4 Ethernet II帧格式
如图4所示，是Ethernet II类型以太网帧格式。

图4　 Ethernet II帧格式

        Ethernet II类型以太网帧的最小长度为64字节（6＋6＋2＋46＋4），最大长度为1518字节（6＋6＋2＋1500＋4）。其中前12字节分别标识出发送数据帧的源节点MAC地址和接收数据帧的目标节点MAC地址。（注：ISL封装后可达1548字节，802.1Q封装后可达1522字节）
        接下来的2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0x0800代表IP协议数据，16进制数0x809B代表AppleTalk协议数据，16进制数0x8138代表Novell类型协议数据等。
        在不定长的数据字段后是4个字节的帧校验序列（Frame. Check Sequence，FCS），采用32位CRC循环冗余校验对从"目标MAC地址"字段到"数据"字段的数据进行校验。

1.5 Ethernet 802.3 raw帧格式
如图5所示，是Ethernet 802.3 raw类型以太网帧格式。

图5　 Ethernet 802.3 raw帧格式

在Ethernet 802.3 raw类型以太网帧中，原来Ethernet II类型以太网帧中的类型字段被"总长度"字段所取代，它指明其后数据域的长度，其取值范围为：46-1500。
接下来的2个字节是固定不变的16进制数0xFFFF，它标识此帧为Novell以太类型数据帧。

1.6 Ethernet 802.3 SAP帧格式
如图6所示，是Ethernet 802. 3 SAP类型以太网帧格式。

图6　 Ethernet 802. 3 SAP帧格式

        从图中可以看出，在Ethernet 802.3 SAP帧中，将原Ethernet 802.3 raw帧中2个字节的0xFFFF变为各1个字节的DSAP和SSAP，同时增加了1个字节的"控制"字段，构成了802.2逻辑链路控制（LLC）的首部。LLC提供了无连接（LLC类型1）和面向连接（LLC类型2）的网络服务。LLC1是应用于以太网中，而LLC2应用在IBM SNA网络环境中。
        新增的802.2 LLC首部包括两个服务访问点：源服务访问点（SSAP）和目标服务访问点（DSAP）。它们用于标识以太网帧所携带的上层数据类型，如16进制数0x06代表IP协议数据，16进制数0xE0代表Novell类型协议数据，16进制数0xF0代表IBM NetBIOS类型协议数据等。
        至于1个字节的"控制"字段，则基本不使用（一般被设为0x03，指明采用无连接服务的802.2无编号数据格式）。

1.7 Ethernet 802.3 SNAP帧格式
如图7所示，是Ethernet 802. 3 SNAP类型以太网帧格式。

图7　 Ethernet 802. 3 SNAP帧格式

        Ethernet 802. 3 SNAP类型以太网帧格式和Ethernet 802. 3 SAP类型以太网帧格式的主要区别在于：
        ●2个字节的DSAP和SSAP字段内容被固定下来，其值为16进制数0xAA。
        ●1个字节的"控制"字段内容被固定下来，其值为16进制数0x03。
        ●增加了SNAP字段，由下面两项组成：
          ◆新增了3个字节的组织唯一标识符（Organizationally Unique Identifier，OUI ID）字段，其值通常等于MAC地址的前3字节，即网络适配器厂商代码。
     ◆2个字节的"类型"字段用来标识以太网帧所携带的上层数据类型。

第二章以太网数据包、IP包、TCP/UDP 包结构

2.1 以太网数据包如下表结构所示：
目地地址（6B）原地址

（6B）类型网管网bitsCN_com

（2B）数据

（46~1500B）校验和 54ne.com

（4B）

2.2 IP数据包结构如下页表：

版本号（4位）

头长度（4位）

服务类型TOS（8位）

总长度（16位）

标示（16位）

标志（3位）

头偏移（13位）

生存时间TTL（8位）

上层协议标示（8位）

头部校验和（16位）

源IP地址（32位）

目的IP地址（32位）

选项网管联盟www.bitsCN.com

数据

2.3TCP抱文结构如下表：

TCP源端口号（16位）

TCP目的端口号（16位）

系列号（32位）

确认号（32位） 54ne.com

首部长度（4位）保留位（6位） URG ACK PSH RST SYN F 网管网bitsCN_com

IN 窗口大小（16位）

检验和（16位）紧急指针（16位）中国网管论坛bbs.bitsCN.com

选项+填充

数据区

2.4UDP抱文结构如下表：

UDP源端口号（16位） UDP目标端口号（16位中国网管联盟www、bitsCN、com

UDP长度（16位 UDP校验和（16位)

数据区

第3章以太网包长度

socket包长度问题:

一个包没有固定长度，以太网限制在46－1500字节，1500就是以太网的MTU，超过这个量，TCP会为IP数据报设置偏移量进行分片传输，现在一般可允许应用层设置8k（NTFS系）的缓冲区，8k的数据由底层分片，而应用看来只是一次发送。windows的缓冲区经验值是4k,Socket本身分为两种，流(TCP)和数据报(UDP)，你的问题针对这两种不同使用而结论不一样。甚至还和你是用阻塞、还是非阻塞Socket来编程有关。

1、通信长度，这个是你自己决定的，没有系统强迫你要发多大的包，实际应该根据需求和网络状况来决定。对于TCP，这个长度可以大点，但要知道，Socket内部默认的收发缓冲区大小大概是8K，你可以用SetSockOpt来改变。但对于UDP，就不要太大，一般在1024至10K。注意一点，你无论发多大的包，IP层和链路层都会把你的包进行分片发送，一般局域网就是1500左右，广域网就只有几十字节。分片后的包将经过不同的路由到达接收方，对于UDP而言，要是其中一个分片丢失，那么接收方的IP层将把整个发送包丢弃，这就形成丢包。显然，要是一个UDP发包佷大，它被分片后，链路层丢失分片的几率就佷大，你这个UDP包，就佷容易丢失，但是太小又影响效率。最好可以配置这个值，以根据不同的环境来调整到最佳状态。

send()函数返回了实际发送的长度，在网络不断的情况下，它绝不会返回(发送失败的)错误，最多就是返回0。对于TCP你可以字节写一个循环发送。当send函数返回SOCKET_ERROR时，才标志着有错误。但对于UDP，你不要写循环发送，否则将给你的接收带来极大的麻烦。所以UDP需要用SetSockOpt来改变Socket内部Buffer的大小，以能容纳你的发包。明确一点，TCP作为流，发包是不会整包到达的，而是源源不断的到，那接收方就必须组包。而UDP作为消息或数据报，它一定是整包到达接收方。

2、关于接收，一般的发包都有包边界，首要的就是你这个包的长度要让接收方知道，于是就有个包头信息，对于TCP，接收方先收这个包头信息，然后再收包数据。一次收齐整个包也可以，可要对结果是否收齐进行验证。这也就完成了组包过程。UDP，那你只能整包接收了。要是你提供的接收Buffer过小，TCP将返回实际接收的长度，余下的还可以收，而UDP不同的是，余下的数据被丢弃并返回WSAEMSGSIZE错误。注意TCP，要是你提供的Buffer佷大，那么可能收到的就是多个发包，你必须分离它们，还有就是当Buffer太小，而一次收不完Socket内部的数据，那么Socket接收事件(OnReceive)，可能不会再触发，使用事件方式进行接收时，密切注意这点。这些特性就是体现了流和数据包的区别。

补充一点，接收BuffSize >= 发送BuffSize >= 实际发送Size，对于内外部的Buffer都适用，上面讲的主要是Socket内部的Buffer大小关系。

3、TCP是有多少就收多少，如果没有当然阻塞Socket的recv就会等，直到有数据，非阻塞Socket不好等，而是返回WSAEWOULDBLOCK。UDP，如果没有数据，阻塞Socket就会等，非阻塞Socket也返回WSAEWOULDBLOCK。如果有数据，它是会等整个发包到齐，并接收到整个发包，才返回。

对于以太网环境下UDP传输中的数据包长度问题

　　首先要看TCP/IP协议，涉及到四层：链路层，网络层，传输层，应用层。

　　其中以太网（Ethernet）的数据帧在链路层

　　IP包在网络层

　　TCP或UDP包在传输层

　　TCP或UDP中的数据（Data)在应用层

　　它们的关系是数据帧｛IP包｛TCP或UDP包｛Data｝｝｝

　　在应用程序中我们用到的Data的长度最大是多少，直接取决于底层的限制。

　　我们从下到上分析一下：

　　在链路层，由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为（46＋18）－（1500＋18），其中的18是数据帧的头和尾，也就是说数据帧的内容最大为1500，即MTU（Maximum Transmission Unit）为1500；

　　在网络层，因为IP包的首部要占用20字节，所以这的MTU为1500－20＝1480；

　　在传输层，对于UDP包的首部要占用8字节，所以这的MTU为1480－8＝1472；