【协议分析】【基础】【以太网链路层帧格式分析】

计算机网络协议原理实验教程
实验一 以太网链路层帧格式分析
【实验目的】
1、分析 Ethernet II 标准的 MAC 层帧结构；
2、了解 IEEE 802.3 标准规定的 MAC 层帧结构；
3、掌握网络协议分析仪的基本使用方法；
4、掌握协议数据发生器的基本使用方法。
【实验学时】
4 学时
【实验环境】
本实验需要 2 台试验主机，在主机 A 上安装锐捷协议分析教学系统，使用其中的协议
数据发生器对数据帧进行编辑发送，在主机 B 上安装锐捷协议分析教学系统，使用其中的
网络协议分析仪对数据帧进行捕获分析，以此增强对数据链路层的理解和对以太网数据帧的
理解。实验拓扑如图 2- 4 所示：
图 2- 4 实验拓扑图
【实验内容】
1、学习协议数据发生器的各个组成部分及其功能；
2、学习网络协议分析仪的各个组成部分及其功能；
3、学会使用协议数据发生器编辑以太网帧；
4、学会分析数据帧的 MAC 首部和 LLC 首部的内容；
5、理解 MAC 地址的作用； 
第二章 数据链路层协议分析
6、理解 MAC 首部中的长度/类型字段的功能；
7、学会观察并分析数据帧中的各个字段内容。
【实验流程】
图 2- 5 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 2- 6 所示：
目的地址
DMAC
源地址
SMAC
帧类型/长度
TYPE/LEN
数据
DATA
帧校验
FCS
图 2- 6 以太网帧结构
名字段的含义：
.. 目的地址：6 个字节的目的物理地址，标识帧的接收结点。 
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.. 源地址：6 个字节的源物理地址，标识帧的发送结点。
.. 帧类型/长度(TYPE/LEN)：该字段的值大于或等于 0x0600 时，表示上层数据使用
的协议类型。例如 0x0806 表示 ARP 请求或应答，0x0600 表示 IP 协议。该字段
的值小于 0x0600 时表示以太网用户数据的长度字段，上层携带 LLC PDU。
.. 数据字段：这是一个可变长度字段，用于携带上层传下来的数据。
.. 帧校验 FCS：以太网采用 32 位 CRC 冗余校验。校验范围是目的地址、源地址、
长度/类型、数据字段。
当以太网数据帧的长度/类型字段的值小于 0x0600 时，说明数据字段携带的是 LLC
PDU。
目的地址
DMAC
源地址
SMAC 长度/LEN LLC-PDU
帧校验
FCS
6 6 2 46-1500 4
目的访问点
DSAP
源访问点
SSAP
控制位 用户数据
图 2- 7 LLC PDU 格式
三种 LLC 帧的控制位：
1 位 7位 1位 7 位
信息帧 0 N（S） P/F N（R）
监控帧 1 0 SS XX P/F N（R）
无编号帧 1 1 MM P/F MMM
图 2- 8 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)利 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。 
第二章 数据链路层协议分析
【实验步骤】
步骤一：运行 ipconfig 命令
1、在 Windows 的命令提示符界面中输入命令：ipconfig /all，会显示本机的网络信息：
图 2- 9 获取本地的 MAC 地址
2、观察运行结果，获得本机的以太网地址。
步骤二：编辑 LLC 信息帧并发送
1、打开协议数据发生器，在工具栏选择“添加”，会弹出“网络包模版”的对话框，如图
2- 10 所示，在“选择生成的网络包”下拉列表中选择“LLC 协议模版”，建立一个 LLC 帧；
图 2- 10 添加一个数据包

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2、在“网络包模版”对话框中点击“确定”按钮后，会出现新建立的数据帧，此时在协议数
据发生器的各部分会显示出该帧的信息。如图 2- 11 所示：
图 2- 11 新建的 LLC 帧
.. 数据包列表区中显示：新帧的序号(为 0)、概要信息；
.. 协议树中显示以太网 MAC 层协议；
.. 数据包编辑区中显示新帧各字段的默认值；
.. 十六进制显示区中显示新帧对应的十六进制信息。
3、编辑 LLC 帧
在数据包编辑区中编辑该帧，见图 2- 12；具体步骤为：
图 2- 12 编辑 LLC 帧 
第二章 数据链路层协议分析
.. 填写“目的物理地址”字段；
方法一：手工填写。
方法二：选择地址本中主机 B 的 IP 地址，确定后即可填入主机 B 的 MAC 地址；
.. 填写“源物理地址”字段，方法同上，此处为了提示这是一个在协议数据发生器中编
辑的帧，填入一个不存在的源物理地址；
注意：协议数据发生器可以编辑本机发送的 MAC 帧，也可以编辑另一台主机发送 MAC
帧，所以，源物理地址字段可以填写本机 MAC 地址，也可以填写其他主机的物理地址。但
要注意网络协议分析仪中过滤器的设置，否则会捕获不到数据包。
.. 填写“长度”字段：可以填写 0x0007，表示以太网帧内携带的数据为 7 字节。由于
LLC 首部占用 3 字节，因此需要在“额外数据”部分添加 4 字节数据，例如点击“数
据编辑”按钮，写入“test”后按“确定”按钮，如图 2- 13 所示，即可在数据包内添加 4
字节数据，数据内容为 test。
图 2- 13 编辑数
据帧内的参数
.. 协议树中会显示 LLC；其中的目标服务访问点和源服务访问点，可以不变。
.. LLC 的控制字段内容不需改变，因此最低位为零（传输时的第一位），表示信息帧。
3、数据包编辑区与十六进制显示区是联动的，选中数据包编辑区中的某一字段，该字
段对应的十六进制

值会相应地改变颜色，观察十六进制显示区中该帧的信息。
4、点击工具栏或菜单栏中的“发送”，在弹出的“发送数据包”对话框上选中“循环发送”，
填入发送次数，选择“开始”按钮，即可按照预定的数目发送该帧。在本例中，选择发送 10
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次，如图 2- 14 所示。
图 2- 14 发送数据包
6、在主机 B 的网络协议分析仪一端，点击工具栏内的“开始”按钮，对数据帧进行捕获，
按“结束”按钮停止捕获。捕获到的数据帧会显示在页面中，可以选择两种视图对捕获到的数
据帧进行分析，会话视图和协议视图，如图 2- 15 所示的会话视图可以清楚的看到捕获数据
包的分类统计结果：
图 2- 15 捕获数据包——会话视图 
第二章 数据链路层协议分析
从中可以看出，刚才编辑发送的 10 个数据帧已经全部被捕获到了。该数据帧的源 MAC
地址是：00-11-11-22-22-22，目的 MAC 地址是 00-15-58-2f-7e-7e（即主机 B），数据帧总
长度 21 字节，包括 14 字节的以太网帧头，3 字节的 LLC 首部，以及 4 字节的额外数据：
test。LLC 首部中，目标服务访问点和源服务访问点，以及控制字段的值均为 0。
在图 2- 16 所示的协议视图中，则可以方便的看到数据帧内详细的十六进制数据内容：
图 2- 16 捕获数据包——协议视图
步骤三：编辑 LLC 监控帧和无编号帧，并发送和捕获：
1、编辑帧的步骤同步骤二，只是修改 LLC PDU 的控制字段。
2、编辑监控帧，注意 LLC 首部的控制字段值为 0x01。
3、编辑无编号帧，注意 LLC 首部的控制字段值为 0x03。
4、在监测端捕获数据包，确定是否是监控帧和无编号帧：
（a）监控帧 （b）无编号帧
图 2- 17 监控帧和无编号帧 
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步骤四：保存捕获的数据帧
1、在工具栏选择“导出”，会弹出“另存为”对话框，选择保存路径，如图 2- 18 所示。
图 2- 18 导出捕获的数据帧
2、将编辑好的以太网帧保存到文件中，文件名为：MAC.xml。
3、在工具栏中选择“导入”，找到刚才保存的文件 MAC.xml，打开，即可在网络协议分
析仪中对已经保存的数据帧进行分析。
步骤五：捕获数据帧并分析
1、启动网络协议分析仪在网络内进行捕获，获得若干以太网帧。
2、对其中的 5-10 个帧的以太网首部进行观察和分析
，分析的内容为：源物理地址、目
的物理地址、上层协议类型。
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题：
1、在网络的分层体系结构中，MAC 层的作用是什么？
2、以太网的最短帧长度是( )， 最大帧长度是( )？
3、为什么 IEEE802 标准将数据

链路层分割为 MAC 子层和 LLC 子层？


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