《网络测试技术与应用》课件网络测试与应用(第四部分-以太网协议测试)

帧格式以太帧是OSI参考模型数据链路层的封装，网络层的数据包被加上帧头和帧尾，构成可由数据链路层识别的数据帧。虽然帧头和帧尾所用的字节数是固定不变的，但根据被封装数据包大小的不同，以太网帧的长度也随之变化，变化的范围是64-1518字节（不包括8字节的前导字）。前导码：7个字节的10101010，产生固定频率的方波信号（如1000MHZ)，持续5~6微秒，收收发双方的时钟同步。帧首定界符：1个字节的10101011，标志着帧的开始。目的地址：接收端的MAC地址，6字节长；源地址：发送端的MAC地址，6字节长；类型:说明上层使用的协议，如IP(0800),IPX等。数据：被封装的数据包，46－1500字节长；PAD：填充位。由于以太网帧的长度不能小于64字节,除去以太帧头与尾（DA，SA，TYPE，FCS共18字节），还必须传输46字节的数据，当数据段的数据不足46字节时，后面补000000.....，这些填充的“0”即为PAD帧校验:采用32位的循环冗余校验法。校验内容包括除PA,SFD和FCS以外的其它字段。

MAC地址的分类广播地址：硬件地址为FF:FF:FF:FF:FF:FF，如果目的地址为广播地址意味着这个数据帧将会被发送到整个广播域的每一个节点。组播地址：为了指明一个多播地址，任何一个以太网地址的首字节必须是01,为了与IP多播相对应，相应的以太网地址范围是从01:00:5e:00:00:00到01:00:5e:7f:ff:ff，它代表局域网中同属一个多播组的所有节点。单播地址：一般情况下PC和网络设备默认的硬件地址都是单播地址，它在网络中标识着一个节点。交换机交换数据方式交换机转发方式，是指网络交换机在第二层上的查表工作，但当其决定的帧的转发目的端口，交换机会交由物理层对帧进行转发，这个转发的方式也即交换方式。目前交换机在传送源和目的端口的数据包时通常采用直通式交换、存储转发式和碎片隔离方式三种数据包交换方式。直通交换方式（Cut-through）采用直通交换方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于它只检查数据包的包头（通常只检查14个字节），不需要存储，所以切入方式具有延迟小，交换速度快的优点。所谓延迟（Latency）是指数据包进入一个网络设备到离开该设备所花的时间。它的缺点主要有三个方面：因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力；由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入／输出端口直接接通，而且容易丢包。如果要连到高速网络上，如提供快速以太网（100BASE－T）、FDDI或ATM连接，就不能简单地将输入／输出端口“接通”，因为输入／输出端口间有速度上的差异，必须提供缓存；当以太网交换机的端口增加时，交换矩阵变得越来越复杂，实现起来就越困难。存储转发方式（Store-and-Forward）

存储转发（StoreandForward）是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，以太网交换机的控制器先将输入端口到来的数据包缓存起来，先检查数据包是否正确，并过滤掉冲突包错误。确定包正确后，取出目的地址，通过查找表找到想要发送的输出端口地址，然后将该包发送出去。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，并且能支持不同速度的输入／输出端口间的交换，可有效地改善网络性能。它的另一优点就是这种交换方式支持不同速度端口间的转换，保持高速端口和低速端口间协同工作。实现的办法是将10Mbps低速包存储起来，再通过100Mbps速率转发到端口上。碎片隔离式（FragmentFree）

这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。它在转发前先检查数据包的长度是否够64个字节（512bit），如果小于64字节，说明是假包（或称残帧），则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢，但由于能够避免残帧的转发，所以被广泛应用于低档交换机中。使用这类交换技术的交换机一般是使用了一种特殊的缓存。这种缓存是一种先进先出的FIFO（FirstInFirstOut），比特从一端进入然后再以同样的顺序从另一端出来。当帧被接收时，它被保存在FIFO中。如果帧以小于512比特的长度结束，那么FIFO中的内容（残帧）就会被丢弃。因此，不存在普通直通转发交换机存在的残帧转发问题，是一个非常好的解决方案。数据包在转发之前将被缓存保存下来，从而确保碰撞碎片不通过网络传播，能够在很大程度上提高网络传输效率。交换机转发数据帧的规则从交换机的PORT1和VLANX收到数据帧后，先进行有效性检查和源MAC学习然后从此帧中提出目的MAC地址如目的MAC地址为广播地址,则将其转发到VLANX的全部端口如目的MAC地址为多播地址,默认处理将其转发到VLANX的全部端口（未启用IGMPsnooping的情况下）如目的MAC地址为单播地址,则查找MAC地址表中匹配VLANX+MAC的表项如找到相关项,则转发到对应端口（对于这类找到匹配项的单播帧，我们称其为已知单播帧，KnownUnicastFrame）如没有找到相关项,默认处理将其转发到VLANX的全部端口（对于这类没有找到匹配项的单播帧，我们称其为未知单播帧，UnknownUnicastFrame）对广播帧的转发机制对未知单播帧（UnknownUnicast）的转发机制对已知单播帧（KnownUnicast）的转发机制默认情况对多播帧（Multicast）的转发机制启用IGMPsnooping时对多播帧（Multicast）的转发机制交换机基本功能测试思路交换机是根据数据帧所封装的目的MAC转发的，所以可以依据以下思路设计功能测试的测试用例：目的MAC为广播地址及FF:FF:FF:FF:FF:FF时，交换机将把数据帧转发给同一VLAN的所有PC.目的MAC为单播帧时可以分为一下两部分测试：如果交换机的MAC表中没有相应的条目，就将会将帧转发给同一VLAN中的所有PC.如果交换机存在与数据帧MAC相对应的条目时，就会将帧转发到条目所对应的指定的接口.目的MAC为组播地址时又可以分为以下部分测试：