Etherent帧的封装和发送过程

计算机网络课程设计实验一 帧封装实验目的： 编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧（题目）默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input1和input2）。 要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形式如下：EncapFramer inputfile outputfile，其中，inputfile为原始数据文件，outputfile为输出结果。 输出:对应input1和input2得结果分别为output1和output2。试验要求： 编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE 802.3格式的帧（题目）默认的输入文件为二进制原始数据（文件名分别为input1和input2）。 要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe，则命令行形式如下：EncapFramer inputfile outputfile，其中，inputfile为原始数据文件，outputfile为输出结果。输出:对应input1和input2得结果分别为output1和output2实验设计相关知识：帧：来源于串行线路上的通信。其中，发送者在发送数据的前后各添加特殊的字符，使它们成为一个帧。Ethernet从某种程度上可以被看作是机器之间的数据链路层连接。按802.3标准的帧结构如下表所示（802.3标准的Ethernet帧结构由7部分组成）802.3标准的帧结构前导码帧前定界符目的地址源地址长度字段数据字段校验字段7B1B(2/6B)(2/6B)(2B)(长度可变)(4B)其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，则应将数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。在校验字段中，使用的是CRC校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。循环冗余编码(CRC)是一种重要的线性分组码、编码和解码方法，具有简单、检错和纠错能力强等特点，在通信领域广泛地用于实现差错控制。CRC校验码的检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。利用CRC进行检错的过程可简单描述如下：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息的后边，构成一个新的二进制码序列(共k+r位)，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规则在差错控制理论中称为“生成多项式”。CRC的基本实现前导码帧前定界符目的地址源地址长度字段数据字段校验字段7B1B(2/6B)(2/6B)(2B)(长度可变)(4B)循环冗余校验码的特点：（1）CRC校验码可检测出所有单个错误。（2）CRC校验码可检测出所有奇数位错误。（3）CRC校验码可检测出所有双位的错误（4）CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。（5）CRC校验码可以的概率检测出长度为(K+1)位的突发错误实验分析： 填充帧头部字段 要完成一次帧封装的过程，首先要完成的就是帧头部的装入，这一过程只要将签到码、定界符、目的地址、源地址、长度字段的相应数值按顺序写入就可以了。其中，长度字段的值即为要发送的数据的实际长度。 填充数据字段在填充数据字段的过程中要注意的主要问题是数据字段的长度。802.3标准中规定了帧数据字段的最小长度为46B，最大长度为1500B。如果数据不足46B，则需要通过填充0来补足；若数据长度超过1500B，则的大奖超过部分封装入下一个帧进行发送。 CRC校验 帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字段。程序流程图：CRC计算流程图：程序源代码：#include#include#includevoid main(int argc,char*argv) /如果输入命令行不正确，则输出提示后退出。 if(argc!=3) coutendl请按以下格式输入：EncapFrame inputfile outputfileendl;/输出符号，程序的结束符 exit(0); /打开指定的输出文件，以二进制方式打开并可读可写，如文件存在，则清除其内容。 fstream file(argv2,ios:out|ios:in|ios:binary|ios:trunc,0); /打开或创建一个一个供写入的文件，打开供读取的文件 for(int i=0;i8); file.put(char(length&0xff);/将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。 file.write(data,length);/将data内容写入到输出文件中。 /如果输入文件长度不足B，则用补足B。 if(length46) for(int j=length;j46;j+) file.put(char(0x00); file.put(char(0x00);/将数据字段后添加个 file.seekg(8,ios:beg);/将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算 unsigned char ch;/ch用来保存读入的字符。 unsigned char crc=char(0x00);/余数初始值为。 while(1)/进行CRC计算 file.get(ch); if(ch=0xff)/判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。 break; for(i=0;i8;i+)/对入读入的字符的位分别处理。 if(0x80=(crc&(0x80)/当前余数最高位为，需要进行除法运算。 crc=(crc7);/将输入数据相应的值递补到余数末位。 crc=crc(0x07);/进行除法运算，即与除数的低位相异或。 else/当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。 crc=(crc7);/将输入数据相应位的值递补到余数末位。 ch=ch1;/读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。 file.clear();/文件清理 file.seekp(-1,ios:end);/将写指针移到输出文件的最后。 file.put(crc);/写入crc码。 file.close(); infile.close();/关闭输入文件和输出文件。 coutendl数据帧文件argv2 封装完成16?YNNN图2 主程序流程图开始启动线程A启动线程B结束五.详细设计1.设计中的重点及难点1）模拟冲突过程，在这个程序中不要使用任何线程同步机制。2）若程序中不能模拟出冲突，可以在某些地方加入延时。2.核心代码#include #include #include HANDLE hTread1, hTread2;/ 线程句柄DWORD dwThreadId1, dwThreadId2; / 线程ID号DWORD Bus = 0;/ 总线DWORD WINAPI ThreadProcA ( LPVOID lpParam )int i = 0;/发送成功次数int CollisionCounter = 11;/冲突计数器初始值为11double collisionWindow = 0.005;/冲突窗口值取0.005int randNum = rand()%3;/随机数Loop: if (Bus=0)/总线空闲Bus = Bus|dwThreadId1;/模拟发送包Sleep (12);if (Bus = dwThreadId1)/ 数据发送成功printf ( %d Send Successnn, dwThreadId1 );/发送成功Bus = 0;/内存清零CollisionCounter = 11;/复原冲突计数器Sleep (rand()%10);/随机延时i+;printf ( 主机a发送成功次数 %dnn, i);if (i0 )/随机延迟重发，延迟算法用截止二进制指数后退算法Sleep(unsigned long)(randNum * (int)pow(2,(CollisionCounter10)?10:CollisionCounter) * collisionWindow);goto Loop;elseprintf ( %ld Send Failurenn, dwThreadId1 );/重发次数超过16次，宣布发送失败else/总线忙goto Loop;/继续载波侦听return 0;DWORD WINAPI ThreadProcB ( LPVOID lpParam )/返回DWORD(32位数据)的API函数int j = 0;int CollisionCounter = 11;double collisionWindow = 0.005;int randNum = rand()%3;Loop: if (Bus=0)Sleep (2);Bus = Bus|dwThreadId2;Sleep (3);if (Bus = dwThreadId2)/ 数据发送成功printf ( %d Send Successnn, dwThreadId2 );Bus = 0;CollisionCounter = 11;Sleep (rand()%10);j+;printf ( 主机b发送成功次数 %dnn, j);if (j0 )Sleep(unsigned long)(randNum*(int)pow(2,(CollisionCounter10)?10:CollisionCounter)*collisionWindow);goto Loop;elseprintf ( %ld Send Failurenn, dwThreadId2 ); else goto Loop;return 0;int main ( int argc, char *argv )hTread1 = :CreateThread ( NULL, NULL, ThreadProcA, NULL, 0, &dwThreadId1 );/Wa