eth 以太网实验
文章来自于：https://github.com/xuanhao44/net-lab-2023
1 对结构和功能的概览
根据协议栈架构，eth_in() 就是收到从 IP 层发来的数据包，为它加上数据链路层的封装，然后送到物理层；eth_out() 就是收到从物理层发来的数据包，拆解其数据链路层的封装，然后送到 IP 层。
数据链路层的封装：去除报头和 FCS，剩余的部分是数据链路层的数据帧。
如图所示：
2 结合实验框架的实现
2.1 流程
2.1.1 eth_in()
- 判断数据长度，如果数据长度小于以太网头部长度，则认为数据包不完整，丢弃不处理；
- 调用
buf_remove_header()函数移除以太网包头； - 调用
net_in()函数向上层传递数据包。
2.1.2 eth_out()
- 判断数据长度，如果不足 46 则显式填充 0，填充可以调用
buf_add_padding()函数来实现； - 调用
buf_add_header()函数添加以太网包头ether_hdr_t； - 填写目的 MAC 地址、填写源 MAC 地址（本机的 MAC 地址）、填写协议类型
protocol； - 调用驱动层封装好的
driver_send()发送函数，将添加了以太网包头的数据帧发送到驱动层。
2.2 实现注意点
2.2.1 关于框架
- 移除 eth 报头，实验框架里给数据报结构
buf_t添加了便捷的工具函数：如buf_remove_header()函数，给出 buf 地址和要减少的长度，就能通过指针的移动改变数据报的大小。 net_if_mac
memcpy(hdr->src, net_if_mac, NET_MAC_LEN);这里大写的 NET_IF_MAC 不能用，要用小写的 net_if_mac。大写的是字面量，小写的是地址，memcpy() 要填地址。
2.2.2 关于 C 语言
memcpy()函数
怎么把 mac、protocol 填到 header 里去？使用 memcpy()，比如：
memcpy(mac, hdr->src, NET_MAC_LEN);需注意前两个参数是指针或地址。
- 注意野指针
看这段代码：
// 先把 mac(源 MAC 地址) 和 protocol 从首部中取出来
ether_hdr_t *hdr = (ether_hdr_t *)buf->data;
// （中间的代码省略）
// 调用 buf_remove_header() 函数移除以太网包头
buf_remove_header(buf, sizeof(ether_hdr_t));
// 调用 net_in() 函数向上层传递数据包
net_in(buf, hdr->protocol16, hdr->src);需要注意：在 buf_remove_header() 之后，hdr 指向的地址就不再有效，故不应该继续被使用。所以 net_in() 的参数是不对的。
2.2.3 大端小端问题
小端字节序：低字节存储于内存低地址，高字节存储于内存高地址。
大端字节序：高字节存储于内存低地址，低字节存储于内存高地址。
按照 TCP/IP 协议规定：网络字节序是大端字节序。但是，X86 平台上是以小端字节序存储。
所以，在发送之前我们需要将小端存储的字节序转换成大端存储的数值；而在接收时，也需要将大端序转成小端序存放的数值。
除此之外，也要注意对象：多字节数值。在这部分中只有 protocol 是 16 位的 2 字节数值，所以只有它需要转换。
protocol = swap16(hdr->protocol16);与之形成对比的就是 uint8_t 数组的 MAC 地址，数组这样连续存储的数据是不会被大小端影响的，同时 uint8_t 也只有一个字节，自然也和大小端没关系——大小端是以字节为单位进行翻转的。
我在一开始看到大小端的这个问题的时候，还以为整个数据包的数据都需要大小端转换，说明还不够理解大小端的概念。
3 实验结果和分析
结果如下：
eth_in:
eth_out:
3.1 eth_in() 的 in.pcap 分析
选取第一组分析：
（pcap 里没看到数据链路层的报头和 FCS，只有数据帧）
可以看到前面提到的 MAC 头部。
3.2 eth_out() 的 out.pcap 分析
可以看到，上层的数据只有 40 字节，故该数据包在传到数据链路层再发往物理层的时候添加了 6 字节的 padding，以达到最小的数据长度。
4 感想
在写实验的同时更深刻记住了一些计网知识。不好意思的说，我在没做实验之前对 MAC 地址只有一点模糊的“是物理地址”的概念，现在知道了更多的内容，比如现在说起 MAC，我会记得是 6 字节 48 比特的地址，典例如广播 MAC 地址 FF:FF:FF:FF。