实验4ieee802.3协议分析和以太网
ieee802.3标准使用的编码方法
IEEE 802.3标准是一个网络通信协议标准，它规定了以太网技术的物理层和数据链路层的实现方式。
在这个协议标准中，使用了一系列的编码方法来实现数据的传输和接收。
本文将介绍IEEE 802.3标准使用的编码方法，并对这些方法进行详细的解析和分析。
1. Manchester编码Manchester编码是一种常用的线路编码方法，它将每个数据位转换成一个高低电平的信号。
在Manchester编码中，0被表示为高电平跟随一个低电平，1被表示为低电平跟随一个高电平。
这种编码方式具有很好的时钟恢复性能，且能够通过相邻信号的边缘来确定数据位的边界。
在IEEE 802.3标准中，Manchester编码被用于10BASE-T和10BASE2等传输介质中。
2. 4B/5B编码4B/5B编码是一种将4位数据转换成5位代码的编码方式。
在这种编码方法中，每个4位数据被映射成一个5位不等的编码，以确保编码后的数据满足特定的传输要求。
这种编码方法的主要作用是确保数据传输的可靠性和线路的平衡性。
在IEEE 802.3标准中，4B/5B编码被用于100BASE-TX和1000BASE-X等传输介质中。
3. 8B/10B编码8B/10B编码是一种将8位数据转换成10位代码的编码方式。
在这种编码方法中，每个8位数据被映射成一个10位不等的编码，以确保编码后的数据满足特定的传输要求。
这种编码方法的主要作用是确保数据传输的可靠性和线路的平衡性。
在IEEE 802.3标准中，8B/10B编码被用于1000BASE-T等传输介质中。
4. ScramblingScrambling是一种通过伪随机序列对数据进行混淆的方法。
在这种编码方式中，发送端通过一个伪随机序列对数据进行处理，然后再发送到接收端进行解码。
这种编码方法的主要作用是降低数据中的直流分量，以减少传输线上的干扰。
在IEEE 802.3标准中，Scrambling被用于高速以太网的传输介质中。
ieee802
ieee802.3的工作原理IEEE 802.3是以太网标准的一部分，下面是其工作原理的简要概述：1. 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）：IEEE 802.3使用时分多路复用（TDM）技术，将传输介质（如双绞线、光纤等）分割为时间片段，每个时间片段都被分配给一个节点或设备进行通信。
2. 碰撞检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）：在共享介质（如以太网中的同轴电缆）上，多个节点可以同时发送数据。
但当两个节点同时发送数据时会发生碰撞，因此IEEE 802.3使用碰撞检测机制来解决这个问题。
节点在发送数据前会先侦听传输媒介上是否有其他节点正在发送数据，如果检测到碰撞，则会终止发送并等待一段时间后重新发送。
3. 数据帧结构：IEEE 802.3定义了以太网数据帧的结构，它包括前导码、目的MAC地址、源MAC地址、长度/类型字段、数据字段和帧校验序列等。
这些字段具体定义了数据帧的各部分作用，以及如何进行帧的识别、校验和处理。
4. 数据帧传输：当节点发送数据时，它会将数据封装为一个数据帧，并通过物理介质发送出去。
接收方节点侦听传输媒介，并根据目的MAC地址判断是否接收该数据帧，如果是，则进行数据解封装，并交给上层协议进行处理。
5. MAC地址：以太网中的每个设备都有一个唯一的MAC地址，用于在网络中唯一标识该设备。
节点在发送数据时，会使用目的MAC地址来指定数据帧的接收方，而源MAC地址则用于标识数据帧的发送方。
总而言之，IEEE 802.3通过时分多路复用、碰撞检测等机制，以及定义数据帧的结构和传输方法，实现了节点之间的通信。
这种基于MAC地址的以太网技术被广泛应用于局域网（LAN）和广域网（WAN）等网络环境中。
以太网基础协议802.3介绍
802.3802.3 通常指以太网。
一种网络协议。
描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法，在多种物理媒体上以多种速率采用CSMA/CD访问方式，对于快速以太网该标准说明的实现方法有所扩展。
DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3局域网简称为“以太网”。
严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网。
早期的IEEE 802.3描述的物理媒体类型包括：10Base2、10Base5、10BaseF、10BaseT和10Broad36等；快速以太网的物理媒体类型包括：100 BaseT、100Base T4和100BaseX等。
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802 委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制 LLC (Logical Link Control)子层媒体接入控制 MAC (Medium Access Control)子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在 MAC子层，而 LLC 子层则与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对 LLC 子层来说都是透明的。
由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是 DIX Ethernet V2 而不是 802.3 标准中的几种局域网，因此现在 802 委员会制定的逻辑链路控制子层 LLC（即 802.2 标准）的作用已经不大了。
很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
MAC子层的数据封装所包括的主要内容有：数据封装分为发送数据封装和接收数据封装两部分，包括成帧、编制和差错检测等功能。
数据封装的过程：当LLC子层请求发送数据帧时，发送数据封装部分开始按MAC 子层的帧格式组帧：（1）将一个前导码P和一个帧起始定界符SFD附加到帧头部分；（2）填上目的地址、源地址、计算出LLC数据帧的字节数并填入长度字段LE N；（3）必要时将填充字符PAD附加到LLC数据帧后；（4）求出CRC校验码附加到帧校验码序列FCS中；（5）将完成封装后的MAC帧递交MIAC子层的发送介质访问管理部分以供发送；接收数据解封部分主要用于校验帧的目的地址字段，以确定本站是否应该接受该帧，如地址符合，则将其送到LLC子层，并进行差错校验。
IEEE 802.3标准及以太网
§4 帧结构
以太网的帧结构
单位：
字节
7 1 2/6
先导字段
目的地
1010101
址
0 帧开始字符10101011
2/6 2
0~1500
源地址
数据
类型：表示上层使用的协议 如IP协议为800H，ARP协议为07FDH
❖ 前四次竞争都冲突的概率为：1 x 0.5 x 0.25 x 0.125 = 0.015625=1/24×(4-1)/2
对于两个站点的第j次竞争，发生在第i次冲 突之后，j=i+1，站点会在[0,2j-1)或[0,2i)范围 选择等待时隙。 其发生冲突的概率=1/2j-1=1/2i
前j次竞争都冲突的概率= 1×1/2×…×1/2j-1=1/2(j-1)×j/2=1/2i×(i+1)/2
帧结构字段说明
两个地址 数据字段长度和校验和 填充字段
两个地址
目的地址和源地址都允许为2字节或6字节，在10M bps 的基带以太网中是6字节
目的地址最高位为0：普通地址 1：多点发送（多播,Multicast）
目的地址全1：广播发送（Broadcast） 目的地址次高位(第46位)用来标识局部地址还是全局地
❖ 第三次竞争，即第二次冲突后：A、B都将在0、1、2、3之间选择，选择的 组合有：00、01、02、03、10、11、12、13、20、21、22、23、30、31、 32、33共16种，其中00、11、22、33将再次冲突，所以第三次竞争时，冲 突的概率为0.25=1/22
❖ 第四次竞争，即第三次冲突后：A、B都将在0、1、2、3、4、5、6、7之间 选择，选择的组合共有64种，其中00、11、… …、77将再次冲突，所以第 四次竞争时，冲突的概率为0.125=1/23
IEEE_802.3和以太网
IEEE 802.3和以太网OSI参考模型(Open System Interconnect Reference Model，开放系统互联参考模型) :A seven layer abstract reference model for communications protocols in which each layer performs a specific task. The intent of the model is to allow different vendors on different hardware to communicate with each other at the same layer. The seven layers are physical, data link, network, transport, session, presentation, and application.一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。
该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。
这7层是:物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。
IEEE 802.3委员会的工作范畴是在OSI参考模型(Open System Interconnect Reference Model，开放系统互联参考模型)下面的物理层和数据链路层。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口（RGMII / GMII / MII）。
数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
这两层的每一层又分成若干子层和接口。
下图显示了IEEE 802.3 Local and metropolitan area networks标准Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications规定的以太网的子层和接口。
(完整word版)IEEE802标准和以太网 实验报告
实验报告实验中心（室）：计算机工程实验教学中心实验分室：计算机网络基础实验课程：计算机网络与互联网实验项目名称：IEEE802标准和以太网专业：计算机科学与技术（网络工程）年级：2014级姓名：刘成学号：20140657031105 日期：2016年11月3日一．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. 掌握协议编辑器和协议分析器的使用方法6. 掌握协议栈发送和接收以太网数据帧的过程二．实验环境三．实验内容练习 1 领略真实的MAC 帧各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。
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、B 所在组为例，其它组的操作参考主机A、B 所在组的操作。
1. 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）。
2. 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。
3. 将主机B 的过滤器恢复为默认状态。
练习 2 理解MAC 地址的作用本练习将主机 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、B 为例，其它组的操作参考主机A、B 的操作。
1. 主机B 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B。
3.主机B 停止捕获数据，在捕获的数据中查找主机A 所发送的ICMP 数据帧，并分析该帧内容练习 3 编辑并发送MAC 广播帧本练习将主机A 、B、C、D、E、F 作为一组进行实验。
1. 主机 E 启动协议编辑器。
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）。
IEEE 802.3 局域网协议
以太网Ethernet：IEEE 802.3 局域网协议（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）以太网协议是由一组IEEE 802.3 标准定义的局域网协议集。
在以太网标准中，有两种操作模式：半双工和全双工。
半双工模式中，数据是通过在共享介质上采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议实现传输的。
它的主要缺点在于有效性和距离限制，链路距离受最小MAC 帧大小的限制。
该限制极大的降低了其高速传输的有效性。
因此，引入了载波扩展技术来确保千兆位以太网中MAC 帧的最小长度为512 字节，从而达到了合理的链路距离要求。
当前定义在光纤和双绞线上的传输速率有四种：•10 Mbps －10Base-T 以太网•100 Mbps －快速以太网•1000 Mbps －千兆位以太网（802.3z）•10 千兆位以太网－IEEE 802.3ae本文我们主要讨论以太网的总体概况。
有关快速以太网、千兆位以太网以及10 千兆位以太网的具体内容将在其它文档中另作介绍。
以太网系统由三个基本单元组成：1物理介质，用于传输计算机之间的以太网信号；2介质访问控制规则，嵌入在每个以太网接口处，从而使得计算机可以公平的使用共享以太网信道；3以太帧，由一组标准比特位构成，用于传输数据。
在所有IEEE 802 协议中，ISO 数据链路层被划分为两个IEEE 802 子层，介质访问控制（MAC）子层和MAC －客户端子层。
IEEE 802.3 物理层对应于ISO 物理层。
MAC 子层有两个基本职能：•数据封装，包括传输之前的帧组合和接收中、接收后的帧解析/ 差错检测。
•介质访问控制，包括帧传输初始化和传输失败恢复。
介质访问控制（MAC）－客户端子层可能是以下一种：•逻辑链路控制（LLC），提供终端协议栈的以太网MAC 和上层之间的接口，其中LLC 由IEEE 802.2 标准定义。
4-3 IEEE 802.3标准及以太网
填充字段
❖ 为保证帧的最短长度为64个字节
即：在数据字段长度为0时 两个地址（12字节）+ 长度（2个字节）+ 填充字节+校 验和（4个字节）= 64 18字节+ 填充字节 = 64
填充字节 = 46
所以填充字节为：0 ~ 46字节
14
§5 最短帧长问题
❖ 为什么帧的最短长度为64个字节？
为了确认发送帧是否正确到达终点，必须保证可能的冲突信号
❖ 802.3的帧结构
单位：
字节
7
1
2/6
2/6
2
先导字段 10101010
目的地址 源地址
0~1500 数据
帧开始字符10101011 数据字段长度
0~46 填充字符
4 校验和
0~46 填充字符
4 校验和
9
交互问题
集线器和中继器能否改变以太网的帧？它 们工作ISO/OSI网络结构的哪一层？（ ） A.有，物理层 B.没有，物理层 C.有，数据链路层 D.没有，数据链路层
廉价 易于维护 用于楼间
接口 AUI BNC RJ-45 ST
4
粗缆以太网（10BASE5）
终止器
收发器粗缆 AUI电缆 Nhomakorabea终止器
5
细缆以太网(10BASE2)
细缆 BNC连接器
终止器
6
双绞线以太网(10BASE-T)
HUB
双绞线
RJ-45
7
§3 802.3的其他设备
❖ 集线器（HUB）：目前很常用。形成星形 连接，但其本质是总线结构
长度（传输512 bit，即64字节的时间），即帧的长度至少为64个
字节
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实验四IEEE 协议分析和以太网
一、实验目的
1、分析协议
2、熟悉以太网帧的格式
二、实验环境
与因特网连接的计算机网络系统；主机操作系统为windows；Ethereal、IE 等软件。
三、实验步骤
（注：本次实验先完成前面的“1 俘获并分析以太网帧”，并回答好后面的第1-10 题，完成后看书学习一下arp的相关内容）
1、俘获并分析以太网帧
（1）清空浏览器缓存（在IE窗口中，选择“工具/Internet选项/删除文件”命令）。
（2）启动Ethereal，开始分组俘获。
（3）在浏览器的地址栏中输入：
，浏览器将显示冗长的美国权力法案。
（4）停止分组俘获。
首先，找到你的主机向服务器发送的HTTP GET报文的分组序号，以及服务器发送到你主机上的HTTP 响应报文的序
号。
其中，窗口大体如下。
选择“Analyze->Enabled Protocols”，取消对IP复选框的选择，单击OK （不这样设置也可，建议先不要这样操作）。
窗口如下。
（5）选择包含HTTP GET报文的以太网帧，在分组详细信息窗口中，展开Ethernet II信息部分。
根据操作，回答“四、实验报告内容”
中的1-5题
（6）选择包含HTTP 响应报文中第一个字节的以太网帧，根据操作，回答“四、实验报告内容”中的6-10题
2、ARP
（1）利用MS-DOS命令：arp 或 c:\windows\system32\arp查看主机上ARP缓存的内容。
根据操作，回答“四、实验报告内容”中的11题。
（2）利用MS-DOS命令：arp -d * 清除主机上ARP缓存的内容。
（3）清除浏览器缓存。
（4）启动Ethereal，开始分组俘获。
（5）在浏览器的地址栏中输入：
，浏览器将显示冗长的美国权力法案。
（6）停止分组俘获。
选择“Analyze->Enabled Protocols”，取消对IP复选框的选择，单击OK。
窗口如下。
根据操作，回答“四、实验报告内容”中的12-15题。
四、实验报告内容
在实验的基础上，回答以下问题：
1、你所在主机的48位以太网地址是多少
2、以太网Frame中目标主机48位的地址是多少它是服务
器的以太网地址吗如果不是，该地址是什么设备的以太网地址
不是，该地址是路由器的以太网地址
3、给出Frame头部Type字段(2字节)的十六进制值。
标志
字段的值是1有什么含义（原文： Give the hexadecimal value for
the two-byte Frame type field. What do the bit(s) whose value
is 1 mean within the flag field）
标志字段的值是1的含义：
URG 紧急指针
ACK 确定序号有效
PSH 接受方应该尽快将此报文段交给应用层
PST 重建链接
SYN 同步序号发起一个链接
FIN 发送端完成发送任务
4、在包含“GET”的以太网帧中，给出16进制数表示的字
符“G”的位置(从Frame的头部开始，以字节为单位)（原文： How many bytes from the very start of the Ethernet frame does the ASCII “G” in“GET” appear in the Ethernet frame）如果Frame的头部为顺序1，则G的位置为67
5、在该以太网帧中CRC字段的十六进制值是多少（注：以
太网在末尾还有个4byte的CRC校验，但是Ethereal把这个剥除了，故没有显示。
）
以太网的CRC校验，Ethereal把这个剥除了，故没有显示
6 以太网Frmae中的源地址是多少该地址是你主机的地址吗是服务器的地址吗如果不是，该地址是什么设备的以太网地址
00:50：56：e1:2e:9e
该地址既不是我主机的地址，也不是web服务器的地址，她是网关地址
7 以太网帧的48位目的地址是多少该地址是你主机的地址吗
以太网帧的48位目的地址是00:0c:29:75:e5:5b,该地址是我主机的地址
8 给出Frame头部中2-字节Type字段的十六进制值。
9 在包含“OK”的以太网帧中，从该帧的起始处算起，”O”是第
几个字节（以16进制表示）
由下图可知第15个字节
10 在该以太网帧中CRC字段的十六进制值是多少（无）
以太网的CRC校验，Ethereal把这个剥除了，故没有显示11写下你主机ARP缓存中的内容。
其中每一列的含义是什么
以上显示的依次是interface;就是自己主机的IP地址，下面的默认网关的IP地址，后面的十六进制的数是默认网关的地址
12包含ARP请求报文的以太网帧的源地址和目的地址的十六进制值各是多少
由上图可知源mac 地址是：00:50:56:c0:00:08，目的mac 地址是：FF ：FF ：FF ：FF ：FF ：FF
13给出Frame头部Type字段的十六进制值。
解释其含义。
由上图可知：十六进制的值是：08 06
14从，根据操作回答：
1）opcode字段相对于Frame起始字节的位置
(0×0001)
2) 形成ARP请求报文的以太网帧中，ARP payload部分opcode
字段的值是多少
由上图可知opcode 的值是00 01
3) 在ARP报文中是否包含发送方的IP地址
ARP报文中包含发送方的IP地址，但是是默认网关的IP地址。
4）ARP请求报文中，“请求”出现在哪（原文：Where in the ARP request does the “question” appear –the Ethernet address of the machine whose corresponding IP address is being queried）
15 现在找出一个对ARP请求作出响应的应答包，回答下列问题：1）opcode字段相对于Frame起始字节的位置
(0×0001)
2) 形成ARP响应报文的以太网帧中，ARP payload部分opcode
字段的值是多少
由上图可知opcode 的值是00 01
3) 与上述ARP请求相对应的arp报文中，“应答”
出现在什么位置
（原文：Where in the ARP message does the “answer” to the earlier ARP request appear – the IP address of the
machine having the Ethernet address whose corresponding IP
address is being queried）
16包含ARP应答报文的以太网帧中源地址和目的地址的十六进制值
各是多少
包含ARP回答报文的以太网帧中源地址是：，十六进制值是：c0 a8 4a 01;目的地址是：,十六进制值是：c0 a8 4a 02。