计算机网络程序设计报告

中国地质大学《计算机网络》课程设计报告

帧封装

1.设计目的

帧是在数据链路层数据进行传输与交换的基本单位。构造帧对于理解网络协议的概念、协议执行过程以及网络问题处理的一般方法具有重要的意义。本次课程设计的目的是应用数据链路层与介质访问控制层的知识，根据数据链路层的基本原理，通过构造一个具体的Ethernet帧，从而深入理解网络协议的基本概念与网络问题处理的一般方法。

2.设计任务内容和时间

2.1设计任务内容

编写程序，根据给出的原始数据，组装一个IEEE802.3格式的帧（题目默认

的输入文件为二进制原始数据（文件名为input1和input2））。

1）要求程序为命令行程序。比如，可执行文件名为framer.exe,则命令行形式如下：framer inputfile outputfile

其中，inputfile为原始数据文件，outputfile为输出结果。 使用操作系统、语言、编程环境不限，但在报告中必须注明。 2）输出：对应input1和input2的结果分别为output1和output2。

2.2设计任务时间

设计任务时间为第18周一周。具体安排如下： 第一、二天：查阅资料，学习算法 第三、四天：编程调试 第五天：书写报告

3.设计环境与工具

操作系统：Windows 2000/XP 运行环境：VC

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4.实验设计相关知识

帧：来源于串行线路上的通信。其中，发送者在发送数据的前后各添加特殊的字符，使它们成为一个帧。Ethernet从某种程度上可以被看作是机器之间的数据链路层连接。

按802.3标准的帧结构如下表所示（802.3标准的Ethernet帧结构由7部分组成） 前导码 7B 帧前定界符 1B 802.3标准的帧结构 目的地址 (2/6B) 源地址 (2/6B) 长度字段 (2B) 数据字段 (长度可变) 校验字段 (4B) 其中，帧数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，则应将数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。

在校验字段中，使用的是CRC校验。校验的范围包括目的地址字段、源地址字段、长度字段、LLC数据字段。

循环冗余编码(CRC)是一种重要的线性分组码、编码和解码方法，具有简单、检错和纠错能力强等特点，在通信领域广泛地用于实现差错控制。CRC校验码的检错能力很强，不仅能检查出离散错误，还能检查出突发错误。

利用CRC进行检错的过程可简单描述如下：在发送端根据要传送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个校验用的r位监督码(CRC码)，附在原始信息的后边，构成一个新的二进制码序列(共k+r位)，然后发送出去。在接收端，根据信息码和CRC码之间所遵循的规则进行检验，以确定传送中是否出错。这个规则在差错控制理论中称为“生成多项式”。

CRC的基本实现 前导码 帧前定界符 目的地址 源地址 7B 1B (2/6B) (2/6B) 长度字段 (2B) 数据字段 (长度可变) 校验字段 (4B) 循环冗余校验码的特点：（1）CRC校验码可检测出所有单个错误。（2）CRC校验码可检测出所有奇数位错误。（3）CRC校验码可检测出所有双位的错误（4）CRC校验码可检测出所有小于、等于校验位长度的突发错误。（5）CRC校验码可以[1-(1/2)k-1]的概率检测出长度为(K+1)位的突发错误

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5.设计实现

5.1设计思路

程序共分三个部分：填充帧头部字段，填充数据字段，计算CRC校验码并填充。

1. 填充帧头部字段

在这一部分需要向输出文件写入前导码、帧前定界符、目的地址、源地址和长度字段。写入前四个部分十分简单，而写入长度字段时需要计算输入文件的长度。所以计算输入文件长度的方法如下所示：

int length=0;

infile.seekg(0,ios::end);//将读指针移到文件末尾。

length=infile.tellg();//计算指针偏移量，即为输入文件的长度。

unsigned char* data=new unsigned char[length];//创建字符指针并根据文件长度初始化。

infile.seekg(0,ios::beg);//将读指针移到文件开始。

infile.read(data,length);//将文件数据读入到字符指针data中。 file.put(char(length>>8));

file.put(char(length&0xff));//将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。

file.write(data,length);//将data内容写入到输出文件中。

这种方法采用的是使用文件流相关函数的办法，简单明了，可以先获得文件数据长度，再申请相同大小的空间，不会造成空间上的浪费。

2. 填充数据字段

在数据字段中，数据字段的最小长度为46B。如果帧的LLC数据少于46B，则应将数据字段填充至46B。填充字符是任意的，不计入长度字段值中。在程序中是用一下方法实现的：

//如果输入文件长度不足B，则用补足B if(length<46) {

for(int j=length;j<46;j++) file.put(char(0x00)); }

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3.计算CRC校验码并填充

帧封装的最后一步就是对数据进行校验，并将校验结果记入帧校验字段。本程序中实现的是CRC-8校验算法，方法如下所示：

file.put(char(0x00));//将数据字段后添加个

file.seekg(8,ios::beg);//将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算 unsigned char ch;//ch用来保存读入的字符。 unsigned char crc=char(0x00);//余数初始值为。

while(1)//进行CRC计算 {

file.get(ch);

if(ch==0xff)//判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。 break;

for(i=0;i<8;i++)//对入读入的字符的位分别处理。 {

if(0x80==(crc&(0x80)))//当前余数最高位为，需要进行除法运算。 {

crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。

crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应的值递补到余数末位。 crc=crc^(0x07);//进行除法运算，即与除数的低位相异或。 }

else//当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。 {

crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。

crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应位的值递补到余数末位。 }

ch=ch<<1;//读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。 } }

5.2程序流程图

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5.2.1程序流程图

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5.2.2 CRC计算流程图

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6.程序源代码

#include #include #include

void main(int argc,char*argv[]) {

//如果输入命令行不正确，则输出提示后退出。 if(argc!=3) {

cout<

//打开指定的输出文件，以二进制方式打开并可读可写，如文件存在，则清除其内容。

fstream file(argv[2],ios::out|ios::in|ios::binary|ios::trunc,0);

for(int i=0;i<7;i++) file.put((char)0xaa);

file.put((char)0xab);//写入B的前导码和B的帧前定界符。

char

des_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0xE4),char(0x86),char(0x3A),char(0xDC)};

file.write(des_add,6);//写入B的目的地址。

char

sor_add[]={char(0x00),char(0x00),char(0x80),char(0x1A),char(0xE6),char(0x65)};

file.write(sor_add,6);//写入B的源地址。

//创建输入文件流并打开指定的输入文件，以二进制方式打开并可读。

ifstream infile(argv[1],ios::in|ios::binary,0);

int length=0;

infile.seekg(0,ios::end);//将读指针移到文件末尾。

length=infile.tellg();//计算指针偏移量，即为输入文件的长度。

unsigned char* data=new unsigned char[length];//创建字符指针并根据文件长度初始化。

infile.seekg(0,ios::beg);//将读指针移到文件开始。

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infile.read(data,length);//将文件数据读入到字符指针data中。 file.put(char(length>>8));

file.put(char(length&0xff));//将文件长度值按照逆序写入到输出文件的长度字段中。

file.write(data,length);//将data内容写入到输出文件中。

//如果输入文件长度不足B，则用补足B。

if(length<46) {

for(int j=length;j<46;j++) file.put(char(0x00)); }

file.put(char(0x00));//将数据字段后添加个

file.seekg(8,ios::beg);//将读指针指向目的地址字段，从此处开始CRC计算 unsigned char ch;//ch用来保存读入的字符。 unsigned char crc=char(0x00);//余数初始值为。

while(1)//进行CRC计算 {

file.get(ch);

if(ch==0xff)//判断是否到了文件结尾，如果是，则退出循环。 break;

for(i=0;i<8;i++)//对入读入的字符的位分别处理。 {

if(0x80==(crc&(0x80)))//当前余数最高位为，需要进行除法运算。 {

crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。

crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应的值递补到余数末位。 crc=crc^(0x07);//进行除法运算，即与除数的低位相异或。 }

else//当前余数的最高位为，不需要进行除法运算。 {

crc=(crc<<1)&(0xff);//crc左移位，最低位补。

crc=crc|((ch&0x80)>>7);//将输入数据相应位的值递补到余数末位。 }

ch=ch<<1;//读到的字符左移位，使数据下一位作为输入位。 } }

file.clear();

file.seekp(-1,ios::end);//将写指针移到输出文件的最后。

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file.put(crc);//写入crc码。

file.close();

infile.close();//关闭输入文件和输出文件。

cout<

7.运行结果

运行结果如下所示：

执行framer.exe文件的结果如下所示：

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8.调试过程

最开始编程的时候，没有完全掌握好帧的七个组成部分，在进行封装的时候因为缺少了其中的长度字段，因而在执行framer.exe文件时，不能得到正确而的结果。在这方面，最后通过细心的检查和查阅相关的资料，知道所缺的部分。将其添加后，程序的整个部分无误。

又由于在此次的程序中，有很多函数的运用，因为对函数的运用掌握的不是很全面，在编写程序的过程中多多少少都会遇到一定程度的麻烦。如fstream 既可以输入也可以输出，而ifstream只能进行输入。刚开始编写的时候，将两者沦为一团，结果不能正确显示；seekg函数的运用中也遇到类似的问题。

9.总结与体会

在此次的课程设计中，我做的题目是帧封装。在最开始两天收集资料的过程中，我查阅了很多帧的封装的知识，对帧及其封装的方法有了一定程度的了解和掌握。从最开始对帧的一个模糊的印象到对帧的结构的七个部分的完全掌握，有了很大的收获，并且使帧的封装得以实现。

本次的课程设计为了实现帧的封装，主要是将帧的七个部分---前导码、帧前定界符、目的地址、源地址、长度字段、数据字段和校验字段，一个一个按顺序封装的，最后使得一个帧的封装得以完成。同时，在编写程序的过程中，用到了很多的函数，这些函数的运用使得程序简便而且正确的运行出来。为了正确的实现这些函数，我查阅了很多相关的资料，从中获得了大量的有用的信息，收获也颇丰富。

同时，在这近一周的课程设计中，我的动手能力得到了很大的提高，而且让你给我将这学期所学的网络的知识和以前所学的编程的知识充分的联系起来，对这门课的认识又提高了一层。除此之外，在做课程设计的时候也遇到了很多的问题，最后在同学的帮助下正确的解决了。从最开始的遇到问题到最后的正确解决问题，我懂得了正确出来问题的方法，也知道了自己的不足之处。此次的课程设计也是一个认识自我的好机会。

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10.参考资料

参考教材:

吴功宜 吴英.计算机网络教程(第3版)[M].北京:电子工业出版社,2003.4.

参考文献:

⑴ 谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, ⑵ 孙学军.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, ⑶ 王能.计算机网络原理[M].北京:电子工业出版社,

⑷ 杨丰瑞 杨丰任.实用教程最新计算机网络[M].北京:中国铁道出版社, ⑸ AndrewS. Tanenbaum(安得鲁·坦尼伯姆)著,熊桂喜 王小虎译 李学农审.计算机网(第3版)[M].北京:清华大学出版社

⑹现代网络技术教程 张公忠 电子工业出版社 ⑺计算机网络教程 吴功宜等 电子工业出版社 ⑻计算机网络 吴企渊等 清华大学出版社

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10.参考资料

参考教材:

吴功宜 吴英.计算机网络教程(第3版)[M].北京:电子工业出版社,2003.4.

参考文献:

⑴ 谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, ⑵ 孙学军.计算机网络[M].北京:电子工业出版社, ⑶ 王能.计算机网络原理[M].北京:电子工业出版社,

⑷ 杨丰瑞 杨丰任.实用教程最新计算机网络[M].北京:中国铁道出版社, ⑸ AndrewS. Tanenbaum(安得鲁·坦尼伯姆)著,熊桂喜 王小虎译 李学农审.计算机网(第3版)[M].北京:清华大学出版社

⑹现代网络技术教程 张公忠 电子工业出版社 ⑺计算机网络教程 吴功宜等 电子工业出版社 ⑻计算机网络 吴企渊等 清华大学出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/80a7.html