华东师范大学计算机科学技术系上机实践报告
课程名称：计算机网络 指导教师：黄新力
实验名称：以太网帧的构成 座位编号：A64 A54 年级：12级
姓名：郑思淳 蔡梦霜 组号：
上机实践成绩： 创新实践成绩：
上机实践时间： 4 学时
学号：[1**********] [1**********] 上机实践日期：2014.11.24
一、 实验目的
1. 掌握以太网的报文格式
2. 掌握MAC 地址的作用 3. 掌握MAC 广播地址的作用 4. 掌握LLC 帧报文格式
5. 掌握仿真编辑器和协议分析器的使用方法
二、 实验设备
1. 2.
仿真编辑器 协议分析器
三、 实验原理
（一） 两种不同的MAC 帧格式
常用的以太网MAC 帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准；另一种是IEEE 的802.3标准。 目前MAC 帧最常用的是以太网V2的格式。两种帧格式都具有7个域：前导码、帧首定界符、目的地址、 源地址、长度/类型、数据、帧校验序列。如下图所示。
两种格式的帧可以依据类型/长度字段的值进行区分。 如果此帧是DIX Ethernet V2标准格式帧，则类型/长度字段的值大于1536； 如果此帧是IEEE 802.3标准格式的帧，则类型/长度字段的值小于1518。 对DIX Ethernet V2帧来说，此字段的值代表了高层协议的类型； 对IEEE 802.3帧来说，它的高层协议一定是LLC ，而此字段的值代表的是数据的长度。下图画出了两种不同的MAC 帧格式.
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（二） MAC 层的硬件地址
MAC （Media Access Control, 介质访问控制）地址是识别LAN （局域网）节点的标识。 1. 在局域网中，硬件地址又称物理地址或MAC 地址，它是数据帧在MAC 层传输的一个非常重要的标识符。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM ，它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。
2. 网卡从网络上收到一个 MAC 帧后，首先检查其MAC 地址，如果是发往本站的帧就收下；
否则就将此帧丢弃。这里“发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一），即一个站点发送给另一个站点的帧。 广播(broadcast)帧（一对全体），即发送给所有站点的帧(全1地址) 。 多播(multicast)帧（一对多），即发送给一部分站点的帧。
(三) 逻辑链路层(LLC)
由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于多采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802 标准特意把LLC 独立出来形成单独子层，使LLC 子层与媒体无关，仅让MAC 子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC 子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。
LLC 帧的类型:
LLC 帧类型分为三种：信息帧、监控帧和无编号帧。下图表示了LLC 三类帧的控制字段的比较。
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•N(S): 发送者发送序号 •N(R)：发送者接收序号
•SS ：监控功能位：00 － 准备接收（RR ） 10 － 未准备接收（RNR ） 01 － 拒绝（REJ ）。 •M ：修正功能位 •X ：保留，设置为0
•P/F：Poll/final 位。命令LLC PDU传输/响应LLC PDU传输。
帧的类型可从控制字段识别。对于信息帧和监控帧，控制字段为2字节长，而对于无编号帧，控制字段为1字节长。
LLC 子层所提供的服务:
A. 非确信的无连接服务。非确认的无连接服务是一种类似于数据报的服务，它不需要确认信息。 使用服务时，端对端的差错控制和流量控制由高层协议来实现。这个服务可用于点对点、广播和多点传送。
B. 面向连接的服务。LLC 面向连接服务相当于虚电路服务，它的开销比较大，每次通信都要经过连接建立、数据传输和释放连接3个阶段。 但当节点是一个很简单的终端时，就需要面向连接服务。
C. 确认的无连接服务。确认的无连接服务介于上述两种服务之间，它对数据帧提供应答信息，但数据传输之前不需要进行逻辑连接。 确认的无连接服务用于传输某些非常重要且时间性很强的信息，如报警信号，这时不要确认信息则不可靠，但先建立连接则延迟太大， 这种无连接服务类似于可靠的“数据包”服务。
四、 实验步骤
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练习一：编辑并发送LLC 帧
本练习将主机A 和B 作为一组，主机C 和D 作为一组，主机E 和F 作为一组。现仅以主机A 和B 为例，说明实验步骤。
1. 主机A 启动仿真编辑器，并编写一个LLC 帧。 目的MAC 地址：主机B 的MAC 地址。 源MAC 地址：主机A 的MAC 地址。 协议类型和数据长度：可以填写001F 。 控制字段：填写02。
用户定义数据/数据字段： AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDDD。 2. 主机B 重新开始捕获数据。 3. 主机A 发送编辑好的LLC 帧。
4. 主机B 停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A 所发送的LLC 帧，分析该帧内容。
＊记录实验结果。
＊简述“协议类型和数据长度”字段的两种含义。
若该值大于 1536，则此帧是 DIX Ethernet V2 标准格式帧，此字段的值代表了 高层协议的类型；若该值小于 1518，则此帧是 IEEE 802.3 标准格式的帧，它的高 层协议一定是 LLC，此字段的值代表了数据的长度。类型是网络适配器向网络中发送数据时候所使用的格式，字长是CPU 一次能处理的数据长度（二进制数的位数）。所以，能处理字长为8位数据的CPU 通常就叫8位的CPU 。同理，32位的CPU 就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。
5. 将第1步中主机A 已编辑好的数据帧修改为“未编号帧”，重做第2、3、4步。
练习二：编辑并发送MAC 广播帧 1. 主机E 启动仿真编辑器。
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2. 主机E 编辑一个MAC 帧： 目的MAC 地址：FFFFFF-FFFFFF 。 源MAC 地址：主机E 的MAC 地址。 协议类型或数据长度：大于0x0600。
数据字段：编辑长度在46—1500字节之间的数据。
3. 主机A 、B 、C 、D 、F 启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC 地址为主机E 的MAC 地址）。 4. 主机E 发送已编辑好的数据帧。
5. 主机A 、B 、C 、D 、F 上停止捕获数据，察看捕获到的数据中是否含有主机E 所发送的数据帧。
主机 A、B 、C 、D 、F 定义过滤器时站点 1、2 的值分别设置为any 和主机 E 的 MAC 地址。停止捕获数据后，捕获到的数据中皆含有主机 E 发送的数据帧。
＊结合练习二的实验结果，简述FFFFFF-FFFFFF 作为目的MAC 地址的作用。
答：FFFFFF-FFFFFF 作为目的地址的MAC 帧说明这是一个广播帧，作用是完成一对多的通信方式，即一个数据帧可发送给同一网段内的所有节点。所以A 、B 、C 、D 、F 都能收到主机E 所发送的数据帧。
练习三：领略真实的MAC 帧
本练习将主机A 和B 作为一组，主机C 和D 作为一组，主机E 和F 作为一组。现仅以主机A 和B 为例，说明实验步骤。
主机B 启动协议分析器，新建捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP 协议）。 主机A ping主机B ；察看主机B 协议分析器捕获的数据包，分析MAC 帧格式。 将主机B 的过滤器恢复为默认状态
＊捕捉到的数据包中可以看出前六对16位为MAC Destination，之后的六对MAC Source， 之后两对为Ethertype-Length=0800 IP protocol ，协议类型： IPv4，后面又附有数据。
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练习四：理解MAC 地址的作用
1. 主机B 、D 、E 、F 启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC 地址为主机A 的MAC 地址）。 2. 主机A ping 主机C 。
3. 主机B 、D 、E 、F 上停止捕获数据，在捕获的数据中查找主机A 所发送的数据帧，并分析该帧内容。 ＊记录实验结果:
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五 .实验结果总结 思考问题:
1. 为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC 子层和LLC 子层？
答：局域网中的多个设备一般共享公共传输媒体，在设备之间传输数据时，首先要解决由哪些设备占有媒体的问题。 所以局域网的数据链路层必须设置媒体访问控制功能，由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种， 为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802标准特意把LLC 独立出来形成单独子层， 使LLC 子层与媒体无关，仅让MAC 子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。
2. 为什么以太网有最短最长帧的长度要求？
答：传统的以太网是共享性局域网，采用载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议。最小帧长必须大于整个网络的最大时延位（最大时延时间内可以传输的数据位）。
如果帧长度太小，就可能出现网络上同时有两个帧在传播，就会产生冲突（碰撞）而造成网络无法发送数据。如果数据帧太长就会出现有的工作长时间不能发送数据，而且可能超出接受端的缓冲区大小，造成缓冲益出。
以太网是不可靠的，这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包，但如果发出的数据包发生错误，发送方会进行重传。以太网的错误主要是发生冲突，冲突是指两台机器同时监听到网络是空闲的，同时发送数据，就会发生冲突，冲突对于以太网来说是正常的。
假设A 检测到网络是空闲的，开始发数据包，尽力传输，当数据包还没有到达B 时，B 也监测到网络是空闲的，开始发数据包，这时就会发生冲突，B 首先发现发生冲突，开始发送冲突信号，冲突信号会返回到A ，如果冲突信号到达A 时，A 还没有发完这个数据包，A 就知道这个数据包发生了错误，就会重传这个数据包。但如果冲突信号会返回到A 时，数据包已经发完，则A 不会重传这个数据包。
要保证以太网的重传，必须保证A 收到冲突信号的时候，数据包没有传完，要实现这一要求，A 和B 之间的距离很关键，也就是说信号在A 和B 之间传输的来回时间必须控制在一定范围之内。IEEE 定义了这个标准，一个冲突域内，最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时，所谓位时就是传输一个比特需要的时间）。这也是我们常说的一个冲突域的直径。
512个位时，也就是64字节的传输时间，如果以太网数据包大于或等于64个字节，就能保证冲突信号到达A 的时候，数据包还没有传完。
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华东师范大学计算机科学技术系上机实践报告
课程名称：计算机网络 指导教师：黄新力
实验名称：以太网帧的构成 座位编号：A64 A54 年级：12级
姓名：郑思淳 蔡梦霜 组号：
上机实践成绩： 创新实践成绩：
上机实践时间： 4 学时
学号：[1**********] [1**********] 上机实践日期：2014.11.24
一、 实验目的
1. 掌握以太网的报文格式
2. 掌握MAC 地址的作用 3. 掌握MAC 广播地址的作用 4. 掌握LLC 帧报文格式
5. 掌握仿真编辑器和协议分析器的使用方法
二、 实验设备
1. 2.
仿真编辑器 协议分析器
三、 实验原理
（一） 两种不同的MAC 帧格式
常用的以太网MAC 帧格式有两种标准，一种是DIX Ethernet V2标准；另一种是IEEE 的802.3标准。 目前MAC 帧最常用的是以太网V2的格式。两种帧格式都具有7个域：前导码、帧首定界符、目的地址、 源地址、长度/类型、数据、帧校验序列。如下图所示。
两种格式的帧可以依据类型/长度字段的值进行区分。 如果此帧是DIX Ethernet V2标准格式帧，则类型/长度字段的值大于1536； 如果此帧是IEEE 802.3标准格式的帧，则类型/长度字段的值小于1518。 对DIX Ethernet V2帧来说，此字段的值代表了高层协议的类型； 对IEEE 802.3帧来说，它的高层协议一定是LLC ，而此字段的值代表的是数据的长度。下图画出了两种不同的MAC 帧格式.
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（二） MAC 层的硬件地址
MAC （Media Access Control, 介质访问控制）地址是识别LAN （局域网）节点的标识。 1. 在局域网中，硬件地址又称物理地址或MAC 地址，它是数据帧在MAC 层传输的一个非常重要的标识符。网卡的物理地址通常是由网卡生产厂家烧入网卡的EPROM ，它存储的是传输数据时真正赖以标识发出数据的电脑和接收数据的主机的地址。
2. 网卡从网络上收到一个 MAC 帧后，首先检查其MAC 地址，如果是发往本站的帧就收下；
否则就将此帧丢弃。这里“发往本站的帧”包括以下三种帧： 单播(unicast)帧（一对一），即一个站点发送给另一个站点的帧。 广播(broadcast)帧（一对全体），即发送给所有站点的帧(全1地址) 。 多播(multicast)帧（一对多），即发送给一部分站点的帧。
(三) 逻辑链路层(LLC)
由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种，为了使数据帧的传送独立于多采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802 标准特意把LLC 独立出来形成单独子层，使LLC 子层与媒体无关，仅让MAC 子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。LLC 子层中规定了无确认无连接、有确认无连接和面向连接三种类型的链路服务。媒体访问控制技术是以太网技术的核心。以太网不提供任何确认收到帧的应答机制，确认必须在高层完成。
LLC 帧的类型:
LLC 帧类型分为三种：信息帧、监控帧和无编号帧。下图表示了LLC 三类帧的控制字段的比较。
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•N(S): 发送者发送序号 •N(R)：发送者接收序号
•SS ：监控功能位：00 － 准备接收（RR ） 10 － 未准备接收（RNR ） 01 － 拒绝（REJ ）。 •M ：修正功能位 •X ：保留，设置为0
•P/F：Poll/final 位。命令LLC PDU传输/响应LLC PDU传输。
帧的类型可从控制字段识别。对于信息帧和监控帧，控制字段为2字节长，而对于无编号帧，控制字段为1字节长。
LLC 子层所提供的服务:
A. 非确信的无连接服务。非确认的无连接服务是一种类似于数据报的服务，它不需要确认信息。 使用服务时，端对端的差错控制和流量控制由高层协议来实现。这个服务可用于点对点、广播和多点传送。
B. 面向连接的服务。LLC 面向连接服务相当于虚电路服务，它的开销比较大，每次通信都要经过连接建立、数据传输和释放连接3个阶段。 但当节点是一个很简单的终端时，就需要面向连接服务。
C. 确认的无连接服务。确认的无连接服务介于上述两种服务之间，它对数据帧提供应答信息，但数据传输之前不需要进行逻辑连接。 确认的无连接服务用于传输某些非常重要且时间性很强的信息，如报警信号，这时不要确认信息则不可靠，但先建立连接则延迟太大， 这种无连接服务类似于可靠的“数据包”服务。
四、 实验步骤
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练习一：编辑并发送LLC 帧
本练习将主机A 和B 作为一组，主机C 和D 作为一组，主机E 和F 作为一组。现仅以主机A 和B 为例，说明实验步骤。
1. 主机A 启动仿真编辑器，并编写一个LLC 帧。 目的MAC 地址：主机B 的MAC 地址。 源MAC 地址：主机A 的MAC 地址。 协议类型和数据长度：可以填写001F 。 控制字段：填写02。
用户定义数据/数据字段： AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDDD。 2. 主机B 重新开始捕获数据。 3. 主机A 发送编辑好的LLC 帧。
4. 主机B 停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A 所发送的LLC 帧，分析该帧内容。
＊记录实验结果。
＊简述“协议类型和数据长度”字段的两种含义。
若该值大于 1536，则此帧是 DIX Ethernet V2 标准格式帧，此字段的值代表了 高层协议的类型；若该值小于 1518，则此帧是 IEEE 802.3 标准格式的帧，它的高 层协议一定是 LLC，此字段的值代表了数据的长度。类型是网络适配器向网络中发送数据时候所使用的格式，字长是CPU 一次能处理的数据长度（二进制数的位数）。所以，能处理字长为8位数据的CPU 通常就叫8位的CPU 。同理，32位的CPU 就能在单位时间内处理字长为32位的二进制数据。
5. 将第1步中主机A 已编辑好的数据帧修改为“未编号帧”，重做第2、3、4步。
练习二：编辑并发送MAC 广播帧 1. 主机E 启动仿真编辑器。
第 4 页 共 7 页
2. 主机E 编辑一个MAC 帧： 目的MAC 地址：FFFFFF-FFFFFF 。 源MAC 地址：主机E 的MAC 地址。 协议类型或数据长度：大于0x0600。
数据字段：编辑长度在46—1500字节之间的数据。
3. 主机A 、B 、C 、D 、F 启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC 地址为主机E 的MAC 地址）。 4. 主机E 发送已编辑好的数据帧。
5. 主机A 、B 、C 、D 、F 上停止捕获数据，察看捕获到的数据中是否含有主机E 所发送的数据帧。
主机 A、B 、C 、D 、F 定义过滤器时站点 1、2 的值分别设置为any 和主机 E 的 MAC 地址。停止捕获数据后，捕获到的数据中皆含有主机 E 发送的数据帧。
＊结合练习二的实验结果，简述FFFFFF-FFFFFF 作为目的MAC 地址的作用。
答：FFFFFF-FFFFFF 作为目的地址的MAC 帧说明这是一个广播帧，作用是完成一对多的通信方式，即一个数据帧可发送给同一网段内的所有节点。所以A 、B 、C 、D 、F 都能收到主机E 所发送的数据帧。
练习三：领略真实的MAC 帧
本练习将主机A 和B 作为一组，主机C 和D 作为一组，主机E 和F 作为一组。现仅以主机A 和B 为例，说明实验步骤。
主机B 启动协议分析器，新建捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP 协议）。 主机A ping主机B ；察看主机B 协议分析器捕获的数据包，分析MAC 帧格式。 将主机B 的过滤器恢复为默认状态
＊捕捉到的数据包中可以看出前六对16位为MAC Destination，之后的六对MAC Source， 之后两对为Ethertype-Length=0800 IP protocol ，协议类型： IPv4，后面又附有数据。
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练习四：理解MAC 地址的作用
1. 主机B 、D 、E 、F 启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC 地址为主机A 的MAC 地址）。 2. 主机A ping 主机C 。
3. 主机B 、D 、E 、F 上停止捕获数据，在捕获的数据中查找主机A 所发送的数据帧，并分析该帧内容。 ＊记录实验结果:
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五 .实验结果总结 思考问题:
1. 为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC 子层和LLC 子层？
答：局域网中的多个设备一般共享公共传输媒体，在设备之间传输数据时，首先要解决由哪些设备占有媒体的问题。 所以局域网的数据链路层必须设置媒体访问控制功能，由于局域网采用的媒体有多种，对应的媒体访问控制方法也有多种， 为了使数据帧的传送独立于所采用的物理媒体和媒体访问控制方法，IEEE 802标准特意把LLC 独立出来形成单独子层， 使LLC 子层与媒体无关，仅让MAC 子层依赖于物理媒体和媒体访问控制方法。
2. 为什么以太网有最短最长帧的长度要求？
答：传统的以太网是共享性局域网，采用载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议。最小帧长必须大于整个网络的最大时延位（最大时延时间内可以传输的数据位）。
如果帧长度太小，就可能出现网络上同时有两个帧在传播，就会产生冲突（碰撞）而造成网络无法发送数据。如果数据帧太长就会出现有的工作长时间不能发送数据，而且可能超出接受端的缓冲区大小，造成缓冲益出。
以太网是不可靠的，这意味着它并不知道对方有没有收到自己发出的数据包，但如果发出的数据包发生错误，发送方会进行重传。以太网的错误主要是发生冲突，冲突是指两台机器同时监听到网络是空闲的，同时发送数据，就会发生冲突，冲突对于以太网来说是正常的。
假设A 检测到网络是空闲的，开始发数据包，尽力传输，当数据包还没有到达B 时，B 也监测到网络是空闲的，开始发数据包，这时就会发生冲突，B 首先发现发生冲突，开始发送冲突信号，冲突信号会返回到A ，如果冲突信号到达A 时，A 还没有发完这个数据包，A 就知道这个数据包发生了错误，就会重传这个数据包。但如果冲突信号会返回到A 时，数据包已经发完，则A 不会重传这个数据包。
要保证以太网的重传，必须保证A 收到冲突信号的时候，数据包没有传完，要实现这一要求，A 和B 之间的距离很关键，也就是说信号在A 和B 之间传输的来回时间必须控制在一定范围之内。IEEE 定义了这个标准，一个冲突域内，最远的两台机器之间的round-trip time 要小于512bit time.(来回时间小于512位时，所谓位时就是传输一个比特需要的时间）。这也是我们常说的一个冲突域的直径。
512个位时，也就是64字节的传输时间，如果以太网数据包大于或等于64个字节，就能保证冲突信号到达A 的时候，数据包还没有传完。
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