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协议实验设计 1 以太网链路层帧格式分析实验 【实验目的】 ⑴分析EthernetⅡ标准MAC层帧结构； ⑵了解IEEE802.3标准规定的MAC层结构帧； ⑶掌握网络协议分析仪的基本使用方法； ⑷掌握网络协议分析仪的基本使用方法； ⑸掌握网络协议数据发生器仪的基本使用方法。 【实验学时】 4学时 【实验环境】 本实验需要2台实验主机，在主机A上安装网络协议实验平台，使用其中的协议数据发生器对帧进行编辑发送，在主机B上安装网络协议实验平台，使用其中的协议分析仪对帧进行捕获分析，以此增强对数据链路层的理解和对以太网数据帧的理解。实验拓扑图如图1-1所示： 图1-1 实验拓扑图 【实验内容】 ⑴学习协议数据发生器的各个组成部分及其功能； ⑵学习协议分析仪的各个组成部分及其功能； ⑶学会使用协议数据发生器编辑以太网帧； ⑷学会分析数据帧的MAC首部和LLC首部的内容； ⑸理解MAC地址的作用； ⑹理解MAC首部中长度/类型字段的功能； ⑺学会观察并分析数据帧中的各个字段内容。 【实验流程】 图1-2 实验流程图 【实验原理】 目前最常见的局域网是以太网。以太网的帧结构如图1-3所示： 目的地址DMAC 源地址SMAC 帧类型/长度TYPE/LEN 数据 DATA 帧效验 FCS 图1-3 以太网帧结构 名字段的含义： 目的地址：6字节的目的物理地址，标识帧的接收结点。 源地址：6字节的目的物理地址，标识帧的发送结点。 帧类型/长度：如果这个字段得值小于或等于0x0600，表示以太网用户 MAC Client Date 字段的字节数，上层携带LLC PDU。如果这个字段得值大于或等于0x0600，表示MAC client protocol 的属性(协议类型)。例如0x0806表示ARP请求或应答，0x0600表示IP协议。 数据字段：一个可变长字段，用于携带上层传下来的数据。 帧校验：以太网采用4字节循环冗余校检码(CRC)。校验范围是：目的地址、源地址、帧类型/长度、数据字段。 当以太网数据帧的类型/长度的值小于0x0600时，说明数据字段携带的是LLC的PDU。 图1-4 LLC PDU格式 三种LLC帧的控制位如图1-5所示： 图1-5 LLC控制位的示意图 N(S)：是发送帧的序列号； N(R)：是接收帧的序列号； P/F：是POLL/FINAL轮询/终止位。 SS：是监控帧类型指示。标识监控帧的具体类型，即：RR（接收就绪）、RNR（接收未就绪）和REJ（拒绝）； MM.MMM：无编号帧的修饰段，定义发送无编号帧的具体类型。 2 IP基本报文分析实验 【实验目的】 ⑴理解IP层的作用以及IP地址的分类方法； ⑵理解子网的划分和子网掩码的作用； ⑶掌握IP数据包的组成和网络层的基本功能。 【实验学时】 4学时 【实验环境】 图2-1 实验拓扑图 【实验内容】 ⑴学习根据IP地址的分类方式区分各类IP地址； ⑵掌握IP数据报的格式、长度以及各字段的功能； ⑶学会利用子网掩码确定IP地址的网络号、子网号和主机号； ⑷学会分析给定数据包的IP首部信息； ⑸学会手工计算IP校验和的方法。 【实验流程】 如图2-2所示： 图2-2 实验流程图 【实验原理】 网际协议IP是TCP/IP协议栈的心脏，也是网络层中最重要的协议。目前几乎所有的上层网络协议都是基于IP协议。在接收数据的时候，网络层接收由数据链路层发送的数据包进行封装，并把该数据包发送到更高层——传输层，在发送数据的时候，网络层接受由传输层发送的数据包进行IP封装，然后把数据包交给下层——数据链路层。 IP协议处于TCP/IP协议栈的网际层，用于管理数据通信中源端和目的端直接的报文传送，是互联网最重要的网际协议。IP地址也叫逻辑地址，用于在网络中标识主机。在IP网络中，主机之间进行通信时使用IP地址来指定接收端的主机地址。 数据进行封装过程中，IP层负责将数据封装成IP包，IPv4数据包报文格式如图2-3所示。 图2-3 IP报文格式 IP包中，各字段含义如下所述： 版本：占4bit,标识数据报的IP协议版本。通过查看版本号，路由器可确定如何解释数据报的剩余部分。不同版本使用不同的数据报格式。目前广泛使用的是IPv4。 首部长度：占4bit，可表示的最大数值是15个单位（一个单位为4字节），因此IP的首部长度的最大值是60字节。从图5－5可以看出，IPv4首部包括固定部分和可变部分，固定部分占20字节。其余为可变部分，当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后一个填充字段加以填充。因此数据部分总在4字节的整数倍时开始，目的在实现IP协议时方便。 服务类型（TOS）：占8bit，目的是使不同类型的IP数据报区别开来。各标志位的状态如图2-4所示：