# 802.3 - Ethernet Frame

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## 課程影片

### 第 2E 講 IEEE 802.3 乙太網路 (Ethernet) L02

{%youtube 6TV9UBGwISE %}

### [Python Network Packet Sniffer Tutorial - 1 - Introduction](https://youtu.be/WGJC5vT5YJo)

{%youtube WGJC5vT5YJo %}

### [Python Network Packet Sniffer Tutorial - 2 - Formatting MAC Address](https://youtu.be/jVwvOZfAGNk)

{%youtube jVwvOZfAGNk %}

### [Python Network Packet Sniffer Tutorial - 3 - Capturing Traffic](https://youtu.be/dM9grWOdTBI)

{%youtube dM9grWOdTBI %}

## Ethernet Frame


當中各個欄位的定義，除了紀錄在 802.3 的規格中之外，一個實際出現的地方是 *Linux* 核心中 [`include/uapi/linux/if_ether.h`](https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/include/uapi/linux/if_ether.h#L32) 定義的各個常數：

#define ETH_ALEN	6		/* Octets in one ethernet addr	 */
#define ETH_TLEN	2		/* Octets in ethernet type field */
#define ETH_HLEN	14		/* Total octets in header.	 */
#define ETH_ZLEN	60		/* Min. octets in frame sans FCS */
#define ETH_DATA_LEN	1500		/* Max. octets in payload	 */
#define ETH_FRAME_LEN	1514		/* Max. octets in frame sans FCS */
#define ETH_FCS_LEN	4		/* Octets in the FCS		 */

而 DA、SA 與 Type 三者合起來又稱為 *ethernet header*，*Linux* 核心對應的結構體則是 `struct ethhdr`：

struct ethhdr {
	unsigned char	h_dest[ETH_ALEN];	/* destination eth addr	*/
	unsigned char	h_source[ETH_ALEN];	/* source ether addr	*/
	__be16		h_proto;		/* packet type ID field	*/
} __attribute__((packed));

## Preamble (56 位元)

「前奏」的意思。前 56 個位元。這 56 個位元是 0 與 1 交錯。這是用來做提示與校正，當看到 *bus* 上出現不斷交錯的 0 與 1 時，就會知道可能有傳輸會發生。除此之外，由 0 與 1 的變化速度，也可以作為傳輸速度的同步。

## SFD (8 位元)

*Start frame delimeter*，區隔 *preamble* 與接下來的內容，表示傳輸即將開始。

## DA 與 SA (48 + 48 位元)

接收端與發送端的 **MAC Address**。*MAC address* 是一個 48 位元的位址，一張網路卡（*adaptor*）會有唯一的 *MAC address*。這 48 位元的表示法通常每 8 個位元以分號區隔，並且用 16 進位表示。而這 48 個位元的前 24 個位元，用來識別這個網卡的供應商。比如說 AMD 是 `8:0:20`。

### Unicast

要注意的是：傳輸一個 *frame* 傳遞到 *bus* 上時會使用廣播的機制，因此所有與這個 *bus* 連接的設備都看得到這個 *frame*。而這些設備看到這個 *frame* 之後，就看其中的 DA 來決定是否讀取這個 *frame*。這種傳輸稱為 *unicast*。

### Broadcast

特別地，`ff:ff:ff:ff:ff:ff` 這個 *MAC address* 是用來表示「廣播」(*broadcast*)。當 DA 為這個數值時，表示這個 *frame* 發送給所有與這個 *bus* 連接的設備。

### Multicast

除了 *unicast* 與 *broadcast*，還有介於兩者之間的 *multicast*，表示這個 *frame* 要同時傳送給 *bus* 上的多個裝置。不同設備之間可以形成群組，而不同的群組則是以一個 47 位元的數值作為識別。當 DA 的第一個位元為 `1` 時，就表示「要傳送給剩下 47 個位元所代表的群組中的所有設備」。而一個網卡最多可以加入 32 個群組。

> 因此，一張網卡在看到有 *frame* 出現在 *bus* 上面時，如果有下面三種狀況的其中任一，這個網卡就會把這個 *frame* 收下來：
>
> 1. 當這個 *frame* 的 DA 恰好為自己的 *MAC address* 時。
> 2. 當這個 *frame* 的 DA 為 `ff:ff:ff:ff:ff:ff` 時。
> 3. 當這個 *frame* 的 DA 的第一個位元為 `1`，而且自己恰好在 DA 剩下的 47 位元所代表的群組中的時候。

## Type (16 位元)

表示 *payload* 是哪一個類型的資訊，比如說使用 L3 的哪種協定。

## LLC + PAD (最大 1500 位元組)

真正的資料。這個欄位有範圍限制：

$$
46 \leq LLC + PAD \leq 1500
$$

因此，連同後面的 FCS 算進去，一個乙太網路的 *frame* 至多只會到 1518 個 *byte*，而最短則是 64 *byte*。

## FCS (32 位元)

*frame check sequence*，檢查碼。比如說 CRC 校驗碼等等。