数据链路层帧格式详解

重点讲以太网帧（Ethernet Frame）—— 因为它是现实中最主流、最常用的。

一、先搞懂：什么是 “帧”？

数据链路层的传输单位叫帧（Frame）。作用：

• 把网络层的 IP 数据包封装起来
• 加上源 MAC、目的 MAC、校验等信息
• 让数据能在同一局域网内被交换机正确转发

一句话：帧 = 头部 + 数据 + 尾部

二、标准以太网帧格式（以太网 II / DIX 帧）

最常见、现在互联网 99% 用的就是这种。

完整结构（单位：字节）：

plaintext

前导码 + 帧开始定界符 + 目的MAC + 源MAC + 类型/长度 + 数据 + FCS校验

逐字段详细解释：

1. 前导码（Preamble）

• 长度：7 字节
• 内容：10101010重复 7 次
• 作用：
  • 让接收网卡同步时钟
  • 告诉网卡 “马上有帧来了，准备接收”

2. 帧开始定界符（SFD）

• 长度：1 字节
• 内容：10101011
• 作用：
  • 标记帧真正开始
  • 前导码 + SFD 合称 “帧前同步信号”，共 8 字节

注意：这 8 字节不算在以太网帧长度内，是物理层辅助信号。

3. 目的 MAC 地址（Destination MAC）

• 长度：6 字节 = 48 bit
• 作用：
  • 标识接收方网卡
  • 交换机根据它查表转发
• 格式示例：00:11:22:33:44:55

4. 源 MAC 地址（Source MAC）

• 长度：6 字节
• 作用：
  • 标识发送方网卡
  • 交换机靠它学习 MAC 地址表

5. 类型 / 长度字段（Type/Length）

• 长度：2 字节
• 两种含义：
  1. > 0x0600（1536）→ 表示上层协议类型
     • 0x0800 = IPv4
     • 0x0806 = ARP
     • 0x86DD = IPv6
  2. < 0x0600→ 表示数据部分长度（老式 IEEE 802.3 用）

现在几乎都用类型模式。

6. 数据字段（Data / Payload）

• 长度：46 ~ 1500 字节
• 内容：
  • 网络层数据包（IP 包、ARP 包等）
• 最小 46 原因：
  • 以太网要求帧最短64 字节
  • 去掉头部 14 字节 + FCS4 = 18 字节
  • 所以数据至少要 46 字节
  • 不够就自动填充（Padding）

最大 1500 就是MTU。

7. 帧校验序列（FCS）

• 长度：4 字节
• 算法：CRC32
• 作用：
  • 校验帧在传输中是否出错
  • 接收方重新计算 CRC，不一致就直接丢弃
• 注意：FCS 只校验目的 MAC + 源 MAC + 类型 + 数据

三、以太网帧总长度

• 最小帧长：64 字节（14 头 + 46 数据 + 4FCS）
• 最大帧长：1518 字节（14 头 + 1500 数据 + 4FCS）

带 VLAN 标签的帧会多 4 字节，最大 1522 字节。

四、完整帧结构总结表（必背）

表格

真正的以太网帧 = 14 + 数据 + 4 = 18~1518 字节

五、和 IEEE 802.3 帧的区别（简单了解）

老式标准，现在几乎不用：

• 类型字段 → 长度字段
• 后面多了DSAP、SSAP、Control
• 最后才是数据

现实中你遇到的 100% 是以太网 II 帧。

六、帧的生命周期（一句话串起来）

1. 上层给一个 IP 包
2. 链路层封装：加目的 MAC、源 MAC、类型
3. 物理层加前导码 + SFD 发出去
4. 交换机根据目的 MAC 查表转发
5. 接收网卡校验 FCS
6. 去掉帧头，取出 IP 包交给网络层