ARP協議以及CRC校驗

2021-08-02 10:19:39 字數 3157 閱讀 5364

網路中每個主機都有乙個唯一的實體地址(又稱為硬體位址)進行標識。tcp/ip協議支援異構的物理網路連線,低層的差異由ip層遮蔽,即在ip層通過ip位址(由稱邏輯位址)實現對主機的統一標識。換言之,ip層通過ip位址來標識ip位址來標識主機,而網路介面層通過mac位址來標識主機。因此,mac位址與ip位址之間有了一定的對應關係,只要網絡卡不變,主機的實體地址則不變,而ip位址可以變化。

位址解析協議arp就是根據某主機得ip位址解析出其實體地址。它使得主機能夠在只知道同一物理網路上(也可以是跨網)某個主機ip位址的情況下,獲得該主機的實體地址。

資料報格式

在下面舉例說明用arp請求和應答的時候,我們以 ip1,mac1為源; ip2, mac2為目的;求的就是mac2;

硬體型別指的是鏈路層網路型別,1為乙太網,協議型別指要轉換的位址型別,op欄位為1表示arp請求,op欄位為2表示arp應答;

arp傳送請求資料報

當傳送請求的時候,我們並不知道目的位址的mac,所以是廣播的arp請求,所有的網絡卡都會抓取這個廣播請求,然後與自己的ip位址進行比較,只有ip位址對應上的進行arp請求處理,將ip位址轉換為mac位址,下次傳送應答訊號,其他的ip接收到與自己的ip進行比對以後丟棄它;

所以,我們已經能夠轉換出mac2,然後需要給傳送端返回乙個應答訊號,告訴傳送端,我接收到,並且執行完了;

arp傳送應答資料報

每隔2秒對ip進行一次ping;

1、crc校驗原理

crc校驗原理的根本思想就是先在傳送的幀後面附加乙個數(這個數就是用來校驗的校驗碼,但是要注意,這裡的數是二進位制序列的),生成乙個新幀傳送給接收端。當然這個數不是隨便新增的,它要使所生成的新幀能與傳送端和接收端共同選定某個特定數整除(這裡採用的是模2除法)。到達接收端後,再把接收到的新幀模2除法,為在傳送端傳送資料幀之前就已通過附加乙個數,做了「去餘」處理(也就已經能整除了),所以結果應該是沒有餘數。如果有餘數,則表明該幀在傳輸過程中出現了差錯。

【說明】「模2除法」與「算術除法」類似,但它既不向上位借位,也不比較除數和被除數的相同位數值的大小,只要以相同位數進行相除即可。模2加法運算為:1+1=0,0+1=1,0+0=0,無進製,也無借位;模2減法運算為:1-1=0,0-1=1,1-0=1,0-0=0,也無進製,無借位。相當於二進位制中的邏輯異或運算。也就是比較後,兩者對應位相同則結果為「0」,不同則結果為「1」。如100101除以1110,結果得到商為11,餘數為1,如圖左圖所示。如11×11=101,如右圖所示。

具體來說,crc校驗原理就是以下幾個步驟:

(1)先選擇(可以隨機選擇,也可按標準選擇,具體在後面介紹)乙個用於在接收端進行校驗時,對接收的幀進行除法運算的除數(是二進位制比較特串,通常是以多項方式表示,所以crc又稱多項式編碼方法,這個多項式也稱之為「生成多項式」)。

(2)看所選定的除數二進位制位數(假設為k位),然後在要傳送的資料幀(假設為m位)後面加上k-1位「0」,然後以這個加了k-1個「0「的新幀(一共是m+k-1位)以「模2除法」方式除以上面這個除數,所得到的餘數(也是二進位制的位元串)就是該幀的crc校驗碼,也稱之為fcs(幀校驗序列)。但要注意的是,餘數的位數一定要是比除數字數只能少一位,哪怕前面位是0,甚至是全為0(附帶好整除時)也都不能省略。

(3)再把這個校驗碼附加在原資料幀(就是m位的幀,注意不是在後面形成的m+k-1位的幀)後面,構建乙個新幀傳送到接收端;最後在接收端再把這個新幀以「模2除法」方式除以前面選擇的除數,如果沒有餘數,則表明該幀在傳輸過程中沒出錯,否則出現了差錯。

2、 crc校驗碼的計算示例

由以上分析可知,既然除數是隨機,或者按標準選定的,所以crc校驗的關鍵是如何求出餘數,也就是校驗碼(crc校驗碼)。

下面以乙個例子來具體說明整個過程。現假設選擇的crc生成多項式為g(x) = x4 + x3 + 1,要求出二進位制序列10110011的crc校驗碼。下面是具體的計算過程:

(1)首先把生成多項式轉換成二進位制數,由g(x) = x4 + x3 + 1可以知道(,它一共是5位(總位數等於最高位的冪次加1,即4+1=5),然後根據多項式各項的含義(多項式只列出二進位制值為1的位,也就是這個二進位制的第4位、第3位、第0位的二進位制均為1,其它位均為0)很快就可得到它的二進位制位元串為11001。

(2)因為生成多項式的位數為5,根據前面的介紹,得知crc校驗碼的位數為4(校驗碼的位數比生成多項式的位數少1)。因為原資料幀10110011,在它後面再加4個0,得到10110011**0000**,然後把這個數以「模2除法」方式除以生成多項式,得到的餘數(即crc碼)為0100,如圖所示。注意參考前面介紹的「模2除法」運算法則。

(3)把上步計算得到的crc校驗0100替換原始幀10110011**0000**後面的四個「0」,得到新幀10110011**0100**。再把這個新幀傳送到接收端。

(4)當以上新幀到達接收端後,接收端會把這個新幀再用上面選定的除數11001以「模2除法」方式去除,驗證餘數是否為0,如果為0,則證明該幀資料在傳輸過程中沒有出現差錯,否則出現了差錯。

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