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  • 计算机网络 数据链路 以太网帧格式
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    2021-12-27 16:16:30

    以太网帧格式


     以太网的帧封装了三个字段 

    常用的以太网MAC帧格式有两种标准,一种是EthernetV2标准(即以太网V2标准),另一种是IEEE的802.3标准。使用得最多的是以太网V2的MAC帧格式。 

     以太网的帧有三个字段,也就是CSMACD这个协议规定了封装的内容,目标MAC地址和源MAC地址,还有一个字段是协议字段来指明里面是啥,比如ipv4。

    以太网最大传输单元是1500个字节,从网络层来的数据包不能超过1500个字节,如果超了就分为多个包,将数据包分片。

    以太网的帧是没有结束定界符,用的是曼切斯特编码,如果没有数据了就没有电压了,接收端在接收的时候,发现后面没有跳变电压了,那就代表帧结束了。

    当数据字段的长度小于46字节时,数据链路层就会在数据字段的后面加入一个整数字节的填充字段,以保证以太网的MAC帧长不小于64字节,接收端还必须能够将添加的字节去掉。

    IEEE802.3标准规定凡出现下列情况之一的即为无效的MAC帧: 帧的长度不是整数个字节。 用收到的帧检验序列FCS查出有差错。 收到的帧的MAC数据字段的长度不在46-1500字节之间。考虑到MAC帧首部和尾部的长度共有18字节,可以得出有效的MAC帧长度为64-1518字节之间。 对于检查出的无效MAC帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。

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  • 数据链路层的建立维护与删除,数据帧的包装,传输与同步, 以太网帧的格式,交换机的转发原理(环境,过程,原理) 交换机的命令行配置(用户,特权,接口,全局配置模式,)

    一:数据链路层的功能

    1.1 数据链路层的建立,维护与拆除

    1.2帧包装,帧传输,帧同步

    1.3帧的差错恢复

    采用重传的方法进行。

    1.4流量控制

    确保中间传输设备的稳定及收发双方传输速率的匹配。

    二:以太网帧格式

    2.1以太网MAC地址

    用来识别一个以太网上的某个单独的设备或一组设备。
    mark

    因MAC地址是由48位二进制数组成,所以通常分为六段。其中前24位是生产厂商想IEEE申请的厂商编号,后24位是网络接口卡序列号。MAC地址的第八位为0时,表示该MAC地址为单播地址,为1时,表示该MAC地址为组播地址。

    2.2以太网帧格式

    以太网有多种帧格式,这里介绍最为常用的Ethernet II的帧格式,该帧共包含六个域。
    mark

    前导码包含八字结,包含一层帧起始定界符。在以太网中,前导码被认为是物理层封装的一部分,而不是数据链路层的封装。

    目的地址包含六字节,标识了帧的目的站点MAC地址。目的地址可以是单播地址(单个目的地),组播地址(组目的地)或广播地址。

    源地址包含六字节,源地址标识了发送帧站点的MAC地址。源地址一定是单播地址。(第八位是0)

    类型域包含两字节,用来表示上层协议的类型,如0800H表示IP协议。

    数据域包含46-1500字节。数据域封装了通过以太网传输的高层协议信息。 类型域和数据域可以理解为数据包

    帧校验序列包含四字节,是从目的地址到数据域结束这一部分的校验。

    三:交换机的转发原理。 重点!!!

    3.1环境

    三台初始化PC机
    一台初始化交换机。
    mark

    3.2过程:

    A主机想要将数据帧发送给B主机。

    3.3原理:

    1. MAC地址学习

      mark

      因交换机处于初始状态,所以交换机中不存在MAC地址表,此时,A主机想发送数据帧给B主机,必然经过1号接口进入交换机,此时,交换机便会将A主机的源地址和收到该数据帧的接口编号(1号接口)对应起来,添加到交换机的MAC地址表中。

    2. 广播未知数据帧

      mark

      交换机知道A主机要将信息发送给B主机,但交换机目前只知道A主机的MAC地址,所以交换机在MAC地址表中找不到B主机的MAC地址,所以,交换机采用广播的方式,除了1号接口之外的所有接口都将转发这个数据帧,于是,B主机和C主机都会收到这个数据帧。

    3. 接收方回应消息

    mark

    B主机和C主机都接收到数据帧后,C主机查看数据帧,发现和自己没关系,所以不做回应。B主机发现对方的数据帧正式发给自己的,所以B主机会响应这个广播,并回应一个数据帧(B主机的源地址22…目标地址11…),此时,数据帧通过2号接口经过交换机,交换机便会将这个数据帧的源地址和接口编号(2接口)对应起来,添加到MAC地址表中。

    1. 交换机实现单播通信

      此时,A主机和B主机的通信便不需要借助广播了,因为交换机MAC地址表中已经记录了它们的条目。所以现在A主机和B主机通信,交换机会直接将数据通过对应接口发送给对方。

    四:交换机的命令行配置

    mark

    4.1用户模式

    交换机启动完按下Enter键,首先进入的就是用户模式。该模式下,用户受到极大的限制,只能查看一些统计信息。

    4.2特权模式

    用户模式下输入enable(可以简写为“en”)命令就可以进入特权模式,该模式可以查看并修改Cisco设备的配置。

    4.3全局配置模式

    特权模式下输入config terminal(可简写为“conf t”)命令就可以进入全局配置模式,用户在该模式下可修改交换机的全局配置。

    4.4接口模式

    在全局配置模式下输入interface fastetherent 0/1(可简写为“int f0/1”)命令就可以进入接口模式。与全局模式不同,用户在该模式下所做的配置都是针对f0/1这个接口所设定的。

    mark

    4.5查看MAC地址表

    特权模式输入命令:show mac-address-table[dynamic],"dynamic"是可选参数,可以使交换机只显示交换机动态学习到的MAC地址。

    4.6配置接口的双工模式和速率

    1.1配置指定接口的通信速率

    命令行如下:Switch(config-if)#speed[10/100/1000/auto]

    speed:配置接口速率的关键字

    10/100/1000:为借口配置具体速率值。我们现在一般设置为100

    auto:接口与对端自动协商通信速率。

    mark

    mark

    1.2指定接口的双工模式

    命令行如下:switch(config-if)#duplex[full /half /auto]

    duplex:配置双工模式的关键字

    full:将接口的双工模式指定为全双工

    half:将接口的双工模式指定为半双工

    auto:将接口的双工模式指定为自动协商

    两台交换机的双工模式一般为全双工。duplex full

    mark

    1.3查看接口的双工模式和通信速率

    命令:show interface f1/0,在特权模式下就可以。

    mark

    从显示结果中可以看出,链路建立后,双工模式协商为全双工,速率模式协商为100M/S通信速率。

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    一、实验名称  

    分析数据链路层帧结构

    二、实验目的:

    1. 掌握使用Wireshark分析俘获的踪迹文件的基本技能;

    2. 深刻理解Ethernet帧结构。

    3. 深刻理解IEEE 802.11帧结构。

    三、实验内容和要求

    1. 分析俘获的踪迹文件的Ethernet帧结构;

    2. 分析IEEE 802.11帧结构。

    四、实验环

    1运行Windows 2008 Server/Windows XP/Windows 7操作系统的PC一台

    2、PC具有以太网卡一块,通过双绞线与网络相连;或者具有适合的踪迹文件

    3、每台PC运行程序协议分析器Wireshark

    五、操作方法与实验步骤

    1、分析踪迹文件中的帧结构

    选取第10号帧进行分析

    进一步分析Ethernet II帧结构 

    其中看到源MAC地址为3c:91:80:d2:e3:e9,目的MAC地址为b6:0f:b3:c0:df:45;以太类型字段中值为0x0800,表示该帧封装了IP数据报;以及MAC地址分配的相关信息。

    1. 分析以太帧结构

    将计算机联入网络,打开Wireshark俘获分组,从本机向选定的Web服务器发送Ping报文。回答下列问题:

    (1)本机的48比特以太网MAC地址是什么?

    (2)以太帧中目的MAC地址是什么?它是你选定的远地Web服务器的MAC地址吗?(提示:不是)那么,该地址是什么设备的MAC地址呢? (这是一个经常会误解的问题,希望搞明白。)

    (3)给出2字节以太类型字段的十六进制的值。它表示该以太帧包含了什么样的协议?上网查找如果其中封装的IPv6协议,其值应为多少?

    用本机Ping报文,用CMD使用命令ping www.baidu.com -t发送Ping报文

    接下来用wireshark俘获报文 

     (1)本机的48比特以太网MAC地址是:b4:a9:fc:0d:75:d0

     (2)以太网帧目的地址b6:0f:b3:c0:df:45,不是选定的远地Web服务器MAC地址,是IP包下一跳所要到达的网络设备的MAC地址。

    (3)2个字节标识出以太网帧所携带的上层数据类型,如16进制数0x0800代表IP协议数据,16进制数0x809B代表AppleTalk协议数据,16进制数0x8138代表Novell类型协议数据等。封装的IPv6协议,其值应为0110.

    六、实验体会、质疑和建议

    学会利用wireshark俘获报文,分析俘获的踪迹文件的Ethernet帧结构。

    并判断出帧的源MAC地址和目的MAC地址。并分析以太类型各字段,表示该帧封装了IP数据报,以及MAC地址分配的相关信息。

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    一:在做此实验之前,我先了解了基础知识。

    1:报文类型有哪些 ?(以下是常用报文类型)

    ICMPInternetControl Message Protocol——网际控制报文协议——– 1
    IGMP
    Internet Group Management Protocol——网际组管理协议——-2
    TCP
    Transmission Control Protocol ————–传输控制协议———- 6
    UDP
    User Datagram Protocol———————用户数据报协议——- 17
    OSPF
    Open Shortest Path First————-开放式最短路径优先——— 89

    2:什么是ICMP协议 ?

    ICMP是一种面向无连接的协议,用于传输出错报告控制信息。一般是我们用来进行差错检验的协议它是TCP/IP协议族的一个子协议,属于网络层协议,主要用于在主机与路由器之间传递控制信息,包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。

    3:ICMP报文格式


    4:Ethernet V2 与 Ethernet II 报文格式

    5:实验目的

    了解Ethernet V2标准规定的MAC帧结构,初步了解TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。

    6:实验设备

      实验室局域网中任意两台主机PC1PC2

    7:实验过程


    (1)打开wireshark软件,点击捕获——>选择“捕获过滤器”

    (2)在运行框中输入命令“cmd”,进入DOS界面输入命令ipfing  ,获取本机的IP地址,之后输入 ping 另一台主机IP,


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以太网数据链路层最大数据帧