以太网帧
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2023年3月1日发(作者：政策分析)1
从以太帧认识以太网
Version1
1MAC（MediaAccessControl）地址的格式
1．1基本概念
MAC地址也称为硬件地址、物理地址、或二层地址，它是预先
编程并存储在硬件上如网卡。在以太网中，最后的寻址是落实到
MAC地址上，在IPV4的网络里实际上是靠MAC地址去转发数据
包或帧。
MAC为6个字节，48位，如00-60-08-09-ab-12，firstthree
octetsindicatethevendor—OUI(OrganizationalUniqueIdentifier)，
OUI决定了MAC地址是全球唯一、不重复冲突的;Thelastthree
octetsequatetoahostidentifierforthedevice.
1.2注意事项
（1）MAC地址是本网段有效，在不同的网络里MAC地址不冲
突。
（2）MAC地址一般是可以改变的：
A)路由器以太口上MAC的修改：
未修改前
修改后：
以上修改的内存驻留的MAC，其bia即固化的MAC未变
B)交换机背板地址一般不能改变
C)PC机网卡MAC的修改：
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也可用修改注册表来实现
1．3MAC地址绑定
用IP与MAC的静态绑定防止ARP地址欺骗：在PC机上绑定
网关路由器的MAC，在网关上绑定PC的MAC。
下面是一个在PC上绑定网关（192.168.200.200）的MAC，防
ARP欺骗的例子：
以上这个例子说明，只要把网关的IP（192.168.200.200）MAC
（cc-00-8e-58-00-00）在PC上进行绑定，那么，PC就会把包送到这
个网关。
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2以太网帧的格式及帧的大小
802.3的帧格式：
2.1以太网的帧格式一共分四种，最普遍的是以下两种：
a)第一种EthernetV2(ARPA)，一般应用于用户数据帧
b)第三种802.3/802.2，一般就用于以太控制帧
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以上是一个STP帧，可以看到length字段及DSAP/SSAP，另
外还可以看出一个帧的最小长度为64（以上不包括CRC4个字
节）
2.2以太帧的大小：以EthernetV2为例
A)一般情况下最大帧为1518，其中1500为payload，18个字节为
头（6+6+2+4），最小为64个字节，不够的用padding/trailer补
齐，在以上802.3/802.2的帧中可看到trailer。
B)实际应用数据中的三种帧的类型
a)Unicastframe：目的地址都为主机MAC，其目地MAC的IG(Bit
0ofOctet0)位置0
b)Broadcastframe：目的地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF，其目地
MAC的IG(Bit0ofOctet0)位置1
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c)Multicastframe：目的地址为01-00-5E开头（224.0.0.0—
239.255.255.255），其目地MAC的IG(Bit0ofOctet0)位置1
2.3BabyGiant及Fragment
2.3.1BabyGiant
大于1518字节（oversize）的帧叫BabyGiant，如802.1q的帧
(1518+4=1522)，或QinQ(1522+4=1526)的帧，关于BabyGiantIEEE
的802.3ac扩大的以太帧的最大尺寸为1522，所以交换机802.1q缺
省情况下不用增加MTU值即可正常工作，但如果启用QinQ（Sw
modot1q-tunnel）功能，交换机的MTU必须改为1504（SYSTEM
MTU1504）。
2.3.2Fragment
小于64字节的碎片在以太网里是无用的，在半双工模式的共享
网络发生冲突时会大量产生这种碎片，碎片在存储转发模式(store-
and-forward)及免碎片模式(Fragment-free)下是会被会被丢弃的，
但在快速转发模式（cut-through）下是会被转发的。
2.3.3jumbo帧
帧的大小为9K，因为帧小使网络的转发效率低，这也是存储网
络中用FiberChannel的原因之一，因为FC的转发是Block-lever基
于块的，它的payload为2112大小。当今高性能的交换机大都支持
Jumbo帧，但要求整个网络中的所有设备都要支持。
3、几种特殊的MAC
3.1HSRP和VRRP的动态产生MAC
二者的地址都是一个虚拟的地址，其实数据流走的还是真正的
active/master的MAC。
HSRPMAC:0000.0C07,ACXXVRRPMAC:
0000.5E00.01XX，其中XX为组号。
以上几乎是有关以太网中关于MAC地址的详尽阐述。
3.2MSNLB(NetworkLoadBalance)的动态产生MAC
产生的NLBCluster用IP是单播地址，而MAC地址是组播地
址，如果交换机工作在三层模式，那么要求交换机的支持单播IP地
址到组播MAC的映射，即支持staticmulticastARP。
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3.3虚机的MAC
VMwareMAC:00-0C-29-XX-XX-XX,00-50-56-XX-XX-XX
4包的转发率
异步传输：每发一个字节，一个停止位，即1/8浪费带宽
同步传输：在数据前加一个前导位7E：01111110，收到前导位后，
后边是所要发的数据
以太网传输：101010….1011(8个字节preamble前导位)+1个以太帧
+12字节停止位
在计算交换机包的转发率时是按以太网最小包64字节计算的，
10M端口如在线速下其包的转发率为：
(10000000/8)/(64+(8+12))=14880包/秒，
即对于一个1G端口，在全线速下包的转发率为1.488Mpps
5以太网的流控(802.3x)
5.1概念
由于发送方的速率太快，导致接收方处理不了时，用pause帧
即xoff/xon
强迫对方停止和继续开始传输。
Pause帧是一种符合IEEE802.3标准的以太网帧，其属于MAC控
制帧的一种，MAC控制帧的格式如图所示。
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目的MAC地址域，6字节，要求为01-80-C2-00-00-01(STP的地
址为01-80-C2-00-00-00);源MAC地址域，6字节，为本设备MAC地
址;以太网帧长度或类型域，要求为88-08，用于标明本帧的类型
为MAC控制帧;MAC控制操作码，2字节。Pause帧仅是MAC控制帧
的一种，对于Pause帧，其在MAC控制帧中的操作码为00-01;MAC
控制参数域，包含用于MAC控制相关的参数。对于Pause帧，此处
应填入要求对端设备暂停发送的时间长度，由两个字节(16位)来
表示该长度，每单位长度为物理层芯片发送512位数据的时间。所
以发送一次Pause帧，要求对端设备暂停发送的时间长度最长为：
65535×512/以太网传输速率;保留域。
5.2实例
5.2.1HPC存储IO网络环境说明:
A）红色为10G以太网连接
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B）存储节点为6个10G线路连接，并采用分布式文件系统
GPFS。
C）刀片交换机采用1G下行10G上行刀片交换机，途中绿色
部分。
D）每个节点采用14个刀片，本测试环境共5笼刀片，（整
个环境超过20笼刀片）
E）测试工具为iozone
F）刀片服务器系统为Linux系统，网卡为Broadcom千兆网卡
5.2.2现象描述（计量单位为bps）
A）刀片服务器采用直通模块，不采用刀片交换机
单节点存储读的性能为80M，当逐个增加刀片服务器时读
性能持续
增加
B）采用刀片交换机网络连接设备
单点的存储读的性能为40M左右，并且随着读客户端数
量的增加，
整体IO性能不会变化或者递增。
5.2.3分析
当进行读操作时，由于刀片交换机上行链路是万兆—连接存储
服务器，而刀片交换机内部端口是千兆--连接刀片存储客户端，造
成链路不匹配，使从服务器方向来的数据不能及时被客户端所读
取，由此造成刀片交换机端口拥塞，由此刀片交换机向存储服务器
发流控，服务器收到流控后暂停发数据----所有的客户端都得不到数
据，当不拥塞时传输又继续，接着又拥塞，又叫停。如此，传输时
断时续。一个刀片客户端叫停后，其它客户端也就无数据可读处于
“饥饿”状态，更为严重的是多个客户端会造成相互“感染”，使
问题更为严重。
5.2.4最后解决的方法
关闭刀片交换机连接GPFS服务器的上行万端口的flow
control。
与此相反，当客户端进行写操作时，是由千兆向万兆的方向进
行，所以不存在此问题。
半双工：用BackPressure
6MAC地址表
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6.1概念
二层设备交换机都有一个功能—地址学习功能，即通过学习转
发数据帧中的源MAC地址，生成一个端口与MAC地址的对应表，
称作MAC地址表(FDB表或CAM表)，之后的数据转发时，就会查
此表，如果数据帧的目的MAC在表中，那么就从所对应的端口中
转发，从而避免数据的广播(交换机对数据帧目的地址未在MAC表
中的处理机制是广播，即对所有的端口进行转发)。查看MAC地址
表的基本命令如下：
G8264#showmac-address-table
6.2MAC地址表分类
6.2.1动态和静态
6.2.1.1动态
交换机自动学习所生成的MAC地址表，叫动态MAC地址表或
表项；
6.2.1.2静态
MAC地址表或表项由手工配置所生成的，叫静态地址表或表
项；手工配置的命令如下：
a)静态单播：
b)静态组播
6.2.2单播和组播
MAC地址表一般所指的是单播的MAC地址表，同时交换机也
可以手工静态地配置组播MAC地址表，如果交换机启用了IGMP
Snooping后，那么交换机也会动态地生成组播MAC地址表。
单播与组播的MAC地址表的主要区别：在一台交换机的一个VLAN中，
一个单播MAC只能与一个端口相关联对应，而一个组播MAC地址可与多个端
口关联对应，因为组播地址代表的是一组主机。