路由转发时以太帧的封装机制
以太网帧的封装实验
计算机科学与技术学院计算机网络实验实验报告实验项目以太网帧的封装实验实验日期2016/4/15一实验目的1.1观察以太网帧的封装格式。
1.2对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址。
二实验原理2.1以太网帧的格式（Ethernet V2）2.2以太网中目标MAC地址的三种类型单播地址：拥有单播地址的数据帧发送给唯一一个站点，该站点的MAC地址与帧中的目标MAC地址相同。
拥有单播地址的数据帧称为单播帧。
多播地址：拥有多播地址的帧将发送给网络中由组播地址指定的组站点。
拥有多播地址的数据帧称为多播帧。
广播地址：拥有广播地址的帧将发送给网络中所有的站点。
拥有广播地址的数据帧称为广播帧。
三实验要求3.1拓扑图3.2IP地址配置3.3对比单播以太网帧和广播以太网帧的目标MAC地址四实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析4.1观察单播以太网帧的封装4.1.1步骤一：准备工作打开软件，添加设备进行连接，按照实验要求配置PC的IP地址。
若此时交换机端口指示灯呈橙色，则单击主窗口右下角Realtime（实时）Simulation（模拟）模式切换按钮数次，直至交换机指示灯呈绿色。
此步骤可加速完成交换机的初始化。
4.1.2步骤二：捕获数据包进入Simulation（模拟）模式。
设置Event List Filters（事件列表过滤器）只显示ICMP事件。
单击Add Simple PDU(添加简单PDU)按钮，在拓扑图中添加PC0向PC2发送的数据包。
单击Auto Capture/Play(自动捕获/执行)按钮，捕获数据包。
当PC2发送的响应包返回PC0后通信结束，再次单击Auto Capture/Play按钮，停止数据包的捕获。
4.1.3步骤3：观察以太网帧的封装格式选择事件列表中的第二个数据包（即PC0到Switch0的数据包），单击其右端Info项中的色块。
注意弹出窗口顶端的窗口顶端的窗口信息—PDU Information at Device：Switch0，即当前查看的是交换机Switch0上的PDU信息。
以太帧封装格式
以太帧封装格式一、概述以太帧封装格式是以太网数据包的基本格式，它定义了数据包中各个字段的含义和顺序。
以太帧封装格式被广泛应用于局域网和广域网中，是网络通信中最常用的协议之一。
二、以太帧封装格式的组成以太帧封装格式由以下几个部分组成：1. 前导码：7字节的连续1（11111111）组成，用于同步接收端时钟。
2. 目标MAC地址：6字节，表示数据包要传输到的目标设备的MAC 地址。
3. 源MAC地址：6字节，表示发送数据包的设备的MAC地址。
4. 类型/长度字段：2字节，表示后面数据部分的类型或长度。
当值小于等于1500时，表示长度；当值大于1500时，表示类型。
5. 数据部分：46-1500字节之间。
6. CRC校验码：4字节，用于检查数据传输过程中是否出现错误。
三、各字段含义详解1. MAC地址：MAC地址是一个48位长的二进制数。
前24位为厂商识别码（OUI），后24位为该厂商所生产设备的唯一标识符。
在局域网中，每个设备都必须拥有唯一的MAC地址，以便于数据包的传输和接收。
2. 类型/长度字段：当类型字段为0800时，表示数据部分是IP数据报；当类型字段为0806时，表示数据部分是ARP请求或响应。
长度字段表示数据部分的长度，最大为1500字节。
3. 数据部分：数据部分是以太帧中实际要传输的信息。
根据不同的协议，数据部分可以包含不同的内容。
例如，在IP协议中，数据部分包含IP头和应用层协议的数据；在ARP协议中，数据部分包含ARP请求或响应信息。
四、以太帧封装格式与网络通信以太帧封装格式是网络通信中最常用的协议之一。
它被广泛应用于局域网和广域网中，可以实现设备之间的快速、可靠地通信。
在网络通信过程中，发送端将要传输的信息按照以太帧封装格式组织成一个完整的数据包，并通过物理层将其发送出去。
接收端接收到该数据包后，会按照相同的方式解析出其中各个字段，并进行相应处理。
五、总结以太帧封装格式是网络通信中最常用的协议之一。
1)路由器转发数据包时的封装过程是怎么样的
1）路由器转发数据包时的封装过程是怎么样的？主机 A 把数据发送给路由器 A 为第一次，根据下图写出 DA SA 以及IP 包头中的源地址和目标地址。
路由器A 发送数据给路由器B 为第二次，根据下图写出 DAP R ED AS ATypeHeaderDataC R CIP 包以太网帧SA 以及IP 包头中的源地址和目标地址。
路由器B 发送数据给主机B 为第三次，根据下图写出 DA SA 以及IP 包头中的源地址和目标地址。
2）路由器的启动过程请默写。
请写出A B C D EFG 分别是什么？以及甲乙丙各自的内容（英文）。
3)路由器启动的判断过程，请写出A B C D E F 分别是什么！标准格式请参考PPT 和教材P R E D A S A Type Header Data CR CIP 包以太网帧P R E D A S A Type Header Data CR CIP 包以太网帧4）为Cisco 2600路由器配置密码，密码为123456配置控制台密码：router(config)#router((config_line)#router((config_line)#配置特权模式密码：router(config)#配置加密保存的密码：router(config)#对所有密码加密：teacher(config)#5）如下图所示，在A上配置了以下两条路由，哪条路由在查找10.1.1.1 时起作用呢？ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 192.168.2.1 ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.16）路由器与交换机之间的单臂路由的配置！请写出路由器它的配置。
192.168.2.110.1.1.1B192.168.2.2AB。
ip数据包经由路由转发的时候源ip，目的ip是否改变
ip数据包经由路由转发的时候源ip，⽬的ip是否改变ip数据包经由路由转发的时候源ip，⽬的ip是否改变？最近⾯试⽹络⽅⾯的经常问到这个问题，答案是不能改变的，除⾮做了nat转换才能改变。
不过mac地址是变化的，因为发送端开始不知道⽬的主机的mac地址，所以每经过⼀个路由器mac地址是变化的。
⽬的mac地址是如何得到的？TCP/IP⾥⾯是⽤的ARP协议。
⽐如新建了⼀个内⽹，如果⼀台机器A找机器B，封装FRAME时（OSI的第⼆层⽤的数据格式），要封装对⽅的MAC，开始时A不知道B的MAC，只知道IP，它就发⼀个ARP包，源IP是⾃⼰的，⽬的IP是B的，源MAC是⾃⼰的，⽬的MAC是⼴播的。
然后这个请求包在内⽹内被⼴播，当其他机器接到这个包时，⽤⽬的IP和⾃⼰的IP⽐较，不是的话就丢弃。
B接到时，发现IP与⾃⼰的⼀样，就答应这个包的请求，把⾃⼰的MAC送给A。
如果B是其他⼦⽹的机器，那么路由器会判断出B是其他⼦⽹，然后路由器把⾃⼰的MAC 返回给A，A以后再给B发包时，⽬的MAC封装的是路由器的。
路由转发过程：当主机A发向主机B的数据流在⽹络层封装成IP数据包，IP数据包的⾸部包含了源地址和⽬标地址。
主机A会⽤本机配置的24位IP⽹络掩码255.255.255.0与⽬标地址进⾏与运算，得出⽬标⽹络地址与本机的⽹络地址是不是在同⼀个⽹段中。
如果不是将IP数据包转发到⽹关。
在发往⽹关前主机A还会通过ARP的请求获得默认⽹关的MAC地址。
在主机A数据链路层IP数据包封装成以太⽹数据帧，然后才发住到⽹关……也就是路由器上的⼀个端⼝。
当⽹关路由器接收到以太⽹数据帧时，发现数据帧中的⽬标MAC地址是⾃⼰的某⼀个端⼝的物理地址，这时路由器会把以太⽹数据帧的封装去掉。
路由器认为这个IP数据包是要通过⾃⼰进⾏转发，接着它就在匹配路由表。
匹配到路由项后，它就将包发往下⼀条地址。
路由器转发数据包就是这样，所以它始终是不会改IP地址的。
路由器的转发原理
路由器的转发原理
路由器是一种用于转发数据包的网络设备。
它能够将来自局域网内部的数据包转发给目标网络，使数据包能够正确到达目标设备或网络。
路由器的转发原理基于IP地址，它根据每个数据包中的目标IP地址决定如何转发。
在转发数据包之前，路由器会首先进行数据包的解析，并查找路由表。
路由表是路由器内部存储的一张记录着不同目标网络及相应下一跳网关的表格。
路由表中的记录包括目标网络的IP地址范围及对应的下一跳网关的IP地址。
当路由器接收到一个数据包时，路由器会根据数据包中的目标IP地址和自身的路由表进行匹配。
如果目标IP地址在路由表中存在匹配记录，路由器就会将数据包发送给相应的下一跳网关。
这个下一跳网关就是能够接收到数据包并继续进行转发的设备。
如果找不到匹配记录，路由器可能会根据默认路由表转发数据包，或者直接丢弃数据包。
在进行数据包转发时，路由器还需要进行一系列的操作，如修改目标MAC地址、重新封装数据包等。
这些操作都是为了确保数据包能够正确到达目标设备。
总结起来，路由器的转发原理是基于IP地址的匹配和路由表的查询。
它通过查找路由表中的记录，选择合适的下一跳网关来转发数据包，从而实现数据包的正确传输。
以太帧及IP相关报文分析
以太帧及IP相关报文分析以太帧（Ethernet Frame）和IP（Internet Protocol）相关报文是计算机网络中最基础且重要的数据传输单位。
本文将从以下几个方面对以太帧和IP报文进行分析。
一、以太帧以太帧是以太网中数据传输的基本单位，由目的MAC地址、源MAC地址、以太类型/长度、数据字段和帧校验序列构成。
1.目的MAC地址和源MAC地址：2.以太类型/长度：以太类型字段用于指示以太帧中封装的数据的协议类型，例如IP协议、ARP协议等。
当以太类型字段的值为小于或等于1500时，这个值表示数据字段的长度，即以太帧中封装的数据长度；当以太类型字段的值大于1500时，这个字段被称为以太类型，表示封装的数据是什么类型的协议。
3.数据字段：数据字段是以太帧中封装的实际数据，如IP报文、ARP报文等。
数据字段的长度可变，具体长度由以太类型字段指示。
4.帧校验序列：帧校验序列用于检验以太帧在传输过程中是否出现错误。
发送端在发送数据前会计算校验和，并将校验和值附加到帧的最后。
接收端在接收到数据后也会进行计算，如果计算结果与接收到的校验和不一致，则表明数据在传输过程中发生了错误。
二、IP报文IP报文是基于IP协议进行数据传输的基本单位，由IP头部和数据部分构成。
1.IP头部：IP头部包含了多个字段，用于指示数据传输的相关信息。
-版本：指示IP协议的版本，通常为IPv4或IPv6-首部长度：指示IP头部的长度，以32位字长为单位。
-区分服务：指示数据传输的优先级和服务质量要求。
-总长度：指示IP报文的总长度，包括IP头部和数据部分的长度。
-标识、标记和片偏移：用于支持IP分片，当数据包过大时，可以进行分片以适应网络传输。
-生存时间（TTL）：表示IP报文在网络中可以经过的最大路由器跳数。
-协议：指示IP报文的上层协议类型，如TCP、UDP等。
-校验和：用于检验IP头部在传输过程中是否出现错误。
-源IP地址和目的IP地址：指示IP报文的源地址和目的地址。
计算机网络以太帧
计算机网络以太帧1. 简介以太网是一种常用的局域网技术，其通信基本单位是以太帧（Ethernet Frame）。
以太帧是数据链路层中用于在网络中传输数据的基本单元。
本文将详细介绍以太帧的结构、功能和处理过程。
2. 以太帧结构以太帧是由一系列字段组成的数据包，通常包括以下几个部分：2.1 帧前导码帧前导码是一个固定的字段，由7个字节构成。
它的作用是在数据传输之前进行同步和定时，以确保接收方能正确解读数据。
帧前导码的内容为10101010。
2.2 目的MAC地址目的MAC地址是一个6个字节的字段，用于识别帧的接收方。
每个网络设备都有一个唯一的MAC地址，用于标识其在网络中的位置。
2.3 源MAC地址源MAC地址是一个6个字节的字段，用于识别帧的发送方。
与目的MAC地址类似，源MAC地址也是设备的唯一标识符。
2.4 类型/长度字段类型/长度字段用于指示数据字段的类型或长度。
它可以表示以太网上使用的协议类型，如IP、ARP等，或者表示数据字段的长度。
2.5 数据字段数据字段包含实际传输的数据。
它的长度可以根据类型/长度字段的指示进行变化。
2.6 帧校验序列帧校验序列是一个4字节的字段，用于检测帧在传输过程中是否发生了错误。
接收方会根据帧的内容计算校验序列，并与接收到的校验序列进行比较，以确认接收到的帧是否正确。
3. 以太帧的工作流程了解以太帧的工作流程对理解其在计算机网络中的作用非常重要。
下面是以太帧的基本工作流程：3.1 数据封装在发送端，数据从应用层逐层向下传输，最终被封装成以太帧。
数据会按照特定的格式组织，然后与目的MAC地址、源MAC地址等信息一起构建帧。
3.2 帧传输以太帧通过网络传输到目的地。
在传输过程中，帧会经过网络设备，如交换机、路由器等。
这些设备会根据目的MAC地址将帧转发到正确的接口，以确保帧能够到达正确的接收方。
3.3 帧解封在接收端，以太帧被接收到，并根据其结构进行解封。
接收方会根据目的MAC地址判断是否接收该帧，并提取数据字段中的数据。
以太网工作原理
以太网工作原理
以太网是一种常用的局域网通信技术，它基于CSMA/CD（载
波监听多路访问/冲突检测）的协议来实现多台计算机之间的
数据传输。
在以太网中，通信的数据被分割成称为帧的小块，并通过物理介质传输。
以太网的工作原理如下：
1. 帧的传输：以太网将要传输的数据分割成固定长度的帧。
每个帧包括帧起始符、目的地址、源地址、数据、校验和等字段。
帧的传输是通过物理介质（如双绞线、光纤等）进行的。
2. 帧的发送：发送数据的计算机将数据封装成帧，并通过物理介质发送。
在发送之前，计算机会监听物理介质上的信号，确保没有其他计算机正在发送数据。
3. 帧的接收：接收数据的计算机会监听物理介质上的信号，一旦检测到帧的起始信号，就开始接收数据。
计算机通过解析帧中的目的地址，判断是否是自己需要接收的数据。
4. 冲突检测：如果多台计算机同时发送数据，就会发生冲突。
以太网使用CSMA/CD协议来解决冲突。
当检测到冲突时，发送数据的计算机会停止发送，并根据一定的算法重新发送数据。
5. 重发机制：一旦发生冲突并成功解决，发送数据的计算机会进行重发，确保数据的完整性。
6. 碰撞域和广播域：以太网将网络划分为碰撞域和广播域。
碰撞域指的是一组可以相互影响和冲突的设备，而广播域指的是可以直接通信的设备。
通过交换机等网络设备能够扩展广播域。
总结来说，以太网利用CSMA/CD协议实现多台计算机之间的数据传输。
通过分割成帧、监听信号、冲突检测等机制，确保数据的传输效率和可靠性。
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交换功能是指路由器在一个接口接收数据包并将其从另一个接口转发出去的过程。
交换功能的重要责任是将数据包封装成适用于传出数据链路的正确数据帧类型。
对于从一个网络传入，以另一个网络为目的地的数据包，路由器会进行哪些处理？路由器主要执行以下三个步骤：
1. 通过删除第 2 层帧头和帧尾来解封第 3 层数据包。
2. 检查 IP 数据包的目的 IP 地址以便从路由表中选择最佳路径。
3. 将第 3 层数据包封装成新的第 2 层帧，并将该帧从送出接口转发出去。
在第 3 层 IP 数据包从一台路由器转发到下一台路由器的过程中，除生存时间 (TTL) 字段发生变化外，该 IP 数据包的其它字段均保持不变。
当路由器收到一个 IP 数据包时，它会将该数据包的TTL 减一。
如果减一后得到的TTL 值为零，则路由器将丢弃该数据包。
TTL 用于防止 IP 数据包由于路由环路或网络中其它异常状况而在网络上永无休止地传输。
由于 IP 数据包是解封自第 2 层帧并再次封装成新的第 2 层帧，所以数据链路目的地址和源地址将随数据包从一台路由器转发到下一台路由器而不断发生变化。
第 2 层数据链路源地址代表出站接口的第 2 层地址。
第 2 层目的地址代表下一跳路由器的第 2 层地址。
如果下一跳是最终目的设备，则第 2 层目的地址将是该设备的第 2 层地址。
数据包很有可能会被封装成与收到时不同的另一种第 2 层帧。
例如，路由器从快速以太网接口上收到封装为以太网帧格式的数据包，然后将其封装成 PPP 帧格式通过串行接口转发出去。
请记住，在数据包从源设备到最终目的设备的传输过程中，第 3 层 IP 地址始终不会发生变化。
但是，随着每台路由器不断将数据包解封、然后又重新封装成新数据帧，该数据包的第 2 层数据链路地址在每一跳都会发生变化。
数据包从源到目的地的传输过程
步骤 1：PC1 需要向 PC2 发送一个数据包
PC1 将 IP 数据包封装成以太网帧，并将其目的 MAC 地址设为 R1FastEthernet 0/0 接口
的 MAC 地址。
PC1 是如何确定应该将数据包转发至 R1 而不是直接发往 PC2？这是因为 PC1 发现源 IP 地址和目的 IP 地址位于不同的网络上。
PC1 通过对自己的 IP 地址和子网掩码执行 AND 运算，从而了解自身所在的网络。
同样，PC1 也对数据包的目的 IP 地址和自己的子网掩码执行 AND 运算。
如果两次运算结果一致，则 PC1 知道目的 IP 地址处于本地网络中，无需将数据包转发到默认网关（路由器）。
如果 AND 运算的结果是不同的网络地址，则 PC1 知道目的 IP 地址不在本地网络中，因而需要将数据包转发到默认网关（路由器）。
注：如果数据包目的 IP 地址与 PC1 子网掩码进行 AND 运算后，所得到的结果并非 PC1 计算得出的自己所在的网络地址，该结果也未必就是实际的远程网络地址。
在PC1 看来，只有当掩码和网络地址相同时，目的 IP 地址才属于本地网络。
远程网络可能使用不同的掩码。
如果目的 IP 地址经过运算后得到的网络地址不同于本地网络地址，则 PC1 无法知道实际的远程网络地址，它只知道该地址不在本地网络上。
PC1 如何确定默认网关（路由器 R1）的 MAC 地址？PC1 会在其 ARP 表中查找默认网关的 IP 地址及其关联的 MAC 地址。
如果该条目不存在于 ARP 表中会发生什么情况？PC1 会发出一个 ARP 请求，然后路由器 R1 作出 ARP 回复。
步骤 2：路由器 R1 收到以太网帧
1. 路由器 R1 检查目的 MAC 地址，在本例中它是接收接口 FastEthernet 0/0 的 MAC 地址。
因此，R1 将该帧复制到缓冲区中。
2. R1 看到“以太网类型”字段的值为 0x800，这表示该以太网帧的数据部分包含 IP 数据包。
3. R1 解封以太网帧。
4. 由于数据包的目的 IP 地址与路由器 R1 的所有直连网络均不匹配，R1 将求助于路由表来确定数据包的路由方式。
R1 搜索路由表中的条目，看看其中是否存在网络地址和子网掩码的组合能否构成目的IP 地址所在的网络。
在本例中，路由表存在192.168.4.0/24 网络的路由条目。
数据包的目的 IP 地址为192.168.4.10，这是该网络中的主机 IP 地址。
R1 到 192.168.4.0/24 网络的路由的下一跳 IP 地址为192.168.2.2，送出接口为FastEthernet 0/1。
这表示 IP 数据包将封装到一个新的以太网帧中，其目的 MAC 地址为下一跳路由器的 IP 地址对应的 MAC 地址。
由于送出接口连接的是以太网，R1 必须将下一跳 IP 地址解析为目的 MAC 地址。
5. R1 在其 FastEthernet 0/1 接口的 ARP 缓冲区中查找下一跳 IP 地址 192.168.2.2。
如果该条目不在 ARP 缓冲区中，R1 会从 FastEthernet 0/1 接口发出一个 ARP 请求。
R2 以 ARP 回复应答。
收到 ARP 回复后，R1 便使用192.168.2.2 条目及相关 MAC 地址更新其 ARP 缓冲区。
6. IP 数据包被封装到新的以太网帧中，并从 R1 的 FastEthernet0/1 接口发出。
步骤 3：数据包到达路由器 R2
1. 路由器 R2 检查目的 MAC 地址，在本例中它是接收接口 FastEthernet 0/0 的 MAC 地址。
因此，R1 将该帧复制到缓冲区中。
2. R2 看到“以太网类型”字段的值为 0x800，这表示该以太网帧的数据部分包含 IP 数据包。
3. R2 解封以太网帧。
4. 由于数据包的目的 IP 地址与路由器 R2 的所有接口地址均不匹配，R2 将查询其路由表来确定数据包的路由方式。
R2 使用与 R1 相同的过程在路由表中搜索数据包的目的 IP 地址。
R2 的路由表中有到 192.168.4.0/24 的路由，下一跳 IP 地址为192.168.3.2 且送出接口
为 Serial0/0/0。
因为送出接口不是以太网，所以 R2 不需要将下一跳的 IP 地址解析为目的 MAC 地址。
当接口为点对点串行连接时，R2将 IP 数据包封装成适合送出接口（HDLC、PPP 等）使用的数据链路帧格式。
在此情况下，第 2 层封装为 PPP；因此，数据链路目的地址将设置为广播地址。
请记住，串行接口没有 MAC 地址。
5. IP 数据包封装成新的数据链路帧 (PPP)，然后通过 serial0/0/0 送出接口发送出去。
步骤 4：数据包到达 R3
1. R3 接收并将数据链路 PPP 帧复制到缓冲区中。
2. R3 解封数据链路 PPP 帧。
3. R3 在路由表中搜索数据包的目的 IP 地址。
路由表的搜索结果显示，该地址所在的网络为 R3 的直连网络。
这表示该数据包可以直接发往目的设备，不需要将其发往另一台路由器。
因为送出接口是直连的以太网，所以 R3 需要将数据包的目的 IP 地址解析为目的 MAC 地址。
4. R3 在其 ARP 缓存中搜索数据包的目的 IP地址192.168.4.10。
如果该条目不在 ARP 缓冲区中，R3 会从 FastEthernet 0/0 接口发出一个 ARP 请求。
PC2 用其自身的 MAC 地址回复 ARP 应答。
R3 用条目 192.168.4.10 及 ARP 应答中返回的MAC 更新其 ARP 缓存。
5. IP 数据包被封装到新的数据链路（以太网）帧中，并从 R3 的 FastEthernet0/0 接口发出。
步骤 5：封装有 IP 数据包的以太网帧到达 PC2
1. PC2 检查目的 MAC 地址，发现该地址与接收接口的MAC 地址（PC2 的以太网网卡）匹配。
因此 PC2 将数据帧的剩余部分复制到缓冲区中。
2. PC2 看到“以太网类型”字段的值为 0x800，这表示该以太网帧的数据部分包含 IP 数据包。
3. PC2 解封以太网帧并将 IP 数据包传递至操作系统的 IP进程。