【杂记-浅谈以太网IP数据帧】

一、以太网数据帧

以太网数据帧是网络通信的基础单元，遵循IEEE 802.3标准，用于在以太网中传输数据。一个典型的以太网数据帧包括前导码、帧开始符、目的MAC地址、源MAC地址、类型或长度字段、数据载荷和帧校验序列。其中，类型字段指明了上层协议的种类，常见的类型值为0x0800代表IP协议帧，而类型字段为0x0806代表ARP协议帧。

二、IP头部

概念
IP首部是IP数据报的核心部分，它确定了数据报的格式和行为。IP首部固定部分通常为20字节，但在某些情况下可扩展到60字节。首部包含了版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议、首部校验和、源地址和目的地址等关键字段。
内部
1、版本（Version）：占用4位，指明了IP协议的版本，通常为IPv4。
2、首部长度（Header Length）：占用4位，指明了首部的长度，单位为32位字，因此最小值为5（20字节），最大值为15（60字节）。
3、区分服务（Differentiated Services）：占用8位，用于服务质量管理，但目前并不常用。
4、总长度（Total Length）：占用16位，指明了整个IP数据报的长度，单位为字节，最大值为65535字节。
5、标识（Identification）：占用16位，用于数据报分片和重组，每产生一个数据报，计数器加1，并将此值赋给标识字段。
6、标志（Flags）：占用3位，其中最重要的位是DF（Don’t Fragment）位，表示不允许分片；MF（More Fragment）位表示后面还有分片。
7、片偏移（Fragment Offset）：占用13位，表示该片在原数据报中的相对位置，以8字节为单位。
8、生存时间（Time To Live）：占用8位，设置了数据报可以经过的最多路由器数，防止无限循环。
9、协议（Protocol）：占用8位，指明了上层协议的类型，如TCP或UDP。
10、首部校验和（Header Checksum）：占用16位，用于校验首部是否完整。
11、源地址（Source Address）和目的地址（Destination Address）：各占用32位，分别指明了数据报的发送者和接收者的IP地址。

三、以太网帧结构及长度计算

以太网帧长度计算
1、最小以太网帧长度：以太网帧的最小长度为64字节，这是因为以太网的设计要求最短的合法帧也要足够长，以便在发生碰撞时能够被检测到。最小以太网帧的组成如下：目的地址：6字节、源地址：6字节、类型/长度：2字节（对于IEEE 802.3格式，此处为长度字段）、数据：至少46字节（如果不足46字节，则需要填充）、帧校验序列：4字节。
2、最大以太网帧长度：以太网帧的最大长度为1518字节，这是因为以太网的最大传输单元（MTU）为1500字节，而以太网帧本身还有一些固定的开销，如目的地址、源地址、类型/长度和帧校验序列等。具体而言，最大以太网帧的组成如下：目的地址：6字节、源地址：6字节、类型/长度：2字节、数据（最大1500字节）：1500字节、帧校验序列：4字节。