計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課設(shè)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上山西大學(xué)軟件學(xué)院 數(shù)字通訊與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書題 目 Ethernet的幀封裝（按802.3標(biāo)準(zhǔn)) 專 業(yè) 軟件工程 班 級(jí) 1528 姓 名 王鑄 學(xué) 號(hào) 3 指導(dǎo)教師 吳勇 2016 年 12 月 28 日目錄一、設(shè)計(jì)題目及需求分析.3二、總體設(shè)計(jì).4 1.幀結(jié)構(gòu)分析.4 2.CRC校驗(yàn)分析.63、 詳細(xì)設(shè)計(jì).8. 1.幀封裝過程.8 （1）填充幀頭部字段.8 （2）填充數(shù)據(jù)字段.8 （3）CRC校驗(yàn).9 2.源程序代碼.11四、測(cè)試.14五、總結(jié).15六、參考資料.151、 設(shè)計(jì)題目及需求分析設(shè)計(jì)題目：Ethernet的幀封裝（按802.3標(biāo)準(zhǔn)）需求分析：

2、編寫程序，根據(jù)給出的原始數(shù)據(jù)，組裝一個(gè)802.3標(biāo)準(zhǔn)格式的幀，要求程序?yàn)槊钚谐绦?，如：framer inputfile outputfile其中，framer 為可執(zhí)行文件名framer.exe,inputfile為原始數(shù)據(jù)文件，outputfile為輸出結(jié)果文件。操作系統(tǒng)及所使用的語(yǔ)言和編譯環(huán)境不限。2、 總體設(shè)計(jì) 1.幀結(jié)構(gòu)分析 術(shù)語(yǔ)“幀”來源于串行線路上的通信。其中，發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)的前后分 別添加特殊的字符，使它們成為一個(gè)幀。Ethernet從某種程度上可以被看做是機(jī)器之間的數(shù)據(jù)鏈路層連接。 首先我們來認(rèn)識(shí)一下幀結(jié)構(gòu)，EthernerV2.0規(guī)范和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)中的Ether

3、net幀結(jié)構(gòu)有一些差別，這里我們按802.3標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。圖為幀結(jié)構(gòu)圖 前導(dǎo)碼  幀前定界符  目的地址  源地址  長(zhǎng)度字段 數(shù)據(jù)字段   校驗(yàn)字段 （7B）  （1B）  （2/6B）  （2/6B）  （2B）  （長(zhǎng)度可變）  （4B）如上圖所示，802.3標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet幀結(jié)構(gòu)由7部分組成。 （1） 前導(dǎo)碼與幀前定界符字段  前導(dǎo)碼由56位（7B）的位序列組成。幀前定界符可以視為前導(dǎo)碼的延續(xù)。1B的幀前定界符結(jié)構(gòu)為.

4、60; 如果將前導(dǎo)碼與幀前定界符一起看，那么在62位1010位序列之后出現(xiàn)11。在11之后是Ethernet幀的目的地址字段。前導(dǎo)碼與幀前定界符主要是保證接收同步，這8B接收后不需要保留，也不記入幀頭長(zhǎng)度中。 （2） 目的地址和源地址  目的地址（DA）與源地址（SA）分別表示幀的接收結(jié)點(diǎn)地址與發(fā)送結(jié)點(diǎn)的硬件地址。  在Ethernet幀中，目的地址和源地址字段長(zhǎng)度可以是2B或6B。目前的Ethernet都使用6B長(zhǎng)度的地址。  Ethernet幀的目的地址可以是單播地址、多播地址與廣播地址，目的地址的第一位為0表示單播地址，為1表示多播地址，

5、目的地址為全1則表示廣播地址。 （3） 長(zhǎng)度字段  Ethernet幀用2B定義數(shù)據(jù)字段包含的字節(jié)數(shù)。協(xié)議規(guī)定，幀數(shù)據(jù)的最小長(zhǎng)度為46B，最大長(zhǎng)度為1500B。設(shè)置最小幀長(zhǎng)度的目的是使每個(gè)接收結(jié)點(diǎn)能夠有足夠時(shí)間檢測(cè)到?jīng)_突。 （4） 數(shù)據(jù)字段  幀數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度為46B。如果幀的LLC數(shù)據(jù)少于46B，則應(yīng)將數(shù)據(jù)字段填充只46B。填充字符是任意的，不計(jì)入長(zhǎng)度字段值中。 （5） 校驗(yàn)字段  幀校驗(yàn)字段（FCS）采用32位的CRC校驗(yàn)。校驗(yàn)的范圍包括目的地址字段、源地址字段、長(zhǎng)度字段、LLC數(shù)據(jù)字段。

6、0; 此處，為了簡(jiǎn)便起見，采用8位的CRC校驗(yàn)。CRC校驗(yàn)的生成多項(xiàng)式為： G(X)=X8+X2+X+1  某些幀結(jié)構(gòu)中還會(huì)包括幀類型字段，用來識(shí)別此幀所承載的數(shù)據(jù)的類型。當(dāng)一個(gè)幀到達(dá)指定的計(jì)算機(jī)時(shí)，操作系統(tǒng)根據(jù)幀類型決定用哪個(gè)協(xié)議軟件模塊對(duì)它進(jìn)行處理。自識(shí)別幀的主要優(yōu)點(diǎn)是，可以在同一物理網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)協(xié)議而互不干擾。2.CRC校驗(yàn)     循環(huán)冗余編碼的編碼方式。     過程：在發(fā)送端，根據(jù)要傳送的k位二進(jìn)制碼序列，以一定的規(guī)則產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)用的r位監(jiān)督碼，附在原始信息的后

7、邊，構(gòu)成一個(gè)新的二進(jìn)制碼序列，然后發(fā)送出去。在接收端，根據(jù)信息碼和CRC碼之間所遵循的規(guī)則進(jìn)行檢驗(yàn)，以確定傳送中是否出錯(cuò)。 （1） CRC編碼的代數(shù)學(xué)原理  將一個(gè)碼組表示為一個(gè)多項(xiàng)式，碼組中的各碼元作為多項(xiàng)式的系數(shù)。設(shè)編碼前的原始信息多項(xiàng)式為P（x），P（x）最高次冪加1等于k；生成多項(xiàng)式為G(x),它的最高次冪等于r；CRC多項(xiàng)式為R(x)；編碼后的帶CRC的信息多項(xiàng)式為T(x)。  發(fā)送方編碼的方法是：P(x)乘以xr，再除以G(x),得余式即為R(x)。 接收方得解碼方法是：將T(x)除以G(x)，如果余數(shù)為0，則說明傳輸中無錯(cuò)誤發(fā)生，

8、否則說明傳輸有錯(cuò)誤。 （2） CRC的基本實(shí)現(xiàn)  以CRC-8（X8+X2+X1為例，它由多個(gè)移位寄存器和加法器組成。編碼、解碼前將各寄存器初始化為0，輸入位作為最右邊異或操作的輸入之一。三個(gè)寄存器上的移位操作同時(shí)進(jìn)行，均為左移一位，左邊的寄存器的最左一位作為三個(gè)異或操作的輸入之一。每次移位時(shí)，最右邊的寄存器內(nèi)容作為中間異或操作的輸入之一，中間的寄存器的內(nèi)容作為最左邊異或操作輸入之一，各個(gè)異或操作的結(jié)果作為與它左邊那個(gè)寄存器的移入位。重復(fù)以上步驟，每輸入一位就做一次移位操作，直到輸入了所有要計(jì)算的數(shù)據(jù)為止。這時(shí)，這個(gè)寄存器組中的數(shù)據(jù)就是CRC-8的結(jié)果。 

9、; CRC的工作原理是：CRC在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)時(shí)，都可以利用事先約定的生成多項(xiàng)式G(x)來得到，K位要發(fā)送的信息位可對(duì)應(yīng)于一個(gè)(k-1)次多項(xiàng)式K(x),r位冗余位對(duì)應(yīng)于一個(gè)（r-1）次多項(xiàng)式R(x)，由r位冗余位組成的n=k+r位碼對(duì)應(yīng)于一個(gè)(n-1)次多項(xiàng)式T(x)=Xr*K(x)+R(x)。 （3） 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的特點(diǎn)  CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力很強(qiáng),不僅能檢查出離散錯(cuò)誤,還能檢查出突發(fā)錯(cuò)誤.CRC校驗(yàn)碼具有以下的檢錯(cuò)能力：CRC校驗(yàn)碼可檢測(cè)出所有單個(gè)錯(cuò)誤，所有奇數(shù)位錯(cuò)誤，所有雙位的錯(cuò)誤，所有小于、等于校驗(yàn)位長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)誤。 3、 詳細(xì)設(shè)計(jì)1.幀封裝

10、過程（1）填充幀頭部字段 要完成一次幀封裝的過程，首先要完成的是幀頭部的裝入，這一過程只要將前導(dǎo)碼、定界符、目的地址、源地址、長(zhǎng)度字段的相應(yīng)數(shù)值按順序?qū)懭刖涂梢粤?。其中，長(zhǎng)度字段的值即為要發(fā)送的數(shù)據(jù)的實(shí)際長(zhǎng)度。有以下兩種方式來獲得長(zhǎng)度字段的值。 方法一： While(!in.eof() in.get(a); bufj=a; j+;  方法二： infile.open(argv1,ios:binary); infile.seekg(0,ios:end); short lengt

11、h=(short)infile.tellg(); file.put(char(length/256); file.put(char(length%256);（2）填充數(shù)據(jù)字段 在填充數(shù)據(jù)字段的過程中要注意的主要問題是數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度。802.3標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了幀數(shù)據(jù)字段的最小長(zhǎng)度為46B，最大長(zhǎng)度為1500B。如果數(shù)據(jù)不足46B，則需要通過填充0來補(bǔ)足；若數(shù)據(jù)長(zhǎng)度超過1500B，則將超過部分封裝入下一個(gè)幀進(jìn)行發(fā)送。 由于幀頭部分應(yīng)該包括6B目的地址、6B源地址、2B長(zhǎng)度字段以及4B幀校驗(yàn)字段，因此幀頭部分長(zhǎng)度為18B。前導(dǎo)碼與幀前定界符不計(jì)入幀頭長(zhǎng)度中。那么，

12、Ethernet幀的最小長(zhǎng)度為64B，最大長(zhǎng)度為1518B。 填充數(shù)據(jù)字段的代碼如下： if(len=1500)   len=0; if(len<46) for(i=len;i<46;i+)  fr.datai=0x00;  data_len=len; （3）CRC校驗(yàn) 幀封裝的最后一步就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果記入幀校驗(yàn)字段。CRC編碼實(shí)際上就是一個(gè)循環(huán)移位的模二運(yùn)算。流程描述為： 把CRC中的值置為0 在原始數(shù)據(jù)input后

13、添加8個(gè)0 while(數(shù)據(jù)未處理完) begin   if（crc首位是1）      crc=crc XOR     把crc中的值左移一位，從input中讀取一位新的數(shù)據(jù)并置于crc的0位 endcrc中的后8位就是經(jīng)過CRC-8校驗(yàn)的余數(shù)。這樣，我們只需要看后8位即可，因此上面流程可以簡(jiǎn)化。構(gòu)造一個(gè)8位的寄存器crc，初始值為0，數(shù)據(jù)依次移入crc的0位，同時(shí)crc的7位移出。當(dāng)移出的數(shù)據(jù)為1時(shí)，crc才和進(jìn)

14、行XOR運(yùn)算；移出數(shù)據(jù)為0時(shí)，不做運(yùn)算。每次crc中數(shù)據(jù)位為1時(shí)還需要對(duì)crc0位進(jìn)行處理  偽代碼：  while(數(shù)據(jù)未處理完)  begin if(crc的首位是1)       crc左移1位       crc=crc XOR     else       crc左移1位   &

15、#160;if（從input中讀入的新的數(shù)據(jù)為1）         End2. 程序代碼#include<iostream.h> #include<fstream.h> void main(int argc,char*argv) if(argc!=3) cout<<"請(qǐng)按以下格式輸入命令行: framer inputfile outputfile"<<endl; return; fstream file; file.open(argv2,ios:i

16、n|ios:out|ios:binary|ios:trunc); for(int i=0;i<7;i+) file.put(char(0xaa); file.put(char(0xab); long pCrcs=file.tellp(); char dst_addr6=char(0x00),char(0x00),char(0x80),char(0x1a),char(0xe6),char(0x65); file.write(dst_addr,sizeof(dst_addr); ifstream infile; infile.open(argv1,ios:binary); infile.se

17、ekg(0,ios:end); short length=(short)infile.tellg(); file.put(char(length/256); file.put(char(length%256); char*data=new charlength; infile.seekg(0,ios:beg); infile.read(data,length); infile.close(); delete data; if(length<46) for(int i=0; i<46-length;i+) file.put(char(0x00); long pCrc=file.tel

18、lp(); file.put(char(0x00); short total=short(file.tellp()-(short)pCrcs; file.seekg(pCrcs,ios:beg); unsigned char crc=0; while(total-) unsigned char temp; file.get(temp); for(unsigned char i=(unsigned char)0x80;i>0;i>>=1) if(crc&0x80) crc<<=1; if(temp&i) crc=0x01; crc=0x07; else crc<<=1;if(temp&i) crc=0x01; file.seekg(pCrc,ios:beg); file.put(crc); while(!file.eof() unsigned char temp; file.get(temp); cout<<hex<<(short)temp<<endl; cout<<"幀文件 &