基于DWC_ether_qos的以太网驱动开发-MAC帧格式介绍

本文转自公众号，欢迎关注

基于DWC_ether_qos的以太网驱动开发-MAC帧格式介绍 (qq.com)

一.前言

在以太网驱动，应用，编写调试等开发时，往往会抓包分析，此时有必要了解MAC帧的格式以便进行分析，我们参考标注文档对其进行一个整理备忘。

《802.3-2000_part1.pdf》的3. Media access control frame structure规定了使用CSMA/CD MAC的数据通信系统的两种帧格式：

基本MAC帧格式

对基本MAC帧格式的扩展,Tagged MAC帧，即携带QTag前缀的帧。

二.基本MAC帧格式

基本MAC帧格式如下，包括9个部分

其中

OCTETS表示8位,

1.字节的低位先发送，除了CRC31校验域是高位先发送按照bit流x31, x30,…, x1, x0发送,即x0是最后发送字节的最后发送位。

2.多字节数据按照大端解析,高字节在前先发送。

各部分详细介绍如下:

序号	字段	大小(字节)	功能	说明
1	PREAMBLE	7	前导字段	用于PLS (PHYSICAL LAYER SIGNALING)实现和接收帧保持同步(前导和SFD发送时有冲突也会发送完全部前导和SFD) 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010即0x55序列
2	SFD	1	帧开始定界符	10101011即0xD5
3	DESTINATION ADDRESS (DA)	6	目的地址字段	目的站的地址。它可以是单播或多播（包括广播）地址。 全1是广播地址。 见后面MAC地址部分说明。
4	SOURCE ADDRESS (SA)	6	源地址字段	发送帧站点的地址。CSMA/CD MAC子层不解释源地址字段。
5	LENGTH/TYPE	2	长度/类型字段	如果小于等于maxValidFrame=maxUntaggedFrameSize(1518)-18=1500则表示MAC CLIENT DATA区域长度 如果大于等于0x0600则表示帧类型。
6	MAC CLIENT DATA	/	数据	MAC+DATA范围 46~1500字节
7	PAD	/	填充	填充，使得DESTINATION ADDRESS~FCS满足最小帧长64字节。
8	FRAME CHECK SEQUENCE (FCS)	4		CRC32校验值,校验DA到PAD区域之间的数据。生成多项式。 G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1 注意FCS是x31最先发,x0最后发.
9	EXTENSION	/	扩展域	0~(slotTime–minFrameSize) bits长 1000 Mb/s 半双工才有

2.1 MAC地址

48位MAC地址的定义如下

	位域	功能	说明
1	I/G	地址类型	LSB即最先发出的bit 区分是单播还是组播地址: 0:即I individual 为单播地址, 1:即G group 为组播地址。 注意本位只针对目的地址,对于源地址始终是0.
2	U/L		区分本地或全局地址: 0:即U universal为全局地址, 1:即L locally为本地地址。 广播地址该位是1.
3	46-BIT ADDRESSS

地址类型:

1	Individual Address 单播地址		地址和网络中特定的一个站点对应。
2	Group Address 组播地址	Multicast-Group Address多播地址	通过更高级别的约定与一组逻辑相关的站相关联的地址。
		Broadcast Address广播地址	一种可区分的预定义多播地址，它总是表示给定LAN上所有站点的集合。 全1是广播地址。

2.2无效帧

满足以下一个以上的条件

1.帧长度与长度/类型字段中指定的长度值不一致。如果长度/类型字段表示类型值，则假定帧长度与该字段一致，在此基础上不应视为无效帧。

2.长度不是八位的整数倍。

3.CRC32校验错误。

4.无效MAC帧的内容不得传递给LLC或MAC控制子层。无效MAC帧的出现可以被传送到网络管理。

三.Tagged MAC帧格式

带标签的MAC帧是对普通MAC帧的扩展，在原来的基础上SA后添加了4字节的Qtag。见标准IEEE P802.1Q

序号	字段	大小(字节)	功能	说明
1	PREAMBLE	7	前导字段	同基本MAC帧
2	SFD	1	帧开始定界符	同基本MAC帧
3	DESTINATION ADDRESS	6	目的地址字段	同基本MAC帧
4	SOURCE ADDRESS	6	源地址字段	同基本MAC帧
5	LENGTH/TYPE = 802.1QTagType	2		QTag长度/类型 固定为0x8100表示802.1Q Tag Protocol Type。
6	TAG CONTROL INFORMATION	2		QTag控制信息 a) A 3-bit User Priority field, b) A Canonical Format Indicator (CFI), and c) A 12-bit VLAN Identifier.
7	LENGTH/TYPE	2	长度/类型字段	插入QTag之前的MAC帧的原始长度/类型。 同基本MAC帧
8	MAC CLIENT DATA	/	数据	同基本MAC帧
9	PAD	/	填充	同基本MAC帧 对于填充,最小64字节的帧长可以包含4字节的TAG也可以不包含，不包含TAG则实际帧长是64字节了。
10	FRAME CHECK SEQUENCE	4		同基本MAC帧
11	EXTENSION	/	扩展域	同基本MAC帧

四.wireshark中的帧解析

比如如下是一个arp请求包,wireshark可以解析其不同字段,比如左下侧点击Type右边数据0806即高亮。Wireshark抓包中不显示前导，帧开始符和FCS，因为前二者是固定的，FCS错误则收不到，MAC层作为无效帧就丢弃了。

五.总结

调试以太网，MAC帧的格式是必须要了解的，使用wireshark可以方便解析，但是有时我们是直接驱动代码中打印原始数据，此时则需要手动去解析。

审核编辑 黄宇