Ethernet帧结构解析

1、实验一 Ethernet帧结构解析一 需求分析实验目的：（1）掌握Ethernet帧各个字段的含义与帧接收过程； （2）掌握Ethernet帧解析软件设计与编程方法； （3）掌握Ethernet帧CRC校验算法原理与软件实现方法。实验任务：（1）捕捉任何主机发出的Ethernet 802.3格式的帧和DIX Ethernet V2（即Ethernet II）格式的帧并进行分析。（2）捕捉并分析局域网上的所有ethernet broadcast帧进行分析。（3）捕捉局域网上的所有ethernet multicast帧进行分析。实验环境：安装好Windows 2000 Server操作系统+Eth

2、ereal的计算机实验时间; 2节课二概要设计1.原理概述：以太网这个术语通常是指由DEC，Intel和Xerox公司在1982年联合公布的一个标准，它是当今TCP/IP采用的主要的局域网技术，它采用一种称作CSMA/CD的媒体接入方法。几年后，IEEE802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对令牌环网络；此三种帧的通用部分由802.2标准来定义，也就是我们熟悉的802网络共有的逻辑链路控制（LLC）。以太网帧是OSI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

3、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）。 帧格式 Ethernet II和IEEE802.3的帧格式分别如下。 EthernetrII帧格式： - | 前序 | 目的地址 | 源地址 | 类型 | 数据 | FCS | - | 8 byte | 6 byte | 6 byte | 2 byte | 461500 byte | 4 byte| IEEE802.3一般帧格式 - | 前序 | 帧起始定界符 | 目的地址 | 源地址 | 长度 | 数据 | FCS | - | 7 byte |

4、1 byte | 2/6 byte | 2/6 byte| 2 byte| 461500 byte | 4 byte | Ethernet II和IEEE802.3的帧格式比较类似，主要的不同点在于前者定义的2字节的类型，而后者定义的是2字节的长度；所幸的是，后者定义的有效长度值与前者定义的有效类型值无一相同，这样就容易区分两种帧格式2程序流程图：三 详细设计：1.CRC校验部分设计：为了对以太网帧的对错进行检验，需要设计CRC校验部分。采用以为相与的方式对帧的首部相继作8位CRC校验输入参数：chCurrByte 低8位数据有效，记录了上一次CRC校验的余数chNextByte 低8位数据有

5、效，记录了本次要继续校验的一个字节 传出参数：chCurrByte 低8位数据有效，记录了本次CRC校验的余数void checkCRC(int &chCurrByte, int chNextByte)/ CRC循环：每次调用进行8次循环，处理一个字节的数据。for (int nMask = 0x80; nMask > 0; nMask >>= 1) if (chCurrByte & 0x80) != 0) / 首位为1：移位，并进行异或运算 chCurrByte <<= 1; / 移一位 if ( (chNextByte & nMask)

6、 != 0) / 补一位 chCurrByte |= 1; chCurrByte = 7; / 首位已经移出，仅对低8位进行异或运算，7的二进制为0000,0111 else / 首位为0，只移位，不进行异或运算 chCurrByte <<= 1; / 移一位 if ( (chNextByte & nMask) != 0) / 补一位 chCurrByte |= 1; 2.部分变量的声明：int nSN = 1; / 帧序号int nCheck = 0; / 校验码int nCurrDataOffset = 22; / 帧头偏移量int nCurrDataLength =

7、0; / 数据字段长度bool bParseCont = true; / 是否继续对输入文件进行解析int nFileEnd = 0; / 输入文件的长度3.计算数据段的长度：nCurrDataLength = bParseCont ? / 是否到达文件末尾(file.tellg() - 8 - 1 - nCurrDataOffset) : / 没到文件末尾：下一帧头位置 - 前导码和定界符长度 - CRC校验码长度 - 数据字段起始位置(file.tellg() - 1 - nCurrDataOffset); / 已到达文件末尾：文件末尾位置 - CRC校验码长度 - 数据字段起始位置4.主

8、函数的设计：void main(int argc, char* argv) / 检测命令行参数的正确性if (argc != 2) cout << "请以帧封装包文件为参数重新执行程序" << endl; exit(0);/ 检测输入文件是否存在，并可以按所需的权限和方式打开ifstream file(argv1, ios:in|ios:binary|ios:nocreate);if (!file.is_open() cout << "无法打开帧封装包文件，请检查文件是否存在并且未损坏" << endl;

9、exit(0);/ 变量声明及初始化int nSN = 1; / 帧序号int nCheck = 0; / 校验码int nCurrDataOffset = 22; / 帧头偏移量int nCurrDataLength = 0; / 数据字段长度bool bParseCont = true; / 是否继续对输入文件进行解析int nFileEnd = 0; / 输入文件的长度/ 计算输入文件的长度file.seekg(0, ios:end); / 把文件指针移到文件的末尾nFileEnd = file.tellg(); / 取得输入文件的长度file.seekg(0, ios:beg); /

10、文件指针位置初始化cout.fill('0'); / 显示初始化cout.setf(ios:uppercase); / 以大写字母输出/ 定位到输入文件中的第一个有效帧/ 从文件头开始，找到第一个连续的“AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-AB”while ( true ) for (int j = 0; j < 7; j+) / 找7个连续的0xaa if (file.tellg() >= nFileEnd) / 安全性检测 cout<<"没有找到合法的帧"<<endl; file.close(); exit(0)

11、; / 看当前字符是不是0xaa，如果不是，则重新寻找7个连续的0xaa if (file.get() != 0xaa) j = -1; if (file.tellg() >= nFileEnd) / 安全性检测 cout<<"没有找到合法的帧"<<endl; file.close(); exit(0); if (file.get() = 0xab) / 判断7个连续的0xaa之后是否为0xab break; / 将数据字段偏移量定位在上述二进制串之后14字节处，并准备进入解析阶段nCurrDataOffset = file.tellg() +

12、 14;file.seekg(-8,ios:cur);/ 主控循环while ( bParseCont ) / 当仍然可以继续解析输入文件时,继续解析 / 检测剩余文件是否可能包含完整帧头 if (file.tellg() + 14 > nFileEnd) cout<<endl<<"没有找到完整帧头，解析终止"<<endl; file.close(); exit(0); int c; / 读入字节 int i = 0; / 循环控制变量 int EtherType = 0; / 由帧中读出的类型字段 bool bAccept = t

13、rue; / 是否接受该帧 / 输出帧的序号 cout << endl << "序号：tt" << nSN; / 输出前导码，只输出，不校验 cout << endl << "前导码：t" for (i = 0; i < 7; i+) / 输出格式为：AA AA AA AA AA AA AA cout.width(2); cout << hex << file.get() << dec << " " / 输出帧前定界符，只

14、输出，不校验 cout << endl << "帧前定界符：t" cout.width(2); / 输出格式为：AB cout << hex << file.get(); / 输出目的地址，并校验 cout << endl << "目的地址：t" for (i = 0; i < 6; i+) / 输出格式为：xx-xx-xx-xx-xx-xx c = file.get(); cout.width(2); cout<< hex << c <<

15、dec << (i=5 ? "" : "-"); if (i = 0) / 第一个字节，作为“余数”等待下一个bit nCheck = c; else / 开始校验 checkCRC(nCheck, c); / 输出源地址，并校验 cout << endl << "源地址：t" for (i = 0; i < 6; i+) / 输出格式为：xx-xx-xx-xx-xx-xx c = file.get(); cout.width(2); cout<< hex << c &

16、lt;< dec << (i=5 ? "" : "-"); checkCRC(nCheck, c); / 继续校验 / 输出类型字段，并校验 cout<<endl<<"类型字段：t" cout.width(2); / 输出类型字段的高8位 c = file.get(); cout<< hex << c << dec << " " checkCRC(nCheck, c); / CRC校验 EtherType = c; / 输出类

17、型字段的低8位 c = file.get(); cout.width(2); cout<< hex << c; checkCRC(nCheck,c); / CRC校验 EtherType <<= 8; / 转换成主机格式 EtherType |= c; / 定位下一个帧，以确定当前帧的结束位置 while ( bParseCont ) for (int i = 0; i < 7; i+) /找下一个连续的7个0xaa if (file.tellg() >= nFileEnd) /到文件末尾，退出循环 bParseCont = false; bre

18、ak; / 看当前字符是不是0xaa，如果不是，则重新寻找7个连续的0xaa if (file.get() != 0xaa) i = -1; / 如果直到文件结束仍没找到上述比特串，将终止主控循环的标记bParseCont置为true bParseCont = bParseCont && (file.tellg() < nFileEnd); / 判断7个连续的0xaa之后是否为0xab if (bParseCont && file.get() = 0xab) break; / 计算数据字段的长度 nCurrDataLength = bParseCont ?

19、 / 是否到达文件末尾 (file.tellg() - 8 - 1 - nCurrDataOffset) : / 没到文件末尾：下一帧头位置 - 前导码和定界符长度 - CRC校验码长度 - 数据字段起始位置 (file.tellg() - 1 - nCurrDataOffset); / 已到达文件末尾：文件末尾位置 - CRC校验码长度 - 数据字段起始位置 / 以文本格式数据字段，并校验 cout << endl << "数据字段：t" unsigned char* pData = new unsigned charnCurrDataLength

20、; / 创建缓冲区 file.seekg(bParseCont ? (-8 - 1 -nCurrDataLength) : ( -1 - nCurrDataLength), ios:cur); file.read(pData, nCurrDataLength); / 读入数据字段 int nCount = 50; / 每行的基本字符数量 for (i = 0; i < nCurrDataLength; i+) / 输出数据字段文本 nCount-; cout << pDatai; / 字符输出 checkCRC(nCheck, (int)pDatai); / CRC校验 if

21、 ( nCount < 0) / 换行处理 / 将行尾的单词写完整 if ( pDatai = ' ' ) cout << endl << "tt" nCount = 50; / 处理过长的行尾单词：换行并使用连字符 if ( nCount < -10) cout<< "-" << endl << "tt" nCount = 50; delete pData; /释放缓冲区空间 / 输出CRC校验码，如果CRC校验有误，则输出正确的CRC校验码 c

22、out << endl <<"CRC校验" c = file.get(); / 读入CRC校验码 int nTmpCRC = nCheck; checkCRC(nCheck, c); / 最后一步校验 if (nCheck & 0xff) = 0) / CRC校验无误 cout.width(2); cout<<"(正确)：t"<< hex << c; else / CRC校验有误 cout.width(2); cout<< "(错误)：t" << hex << c; checkCRC(nTmpCRC, 0); / 计算