我們知道，對于IEEE 802網絡，其媒體訪問控制（MAC，Medium Access Control）子層是基于開放系統互連/基本參考模型（OSI/RM）的第二層數據鏈路層（DLL）的一個子層。不同的MAC協議，確定了IEEE 802網絡的不同的媒體訪問控制方法，從而構成成了IEEE 802網絡家族。其中，由IEEE 802.3標準規范了一種CSMA/CD的媒體訪問控制方法，即基于CSMA/CD技術的媒體訪問控制子層（MAC）協議，形成了以太局域網絡，成為了IEEE 802網絡家族的重要一員。基于CSMA/CD技術的MAC子層通過分組格式、載波檢測/碰撞檢測時序的對應、分組收發功能等與CSMA/CD方式非常相關的功能，執行數據鏈路中的數據轉發功能。下述重點介紹基于CSMA/CD技術的媒體訪問控制（MAC）子層協議中的MAC幀結構。

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一、MAC幀格式

1、幀格式構成

以太局域網的MAC幀結格式詳見下圖1-1-1，它包括了同步信號、MAC地址、類型/長度、MAC數據信息和報尾等部分，圖中也顯示了各部分的長度（字節數）；這些部分共由9個字段組成（詳見下圖1-1-2，下述將分別介紹）。在以太網中雖然多臺工作站在傳輸媒體上利用CSMA/CD方式進行存取，但為了識別此時連續的兩幀，兩幀必須要存在9.6μs以上的間隔，這稱為幀間隙。

圖 1-1-1：以太局域網的MAC幀格式（橫式）

圖 1-1-2：以太局域網的MAC幀格式（豎式）

2、位（比特）發送順序

MAC幀由前同步信號的開頭字節開始向媒體（如同軸電纜）上發送，然后各字節由最初最低有效位（LSB），到最后最高有效位（MSB）的發送。也就是說，十六進制的“D5”變為二進制的“1101 0101”后，在同軸電纜上需要按照1-0-1-0-1-0-1-1的順序發送。幀的發送順序詳見下圖1-2所示。（注意：作為IEEE802.5標準的令牌環及由ANSI進行標準化的FDDI中，規定以MSB為開始，LSB為最后的順序發送，這一點需要特別注意。）

圖 1-2：MAC幀的發送順序

二、前同步信號部分

8個字節的前同步信號部分如下圖2所示，它包括7個字節的前導碼字段和1個字節的幀首定界符（SFD）字段。前同步信號具有兩個作用，一個是用于時鐘恢復的PLL（鎖相環，Phase Lock Loop）鎖定，另一個是用于識別幀的來源即源端。以太局域網在媒體（如同軸電纜）上連接著多臺工作站，在沒有任何一臺工作站發送幀時，同軸電纜上不存在信號。一旦有工作站開始發送幀，則同軸電纜上就會出現信號。由于每臺工作站都是按照自己的時鐘運作的，所以所發送的曼徹斯特編碼需要與各個發送工作站的時鐘同步。一般地，在以太局域網上的工作站自行判斷電纜上各幀的報頭中是否包含自己的地址，所以對于各個工作站，一旦出現幀，需要提取幀的報頭。提取報頭需要在各幀的曼徹斯特編碼上鎖定PLL，所以一出現幀就需要鎖定PLL。鎖定PLL多少需要一些時間。前同步信號應用于在所接收到的曼徹斯特編碼鎖定PLL，因而PLL必須被設計為在傳輸前同步信號之時完成鎖定。前同步信號最后的字節稱為SFD（幀首定界符），它以“10101011”的模式，表示緊接著的字段為目的端地址，并表示幀的開始。

圖2：前同步信號

實際上前同步信號不是MAC的功能，而是物理層的功能，物理層的稱為PLS（Physical Layer Signaling，物理層信令子層）的功能將進行時鐘恢復。PLS在由MAC層添加地址字段之后的以太網幀中添加前同步信號，傳輸到同軸電纜上。而且PLS從所接收到的信號流的前同步信號部分提取時鐘，將地址字段以后的幀送往MAC。

三、MAC地址部分

MAC地址用來標識源MAC實體和目的MAC實體，即欲通信的兩個工作站。因此，MAC地址包括目的端地址與源端地址兩個字段，分別由6個字節（即48位）構成，具體詳見下圖3。源端地址中添加了發送幀的工作站的地址，目的端地址中添加了幀所要到達的工作站的地址。地址位組的第1個比特為單/組（I/G）比特，緊接著的第2比特為全局/本地（U/L）比特，這兩個比特的含義詳見下表3-1所描述。

圖 3：MAC地址示意圖

表 3-1：I/G比特與U/L比特的含義

如圖3所示，全局管理地址是由3字節的制造商標識及3字節的設備標識構成。制造安裝了以太網接口的計算機、路由器以及測試儀等的制造商向IEEE申請得到制造商地址，然后在接著的下3個字節中給每臺設備分配不同的地址，安裝到設備中。表3-2是IEEE已分配給制造商的制造商標識中的示例，表3-3是全局管理的全局地址示例。

表 3-2：部分制造商標識示例

表 3-3：全局地址示例

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以太局域網的系統擁有全世界惟一地址，這就意味著當購買了某一臺安裝了以太網的設備時，即使將該設備攜帶到世界的任一地方，其地址也沒有必要更改。該地址充分考慮到了在目前的使用中的廣泛的可分配性，該地址除了I/G、U/L比特以外還有46比特，以全世界的人口進行分配，每個人可以使用一萬個地址。

前已經說明，在以太局域網的情況下，向網絡上發送數據的轉發順序是從LSB開始傳輸，地址字段也理所當然遵從該數據轉發順序。而在令牌環及FDDI的情況下，數據轉發順序則首先從MSB開始發送，但對于地址字段，則是從LSB開始發送的，這一點需要特別注意。換一種說法，就是所有的IEEE 802/FDDI的局域網，都是從I/G比特開始傳輸的。

四、類型/長度字段

這兩個八位位組（2字節）字段采用兩個含義之一，依賴于其數字值。對于數字評價，第1個八位位組是該字段的最高有效八位位組（MSB）。兩個字段的解釋詳見下表4-0，關鍵是該字段的長度解釋和類型解釋是互斥的。

表 4-0：長度解釋和類型解釋

1、類型字段

對于類型子段早期是指由施樂、DEC及英特爾三家公司所制定的以太網標準中的類型（Ethertypes），該類型字段只存在于最初的以太局域網標準中，它表示以太網的上層協議，具體示例如下表4-1所示，類型字段的分配是由IEEE注冊機構管理的。各個工作站的分組處理軟件見到該字段信息，將會把分組傳遞給必要的協議軟件進行處理。現在幾乎所有的網絡都利用TCP/IP，其類型使用“0800”編碼。

表4-1：協議類型示例及編碼（十六進制）

2、長度字段

事實上，在IEEE 802.3標準中，利用長度字段代替了類型字段。2字節長度字段中添加了數據字段的字節數。當利用IEEE 802.3標準的幀時，MAC層的上層必須安裝LLC（Logical Link Control，邏輯鏈路控制，由IEEE 802.2規范）子層，在這種情況下，前述的類型字段部分被安裝在LLC上。

五、數據字段與PAD字段

1、數據字段

數據字段即工作站所要傳輸的信息數據的內容，其字段最小為46字節，最大為1500字節。數據字段最小46字節是為碰撞檢測所確定的。數據字段的最小值的確定是為了滿足實現碰撞檢測功能；其最大值是由最大幀長度和特定實現的地址長度參數來確定的。其最大值也與傳輸通道的差錯特性有關。在以太網中對每一幀進行校驗，然后丟棄分組含錯誤數據的幀，所以即使包含1比特的錯誤，整個幀也會被丟棄。一般地，在比特出錯率較高的線路上，需要縮短幀的長度。在以太網中規定同軸電纜的比特出錯率要低于10^-8。由于1500字節為12 000比特，所以當比特出錯率為10^-8時，大約每10 000幀中可能會有一幀被丟棄。

2、PAD字段

PAD字段是數據字段的填充字段。為了正確的 CSMA/CD協議操作而要求一個最小幀長度，如果必要，數字段可通過添加額外的并以八位位組為單位的位（即填充）來擴充，這種擴充是添加在該數據字段之后，但在經計算并添加的 FCS之前。如果有填充，其長度由 MAC客戶供給的數據字段長度、最小幀長度以及特定現實的地址長度參數來確定。

六、報尾部分

1、幀校驗序列（FCS）字段

4字節的幀校驗序列（FCS）字段，在以太網中也利用CRC（循環冗余碼校驗）作為校驗功能，它使用32比特的CRC，其生成多項式由下式生成：

G（x）= x ³²+ x ²⁶+x ²³+x ²²+x ¹⁶+x ¹²+x ¹¹+x ^l0+x ⁸+ x ⁷+ x ⁵+ x ⁴+ x ² + x + 1

該值是作為源地址、目的地址、長度、LLC數據和填充（即除了前導碼、SFD、FCS和擴充之外的所有字段）的內容的函數來進行計算而得到的。由于是32次的生成多項式，所以可以校驗到32比特所有的錯誤，而且不能校驗出33比特的碎發性錯誤的概率為2^-31，34比特以上的碎發性錯誤不能校驗的概率為2^-32。

2、擴展字段

擴展字段緊跟在 FCS字段后面，并且由擴展位序列組成,，可迅速地區分開擴充位和數據位。該字段的長度在0至（slot Time-min Frame Size）位的范圍內，包括0位和（slot Time-min Frame Size）位。Slot Time-min Frame Size在802.3標準中規定。擴展字段的內容不包括在 FCS計算內。

欲進一步了解802.3標準的國內標準GB/T 15629.3中MAC幀結構規定的請接入。