1、計算機通信網絡報告以太網幀封裝模擬學 生1：葉 健 12122268 貢獻比：20%學 生2：趙思晨12121461 貢獻比：20%學 生3：劉 赟 12122549 貢獻比：20%學 生4：王晨浩 12122090 貢獻比：20%學 生5：游賽夫 12160006 貢獻比：20%組 長： 趙思晨 組長電話： 指導老師： 馮玉田 完成時間： 2015年10月 目 錄1設計任務和要求211 課程設計任務212 課程設計要求22設計原理221 802.3標準幀結構222 CRC的基本實現33設計實現331 設計思路3 填充幀頭部字段33.1.2填充數據字段3 計算填充CRC432 流程圖4 程序流

2、程圖4 CRC計算流程圖54程序源碼65運行結果86總結體會111.設計任務和要求1.1課程設計任務幀是數據鏈路層的協議數據單元，它包括三部分：幀頭，數據部分，幀尾。其中，幀頭和幀尾包含一些必要的控制信息，比如同步信息、地址信息、差錯控制信息等；數據部分則包含網絡層傳下來的數據，比如IP數據包。本項目設計軟件，實現以太網幀的封裝、傳輸、解析。1.2設計要求 1編寫程序，從文件中讀取數據；2將數據組裝成IEEE802.3格式的幀；3通過兩臺計算機的通信，把幀從一臺計算機傳輸到另一臺計算機。 2.設計原理 2.1 802.3標準幀結構以太網Ethernet幀格式：前序（P）目的地址(SD

3、)源地址(SA)長度數據FCS8 B6B6B2B461500B4B 1. 前序字段前序字段由7個字節的交替出現的1和0組成，設置該字段的目的是指示幀的開始并便于網絡中的所有接收器均能與到達幀同步。2.幀起始定界符字段它可以被看作前序字段的延續。實際上，該字段的組成方式繼續使用前序字段中的格式，這個一個字節的字段的前6個比特位置由交替出現的1和0構成。該字段的最后兩個比特位置是11，這兩位中斷了同步模式并提醒接收后面跟隨的是幀數據。3.目的地址字段目的地址字段確定幀的接收者。6個字節的源地址和目的地址字段是局域網中的所有工作站必須使用同樣的地址結構。4.源地址字段源地址字段標識發送幀的

4、工作站。和目前地址字段類似，源地址字段的長度六個字節。5.長度字段用于IEEE802.3的兩字節長度字段定義了數據字段包含的字節數。從前序 到FCS字段的幀長度最小必須是64字節。基于最小幀長為64字節和使用六字節地址字段的要求，意味著每個數據字段的最小長度為46字節。如果傳輸數據少于46個字節，應將數據字段填充至46字節。不過，填充字符的個數不包括在長度字段值中，數據字段的最大長度為1500字節。6.數據字段數據字段的最小長度必須為46字節以保證幀長至少為64字節，這意味著傳輸一字節信息也必須使用46字節的數據字段：如果填入該該字段的信息少于46字節，該字段的其余部分也必須進行填充零。數據字

5、段的最大長度為1500字節。7. 校驗序列字段將計算出的CRC填入32位的FCS校驗字段。幀校驗序列字段提供了一種錯誤檢測機制，包括了地址字段、長度字段和數據字段的循環冗余校驗（CRC）碼。2.2 CRC的基本實現利用CRC進行檢錯的過程可簡單描述如下：在發送端根據要傳送的k位二進制碼序列，以一定的規則產生一個校驗用的r位監督碼(CRC碼)，附在原始信息的后邊，構成一個新的二進制碼序列(共k+r位)，然后發送出去。在接收端，根據信息碼和CRC碼之間所遵循的規則進行檢驗，以確定傳送中是否出錯。這個規則在差錯控制理論中稱為“生成多項式”。3.設計實現3.1設計思路 填充幀頭部字段在這一部分需要向輸

6、出文件寫入前導碼、幀前定界符、目的地址、源地址和長度字段。寫入前四個部分相對簡單，而寫入長度字段時需要計算輸入文件的長度。所以計算輸入文件長度的方法如下：ioBuffer.put(head);ioBuffer.put(Common.getLocalMac("127.0.0.1");ioBuffer.put(Common.UMAC);ioBuffer.put(Common.TYPE); 填充數據字段在程序中是用以下方法實現的：ioBuffer.putString(s,charsetEncoder); 計算填充CRC 幀封裝的最后一步就是對數據進行校驗，并將校驗結果記入幀校驗字

7、段。本程序中實現的是CRC32校驗算法，方法如下所示：ioBuffer.put(Common.getCRC32(s.getBytes();ioBuffer.flip(); 3.2程序流程圖程序流程圖 CRC計算流程圖4.程序源代碼(主要代碼）主要函數public void update(byte b, int off, int len) if (b = null) throw new NullPointerException(); if (off < 0 | len < 0 | off > b.length - len) throw new ArrayIndexOutOfBo

8、undsException();crc = updateBytes(crc, b, off, len); /計算CRCpublic static final byte getCRC32(byte data) CRC32 crc32 = new CRC32();crc32.update(data);return long2Byte(crc32.getValue();/用于計算CRC的類public class CRC32 implements Checksum private int crc; /* * Creates a new CRC32 object. */ public CRC32()

9、/* * Updates CRC-32 with specified byte. */ public void update(int b) crc = update(crc, b); /* * Updates CRC-32 with specified array of bytes. */ public void update(byte b, int off, int len) if (b = null) throw new NullPointerException(); if (off < 0 | len < 0 | off > b.length - len) throw

10、new ArrayIndexOutOfBoundsException();crc = updateBytes(crc, b, off, len); /* * Updates checksum with specified array of bytes. * * param b the array of bytes to update the checksum with */ public void update(byte b) crc = updateBytes(crc, b, 0, b.length); /* * Resets CRC-32 to initial value. */ publ

11、ic void reset() crc = 0; /* * Returns CRC-32 value. */ public long getValue() return (long)crc & 0xffffffffL; private native static int update(int crc, int b); private native static int updateBytes(int crc, byte b, int off, int len); 5.運行結果1、功能：1 設計界面，打開文件，將數據封裝成一個或若干個幀，顯示幀的各個字段（數據段可不顯示）。2&

12、#160;通過網絡通信或串口通信，將幀發送到另一臺計算機。3 接收方對幀進行解析，顯示幀的各個字段。4 將數據存儲到文件中，并與發送方的文件進行比較，檢驗通信的正確性。  首先，網絡傳輸使用mina框架。Apache Mina Server 是一個網絡通信應用框架，也就是說，它主要是對基于TCP/IP、UDP/IP協議棧的通信框架（然，也可以提供JAVA 對象的序列化服務、虛擬機管道通信服務等），Mina 可以幫助我們快速開發高性能、高擴展性的網絡通信應用，Mina 提供了事件驅動、異步（Mina

13、0;的異步IO 默認使用的是JAVA NIO 作為底層支持）操作的編程模型。Mina 主要有1.x 和2.x 兩個分支，這里我們講解最新版本2.0，如果你使用的是Mina 1.x，那么可能會有一些功能并不適用。學習本文檔，需要你已掌握JAVA IO、JAVA NIO、JAVASocket、JAVA 線程及并發庫(java.util.concurrent.*)的知識。Mina 同時提供了網絡通信的Server 端、Client 端的封裝，無論是哪端，Mina 

14、;在整個網通通信結構中都處于如下的位置：1選擇要發送的文件 （2）源文件如下：（3）封裝后通過網絡傳輸到另一邊再解碼6.總結與體會本次課程設計項目學習了幀封裝。在查閱了很多幀的封裝的知識后，對幀及其封裝的方法有了一定程度的了解和掌握。在對幀的學習后，有了很大的收獲，并且使幀的封裝得以實現。我們成功的利用Java語言編出了一個帶有可視化界面的窗體程序，實現了對以太網幀的封裝后通過網絡傳輸。以太網數據幀由七部分組成：前導碼，幀前界定符，目的MAC地址，源MAC地址，數據長度字段，數據和校驗字段。在設計中實現了幀的封裝，主要是將幀的七個部分-前導碼、幀前定界符、目的地址、源地址、長度字段、數據字段和校驗字段，按順序封裝的，最后形成一個完整的幀結構。同時，在編寫程序的過程中，用到了很多的函數，這些函數的運用使得程序簡便而且正確的運