第 71章 Ethernet

    以太网（ether）是一种计算机局域网（lan）技术，它允许多个设备通过共享同一通信介质（例如电缆或无线网络）进行通信。以太网最初是由robert metcalfe和david boggs在1973年为xerox parc开发的，后来逐渐成为了计算机网络通信的通用标准。

    以太网的工作原理是利用一个共享的传输媒介，通过发送和接收数据包进行通信。数据包的传输遵循一定的协议，如以太网帧结构，以实现正确的数据传输。以太网的传输速率有多种，如10 mbps、100 mbps、1 gbps、10 gbps、40 gbps和100 gbps等。这些速率被称为以太网的速率，其中“mbps”表示“兆比特每秒”。

    以太网是当前互联网和局域网中最常用的技术之一，因为它具有较高的传输速率、相对较低的成本和广泛的兼容性。

    以太网的数据逻辑主要涉及数据链路层，包括以太网帧的结构、mac地址、类型/长度字段等。以下是以太网数据逻辑的主要组成部分：

    1 以太网帧结构：以太网帧是数据链路层上的数据单元，用于在网络中传输数据。一个典型的以太网帧包括：

    - 前导码（preamble）：用于同步发送和接收设备的时钟，通常由8字节的10101010序列组成。

    - 起始帧定界符（sfd，start frame delimiter）：表示一帧数据的开始，通常由1字节的10101011序列组成。

    - 目的mac地址：表示接收端的设备地址，长度为6字节。

    - 源mac地址：表示发送端的设备地址，长度为6字节。

    - 类型/长度字段：用于指示上层协议类型和以太网帧的数据长度，通常长度为2字节。

    - 数据负载：携带上层数据的有效负载，长度可变，最长为1500字节（称为以太网的最大传输单元，mtu）。

    - 帧校验序列（fcs，frame check sequence）：用于检测帧数据在传输过程中的错误，长度为4字节。

    2 mac地址：mac地址是一个唯一标识网络设备的地址，长度为48位（6字节）。mac地址通常采用十六进制表示，例如：00:1b:44:11:35:59。设备在发送数据帧时会将自己的mac地址作为源mac地址，将目标设备的mac地址作为目的mac地址。

    3 类型/长度字段：类型/长度字段用于指示帧数据所携带的上层协议类型。例如，ipv4对应的类型值为0x0800，ipv6对应的类型值为0x86dd。类型字段后是长度字段，用于指示数据负载的长度。

    假设我们有一个以太网局域网（lan），包含两个设备：计算机a和计算机b。它们通过交换机连接在一起。现在，我们将描述计算机a向计算机b发送数据的过程。

    1 计算机a将上层数据（如ip数据包）封装在一个以太网帧中。以太网帧包含了计算机a的mac地址作为源mac地址，交换机的mac地址作为目的mac地址，以及一个类型字段，指示封装的上层协议（如0x0800表示ipv4）。

    2 计算机a将帧发送到局域网。此时，交换机会接收到这个帧。交换机检查目的mac地址，发现它与自己的mac地址不匹配，因此会将帧转发给其他端口。

    3 交换机会监听其他端口，寻找与目的mac地址匹配的设备。当它发现计算机b的mac地址与目的mac地址匹配时，交换机将帧发送到与计算机b相连的端口。

    4 计算机b接收到帧后，会检查源mac地址和目标mac地址，确保帧是发给自己的。然后，计算机b会检查类型字段，了解封装的上层协议（如ipv4），并将其传递给相应的上层协议处理。

    5 如果计算机b需要回应数据给计算机a，它会按照相同的过程创建一个以太网帧并发送回去。交换机会再次根据目的mac地址将帧转发给正确的设备。

    总之，这个例子展示了以太网如何在一个简单的局域网中工作。通过使用mac地址、帧结构以及交换机的转发功能，以太网实现了设备之间的高效、可靠通信。

    使用python的`scapy`库，我们可以创建一个简单的以太网帧并解析它。`scapy`是一个强大的交互式数据包操作和伪造库，用于网络侦察和数据包注入。在这个例子中，我们将创建一个简单的以太网帧，其中包含一个ip数据包。

    首先，确保已经安装了`scapy`库。如果还没有安装，可以使用以下命令安装：

    ```bash

    pip install scapy

    ```

    接下来，使用以下python代码创建一个简单的以太网帧，其中包含一个ip数据包：

    ```python

    from scapyall import ether, ip

    创建一个ip数据包

    ip_packet = ip(src=&34;&34;, dst=&34;&34;)

    将ip数据包封装在一个以太网帧中

    ether_frame = ether(src=mac_src, dst=mac_dst, type=0x0800) / ip_packet

    显示以太网帧的完整内容

    print(ether_frameshow())

    ```

    在这个例子中，我们首先导入`scapy`库中的`ether`（以太网）和`ip`（ip）类。然后，我们创建一个ip数据包，其中源ip地址为``，目标ip地址为``。接着，我们将ip数据包封装在一个以太网帧中，其中源mac地址为`mac_src`，目标mac地址为`mac_dst`，类型字段为0x0800（表示ipv4协议）。最后，我们使用`show()`方法显示以太网帧的完整内容。

    注意：在实际操作中，你需要将`mac_src`和`mac_dst`替换为实际的mac地址。在这个简化的示例中，我们省略了这些地址。

    这个例子展示了如何使用`scapy`库创建一个简单的以太网帧，其中包含一个ip数据包。你可以根据自己的需求修改和扩展这个示例，以适应不同的网络协议和数据包类型。