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  • 2021-06-25 01:31:03

    大学实验报告

    2019年4月8日

    课程名称:计算机网络实验名称:实验一: 以太网的封装实验

    班级及学号:姓名:同组人:

    签名:

    指导教师:指导教师评定:

    一、实验目的:

    1.观察以太网帧的封装格式。

    2.对比单播以太网和广播以太网帧的目标MAC地址

    二、实验任务:

    1.任务一:观察单播以太网帧的封装;

    2.任务二:观察广播以太网帧的封装;

    3.实验完成,写出实验报告

    三、实验步骤:

    1. 任务一:

    (1)准备工作:打开对应练习文件“2-2以太网帧的封装实验.pka”。

    (2)获取数据包:进入Simulation模式;再单击Add Simple PDU按钮,

    添加PC0向PC2发送数据包;最后单击Auto Capture/Play以获取数据包。

    (3)观察以太网的封装格式:选择事件列表中PC0到Switch0的数据包,

    右击Info项中的色块,选择Inbound PDU Details选项卡,观察PREAMVBLE、DEST MAC和SRC MAC的取值并记入下来。

    (4)观察交换机是否会修改以太网帧各字段取值:选择事件列表中

    Switch0到PC2的数据包,右击Info项中的色块,同步骤(3),观察哪些字段发生了变化。

    2. 任务二:

    (1)捕获数据包:单击Delete,删除任务一的场景;单击Add Complex

    PDU,单击PC0,弹出的对话框的参数设置如下图,再单击Auto Capture/Play,捕获数据包,最后观察节点的接收情况。

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    实验名称

    以太网帧的封装实验

    实验地点

    天上人间

    同组人员

    实验仪器

    (软件、硬件

    环境)

    软件:Cisco Packet Tracer Student

    硬件:PC

    实验目的(要求)

    观察以太网帧的封装格式;

    ②对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址。

    实验内容和步骤

    (硬件类为:

    原理、主要步骤、电路原理图等)

    (软件类为:

    数据结构、算法、主要步骤、界面等)

    任务一:

    1. 准备工作:

    连接交换机和四台PC机,组成一个简单的以太网,配置IP地址。

     

     

     

    (检查是否连接成功,只展现部分。)

    实验结果

    或结论

    2.捕获数据包:

    进入Simulation(模拟)模式。设置EventListFitters,令其显示ICMP事件。单击Add Simple PDU添加简单PDU按钮,在拓扑图中添加PCO向PC2发送的数据包;单击AutoCapture/Play自动捕获执行按钮,捕获数据包。当PC2发送的响应包返回PCO后通信结束,再次单击AutoCapture/Play按钮,停止数据包的捕获;

     

     

    3.观察以太网帧的封装格式:

    选择事件列表中第二个数据包(即PCO到Swircho的数据包),单击其右端Info项中的色块。注意弹出窗口项端的街口信息——PDU Information at Device:Switch0,即当前查看的是父换机Switch0上的PDU信息。在弹出窗口中选择InboundPDUDetails选项卡观察其中Ethernet<以太网,对应的封装格式。重点观察第一个字段PREAMVBLE的组成,DEST MAC和SRC MAC

     

    4.观察交换机是否会修改以太网帧各字段的取值(不会):

     

    任务二:观察广播以太网帧的封装

    1. 捕获数据包:

     

     

    2.观察该广播包的以太网封装

     

    心得和建议

    (1)任务一中,观察到的以太网帧封装格式中前导码学段的取值是什么?阐述其在数据帧传输过程中的作用。

    答:以太网帧封装格式中前导码学段的取值是:101010...1011;

    作用:用来进行时钟同步和帧定界

    (2)任务一中,Switcbo在转发数据帧时是否修改其源MAC地址和目标MAC地址?

    答:否。

    (3)交换机接收数捃帧后,依据仕么判析该数据帧是单播还是广播?或依据什么判断向哪个目标节点转发?

    答:依据数据帧中的DEST.MAC地址:广播:255.255.255.255.(全F的),单播:不是全1的。或者根据DES IP判断向哪个目标节点转发。

    心得体会:

    通过本次实验,知道以太网帧的封装格式,以及了解广播帧和单播帧,通过验证性实验证实了理论知识,熟悉了Cisco Packet Tracer软件简单应用。

    评 语

    得 分

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    以太网数据格式与封装解封

          我们在上一文中介绍了以太网5层模型,这一节我想学习一下以太网数据封装与解封的知识,了解以太网数据是如何传输的。
    一、数据封装
            当我们应用程序用TCP传输数据的时候,数据被送入协议栈中,然后逐个通过每一层,知道最后到物理层数据转换成比特流,送入网络。而再这个过程中,每一层都会对要发送的数据加一些首部信息。整个过程如下图。




            如图可以看出,每一层数据是由上一层数据+本层首部信息组成的,其中每一层的数据  ,称为本层的协议数据单元   ,即PDU.
            应用 层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为 Segment(数据段 ),图示为TCP段
            传输层的数据(TCP段)传 给网络层,网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包); 图示为IP数据包
            网络层 数据报(IP数据包)被传递到数据链路层,封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame(数据帧),图示为以太网帧。
             最后,帧被转换为比特,通过网络介质传输。 这种协议栈逐层向下传递数据,并添加报头和报尾的过程称为封装。
    二、数据格式
            需要注意的是,这里所说的以太网帧,与我们常说的以太网是不一样的。下面我们就来介绍每一层数据的 首部信息 内容。
            首先我们知道世界上有个协会叫作IEEE,即电子工程师协会,里面有个分会,叫作IEEE802委员会,是专门来制定局域网各种标准的。而802下面还有个分部,叫作802.3.就是我们经常提到的 IEEE802.3,这个部门制定的规范叫以太网规范,这个以太网规范中就定义了上面提到的“以太网首部”,这个以太网规范,实际只定义了数据链路层中的MAC层和物理层规范。(注意数据链路层包括MAC子层和LLC子层两个子层,而LLC子层是在IEEE802.2中规范的)。
    1、以太网帧格式
              以太网常用帧格式有两种, 一种是Ethernet II,另一种是IEEE 802.3 格式。这两种格式区别是:Ethernet II中包含一个Type字 段,。而IEEE 802.3格式中,此位置是长度字段。  其中Type字段描述了,以太网首部 后面所跟数据包的类型,例如Type为0x8000时为IP协议包,Type为8060时,后面为ARP协议包。以太网中多数数据帧使用的是 Ethernet II帧格式。
           a、  Ethernet II帧格式

        

         b、 IEEE 802.3   帧格式

            
         前导码: Ethernet II是由 8个8‘b10101010构成, IEEE802.3由7个 8‘b10101010+1个字节SFD..
         目的地址:目的设备的MAC物理地址。
         源 地址 :发送设备的MAC物理地址。
         类型( Ethernet II) 以太网首部 后面所跟数据包的类型,例如Type为0x8000时为IP协议包,Type为8060时,后面为ARP协议包。
         长度( IEEE802.3 ):当长度小于1500时,说明该帧为 IEEE802.3帧格式,大于1500时,说明该帧为 Ethernet II帧格式。
         数据:数据长度最小为46字节,不足46字节时,填充至46字节。因为最小帧长度是64字节,所以,46+6+6+2+4=64。(不算前导码)
         FCS: 就是CRC校验值

         以太网首部就是:

    2、IP数据包格式
        IP数据包格式如下图。IP首部,如图也表示出来了。

        
    3、TCP数据段格式
              如图所示为TCP首部和TCP数据段格式

    下面我们再介绍几个常见的数据格式

    4、UDP数据段格式--传输层的

        
         其中UDP首部如上图所示。
    5、ARP数据包格式(摘自:来源:  http://blog.sina.com.cn/s/blog_9c5d29f70101dwgk.html)



    1)硬件类型字段指明了发送方想知道的硬件接口类型,以太网的值为1

    2)协议类型字段指明了发送方提供的高层协议类型,IP080016进制);

    3)硬件地址长度和协议长度指明了硬件地址和高层协议地址的长度,这样ARP报文就可以在任意硬件和任意协议的网络中使用;

    4)操作字段用来表示这个报文的类型,ARP请求为1ARP响应为2RARP请求为3RARP响应为4

    5)发送方的硬件地址(0-3字节):源主机硬件地址的前3个字节;

    6)发送方的硬件地址(4-5字节):源主机硬件地址的后3个字节;

    7)发送方IP0-1字节):源主机硬件地址的前2个字节;

    8)发送方IP2-3字节):源主机硬件地址的后2个字节;

    9)目的硬件地址(0-1字节):目的主机硬件地址的前2个字节;

    10)目的硬件地址(2-5字节):目的主机硬件地址的后4个字节;

    11)目的IP0-3字节):目的主机的IP地址。

    来自为知笔记(Wiz)

    展开全文
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    热门讨论 2011-07-02 04:09:00
    输入帧的信息(十六进制),就可实现对数据帧的封装!计算帧的长度和进行CRC校验……
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  • 以太网协议封装格式

    千次阅读 2017-07-01 13:38:43
    一、以太网链路层协议封装格式 以太网数据在网络介质上传输需要遵循一定的机制,其中CSMA/CD介质访问控制机制约定了以太网在传输数据时,两帧之间需要等待一个帧间隙时间(IFG或IPG),为以太网接口提供了帧接收...

    一、以太网链路层协议封装格式

     

    以太网数据在网络介质上传输需要遵循一定的机制,其中CSMA/CD介质访问控制机制约定了以太网在传输数据时,两帧之间需要等待一个帧间隙时间(IFG或IPG),为以太网接口提供了帧接收之间的恢复时间,该恢复时间最小值为传输96bit所花费的时间,对于10M线路,该时间为9.6uS,100M线路为960nS,1G的线路为96nS。同时以太网数据帧在传输时还需要有7byte的前导字段和1byte的定界符。因此以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的:7byte(前导)+1byte(定界符)+以太网数据帧+12byte(IPG)

    在全双工工作模式下,如果CSMA/CD介质访问控制机制发现传输冲突时,则会放弃当前帧发送,改为发送一个48比特的噪声帧。

    其中以太网数据帧限制为最小长度为64byte,最大长度为1518byte,其格式为:6byte(目的MAC地址)+6byte(源MAC地址)+2byte(类型字段)+数据字段+4byte(FCS校验字段)。其中帧类型字段标识其后的数据类型。

    这里值得注意的是区分EthernetII帧格式和802.3帧格式的不同,我们有时可能会混用了这两个术语。

    EthernetII帧是最常见的一种以太网帧格式,也是今天以太网的事实标准,由DEC,Intel和Xerox在1982年公布标准,EthernetII可以支持TCP/IP,Novell IPX/SPX,Apple Talk PhaseI等协议,其比较常见的类型字段为:0X0800(IP帧),0X0806(ARP请求/应答帧),0X8035(PARP请求/应答帧),0X8137(NovellIPX),0X809b(Apple Talk)。RFC 894定义了IP报文在Ethernet II上的封装格式。

    802.3帧将EthernetII帧头中的类型字段替换为帧长度字段(取值范围为0X0000-0X05dc,不包括CRC检验码),因此对于接收到的帧,如果类型字段取值范围为0X0000-0X05dc,则可以判断其为802.3帧,而非EthernetII帧。其中RAW802.3是1983年Novell发布Netware/86网络套件时采用的私有以太网帧格式,只支持IPX/SPX一种协议;802.3/802.2LLC是IEEE 公布的正式802.3标准,它加入了3byte的LLC字段, 其中SAP值用以标志上层应用,每个SAP字段为8bits,其中只有6bit用于标识上层协议,因此所能标识的协议数不超过32种,导致802.3/802.2LLC的使用有很大局限性;802.3/802.2 SNAP是IEEE为保证在802.2LLC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,在802.3/802.2LLC基础上添加了5byte的SNAP字段,从而使其可以标识更多的上层协议类型,OUI字段用于代表不同的组织(一般置为0),在802.3/802.2SNAP基础上RFC1042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。

    目前实际环境中大多数TCP/IP设备都使用Ethernet II格式的帧,它采用了RFC894的实现标准。从上述帧格式中可以看出,EthernetII格式帧数据段的长度限制在46byte-1500byte之间,当数据段长度小于46个字节时,加填充字段(PAD)补足。EthernetII和802.3对数据帧的长度限制,其最大值分别是1500和1492字节,这一特性称作最大传输单元(MTU)。

     

    以太网协议封装格式
     

     

    图 IEEE802.2/802.3(RFC1042)和EthernetII(RFC894)的封装格式

    在TCP/IP协议族中,链路层主要有三个目的:(1)为IP模块发送和接收IP数据报;(2)为ARP模块发送ARP请求和接收ARP应答;(3)为RARP发送RARP请求和接收RARP应答。

     

     

    二、以太网IP层协议封装格式

    在TCP/IP协议族中基于链路层以上的协议主要有三种:IP协议、ARP协议和RARP协议,其中在IP数据报中又额外封装了ICMP协议和IGMP协议。IP层协议也就是通常的网络层协议,它提供点到点的服务(不同于传输层TCP/UDP协议提供端到端的服务)。

    4 bits

    4 bits

    8 bits

    3 bits

    13 bits

    版本号

    首部长度

    服务类型(TOS)

    总长度(字节数)

    标   识

    标志

    片偏移

    生存时间(TTL)

    协议

    首部校验和

    源IP地址

    目的IP地址

    选                     项

    数                     据

    IP包封装格式

    版本号:IP包的版本,当前一般为IPv4,即0100。

    首部长度:IP包头长度(Internet Header Length,IHL),是一个4bit字段,是头部占32比特的数字,包括可选项。普通IP数据报(没有任何选项),该字段的值是5,即160比特=20字节。此字段最大值为60字节,表示头部报文中没有发送可选部分数据。

    服务类型(TOS):其中前3比特为优先权子字段(Precedence,现已被忽略)。第8比特保留未用。第4至第7比特分别代表延迟、吞吐量、可靠性和花费。当它们取值为1时分别代表要求最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。这4比特的服务类型中只能置其中1比特为1。可以全为0,若全为0则表示一般服务。服务类型字段声明了数据报被网络系统传输时可以被怎样处理。例如:TELNET协议可能要求有最小的延迟,FTP协议(数据)可能要求有最大吞吐量,SNMP协议可能要求有最高可靠性,NNTP(NetworkNews Transfer Protocol,网络新闻传输协议)可能要求最小费用,而ICMP协议可能无特殊要求(4比特全为0)。实际上,大部分主机会忽略这个字段,但一些动态路由协议如OSPF(OpenShortest Path First Protocol)、IS-IS(Intermediate System to Intermediate SystemProtocol)可以根据这些字段的值进行路由决策。

    总长度:头部及数据项长度,最大长度为65535bytes。

    标识:当IP包较大需要进行分段时,用于标识该段所属的分组。通常每发一份报文,它的值会加1。

    标志:构成为[0][D][M],其中D为1表示不分段,M为0表示为最后分段,为1表示非最后分段。

    片偏移:即分段偏移。如果一份数据报要求分段的话,此字段指明该段偏移距原始数据报开始的位置。

    生存时间(TTL):表示一个IP数据流的生命周期,由发送数据的源主机设置,通常为32、64、128等。每次IP数据包经过一个路由器的时候TTL就减一,当减到0时,这个数据包就消亡了。

    协议:传输层的协议类型。

    协议代码

    协 议 名 称

    1

    ICMP (Internet Control Message Protocol)

    2

    IGMP (Internet Group Management Protocol)

    3

    GGP (Gateway-to-Gateway Protocol)

    4

    IP (IP in IP encapsulation)

    6

    TCP (Transmission Control Protocol)

    8

    EGP (Exterior Gateway Protocol)

    17

    UDP (User Datagram Protocol

    首部校验和:根据IP头部计算得到的校验和码。计算方法是:对头部中每个16比特进行二进制反码求和。(和ICMP、IGMP、TCP、UDP不同,IP不对头部后的数据进行校验)。

    选项:占32比特。用来定义一些任选项:如记录路径、时间戳等。这些选项很少被使用,同时并不是所有主机和路由器都支持这些选项。可选项字段的长度必须是32比特的整数倍,如果不足,必须填充0以达到此长度要求。

    数据:IP包携带的各种传输层报文。

     

    IP报文头部实例:45 00 00 30 52 52 40 00 8006 2c 23 c0 a8 01 01 d8 03 e215 

     

    三、传输层协议封装格式

    1.TCP协议

       TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后,在此连接上,被编号的数据段按序收发。同时,要求对每个数据段进行确认,保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认,源主机将再次发送该数据段。

    4 bits

    6 bits

    6bits

    16bits

           源端口

    目的端口

    序列号(SEQ)

    确认号

    数据偏移量

    保留

    控制标识

    滑动窗口

    校验和

    紧急指针

    选项

    填充位

    数               据

    TCP包封装格式

    源、目标端口号字段:占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535之间的任何数字。在收到服务请求时,操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端,每种服务在"众所周知的端口"(Well-KnowPort)为用户提供服务。

    顺序号字段:占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的第一个数据字节。

    确认号字段:占32比特。只有ACK标志为1时,确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。

    数据偏移量:实际上是TCP首部长度,用来标识数据段的起始位置。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节;最多可以有60字节的TCP头部。

    控制标识(U、A、P、R、S、F)::TCP协议中的六个重要的标志。是两个计算机数据交流的信息标志。接收和发送断根据这些标志来确定信息流的种类。

    URG:(Urgent Pointer fieldsignificant)紧急指针。用到的时候值为1,用来处理避免TCP数据流中断。

    ACK:(Acknowledgmentfieldsignificant)置1时表示确认号(AcknowledgmentNumber)为合法,为0的时候表示数据段不包含确认信息,确认号被忽略。

    PSH:(Push Function),PUSH标志的数据,置1时请求的数据段在接收方得到后就可直接送到应用程序,而不必等到缓冲区满时才传送。

    RST:(Reset theconnection)用于复位因某种原因引起出现的错误连接,也用来拒绝非法数据和请求。如果接收到RST位时候,通常发生了某些错误。

    SYN:(Synchronize sequencenumbers)用来建立连接,在连接请求中,SYN=1,ACK=0,连接响应时,SYN=1,ACK=1。即,SYN和ACK来区分Connection Request和Connection Accepted。

    FIN:(No more data fromsender)用来释放连接,表明发送方已经没有数据发送了。

    滑动窗口:控制报文流量,用来告诉对方目前接收端缓冲器大小。当为0时标识缓冲器已满,需要停止发包,单位为byte。

    TCP校验和字段:占16比特。对整个TCP报文段,即TCP头部和TCP数据进行校验和计算,并由目标端进行验证。

    紧急指针字段:占16比特。它是一个偏移量,和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。

    选项字段:占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。

     

    TCP协议头部实例:0d 28 00 15 50 5f a906 00 00 00 00 70 02 40 00 c0 29 00 00

     

    TCP建立连接的三次握手过程

    TCP会话通过三次握手来初始化。三次握手的目标是使数据段的发送和接收同步。同时也向其他主机表明其一次可接收的数据量(窗口大小),并建立逻辑连接。这三次握手的过程可以简述如下:

    1、源主机发送一个同步标志位(SYN)置1的TCP数据段。此段中同时标明初始序号(Initial SequenceNumber,ISN)。ISN是一个随时间变化的随机值。

    2、目标主机发回确认数据段,此段中的同步标志位(SYN)同样被置1,且确认标志位(ACK)也置1,同时在确认序号字段表明目标主机期待收到源主机下一个数据段的序号(即表明前一个数据段已收到并且没有错误)。此外,此段中还包含目标主机的段初始序号。

    3、源主机再回送一个数据段,同样带有递增的发送序号和确认序号。

    至此为止,TCP会话的三次握手完成。接下来,源主机和目标主机可以互相收发数据。

     

    2.UDP协议

           UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时,每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下,UDP比TCP更加高效。

    16 bits

    16bits

    源端口

    目的端口

    长度

    校验和

    数         据

    UDP包封装格式 

     

    源、目标端口号字段:16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同,用来标识源端和目标端的应用进程。

    长度字段:占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。

    校验和字段:占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是,对UDP来说,此字段是可选项,而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。

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空空如也

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以太网三种封装方式