以太网数据帧有哪些类型？

以太网数据帧（Ethernet Frame）是计算机网络中用于在局域网（LAN）中传输数据的基本单位。根据不同的标准和用途，以太网数据帧主要可以分为以下几种类型：

1. 以太网 II（Ethernet II）帧

这是最常见的以太网帧类型，也称为 DIX（Digital-Intel-Xerox）帧，它是TCP/IP协议族中使用的主要帧格式。目前市场上大多数工业以太网交换机默认采用以太网II帧进行数据传输。

帧结构

• 目的地址（6字节）： 目标设备的MAC地址
• 源地址（6字节）： 发送设备的MAC地址
• 类型（2字节）： 指定上层协议（如IPv4、IPv6、ARP等）
• 数据（46-1500字节）： 具体的上层协议数据
• FCS（4字节）： 帧校验序列，用于检测数据帧是否有错误

特点

• 以太网 II 帧的 类型字段（Type）用于指示上层协议，比如：
  • 0x0800 表示 IPv4
  • 0x0806 表示 ARP
  • 0x86DD 表示 IPv6
• 这种帧格式被广泛用于 TCP/IP网络，尤其是互联网通信。

2. IEEE 802.3 以太网帧

IEEE 802.3 是 IEEE 标准化的以太网帧格式，它与以太网 II 帧的主要区别在于，以太网 II 使用“类型字段”，而 802.3 使用“长度字段”。

帧结构

• 长度字段（2字节）： 表示数据字段的长度，取值范围 0~1500
• 数据（46-1500字节）： 具体的数据载荷
• FCS（4字节）： 用于错误检测

特点

• 802.3 帧格式的 长度字段最大值为 1500，而以太网 II 帧的 类型字段的数值范围一般大于 1500，因此可以区分这两种帧格式。
• 这种帧格式常用于 非 TCP/IP 网络，例如一些老旧的 Novell NetWare 网络。

3. IEEE 802.3 + 802.2（LLC）帧

由于 802.3 帧本身没有指定上层协议，因此 IEEE 引入了 802.2 逻辑链路控制（LLC） 头，以区分不同的上层协议。

帧结构

• DSAP（1字节）： 目标服务访问点（Destination SAP），用于指定接收端协议
• SSAP（1字节）： 源服务访问点（Source SAP），用于指定发送端协议
• 控制字段（1字节）： 指示帧类型（如信息帧、监督帧）

特点

• DSAP 和 SSAP 用于标识上层协议
• 主要用于 早期的 IBM SNA 和 NetWare 网络
• 现已较少使用

4. IEEE 802.3 + 802.2 + SNAP（Subnetwork Access Protocol）帧

为了解决 LLC 帧无法与 TCP/IP 兼容的问题，IEEE 进一步引入了 SNAP（子网访问协议），它增加了一个 协议类型字段，类似于以太网 II 的 Type 字段。

帧结构

• SNAP（5字节）：
  • 3字节 OUI（组织唯一标识符）： 指定厂商
  • 2字节协议类型（如 IPv4=0x0800）： 指定上层协议

特点

• 兼容 IEEE 802.3 和 以太网 II
• 用于某些特殊协议，如 AppleTalk、IPX/SPX
• 现已基本被以太网 II 取代

5. IEEE 802.1Q VLAN 帧

当以太网帧用于 VLAN（虚拟局域网）时，会插入 4字节的 VLAN 标记字段，即 IEEE 802.1Q 标准。

帧结构

• 802.1Q VLAN 标签（4字节）：
  • TPID（2字节）： VLAN 标记协议 ID，固定为 0x8100
  • TCI（2字节）：
    • PCP（3比特）： 优先级控制
    • DEI（1比特）： 丢弃指示
    • VID（12比特）： VLAN ID（1~4094）

特点

• 用于 VLAN之间的数据分离
• 适用于 企业网络、数据中心等

6. IEEE 802.1ad（QinQ）帧

QinQ（双标签 VLAN）用于 运营商级别的 VLAN 隧道，它在 标准 802.1Q 帧的基础上再添加一个外层 VLAN 标签。

帧结构

• 双 VLAN 标签（Outer Tag + Inner Tag）
• 用于跨运营商网络传输 VLAN

7. 以太网 Jumbo Frame（巨型帧）

标准以太网帧的最大长度是 1518字节（含FCS），Jumbo Frame 允许更大的帧大小（通常为 9000 字节），以提高大数据传输效率。

特点

• 减少CPU负担，提高吞吐量
• 适用于存储网络（SAN）、数据中心、高性能计算

总结