2_数据链路层和网络层协议分析
nema协议解析
nema协议解析协议名称：NEMA协议解析一、引言NEMA（National Electrical Manufacturers Association，美国国家电器制造商协会）协议是一套用于电气设备和系统之间通信的标准化协议。
本协议解析旨在详细介绍NEMA协议的结构、功能和应用，以便读者对该协议有一个全面的了解。
二、协议结构NEMA协议采用分层结构，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
1. 物理层物理层定义了NEMA协议在传输介质上的电气特性、连接器类型、传输速率等。
常用的物理层标准包括RS-232、RS-485、Ethernet等。
2. 数据链路层数据链路层负责将数据帧从发送方传输到接收方，确保数据的可靠性和完整性。
数据链路层采用帧格式进行数据传输，其中包括帧起始标识、地址字段、控制字段、数据字段和帧检验序列等。
3. 网络层网络层处理数据包的路由和转发，负责将数据从源节点传输到目标节点。
网络层使用IP地址来标识节点，并通过路由表来确定数据包的传输路径。
4. 应用层应用层定义了NEMA协议的具体应用，包括设备之间的通信协议、数据格式和命令集等。
常见的NEMA应用层协议包括NEMA 0183、NEMA 2000等。
三、协议功能NEMA协议具有以下主要功能：1. 数据传输NEMA协议支持设备之间的双向数据传输，包括实时数据、配置数据和控制命令等。
通过NEMA协议，设备可以实现数据的可靠传输和实时更新。
2. 设备控制NEMA协议定义了设备之间的控制命令和响应方式，支持设备的启动、停止、调节和状态查询等操作。
通过NEMA协议，用户可以方便地对设备进行远程控制。
3. 数据解析NEMA协议提供了数据解析的标准方法，使得接收方能够正确解析和处理发送方传输的数据。
数据解析包括数据格式的解析、数据字段的提取和数据转换等。
4. 网络管理NEMA协议支持网络管理功能，包括节点的发现、配置和监控等。
通过网络管理，用户可以对网络中的设备进行集中管理和监控，提高系统的可靠性和稳定性。
fc协议栈分析
fc协议栈分析协议名称：FC协议栈分析协议一、背景介绍FC协议栈是一种用于光纤通信的协议栈，它定义了光纤通信中的物理层、数据链路层和网络层等各个层次的协议规范。
本协议旨在对FC协议栈进行详细的分析，包括协议栈的结构、协议层次、协议功能等方面的内容。
二、协议栈结构1. 物理层：FC协议栈的物理层负责光纤通信的传输介质和传输方式。
它定义了光纤的接口规范、光信号的编码解码方式、光纤的传输速率等内容。
2. 数据链路层：FC协议栈的数据链路层负责数据的传输和错误检测。
它定义了数据的帧格式、帧同步的方式、帧的校验和等内容。
3. 网络层：FC协议栈的网络层负责数据的路由和传输控制。
它定义了数据的路由协议、传输控制协议、数据的分段和重组等内容。
三、协议层次FC协议栈按照ISO/OSI模型进行分层，共分为七个层次，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
其中，物理层、数据链路层和网络层是FC协议栈的核心层次。
四、协议功能1. 物理层功能：a. 光纤接口规范：定义了光纤的接口类型、光纤的连接方式等规范。
b. 光信号的编码解码：将数字信号转换为光信号，并将光信号转换为数字信号。
c. 光纤的传输速率：定义了光纤的传输速率，如1Gbps、10Gbps等。
2. 数据链路层功能：a. 帧格式：定义了数据在物理层上传输的帧格式，包括帧头、帧尾、数据字段等。
b. 帧同步：确保数据的顺序传输和正确接收。
c. 帧的校验和：用于检测帧在传输过程中的错误。
3. 网络层功能：a. 路由协议：确定数据的传输路径，包括静态路由和动态路由。
b. 传输控制协议：控制数据的传输速率、拥塞控制和流量控制等。
c. 数据的分段和重组：将大数据包分成小的数据段进行传输，并在接收端重组。
五、协议栈实现FC协议栈可以在硬件和软件两方面进行实现。
硬件实现通常采用专用的光纤通信芯片，包括光纤接口芯片、光信号编解码芯片等。
软件实现通常采用编程语言进行开发，包括C语言、Python等。
计算机网络模型的建立与分析
计算机网络模型的建立与分析计算机网络的建立是为了让人们能够更加方便地进行信息的交流和共享，是现代技术发展的重要标志之一。
但是，要使计算机网络运行稳定、高效地向用户提供服务，就必须建立一种可行的网络模型，通过对网络模型进行分析与改进，提高网络系统的可靠性、实用性和安全性，这是计算机网络建设的必经之路。
一、计算机网络模型的基本概念1. OSI七层模型OSI（Open System Interconnection）是指开放式系统互联的概念，是ISO （International Standardization Organization）组织推出的计算机网络模型，包括了七个层次，分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
每一层都有其独特的功能和作用，它们协同工作，将网络通信分为若干个步骤，最终实现信息的传递和共享。
2. TCP/IP四层模型TCP/IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）是指传输控制协议与网络互联协议，是目前应用最为广泛的网络协议体系结构，主要有四层，分别是：网络接口层、网络层、传输层、应用层。
其中，网络接口层负责传输物理数据，网络层负责分组和寻址，传输层负责可靠的数据传输，应用层提供应用程序所需的服务。
二、建立计算机网络模型的原则1. 模块化原则模块化是指将计算机系统分成若干个不同的模块，每个模块具有相对独立的功能和任务。
通过模块化原则，可以将网络系统分成不同的层次、部件和子系统等，从而方便管理、维护和调试。
2. 分层原则分层是指将计算机网络模型分成不同的层次，每一层通过协议与下一层进行通信。
通过分层原则，可以实现不同层次之间的解耦合，避免某一层次的故障影响整个系统的正常运行。
3. 抽象原则抽象是指将网络系统中复杂的过程和数据进行简化和抽象化，以简洁、直观的方式表达网络通信的关键性质和行为。
通过抽象原则，可以减少网络系统的复杂度，提高系统抗干扰能力和运行效率。
《网络协议分析》课件
IPv6的普及
随着互联网的快速发展，IPv6协议正在逐渐取代IPv4。越来越多的企业和组织开始采用IPv6协议，以提高网络性能和 安全性。
IPv6的影响
IPv6的普及将对网络架构、设备和应用产生深远影响。企业和组织需要积极应对IPv6带来的挑战，如设 备兼容性问题、网络管理问题等。
网络协议中的加密和安全机制能够保护数据传输过程中的机密性和 完整性，防止未经授权的访问和攻击。
网络协议的分类
按层次分
01
可以分为物理层协议、数据链路层协议、网络层协议、传输层
协议和应用层协议等。
按应用场景分
02
可以分为局域网协议（如以太网）、广域网协议（如TCP/IP）
和无线网络协议（如Wi-Fi）等。
分析数据包
协议分析
根据捕获的数据包，分析其所属协议类型， 如TCP、UDP、HTTP等。
数据包内容分析
对数据包的各个字段进行分析，了解其含义和作用 ，并根据协议标准解析其内容。
流量分析
分析网络流量特征，如流量大小、传输速率 、数据包数量等，以了解网络负载情况和性 能瓶颈。
还原网络通信过程
建立通信流程
要点三
WebRTC
WebRTC是一种支持实时通信的开放 标准，允许网页浏览器之间直接进行 音视频通话、文件共享和P2P连接。 WebRTC具有低延迟、高音质和跨平 台兼容性等特点，被广泛应用于在线 教育、远程工作和社交媒体等领域。
网络协议的未来趋势
安全性
随着网络安全威胁的不断增加，网络协议的安全性将越来越受到 重视。未来网络协议将更加注重加密算法、身份验证和访问控制
网络协议与封包分析
网络协议与封包分析网络协议是指计算机网络中不同设备之间进行通信所遵循的规则和标准。
它确保了数据的传输和接收的可靠性、完整性和有效性。
封包分析是指通过对网络数据包的解析和分析，以了解网络流量和网络通信的细节信息。
本文将探讨网络协议的基本原理以及封包分析的重要性和应用。
一、网络协议的基本原理网络协议是计算机网络中数据传输的基础。
它规定了数据传输的格式、传输的顺序和控制信号等。
网络协议通常分为物理层协议、数据链路层协议、网络层协议和传输层协议等不同的层次。
1. 物理层协议物理层协议负责将数字信号转换为模拟信号，并通过物理介质进行传输。
常见的物理层协议有以太网协议和无线网络协议等。
2. 数据链路层协议数据链路层协议在物理层协议的基础上，对数据进行分组和错误校验。
它负责将数据分割为数据帧，并在帧之间添加校验信息以保证数据的可靠传输。
常见的数据链路层协议有以太网协议和无线局域网协议等。
3. 网络层协议网络层协议负责将数据从源主机传输到目标主机，通过路由选择和地址分配来实现不同主机之间的通信。
常见的网络层协议有IP协议和ICMP协议等。
4. 传输层协议传输层协议负责提供端到端的可靠数据传输服务。
它将数据分割为更小的单元，并为每个单元添加序号和校验信息以保证数据的完整性和顺序传输。
常见的传输层协议有TCP协议和UDP协议等。
二、封包分析的重要性和应用封包分析是对网络数据包进行解析和分析的过程，它对于网络故障排查、安全审计和网络性能优化等方面都具有重要的意义。
1. 故障排查封包分析可以帮助网络管理员快速定位和解决网络故障。
通过分析数据包的源地址、目标地址、协议类型和数据内容等信息，管理员可以追踪和定位网络中出现的问题，并采取相应的措施进行修复。
2. 安全审计封包分析可以检查网络中是否存在异常的数据流量和攻击行为。
通过分析数据包的内容和交互模式，可以及时发现和应对网络安全事件，并加强网络的安全防护措施。
3. 网络性能优化封包分析可以帮助网络管理员了解网络的拥塞情况和性能瓶颈。
协议分析
1 1 字节 1 802.2 控制 LLC 帧 DSAP SSAP
2 1 1 1
数
据
43 ~ 1497 数 据
目的地址 源地址 长度/类型 DSAP SSAP 控制
IP 数据报
字节 以太网 V2 MAC 帧 插 入 6 目的地址 6 源地址 2 类型 数 46 ~ 1500 据
8 字节 7 字节 1 字节 帧开始 定界符
路由器 R2
HA6 局域网
主机 H2 IP2 HA2 主机 H21 IP3 IP4 IP1 → IP2 路由器 R2 IP5 IP6 IP1 → IP2
IP1
IP2
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧
25
HA3
HA4
HA5
HA6 从 HA6 到 HA2 MAC 帧
4
主机 1 向主机 2 发送数据
注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次
应用层首部 运输层首部 网络层首部
H4 H4 H4 H5 H5 H5 H5
主机 1
AP1 5
主机 2
AP2 5
应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据 应用程序数据
4
3 2
链路层 首部
H2
H3 H3
链路层 尾部
T2
4 3 2 1
8
MAC = Manufacture ID + NIC ID
MAC = Manufacture ID + NIC ID 24bit + 24bit 公司：Cisco Novell 00-00-0C 00-00-1B 00-00-D8 3Com 00-20-AF
00-60-8C
网络协议分层知识集锦：七层、四层、五层
一、概述OSI（Open System Interconnection）开放系统互连的七层协议体系结构：概念清楚，理论比较完整，但既复杂又不用。
TCP／IP四层体系结构：简单，易于使用。
五层原理体系结构：综合OSI 和TCP／IP 的优点，为了学术学习。
二、详述网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而应把通信问题划分成多个小问题，然后为每一个小问题设计一个单独的协议。
这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。
协议划分的一个主要原则是确保目标系统有效且效率高。
为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。
为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列（即协议族），而不是孤立地开发每个协议。
在网络历史的早期，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）共同出版了开放系统互联的七层参考模型。
一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求（在协议栈的顶部）到网络介质（底部），OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。
图1表示了OSI分层模型。
图1OSI七层参考模型OSI模型的七层分别进行以下的操作：第一层物理层第一层负责最后将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。
它由计算机和网络介质之间的实际界面组成，可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。
如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。
所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。
如以太网的附属单元接口（AUI），一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。
第二层数据链路层数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。
不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
网络协议的分析与实现
网络协议的分析与实现一、引言网络协议是用于在计算机网络中进行通信和数据传输的规则和指令集。
它定义了计算机之间如何建立连接、交换数据以及错误处理等一系列操作。
本文将介绍网络协议的基本概念、分类以及分析与实现的过程。
二、网络协议的基本概念1.协议栈：网络协议通常采用分层的结构来实现。
每一层都有特定的功能和任务，通过协议栈的顺序调用实现数据的传输和处理。
2.三次握手与四次挥手：三次握手用于建立网络连接，客户端发送同步请求(SYN)给服务器端，服务器端回复同步应答(SYN/ACK)，最后客户端发送应答(ACK)确认连接建立。
四次挥手用于断开连接，客户端发送终止请求(FIN)，服务器端回复终止应答(ACK)，然后服务器端发送终止请求(FIN)，客户端回复终止应答(ACK)，连接断开。
三、网络协议的分类1.传输层协议：传输层协议用于在网络上不同主机之间建立可靠的数据传输连接，常见的传输层协议有TCP和UDP。
TCP协议提供面向连接的可靠传输，适用于传输大量数据。
UDP协议提供无连接的非可靠传输，适用于实时性要求较高的应用。
2.网络层协议：网络层协议负责在不同网络之间进行路由选择和数据传输。
常见的网络层协议有IP协议，它定义了主机之间的逻辑地址和路由选择的算法。
3.数据链路层协议：数据链路层协议主要负责在相邻节点之间进行可靠的数据传输，常见的数据链路层协议有以太网协议。
四、网络协议的分析与实现网络协议的分析和实现过程主要包括以下几个步骤：1.协议规范分析：通过研究协议的规范文档，了解协议的功能、消息格式、状态转换等。
可以使用工具如Wireshark等对协议进行抓包分析，获得协议消息的传输过程。
2.协议设计：根据协议规范进行协议设计，包括消息的格式、消息处理的逻辑以及状态转换等。
3.协议实现：根据协议设计，使用编程语言编写协议的具体实现代码。
可以使用套接字(Socket)实现网络连接，通过发送和接收数据的方式来模拟协议的交互过程。
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Tagged和Untagged ）
24
来决定是否将VLAN TAG去掉，然后发送数据 帧。
北航计算机网络实验
实验原理——Hybrid端口
设置以太网端口的工作模式
设置Hybrid端口的缺省 ID
port link-type { access | hybrid | trunk } 例如：port link-type hybrid Undo port link-type
广播
……
15
北航计算机网络实验
实验原理——虚拟局域网技术（VLAN）
VLAN可划分广播域和子网
广播域1 VLAN 10
广播域2 VLAN 20
广播域3 VLAN 30
财务部
工程部
市场部
16
北航计算机网络实验
实验原理——虚拟局域网技术（VLAN）
VLAN的类型
基于端口的VLAN
基于MAC地址的VLAN
23
北航计算机网络实验
以太网交换机转发流程
接收过程 确定数据帧的VLAN ID
无VLAN标签的数据帧，将该端口缺省VLAN
ID
（pvid）作为其VLAN ID
进行源地址学习（结合VLAN
ID ）
转发过程 根据数据包的目的MAC和VLAN ID进行转发 发送过程
根据端口的类型（
31
北航计算机网络实验
设计型实验（选作）
一个公司需要组建局域网，公司主要有财
务、人事、工程、研发、市场等部门，每个 部门人数都不超过20人，另外公司还有一些 公共服务器。请给出设计方案，并提供实验 验证。要求满足： 所有部门不能互相访问； 每个部门都可以访问公共服务器。
32
北航计算机网络实验
Vlan2
E0/24
Vlan3 PD Ip:192.168.3.11/24
Ip:192.168.2.10/24 Ip:192.168.3.10/24 Ip:192.168.2.11/24
注：S1中vlan2包括端口e0/1 到e0/5,vlan3包括端口e0/20到e 0/24; S2中vlan2包括端口e0/1 到e0/4,vlan3包括端口e0/21到e 0/24;
30
北航计算机网络实验
Hybrid端口配置实验
VLAN2 Tagged VLAN3 Untagged S1 Pvid：3 VLAN2 Tagged VLAN3 Untagged Pvid：3 S2
VLAN3
VLAN3
E0/13
E0/13
E0/1
Vlan2 PA
E0/24
Vlan3 PB PC
E0/1
port hybrid pvid vlan vlan_id 例如：port hybrid pvid vlan 30 undo port hybrid pvid
将Hybrid端口加入到指定的已经存在的VLAN，并标记为tagged或
untagged port hybrid vlan vlan_id_list {tagged|untagged} 例如：port hybrid vlan 30 40 untagged undo port hybrid vlan vlan_id_list
实验内容
VALN配置和分析实验
北航计算机网络实验
实验二
数据链路层 网络层实验
2011.3
北航计算机网络实验
数据链路层实验
北航计算机网络实验
实验内容
VALN配置和分析实验
实验原理 实验步骤
设计型实验（选做） PPP协议实验
PAP身份验证，画状态图 CHAP身份验证，画状态图
帧中继协议实验（选做）
3
北航计算机网络实验
HUB
A向B发送时， E向D不能发送
HUB
同 一 冲 突 域
F
A
B
C
D
不能发送
E
9
北航计算机网络实验
实验原理——以太网交换机工作原理
以太网交换机把冲突域限制于交换机一
个端口上
一个冲突域 10M 10M交换机B
一个冲突域 一个冲突域
10M
10M
100M 100M交换机A
100M 100M HUB 10M 10M
MAC地址表的维护
目的MAC地址 M1 M2 M3 M4 发送端口号 E0/3 E0/5 E0/7 E0/16
E0/3
E0/7 E0/5
E0/16
PC1
MAC：M1
PC2
MAC：M2
PC3
MAC：M3
PC4
MAC：M4
14
北航计算机网络实验
实验原理——虚拟局域网技术（VLAN）
VLAN的产生－广播
注：S1中vlan2包括端口e0/1 到e0/5,vlan3包括端口e0/20到e 0/24; S2中vlan2包括端口e0/1 到e0/4,vlan3包括端口e0/21到e 0/24;
28
北航计算机网络实验
Hybrid端口配置实验
VLAN2 Tagged VLAN3 Untagged S1 Pvid：1 VLAN2 Tagged VLAN3 Untagged Pvid：1 S2
M4
E0/16
11
北航计算机网络实验
实验原理——以太网交换机工作原理
最初交换机的MAC地址表为空
目的MAC地址 发送端口号
E0/3 E0/5
E0/7 E0/16
PC1MAC：Biblioteka 1PC2MAC：M2
PC3
MAC：M3
PC4
MAC：M4
12
北航计算机网络实验
实验原理——MAC地址学习（1）
MAC地址表没有记录，数据帧从其它所
Trunk端口配置实验
VLAN2
S1 E0/13 E0/13
S2
VLAN2
E0/1
Vlan2 PA
E0/24
Vlan3 PB PC
E0/1
Vlan2
E0/24
Vlan3 PD Ip:192.168.3.11/24
Ip:192.168.2.10/24 Ip:192.168.3.10/24 Ip:192.168.2.11/24
实验原理——数据链路层概述
位于OSI参考模型的第二层，在物理层基
础上为网络层提供服务 为物理链路上提供可靠的数据传输 局域网的数据链路层协议有以太网、令牌 环网等 广域网的数据链路层协议有PPP、HDLC、 Frame Relay等
4
北航计算机网络实验
实验原理——数据链路层功能
7 6 5 4 3
有端口转发出去 识别数据帧的源MAC地址，学习MAC地 址和端口对应关系
目的MAC地址 M1 发送端口号 E0/3
E0/3 E0/5
E0/7 E0/16
PC1
MAC：M1
PC2
MAC：M2
PC3
MAC：M3
PC4
MAC：M4
13
北航计算机网络实验
实验原理——MAC地址学习（2）
通过MAC地址表实现数据帧的单点转发
Access
VLAN 2
VLAN 1 VLAN 3 VLAN 2 VLAN 1 VLAN 5 VLAN 5
VLAN 2
20
北航计算机网络实验
实验原理——VLAN端口分类
Access（Untagged）端口：只能属于1个VLAN，从
该端口出去的数据包不带TAG，一般接主机或路由器； trunk端口：可以属于多个VLAN，可以接收和发送 带多种VLAN标签的报文，一般用于交换机之间连接 的端口； hybrid端口：可以属于多个VLAN，可以接收和发 送多个VLAN的报文，可以用于交换机之间连接，也 可以用于接用户的计算机。属于Access和trunk的混 合模式。 Hybrid端口和trunk端口的不同之处在于hybrid端 口可以允许多个VLAN的报文不打标签，而trunk端口 只允许缺省VLAN的报文不打标签。
VLAN2
VLAN2
E0/13
E0/13
E0/1
Vlan2 PA
E0/24
Vlan3 PB PC
E0/1
Vlan2
E0/24
Vlan3 PD IP:192.168.3.11/24
IP:192.168.2.10/24 IP:192.168.3.10/24 IP:192.168.2.11/24
注：S1中vlan2包括端口e0/1 到e0/5,vlan3包括端口e0/20到e 0/24; S2中vlan2包括端口e0/1 到e0/4,vlan3包括端口e0/21到e 0/24;
中继器:是一种信号放大设备
7
北航计算机网络实验
实验原理——以太网交换机工作原理
Hub:
单个Hub连接的设备共享一个冲突域和一 个广播域
A
HUB
C
A向B发送时， C向D不能发送， 否则产生冲突
B
D
8
北航计算机网络实验
实验原理——以太网交换机工作原理
HUB级连:Hub限制的网络的可扩展性
HUB
基于协议的VLAN 基于子网的VLAN
17
北航计算机网络实验
实验原理——VLAN的帧格式
IEEE802.1Q 描述了VLAN的框架、VLAN
提供的服务和VLAN涉及的协议和算法
DA SA Type Data CRC
标准以太网帧
DA
SA
tag
Type
Data TCI
CRC
TPID
Priority CFI VLAN ID
PCA Ip:192.168.2.10/2 4