蘭州理工大學(xué)以太網(wǎng)幀的封裝與成幀設(shè)計解析-2023修改整理

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實踐教學(xué)

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蘭州理工高校

計算機與通信學(xué)院

2022年秋季學(xué)期

計算機通信課程設(shè)計

題目：以太網(wǎng)幀的封裝與成幀設(shè)計

專業(yè)班級：

姓名：

學(xué)號：

指導(dǎo)老師：王慧琴

成果：

本次課程設(shè)計應(yīng)用了計算機通信技術(shù)中有關(guān)于以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)的學(xué)問，應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈路層的相關(guān)學(xué)問，通過對幀中固定的前導(dǎo)碼，源地址，目的地址等寫入，在處理數(shù)據(jù)字段之后與其一起舉行封裝，構(gòu)造成一個詳細(xì)的幀。在VC6.0中采納與封裝與解析數(shù)據(jù)包相關(guān)的代碼編寫“工程”，其中利用windsock庫函數(shù)舉行封裝與解析命令。

關(guān)鍵字：裝封;成幀;以太網(wǎng);計算機通信

前言(1)

一、基本原理(2)

1、以太網(wǎng)工作原理(2)

2、以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)(3)

二、需求分析(6)

三、系統(tǒng)分析(7)

1、主流程(7)

2、封裝幀(8)

3、解析幀(14)

四、分析結(jié)果(22)

五、心得體味(23)

六、

計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)互相滲透、密切結(jié)合而形成的一門交錯學(xué)科。計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用可以大大縮短人與人交往的時光和空間的距離，更進(jìn)一步擴大了人類社會群體之間互相與配合范圍，因此人們一定會很快接受在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的工作方式，同時計算機網(wǎng)絡(luò)也會對社會的長進(jìn)產(chǎn)生不行估計的作用。計算機網(wǎng)絡(luò)正在轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞?，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)展已成為影響一個國家與地區(qū)政治、經(jīng)濟、科學(xué)與文化進(jìn)展的重要因素之一。

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采納的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在局域網(wǎng)(LAN)中采納的電纜類型和信號處理辦法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10-100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜10BaseT以太網(wǎng)因為其低成本、高牢靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。許多創(chuàng)造商提供的產(chǎn)品都能采納通用的軟件協(xié)議舉行通信，開放性最好。目前LAN接入方式就是俗稱的“以太網(wǎng)”，帶寬也達(dá)不到10-100Mbps，不過是2-4Mbps，比ADSL接入稍好一點。

一、基本原理

1、以太網(wǎng)工作原理

以太網(wǎng)采納分享信道的辦法，即多臺主機共用一個信道舉行數(shù)據(jù)傳輸。為了解決多個計算機的信道征用問題，以太網(wǎng)采納IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路拜訪/矛盾檢測）協(xié)議，它是控制多個用戶共用一條信道的協(xié)議，CSMA/CD的工作原理如下：

（1）載波監(jiān)聽（先聽后發(fā)）

使用CSMA/CD協(xié)議時，總線上各個節(jié)點都在監(jiān)聽總線，即檢測總線上是否有別的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。假如發(fā)覺總線是空閑的，既沒有檢測到有信號正在傳送，即可立刻發(fā)送數(shù)據(jù)；假如監(jiān)聽到總線忙，即檢測到總線上有數(shù)據(jù)正在傳送，這季節(jié)點要持續(xù)等待直到監(jiān)聽到總線空閑時才干將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，或等待一個隨機時光，再從新監(jiān)聽總線，向來到總線空閑再發(fā)送數(shù)據(jù)。載波監(jiān)聽也稱作先聽后發(fā)。

（2）矛盾檢測

當(dāng)兩個或兩個以上的節(jié)點同時監(jiān)聽到總線空閑，開頭發(fā)送數(shù)據(jù)時，就會發(fā)生碰撞矛盾；傳輸延遲可能會使第一個節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)還沒有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點時，另一個要發(fā)送的數(shù)據(jù)的節(jié)點就已經(jīng)監(jiān)聽到總線空閑，并開頭發(fā)送數(shù)據(jù)，這也會帶至矛盾的產(chǎn)生。當(dāng)兩個幀發(fā)生矛盾時，兩個傳輸?shù)膸蜁黄茐?，被損壞幀繼續(xù)傳輸毫無意義，而且信道無法被其他站點使用，對于有限的信道來講，這是很大的鋪張。假如每個發(fā)送節(jié)點邊發(fā)送邊監(jiān)聽，并在監(jiān)聽到矛盾之后立刻停止發(fā)送，就可以提高信道的利用率，當(dāng)節(jié)點檢測到縱向上發(fā)生矛盾時，就立刻取消傳輸數(shù)據(jù)，隨后發(fā)送一個短的干擾信號，一個較強矛盾信號，告知網(wǎng)絡(luò)上的全部的節(jié)點，總線已經(jīng)發(fā)生了矛盾。在堵塞信號發(fā)生后，等待一個隨機大事，然后再將要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送一次。假如還有矛盾，則重復(fù)監(jiān)聽、等待和重傳操作。

CSMA/CD采納用戶拜訪總線時光不確定的隨機競爭方式，有結(jié)構(gòu)容易、輕負(fù)載時時延小等特點，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載增大時，因為矛盾增多，網(wǎng)絡(luò)吞吐率下降、傳輸延時增長，網(wǎng)絡(luò)性能會顯然下降。

從以上可看出以太網(wǎng)的工作方式就像沒有支持人的座談會中，全部的參會者都通過一個共同的介質(zhì)來相互交談。每個參與會議的人在講話前，都禮貌的等到別人把話講完。假如兩個客人同時開頭講話，那么他們都停下來，分離隨機等待

一段時光再開頭講話，這是假如兩個客人等待的時光不同，矛盾就不會浮現(xiàn)，假如講話沖過了一次以上，將采納退避指數(shù)加強等待的時光。

2、以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

幀格式

EthernetII幀格式：

|前序|目的地址|源地址|類型|數(shù)據(jù)|FCS||8byte|6byte|6byte|2byte|46~1500byte|4byte|

IEEE802.3普通幀格式

|前序|幀起始定界符|目的地址|源地址|長度|數(shù)據(jù)|FCS|

|7byte|1byte|2/6byte|2/6byte|2byte|46~1500byte|4byte|EthernetII和IEEE802.3的幀格式比較類似，主要的不同點在于前者定義的2字節(jié)的類型，而后者定義的是2字節(jié)的長度；所幸的是，后者定義的有效長度值與前者定義的有效類型值無一相同，這樣就簡單區(qū)別兩種幀格式了。

1）前序字段

前序字段由8個（EthernetII）或7個（IEEE802.3）字節(jié)的交替浮現(xiàn)的1和0組成，設(shè)置該字段的目的是指示幀的開頭并便于網(wǎng)絡(luò)中的全部接收器均能與到達(dá)幀同步，另外，該字段本身（在EthernetII中）或與幀起始定界符一起（在IEEE802.3中）能保證各幀之間用于錯誤檢測和恢復(fù)操作的時光間隔不小于9.6毫秒。

2）幀起始定界符字段

該字段僅在IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中有效，它可以被看作前序字段的連續(xù)。實際上，該字段的組成方式繼續(xù)使用前序字段中的格式，這個一個字節(jié)的字段的前6個比特位置由交替浮現(xiàn)的1和0構(gòu)成。該字段的最后兩個比特位置是11，這兩位中斷了同步模式并提示接收后面尾隨的是幀數(shù)據(jù)。

當(dāng)控制器將接收幀送入其緩沖器時，前序字段和幀起始定界符字段均被去除。類

似地當(dāng)控制器發(fā)送幀時，它將這兩個字段（假如傳輸?shù)氖荌EEE802.3幀）或一個

前序字段（假如傳輸?shù)氖钦嬲囊蕴W(wǎng)幀）作為前綴加入幀中。

3）目的地址字段

目的地址字段確定幀的接收者。兩個字節(jié)的源地址和目的地址可用于IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)，而6個字節(jié)的源地址和目的地址字段既可用于EthernetII網(wǎng)絡(luò)又可用于IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)。用戶可以挑選兩字節(jié)或六字節(jié)的目的地址字段，但對IEEE802.3設(shè)備來說，局域網(wǎng)中的全部工作站必需使用同樣的地址結(jié)構(gòu)。目前，幾乎全部的802.3網(wǎng)絡(luò)使用6字節(jié)尋址，幀結(jié)構(gòu)中包含兩字節(jié)字段選項主要是用于使用16比專門址字段的早期的局域網(wǎng)。

4）源地址字段

源地址字段標(biāo)識發(fā)送幀的工作站。和目前地址字段類似，源地址字段的長度可以是兩個或六個字節(jié)。惟獨IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)支持兩字節(jié)源地址并要求使用的目的地址。EthernetII和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)均支持六個字節(jié)的源地址字段。當(dāng)使用六個字節(jié)的源地址字段時，前三個字節(jié)表示由IEEE分配給廠商的地址，將燒錄在每一塊網(wǎng)絡(luò)接口卡的ROM中。而創(chuàng)造商通常為其每一網(wǎng)絡(luò)接口卡分配后字節(jié)。5）類型字段

兩字節(jié)的類型字段僅用于EthernetII幀。該字段用于標(biāo)識數(shù)據(jù)字段中包含的高層協(xié)議，也就是說，該字段告知接收設(shè)備如何解釋數(shù)據(jù)字段。在以太網(wǎng)中，多種協(xié)議可以在局域網(wǎng)中同時共存，例如：類型字段取值為十六進(jìn)制0800的幀將被識別為IP協(xié)議幀，而類型字段取值為十六進(jìn)制8137的幀將被識別為IPX和SPX傳輸協(xié)議幀。因此，在EthernetII的類型字段中設(shè)置相應(yīng)的十六進(jìn)制值提供了在局域網(wǎng)中支持多協(xié)議傳輸?shù)臋C制。

6）長度字段

用于IEEE802.3的兩字節(jié)長度字段定義了數(shù)據(jù)字段包含的字節(jié)數(shù)。不論是在EthernetII還是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中，先前序到FCS字段的幀長度最小必需是64字節(jié)。最小幀長度保證有足夠的傳輸時光用于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口卡精確地檢測矛盾?；谧钚L為64字節(jié)和使用六字節(jié)地址字段的要求，意味著每個數(shù)

據(jù)字段的最小長度為46字節(jié)。

7）數(shù)據(jù)字段

如前所述，數(shù)據(jù)字段的最小長度必需為46字節(jié)以保證幀長至少為64字節(jié)，這意味著傳輸一字節(jié)信息也必需使用46字節(jié)的數(shù)據(jù)字段：假如填入該該字段的信息少于46字節(jié)，該字段的其余部分也必需舉行填充。數(shù)據(jù)字段的最大長度為1500字節(jié)。

8）校驗序列字段

既可用于EthernetII又可用于IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀校驗序列字段提供了一種錯誤檢測機制，每一個發(fā)送器均計算一個包括了地址字段、類型/長度字段和數(shù)據(jù)字段的循環(huán)冗余校驗（CRC）碼。發(fā)送器于是將計算出的CRC填入四字節(jié)的FCS字段。

二、需求分析

依據(jù)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包格式，將前導(dǎo)碼，目的地址，源地址與數(shù)據(jù)字段舉行填充，對填充的數(shù)據(jù)字段的長度舉行推斷校驗，若數(shù)據(jù)過長則封裝成不同的幀舉行發(fā)送并解析。編寫出程序封裝數(shù)據(jù)包與解析數(shù)據(jù)包，并將解析后各包的頭部與數(shù)據(jù)字段寫入輸入文件。數(shù)據(jù)字段的值從封裝的文件中獵取。

三、系統(tǒng)分析

運行環(huán)境

平臺：WindowsXP

環(huán)境：VC6.0

運行方式

a.點桌面的“開頭”菜單->“運行”->鍵入“cmd”->進(jìn)入控制臺界面；

b.進(jìn)入可執(zhí)行程序所在文件夾并顯示；

運行界面

1、主流程

●協(xié)助命令“EthernetFrame/h”

●解析命令“EthernetFrame/u數(shù)據(jù)文件名”

●封裝命令“EthernetFrame/e數(shù)據(jù)文件名”

2、封裝幀

執(zhí)行“EthernetFrame-einput”命令，在相應(yīng)位置輸入兩次相同的信息，回車并結(jié)束輸入，以實現(xiàn)以太網(wǎng)幀的封裝。在舉行封裝命令之前，首先要將幀結(jié)構(gòu)中的前導(dǎo)碼，幀前定界符，目的地址，源地址等四項內(nèi)容填充，輸入數(shù)據(jù)字段，并對數(shù)據(jù)舉行校驗，若數(shù)據(jù)字段過長則需將其封裝成不同的幀舉行發(fā)送，第一個幀被發(fā)送之后再發(fā)送其次個幀。若少于46B的數(shù)據(jù)則要在后面填充“0”，發(fā)送封裝幀后對總線的空閑狀態(tài)要舉行推斷，惟獨在總線空閑時才可將其發(fā)送寫入文件，接收并解析。

封裝命令流程圖

//Encap.cpp封裝幀類的實現(xiàn)代碼

#include

#include

#include

#include"Encap.h"

#include"CRC8.h"

usingnamespacestd;

/************************************************************************/

/*功能：完成前導(dǎo)碼到源地址的四項封裝

/*輸入?yún)?shù)：fstream對象

/************************************************************************/

voidEncap::HeaderEncap(fstream//將讀指針移到文件末尾

for(inti=0;i<7;i++)//寫入B的前導(dǎo)碼和B的幀前定界符file.put((char)0xaa);

file.put((char)0xab);

file.write(destination,6);//寫入目的地址

file.write(source,6);//寫入源地址

}

/*************