嵌入式系统设计课件9 网络协议栈1-Ethernet原理

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1、网络协议栈I–Ethernet原理邹昕光哈尔滨工业大学自动化测控所联系电话：86413532-516以太网简介以太网简介以太网网络设备以太网工作原理以太网数据帧结构ARP协议网络协议栈结构以太网简介IEEE802.3Ethernet10MbpsIEEE802.3uFastEthernet100MbpsIEEE802.3zGigabitEthernet1Gbps共享媒质的广播通信信道通过MAC地址来寻址网络节点以太网简介以太网设备集线器提供一个共享通信信道的设备。各个终端向集线器发送数据信号，集线器把信号整形放大后发送到其他所有的节点中去。采用广播方式。交换机通过终端的MAC地址进行寻址，

2、将数据包发送到目的地，而不是广播给所有的终端。对于无法寻址的数据包，则采取广播的方式集线器采用广播方式转发数据以太网设备交换机以太网设备工作原理以太网设备接收某个端口的数据帧，并将该数据帧转发到接收主机所在网络的端口。包括地址学习，端口转发两个过程。以太网设备端口地址学习所谓地址学习功能是指交换机保存每个网段（相应于交换机物理端口）上所有节点的物理地址，形成地址转发表。具体工作过程为：收到一个数据包后，提取源MAC地址，将源MAC地址和收到该数据包的端口号存储到地址转发表中（如果该表项存在则更新）。以太网设备端口地址转发提取目的MAC地址，和地址转发表对比，决定输出端口1、如果目的地址位

3、于接收端口所在的网段，则丢弃数据包2、如果没有匹配结果，则广播该数据包3、其他情况，转发到相应端口以太网工作原理冲突域：区域中所有主机共享相同通信媒质。广播域：典型的交换机为一个广播域。以太网工作原理CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection载波侦听多路访问/冲突检测以太网工作原理载波侦听设备在发送数据之前要确认信道上没有数据传输。若总线上有数据传输，则等待信道上数据传输完毕再进行传输。多路访问网络上所有设备使用同一条信道收发数据，且发送数据是广播式的。冲突检测若两个设备同时发送数据，数据之间会互相干扰，这种干扰称为冲突。设备

4、在发送数据过程中需要不断的检查自己发送的数据，确认没有被干扰。以太网数据帧结构物理层和链路层的以太网数据帧结构以太网物理层数据帧格式PA+SFD：前导字，8字节，前7个字节为硬件同步码，后一个字节最后两比特为11，代表以太网数据帧开始FCS：帧检查序列，采用32比特CRC(循环冗余)算法，对以太网数据帧进行纠检错。Extension：为了保证最小帧长度所附加的比特序列。以太网链路层数据帧格式DA：目的MAC地址接收端的MAC地址，6字节长SA：源MAC地址发送端的MAC地址，6字节长Type/Len类型2字节长以太网链路层数据帧格式举例DA0x00115b2eea71SA0x006067

5、772988Type/Len0800(IP)ARP协议简介全称：以太网地址解析协议，定义于RFC826用途：将网络层协议(IP)32比特地址转换为48比特的以太网地址为什么要映射和转换？大量使用的应用层协议采用IP地址寻址，而在以太网上，设备采用MAC地址寻址。ARP协议数据包结构数据包结构-Type/Len域：0806-硬件类型ar$hrd：物理层地址的类型-协议类型ar$pro：协议层地址的类型ARP协议数据包结构数据包结构-硬件地址长度ar$hln：物理层地址的字节数-协议地址长度ar$pln：协议层地址的字节数-ARP包类型ar$op：ARP数据包操作命令标示ares_op$RE

6、QUEST(1)ares_op$REPLY(2)ARP协议处理过程ARP表结构存在通信主机中的一张协议(IP)地址和物理(MAC)地址对应关系的缓存表可以动态更新也可以手工设置ARP协议处理过程Arp请求Arp请求Arp请求Arp响应Arp响应ARP协议处理过程当ARP解析模块接收到ARP将顺序回答下列问题；一旦出现否定的回答，则代表ARP协议处理过程出现问题，该ARP数据包将被丢弃，处理结束。-我的硬件地址类型和ar$hdr是否一致？同时检查ar$hln的值是否正确（可选）。-我使用的网络层协议类型是否和ar$pro一致？同时检查ar$pln的值是否正确（可选）。ARP协议处理过程-M

7、erge_flag:=false(标识是否该表项已存在,false代表不存在)如果已经在我的转换表中，将数据包中“发送端MAC地址”值更新我表中相应的“发送端MAC地址”值。设置Merge_flag:=true（学习功能）-数据包中的目的协议地址和我的协议地址是否一致？如果Merge_flag=false，则将三元组