以太帧封装与解析----感谢 网友 分享 载自 互联网.doc

计算机网络的第一次作业，得了90分。其实实际上就是字符串的处理，没有什么难的。一、帧的封装1、背景知识介绍当数据在以太网通信中传输时，被封装在帧中(见下图)。帧的组成部分都是预定义的。 第1部分为前同步信号， 5 6位长。前同步信号同步帧的传输，由交替的0和1构成。下一个域是 8位的帧首定界符(Start Frame De l i m i t e r，S F D )。帧首定界符的形式为1 0 1 0 1 0 11。在帧首定界 符之后，跟随着两个包含目标地址和源地址的地址域。根据I E E E 8 0 2 . 3标准，地址域或者是1 6 位，或者是4 8位。接下来就是指定帧长度的1 6位域。帧的数据部分在长度域之后。封装的数据的长度必须是8位的倍数，如果不是，就必须包含一个填充域。帧的最末部分是帧校验序列(Frame Check Se q u e n c e，FC S )域，3 2位长，允许使用循环冗余校验法(Cyclic Redundancy Ch e c k，C R C )进行错误检测。这个值是在封装时从帧的其他域中计算出来的，当目标结点接收到帧时会重新计算一次。如果重新计算的值与原来计算出来的值不同，就会产生错误，接收结点就要求帧重新传输。当重计算的值与原来的值完全匹配时， C R C比较算法产生结果0，不发出重新计算的要求。现在C R C算法已经被指定为I E E E标准。Ethernet II是一种以太网数据格式化方法，用于I n t e r n e t和其他现代网络中，与I E E E 8 0 2 . 3标准的差别很小，从而使得网络传输更有效。在EthernetII中，前同步信号为6 4位长，包含有起始分界符和帧开始定界符( S O F )。Ethernet II中的目标和源地址都是严格的4 8位(图2 - 1 2 )。Ethernet II使用1 6位类型域而不是长度域，该域用于高水平的网络通信。数据域无须p a d域来封装，长度界于5 7 6位和12 208位之间。域尺寸的最小值和最大值有利于提高改善包的冲突检测，并确保一个大型的包不会太长时间地占据网络。Ethernet II帧中的最后一个域是3 2位长的帧校验序列( F C S )域，按照8 0 2 . 3标准中的方法执行C R C.为避免网络通信问题，切勿于同一网络上在相同的通信结点中同时使用Ethernet II和8 0 2 . 3标准的帧。8 0 2 . 3标准和Ethernet II在长度(或类型域)与I E E E 8 0 2 . 2的数据链路层的L L C子层通信标准中指定的数据域之间有3个可选的域：目标地址服务访问点( D S A P )、源服务访问点( S S A P )和控制。这些域使得数据链路层可以管理帧并与O S I模型中的高层进行通信。D S A P和S S A P均为8位长。服务访问点( S A P )可使网络层确定目标结点的哪一个网络进程可以接收帧。而且它们也代表着诸如O S I、N o v e l l、N e t B I O S、T C P / I P、B PD U和I B M网络管理、X N S等通信进程。下面来举例说明。E 0是Novell SAP的1 6进制值，0 6是T C P / I P的S A P的1 6进制码。D S A P指定了接收帧的接收结点的服务访问点， S S A P则标识发送帧的发送结点的服务访问点。控制域的长度为8位或1 6位，用来识别帧的功能，比如它是否带有数据或报错信息。图1几种常见的局域网数据链路帧类型2、封装的实现2.1编程风格的约定变量的命名的约定：变量名的第一个字母都用该变量的类型的第一个字母，比如char 类型的变量定义为cName，int类型的变量命名为iName。对于指针类型的变量，则在上述的基础上加上“pointer”的第一个字母“p”，比如char * pcName。对于数组变量则变量名以“a”开头，比如int aiName,这样就可以不看定义知道是整型的数组变量。方便代码的阅读和理解。变量名都是与变量意义相关的单词组成，不写无意义的变量名和容易产生歧义的变量名。代码的缩进以4个空格为基本单位，这样可以使多层的嵌套容易理解，而且嵌套不超过3层，以减少代码的出错和整体的理解。2.2主要常量的定义#define DATA_MAX 1500 /*数据的最长长度*/#define DATA_MIN 46 /*数据的最短长度*/#define PREAMBLE_LEN 8 /*前导码长度*/#define DEST_LEN 6 /*目的地址长度*/#define SOURCE_LEN 6 /*源地址长度*/#define DATA_AREA_LEN 2 /*数据的实际长度*/#define FCS_LEN 4 /*帧校验字段的长度*/char cPreamble8=(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAA,(char)0xAB;/* 前导码的定义 */ char cDest6=(char)0xFF,(char)0xFF,(char)0xFF,(char)0xFF,(char)0xFF,(char)0xFF;/*目的地址的定义*/char cSource6=(char)0x00,(char)0x16,(char)0x76,(char)0xB4,(char)0xE4,(char)0x77; /*源地址的定义*/2.3函数的功能说明void framer()实现了具体的封装，主函数在封装帧时调用该接口。 void deFramer();实现了具体的帧的解析，主函数在解析帧时调用该接口。int GenerateCRC(char* DataBuf,unsigned long len); 根据所给的字符串，生成该字符串的校验码。void frameInDetail(char *pcFrame,char *pcData,long lDataLeft,int *pnDataAreaLen,int *pnFCS);实现了对一个帧的具体的封装，对于三种不同的帧，即数据长度小于46，大于1500和介于两者之间的数据长度进行不同的封装。2.4主函数的框架在程序执行时，需要用户输入两个参数，第一个参数用来标识是封装或者解析帧，第二个参数用来标识输入或者输出的文件名。所以需要对用户输入的参数进行判断，以用来处理异常情况。 if(argcDATA_MAX) lDataLeft=lDataLeft-DATA_MAX; else /*数据已经封装完毕，退出循环体*/ break; foutpcFrameendl;/*将数据帧的信息输出到文件中*/ cout帧封装完毕! DATA_MAX) nMASK= DATA_MAX; else nMASK = lDataLeft; /*计算当前数据帧的总长度*/nFrameLen=PREAMBLE_LEN+DEST_LEN+SOURCE_LEN+DATA_AREA_LEN+nMASK+FCS_LEN; pcFrame=(char *) malloc(nFrameLen); /*为帧分配空间*/memcpy(pcFrame,cPreamble,PREAMBLE_LEN); /*加入前导码*/ memcpy(pcFrame+PREAMBLE_LEN,cDest,DEST_LEN); /*加入目的地址*/*加入源地址*/memcpy(pcFrame+PREAMBLE_LEN+DEST_LEN,cSource,SOURCE_LEN); *pnDataAreaLen=nMASK&0xFFFF; /* 求得数据长度*/ memcpy(pcFrame+PREAMBLE_LEN+DEST_LEN+SOURCE_LEN,pnDataAreaLen,DATA_AREA_LEN); /*加入数据长度*/ memcpy(pcFrame+PREAMBLE_LEN+DEST_LEN+SOURCE_LEN+DATA_AREA_LEN,pcData,nMASK);/* 加入数据 */ if (lDataLeft=0) (void)checkCRC(chCurrByte,(int)pcDatanCont-1);return chCurrByte;二、帧的解析1、背景知识介绍Ethernet帧的解析，简单说就是列出帧的各字段的值。历史上以太网帧格式有五种: 1.Ethernet V1：这是最原始的一种格式，是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD以太网标准的封装格式，后来在1980年由DEC，Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准. 2.Ethernet V2(ARPA)：由DEC，Intel和Xerox在1982年公布其标准，主要更改了Ethernet V1的电气特性和物理接口，在帧格式上并无变化；Ethernet V2出现后迅速取代Ethernet V1成为以太网事实标准；Ethernet V2帧头结构为6bytes的源地址+6bytes的目标地址+2Bytes的协议类型字段+数据。 3.RAW 802.3：这是1983年Novell发布其划时代的Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式，该格式以当时尚未正式发布的802.3标准为基础；但是当两年以后IEEE正式发布802.3标准时情况发生了变化IEEE在802.3帧头中又加入了802.2 LLC(Logical Link Control)头，这使得Novell的RAW 802.3格式跟正式的IEEE 802.3标准互不兼容. 4.802.3/802.2 LLC：这是IEEE 正式的802.3标准，它由Ethernet V2发展而来。它将Ethernet V2帧头的协议类型字段替换为帧长度字段(取值为0000-05dc;十进制的1500)；并加入802.2 LLC头用以标志上层协议，LLC头中包含DSAP，SSAP以及Crontrol字段. 5.802.3/802.2 SNAP：这是IEEE为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准，与802.3/802.2 LLC一样802.3/802.2 SNAP也带有LLC头，但是扩展了LLC属性，新添加了一个2Bytes的协议类型域（同时将SAP的值置为AA），从而使其可以标识更多的上层协议类型；另外添加了一个3Bytes的OUI字段用于代表不同的组织，RFC 1042定义了IP报文在802.2网络中的封装方法和ARP协议在802.2 SANP中的实现.802.3以太网帧格式备注：前导码（7字节）、帧起始定界符（1字节）、目的MAC地址（6字节）、源MAC地址（6字节）、类型/长度（2字节）、数据（461500字节）、帧校验序列（4字节）MAC地址可以用26字节来表示，原则上是这样，实际都是6字节2、帧解析的实现2.1编程风格的约定编程风格与变量命名与帧的封装相同2.2主要常量的定义2.3函数的功能说明2.4解析函数void deFramer()实现的主要部分unsigned char aucPremode7; /前导码 unsigned char ucDelimiter; /定界符 unsigned char aucDest6; /目的地址 unsigned char aucSource6; /源地址 unsigned char ucLen2; /长度字符 unsigned char ucData1500; /数据字段 unsigned char ucFCS; /校验字段 ifstream fin; fin.open(acFileName, ios:in); /文件打开失败时退出 if (!(fin.is_open() cout Cant open file! endl; cout *请输入命令行，格式如下* endl *FrameParser inputfile * endl; return ; int sum = 1; /初始化序号为1 fin.seekg(0, ios:end); cout11endl; int fLen = fin.tellg(); /取得文件长度 int curLen = 0; /标记当前读取的文件长度 coutfLenendl; fin.seekg(0, ios:beg); /把文件指针定位在文件开头 int j; while (curLen fLen) fin.read(char *) aucPremode, 7); /读取前导码 fin.read(char *)(&ucDelimiter), 1); /读取定界符 fin.read(char *)aucDest, 6); /读取目的地址 fin.read(char *)aucSource, 6); /读取源地址 fin.read(char *)(&ucLen), 2); /读取长度 int highAddr = ucLen0&0xff; int lowAddr = ucLen1&0xff; int dataLength = highAddr*256 + lowAddr; /计算长度 /判断长度是否在461500范围内 if (dataLength 1500) cout ERROR endl; /长度大于1500退出 return; /end of if unsigned char* dataTemp = new unsigned chardataLength+14; /存放用于计算校验码的数据字段 cout 序号: sum endl; cout 前导码:; / 输出前导码 for ( j=0; j7; j+) cout hex (short) aucPremodej; /end of for cout endl 帧前定界符：; cout hex (short)ucDelimiter endl; /输出界定符 cout 目的地址：; /输出目的地址 for (j=0; j6; j+) dataTempj = aucDestj; /把目的地址存入 cout hex (short)aucDestj; /end of for cout endl 源地址：; /输出源地址 for (int j=0; j6; j+) dataTempj+6 = a