Ethernet帧结构解析.docx
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Ethernet帧结构解析
实验一Ethernet帧结构解析
一．需求分析
实验目的：
（1）掌握Ethernet帧各个字段的含义与帧接收过程；
（2）掌握Ethernet帧解析软件设计与编程方法；
（3）掌握Ethernet帧CRC校验算法原理与软件实现方法。
实验任务：
（1）捕捉任何主机发出的Ethernet802.3格式的帧和DIXEthernetV2（即EthernetII）格式的帧并进行分析。
（2）捕捉并分析局域网上的所有ethernetbroadcast帧进行分析。
（3）捕捉局域网上的所有ethernetmulticast帧进行分析。
实验环境：
安装好Windows2000Server操作系统+Ethereal的计算机
实验时间;2节课
二．概要设计
1.原理概述：
以太网这个术语通常是指由DEC，Intel和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准，它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术，它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法。
几年后，IEEE802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络；此三种帧的通用部分由802.2标准来定义，也就是我们熟悉的802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。
以太网帧是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）。
帧格式EthernetII和IEEE802.3的帧格式分别如下。
EthernetrII帧格式：
----------------------------------------------------------------------------------------------
|前序|目的地址|源地址|类型|数据
|FCS|
----------------------------------------------------------------------------------------------
|8byte|6byte|6byte|2byte|46~1500byte|4byte|
IEEE802.3一般帧格式
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------|前序|帧起始定界符|目的地址|源地址|长度|数据|FCS|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------|7byte|1byte|2/6byte|2/6byte|2byte|46~1500byte|4byte|EthernetII和IEEE802.3的帧格式比较类似，主要的不同点在于前者定义的2字节的类型，而后者定义的是2字节的长度；所幸的是，后者定义的有效长度值与前者定义的有效类型值无一相同，这样就容易区分两种帧格式
2程序流程图：
三．详细设计：
1.CRC校验部分设计：
为了对以太网帧的对错进行检验，需要设计CRC校验部分。
采用以为相与的方式对帧的首部相继作8位CRC校验
输入参数：
chCurrByte低8位数据有效，记录了上一次CRC校验的余数
chNextByte低8位数据有效，记录了本次要继续校验的一个字节
传出参数：
chCurrByte低8位数据有效，记录了本次CRC校验的余数
voidcheckCRC（int&chCurrByte,intchNextByte）
{
//CRC循环：
每次调用进行8次循环，处理一个字节的数据。
for（intnMask=0x80;nMask>0;nMask>>=1）
{
if（（chCurrByte&0x80）!
=0）//首位为1：
移位，并进行异或运算
{
chCurrByte<<=1;//移一位
if（（chNextByte&nMask）!
=0）//补一位
{
chCurrByte|=1;
}
chCurrByte^=7;//首位已经移出，仅对低8位进行异或运算，7的二进制为0000,0111
}
else//首位为0，只移位，不进行异或运算
{
chCurrByte<<=1;//移一位
if（（chNextByte&nMask）!
=0）//补一位
{
chCurrByte|=1;
}
}
}
}
2.部分变量的声明：
intnSN=1;//帧序号
intnCheck=0;//校验码
intnCurrDataOffset=22;//帧头偏移量
intnCurrDataLength=0;//数据字段长度
boolbParseCont=true;//是否继续对输入文件进行解析
intn=0;//输入文件的长度
3.计算数据段的长度：
nCurrDataLength=
bParseCont?
//是否到达文件末尾
（（）-8-1-nCurrDataOffset）:
//没到文件末尾：
下一帧头位置-前导码和定界符长度-CRC校验码长度-数据字段起始位置
（（）-1-nCurrDataOffset）;//已到达文件末尾：
文件末尾位置-CRC校验码长度-数据字段起始位置
4.主函数的设计：
voidmain（intargc,char*argv[]）
{
//检测命令行参数的正确性
if（argc!
=2）
{
cout<<"请以帧封装包文件为参数重新执行程序"<exit（0）;
}
//检测输入文件是否存在，并可以按所需的权限和方式打开
ifstream[1],ios:
:
in|ios:
:
binary|ios:
:
nocreate）;
if（!
（））
{
cout<<"无法打开帧封装包文件，请检查文件是否存在并且未损坏"<exit（0）;
}
//变量声明及初始化
intnSN=1;//帧序号
intnCheck=0;//校验码
intnCurrDataOffset=22;//帧头偏移量
intnCurrDataLength=0;//数据字段长度
boolbParseCont=true;//是否继续对输入文件进行解析
intn=0;//输入文件的长度
//计算输入文件的长度
（0,ios:
:
end）;//把文件指针移到文件的末尾
n=（）;//取得输入文件的长度
（0,ios:
:
beg）;//文件指针位置初始化
cout.fill（'0'）;//显示初始化
cout.setf（ios:
:
uppercase）;//以大写字母输出
//定位到输入文件中的第一个有效帧
//从文件头开始，找到第一个连续的“AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-AB”
while（true）
{
for（intj=0;j<7;j++）//找7个连续的0xaa
{
if（（）>=n）//安全性检测
{
cout<<"没有找到合法的帧"<（）;
exit（0）;
}
//看当前字符是不是0xaa，如果不是，则重新寻找7个连续的0xaa
if（（）!
=0xaa）
{
j=-1;
}
}
if（（）>=n）//安全性检测
{
cout<<"没有找到合法的帧"<（）;
exit（0）;
}
if（（）==0xab）//判断7个连续的0xaa之后是否为0xab
{
break;
}
}
//将数据字段偏移量定位在上述二进制串之后14字节处，并准备进入解析阶段
nCurrDataOffset=（）+14;
（-8,ios:
:
cur）;
//主控循环
while（bParseCont）//当仍然可以继续解析输入文件时,继续解析
{
//检测剩余文件是否可能包含完整帧头
if（（）+14>n）
{
cout<（）;
exit（0）;
}
intc;//读入字节
inti=0;//循环控制变量
intEtherType=0;//由帧中读出的类型字段
boolbAccept=true;//是否接受该帧
//输出帧的序号
cout<\t\t"<//输出前导码，只输出，不校验
cout<\t";
for（i=0;i<7;i++）//输出格式为：
AAAAAAAAAAAAAA
{
cout.width
（2）;
cout<}
//输出帧前定界符，只输出，不校验
cout<\t";
cout.width
（2）;//输出格式为：
AB
cout<//输出目的地址，并校验
cout<\t";
for（i=0;i<6;i++）//输出格式为：
xx-xx-xx-xx-xx-xx
{
c=（）;
cout.width
（2）;
cout<"":
"-"）;
if（i==0）//第一个字节，作为“余数”等待下一个bit
{
nCheck=c;
}
else//开始校验
{
checkCRC（nCheck,c）;
}
}
//输出源地址，并校验
cout<\t";
for（i=0;i<6;i++）//输出格式为：
xx-xx-xx-xx-xx-xx
{
c=（）;
cout.width
（2）;
cout<"":
"-"）;
checkCRC（nCheck,c）;//继续校验
}
//输出类型字段，并校验
cout<\t";
cout.width
（2）;
//输出类型字段的高8位
c=（）;
cout<checkCRC（nCheck,c）;//CRC校验
EtherType=c;
//输出类型字段的低8位
c=（）;
cout.width
（2）;
cout<checkCRC（nCheck,c）;//CRC校验
EtherType<<=8;//转换成主机格式
EtherType|=c;
//定位下一个帧，以确定当前帧的结束位置
while（bParseCont）
{
for（inti=0;i<7;i++）//找下一个连续的7个0xaa
{
if（（）>=n）//到文件末尾，退出循环
{
bParseCont=false;
break;
}
//看当前字符是不是0xaa，如果不是，则重新寻找7个连续的0xaa
if（（）!
=0xaa）
{
i=-1;
}
}
//如果直到文件结束仍没找到上述比特串，将终止主控循环的标记bParseCont置为true
bParseCont=bParseCont&&（（）//判断7个连续的0xaa之后是否为0xab
if（bParseCont&&（）==0xab）
{
break;
}
}
//计算数据字段的长度
nCurrDataLength=
bParseCont?
//是否到达文件末尾
（（）-8-1-nCurrDataOffset）:
//没到文件末尾：
下一帧头位置-前导码和定界符长度-CRC校验码长度-数据字段起始位置
（（）-1-nCurrDataOffset）;//已到达文件末尾：
文件末尾位置-CRC校验码长度-数据字段起始位置
//以文本格式数据字段，并校验
cout<\t";
unsignedchar*pData=newunsignedchar[nCurrDataLength];//创建缓冲区
（bParseCont?
（-8-1-nCurrDataLength）:
（-1-nCurrDataLength）,ios:
:
cur）;
（pData,nCurrDataLength）;//读入数据字段
intnCount=50;//每行的基本字符数量
for（i=0;i{
nCount--;
cout<checkCRC（nCheck,（int）pData[i]）;//CRC校验
if（nCount<0）//换行处理
{
//将行尾的单词写完整
if（pData[i]==''）
{
cout<nCount=50;
}
//处理过长的行尾单词：
换行并使用连字符
if（nCount<-10）
{
cout<<"-"<nCount=50;
}
}
}
delete[]pData;//释放缓冲区空间
//输出CRC校验码，如果CRC校验有误，则输出正确的CRC校验码
cout<c=（）;//读入CRC校验码
intnTmpCRC=nCheck;
checkCRC（nCheck,c）;//最后一步校验
if（（nCheck&0xff）==0）//CRC校验无误
{
cout.width
（2）;
cout<<"（正确）：
\t"<}
else//CRC校验有误
{
cout.width
（2）;
cout<<"（错误）：
\t"<checkCRC（nTmpCRC,0）;//计算正确的CRC校验码
cout<<"\t应为：
"<bAccept=false;//将帧的接收标记置为false
}
//如果数据字段长度不足46字节或数据字段长度超过1500字节，则将帧的接收标记置为false
if（nCurrDataLength<46||nCurrDataLength>1500）
{
bAccept=false;
}
//输出帧的接收状态
cout<\t\t"<<（bAccept?
"Accept":
"Discard"）<nSN++;//帧序号加1
nCurrDataOffset=（）+22;//将数据字段偏移量更新为下一帧的帧头结束位置
}
//关闭输入文件
（）;
}
四．运行结果：
五．简明用户手册：
用户需将源程序在VC++6.0下运行成功后，将实验1.EXE放在DOS下运行，运行的同时需要输入位置参数，本例用的位置参数为input，回车即可。
六．实验总结：
这次试验，充分运用了所学的计算机网络知识，设计出了如何解析以太网帧，从而更加深刻的了解到了以太网帧的结构及其的相关问题。
其实通过这些最近的实验觉得最重要一点就是：
我们一定要自己动手，这样才能真正的学到东西。
书本知识固然重要，但我们更要学会将书本知识应用到实际的工作中。
实践中才会发现错误，也才能改进，才能达到学习的最终目的。
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