模拟Ethernet帧的发送过程.docx
《模拟Ethernet帧的发送过程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟Ethernet帧的发送过程.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
摘要
K摘要』
近年来，局域网技术发展十分迅速，目前已在企业、机关、学校的信息管理与信息服务领域中得到了广泛的应用。
在早期，人们将局域网归为-利数据通信网络。
随着局域网体系结构和协议标准研究的进展、操作系统的发展以及光纤技术的引入，局域网技术得到了快速发展。
目前，Ethernet是应用最广泛的局域网。
本次课程设计模拟Ethernet帧的发送过程，熟悉Ethernet帧的数据发送流程，即CSMA/CD运作流程。
本次课程设计的程序由VisualC++6.0完成，全文共分为七部分：
第-•部分为课程设计的目的及要求；第二部分是与Ethernet相关的知识介绍；第三部分为具体的设计过程;第四部分是实现的流程图；第五部分是程序的主要源代码;第六部分是调试运行；最后一部分是对课程设计的总结。
K关键词』计算机网络，局域网，Ethernet帧，发送过程
摘要 1
第1章课程设计的目的及要求 3
1.1设计目的 3
1.2设计要求 3
第2章 Ethernet相关知识介绍 4
2.1 Ethernet的网络体系结构 4
2.2 Ethernet的帧格式 10
第3章设计过程 13
第4章实现流程图 15
4.1 主流程图 15
4.2 线程流程图 16
第5章主要源代码 17
第6章调试运行 21
6.1编译工具及相关说明 21
6.2运行结果 21
第7章课程设计总结 22
参考文献 22
第1章课程设计的目的及要求
本次课程设计的题目是模拟Ethernet帧的发送过程。
1.1课程设计目的
局域网技术发展十分迅速，目前已在企业、机关、学校的信息管理与信息服务领域中得到了广泛的应用。
在早期，人们将局域网归为…种数据通信网络。
随着局域网体系结构和协议标准研究的进展、操作系统的发展以及光纤技术的引入，局域网技术得到了快速发展。
目前，Ethernet是应用最广泛的局域网。
因此，学习Ethernet技术对深入掌握局域网知识是非常重要的。
本课程设计的目的是模拟Ethernet帧的发送过程，使读者熟悉Ethernet帧的数据发送流程，即CSMA/CD32运作流程。
1.2课程设计要求
编写程序模拟Ethernet结点的数据发送流程。
具体要求：
1） 用两个线程a和b来模拟Ethernet上的两台主机。
2） 用一•个双字类型变量Bus来模拟总线（将其初始化为“\0”，并且总线等于“\0”时表示总线空闲）。
3） 两个子线程向总线发送自己的数据。
数据用该线程的线程号进行模拟，发送数据用线程号和Bus的“或”操作进行模拟（即Bus=Bus|lD,ID为该线程的线程号）。
4） 每台主机须向总线上成功发送10次数据，如果其中某次数据发送失败，则该线程结束。
5） 发送流程须遵循CSMA/CD。
随机延迟算法中的冲突窗口取0.005o在数据发送成功（即Bus==ID）后，报告“IDsendsuccess”，产生冲突（即Bus!
二ID）后报告"IDsendcollision",发送失败（即冲突计数器值为0）后报告“IDsendfailure”。
随着主机发送成功次数增加，报告其已发送成功的次数，如“主机A发送成功数二3”。
弟2章Ethernet相关知识介绍
以太网，指由施乐公司创建并由施乐、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。
以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测技术）技术，并以10Mbps的速率运行在多种类型的电缆上。
90年代，交换型以太网得到了发展，并先后推出了100兆的快速以太网、1000兆的千兆位以太网和10000兆的万兆位以太网等更高速的以太网技术。
以太网的帧格式特别适合于传输IP数据包。
随着Internet的快速发展，以太网被广泛使用。
值得•提的是，如果接入网也采用以太网，将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构，这样采用与IP数据包结构近似的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换，可以提高运行效率，方便管理，降低成本，这种结构可以提供端到端的连接。
基于以上原因，以太网接入得到了快速发展，并且越来越受到人们的重视。
2.1Ethernet的网络体系结构
A发展简史
Ethernet是Xerox>DigitalEquipment和Intel三家公司开发的局域网组网规范，并于80年代初首次出版，称为DIXI.0o1982年修改后的版本为DIX2.0。
这三家公司将此规范提交给IEEE（电子电气工程师协会）802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，并编号为IEEE802.3OEthernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与802.3是兼容的。
IEEE将802.3标准提交国际标准化组织（ISO）第•联合技术委员会（JTC1）,再次经过修订变成了国际标准IS08802.3o
40SI参考模型
TEEE802.3在制定时突出的•个基本思想是将系统进行逻辑划分，并研究如何将连接在•起。
我们知道，ISO组织将网络按其功能划分为7个功能层，每层都完成•特定功能。
图2—1所示为OST参考模型。
图2-10SI参考模型
下面将分别介绍OSI参考模型各层的功能与定义：
［物理层］:
物理层是0SI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。
物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
a.媒体和互连设备
物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。
通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。
DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。
而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。
数据传输通常是经过DTE——DCE,再经过DCE——DTE的路径。
互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。
LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器，中继器等都属物理层的媒体和连接器。
b.物理层的主要功能
⑴为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一•个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。
一•次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据,终止物理连接。
所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成…条通路。
⑵传输数据。
物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。
一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽（带宽是指每秒钟内能通过的比特（BIT）数），以减少信道上的拥塞。
传输数据的方式能满足点到点，一点到多点，申行或并行，半双工或全双工，同步或异步传输的需要。
⑶完成物理层的一些管理工作。
c.物理层的一些重要标准
物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16分技术委员会成立之前就己制定并在应用了,0SI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果。
下面将一些重要的标准列出，以便读者查阅。
IS02110:
称为〃数据通信——25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配〃。
它与EIA（美国电子工业协会）的〃RS-232-C〃基本兼容。
IS02593:
称为〃数据通信——34芯DTE/DCE——接口连接器和插针分配气
IS04092:
称为〃数据通信——37芯DTE/DEC——接口连接器和插针分配”。
与EIARS-449兼容。
CCITTV.24:
称为〃数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备之间的接口电路定义表〃。
其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上。
［链路层］:
数据链路可以粗略地理解为数据通道。
物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接。
媒体是长期的，连接是有生存期的。
在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。
每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程。
这种建立起来的数据收发关系就叫作数据链路。
而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。
数据链路的建立，拆除，对数据的检错,纠错是数据链路层的基本任务。
⑴链路层的主要功能
链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。
链路层应
具备如下功能：
①链路连接的建立，拆除，分离。
②帧定界和帧同步。
链路层的数据传输单元是帧，协议不同，帧的长短和界面也有差别,但无论如何必须对帧进行定界。
③顺序控制,指对帧的收发顺序的控制。
④差错检测和恢复。
还有链路标识，流量控制等等。
差错检测多用方阵码校验和循环码校验来检测信道上数据的误码，而帧丢失等用序号检测。
各种错误的恢复则常靠反馈重发技术来完成。
⑵数据链路层的主要协议
数据链路层协议是为发对等实体间保持一致而制定的,也为了顺利完成对网络层的服务。
主要协议如下：
A.IS01745—1975:
〃数据通信系统的基本型控制规程〃。
这是一•种面向字符的标准，利用10个控制字符完成链路的建立，拆除及数据交换。
对帧的收发情况及差错恢复也是靠这些字符来完成。
IS01155,ISO1177,IS02626,IS02629等标准的配合使用可形成多种链路控制和数据传输方式。
B.IS03309—1984:
称为〃HDLC帧结构〃。
IS04335—1984:
称为〃HDLC规程要素\IS07809-1984:
称为〃HDLC规程类型汇编〃。
这3个标准都是为面向比特的数据传输控制而制定的。
有人习惯上把这3个标准组合称为高级链路控制规程。
C.IS07776:
称为〃DTE数据链路层规程〃。
与CCITTX.25LAB"平衡型链路访问规程〃相兼容。
⑶链路层产品
独立的链路产品中最常见的半属网卡，网桥也是链路产品。
MODEM的某些功能有人认为属于链路层，对些还有争议。
数据链路层将本质上不可靠的传输媒体变
成可靠的传输通路提供给网络层。
在IEEE802.3情况下，数据链路层分成了两个子层，一个是逻辑链路控制，另一个是媒体访问控制。
图2-2所示为IEEE802.3LAN体系结构。
［网络层］:
网络层的产生也是网络发展的结果。
在联机系统和线路交换的环境中，网络层的功能没有太大意义。
当数据终端增多时。
它们之间有中继设备相连。
此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情况，这就是产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题，也就是路由或者叫寻径。
另外，当一条物理信道建立之后，被一对用户使用，往往有许多空闲时间被浪费掉。
人们自然会希望让多对用户共用一条链路，为解决这一问题就出现了逻辑信道技术和虚拟电路技术。
1.网络层主要功能
网络层为建立网络连接和为上层提供服务，应具备以下主要功能：
路由选择和中继。
激活，终止网络连接。
在一条数据链路上复用多条网络连接，多采取分时复用技术。
差错检测与恢复。
排序，流量控制。
服务选择。
网络管理。
2.网络层标准简介
网络层的一些主要标准如下：
ISO.DIS8208:
称为“DTE用的X.25分组级协议”，ISO.DIS8348:
称为“CO网络服务定义”（面向连接），IS0.DIS8349:
称为“CL网络服务定义”（面向无连接）,IS0.DIS8473:
称为“CL网络协议”，IS0.DIS8348:
称为“网络层寻址”。
除上述标准外，还有许多标准。
这些标准都只是解决网络层的部分功能，所以往往需要在网络层中同时使用几个标准才能完成整个网络层的功能。
由于面对的网络不同，网络层将会采用不同的标准组合。
在具有开放特性的网络中的数据终端设备，都要配置网络层的功能。
现在市场上销售的网络硬设备主要有网关和路由器。
［传输层］:
传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一•个端到端的层次，具有缓冲作用。
当网络层服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。
传输层还可进行复用，即在-•个网络连接上创建多个逻辑连接。
传输层也称为运输层。
传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层，但是很重要的一层。
因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层。
有一个既存事实，即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异。
例如电话交换网，分组交换网，公用数据交换网，局域网等通信子网都可互连，但它们提供的吞吐量，传输速率，数据延迟通信费用各不相同。
对于会话层来说，却要求有…性能恒定的界面。
传输层就承担了这…功能。
它采用分流/合流，复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异，使会话层感受不到。
此外传输层还要具备差错恢复，流量控制等功能，以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异。
传输层面对的数据对象已不是网络地址和主机地址，而是和会话层的界面端口。
上述功能的最终目的是为会话提供可靠的，无误的数据传输。
传输层的服务-•般要经历传输连接建立阶段，数据传送阶段，传输连接释放阶段3个阶段才算完成•个完整的服务过程。
而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种。
传输层服务分成5种类型。
基本可以满足对传送质量，传送速度，传送费用的各种不同需要。
传输层的协议标准有以下几种：
IS08072:
称为“面向连接的传输服务定义”，IS08072:
称为“面向连接的传输协议规范”。
［会话层］:
会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。
会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。
这种能力对于传送大的文件极为重要。
会话层，表示层，应用层构成开放系统的高3层，面对应用进程提供分布处理，对话管理，信息表示，恢复最后的差错等。
会话层同样要担负应用进程服务要求，而运输层不能完成的那部分工作，给运输层功能差距以弥补。
主要的功能是对话管理，数据流同步和重新同步。
要完成这些功能，需要由大量的服务单元功能组合，己经制定的功能单元巳有几十种。
现将会话层主要功能介绍如下：
1.为会话实体间建立连接
为给两个对等会话服务用户建立-•个会话连接，应该做如下几项工作：
将会话地址映射为运输地址，选择需要的运输服务质量参数（QOS）,对会话参数进行协商，识别各个会话连接，传送有限的透明用户数据。
2.数据传输阶段
这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的，同步的数据传输。
用户数据单元为SSDU,而协议数据单元为SPDU。
会话用户之间的数据传送过程是将SSDU转变成SPDU进行的。
3.连接释放
连接释放是通过“有序释放”，“废弃”，“有限量透明用户数据传送”等功能单元来释放会话连接的。
会话层标准为了使会话连接建立阶段能进行功能协商，也为了便于其它国际标准参考和引用，定义了12种功能单元。
各个系统可根据自身情况和需要，以核心功能服务单元为基础，选配其他功能单元组成合理的会话服务子集。
会话层的主要标准有“DIS8236:
会话服务定义”和“DIS8237:
会话协议规范”。
［表示层］:
表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。
这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。
例如，IBM主机使用EBCDIC编码，而大部分PC机使用的是ASCII码。
在这种情况下，便需要会话层来完成这种转换。
通过前面的介绍，我们可以看出，会话层以下5层完成了端到端的数据传送，并且是可靠，无差错的传送。
但是数据传送只是手段而不是目的，最终是要实现对数据的使用。
由于各种系统对数据的定义并不完全相同，最易明白的例子是键盘，其上的某些键的含义在许多系统中都有差异。
这自然给利用其它系统的数据造成了障碍。
表示层和应用层就担负了消除这种障碍的任务。
对于用户数据来说，可以从两个侧面来分析，-•个是数据含义被称为语义，另一个是数据的表示形式，称做语法。
像文字，图形，声音，文种，压缩，加密等都属于语法范畴。
表示层设计了3类15种功能单位，其中上下文管理功能单位就是沟通用户间的数据编码规则，以便双方有一致的数据形式，能够互相认识。
ISO表示层为服务，协议，文本通信符制定了DP8822,DP8823,DIS6937/2等一系列标准。
［应用层］:
应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。
有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的-类应用程序使用。
应用层是开放系统的最高层，是直接为应用进程提供服务的。
其作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成•系列业务处理所需的服务。
其服务元素分为两类:
公共应用服务元素CASE和特定应用服务元素SASEoCASE提供最基本的服务，它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户，主要为应用进程通信，分布系统实现提供基本的控制机制。
特定服务SASE则要满足•些特定服务，如文卷传送，访问管理，作业传送，银行事务，订单输入等。
这些将涉及到虚拟终端，作业传送与操作，文卷传送及访问管理，远程数据库访问，图形核心系统，开放系统互连管理等等。
应用层的标准有DP8649“公共应用服务元素“，DP8650“公共应用服务元素用协议”，文件传送，访问和管理服务及协议。
2.2Ethernet的帧格式
LEthernet帧格式的发展
1980DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet!
的标准。
1982DEC,Intel,Xerox又制订了EhternetTT的标准。
1982TEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3。
1983迫不及待的Novell基-于IEEE的802.3的原始版开发了专用的Ethernet帧格式。
1985IEEE推出IEEE802.3规范。
后来为解决EthernetTT与802.3帧格式的兼容问题推出折衷的EthernetSXAP格式（其中早期的Ethernetl已经完全被其他帧格式取代了所以现在Ethernet只能见到后面几种Ethernet的帧格式现在大部分的网络设备都支持这几种Ethernet的帧格式如:
cisco的路由器再设定Ethernet接口时可以指定不同的以太网的帧格式:
arpa,sap,snap,novel1-ether）。
4各种不同的帧格式
下面介绍,下各个帧格式：
EthernetII
就是DIX以太网联盟推出的，它由6个字节的目的MAC地址，6个字节的源MAC地址，2个字节的类型域（用于标示封装在这个Frame.里面数据的类型）以上为FrameHeader,接下来是46—1500字节的数据，和4字节的帧校验）。
NovellEthernet
它的帧头与Ethernet有所不同其【|>Ethernet11帧头中的类型域变成了长度域，后面接着的两个字节为OxFFFFo用于•标示这个帧是NovellEther类型的Frame由于前面的OxFFFF站掉了两个字节所以数据域缩小为44-1498个字节，帧校验不变。
IEEE802.3/802.2
802.3的FrameHeader和Ethernetll的帧头有所不同EthernetII类型域变成了长度域。
其中又引入802.2协议（LLC）在802.3帧头后面添加了一个LLC首部,由DSAP（DestinationServiceAccessPoint）Ibyte,SSAP（SourceSAP）,—个控制域-Tbyte,SAP用于标示帧的上层协议。
EthernetSNAP
SXAPFrame与802.3/802.2Frame的最大区别是增加了•个5Bytes的SNAPID其中前面3个byte通常与源mac地址的前三个bytes相同为厂商代码！
有时也可设为0,后2bytes与Ethernetll的类型域相同。
4如何区分不同的帧格式
Ethernet中存在这四种Frame那些网络设备又是如何识别的呢?
如何区分Ethernetll与其他三种格式的Frame如果帧头跟随sourcemac地址的2bytes的值大于1500则此Frame为Ethernetll格式的。
接着比较紧接着的两bytes如果为OxFFFF则为NovellEther类型的Frame□如果为OxAAAA则为EthernetSNAP格式的Frame,如果都不是则为Ethernet802.3/802.2格式的帧。
土以太网帧结构概述
以太网帧是0SI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）。
典型帧结构：
EthernetII
EthernetII中所包含的字段:
前导码：
包括同步码（用来使局域网中的所有节点同步，7字节长）和侦标志（帧的起始标志7,1罕节）两部分；
目的地址：
接收端的MAC地址，6字节长；
源地址：
发送端的MAC地址，6字节长；
类型：
数据包的类型（即上层协议的类型），2字节长；
数据：
被封装的数据包，46—1500字节长；
校验码：
错误检验，4字节长。
EthernetII的主要特点是通过类型域标识了封装在帧里的数据包所采用的协议，类型域是一个有效的指针，通过它，数据链路层就可以承载多个上层（网络层）协议。
但是，Ethernet_II的缺点是没有标识帧长度的字段。
原始的802.3
原始的802.3帧是早期的NovelINetWare网络的默认封装。
它使用802.3的帧类型，但没有LLC域。
同Ethernet_II的区别：
将类型域改为长度域，解决了原先存在的问题。
但是由于缺省了类型域，因此不能区分不同的上层协议。
802.2SAP/SXAP
为了区别802.3数据帧中所封装的数据类型，IEEE引入了802.2SAP和SNAP的标准。
它们工作在数据链路层的LLC（逻辑链路控制）子层。
通过在802.3帧的数据字段中划分出被称为服务访问点（SAP）的新区域来解决识别上层协议的问题，这就是802.2SAP。
LLC标准包括两个服务访问点，源服务访问点（SSAP）和目标服务访问点（DSAP）o每个SAP只有1字节长，而其中仅保留了6比特用于标识上层协议，所能标识的协议数有限。
因此，乂开发出另外•种解决方案，在802.2SAP的基础上又新添加了一个2字节长的类型域（同时将SAP的值置为AA）,使其可以标识更多的上层协议类型，这就是802.2SNAPo
第3章设计过程
Ethernet帧的核心技术是随机争用型介质访问方法，即带有冲突检测的我波侦听多路访问（CSMA/CD）方法。
4-Ethernet帧的发送流程
1）载波侦听过程。
Ethernet>P每个结点利用总线发送过程，总线是每个结点共享的公共传输介质。
所以结点在发送•个帧前，必须侦听总线是否空闲。
由于Ethernet的数据采用曼彻斯特方式，所以可以通过判断总线电平是否跳变来确定总线是否空闲。
若总线空闲，就可以启动发送，否则继续侦听。
2） 冲突检测。
在数据发送过程中，可能会产生冲突（冲突是指总线上同时出现两个或两个以上的发送信号，它们叠加后的信号波形与任何发送结点输出的信号波形不相同。
因为可能有多个主机都在
升级会员 