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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