通过控制台输入一段文字，输出MAC帧的2进制和16进制的字符串，主要是求FCS。这里只考虑单帧的情况，即只考虑输入数据在1字节~1500字节之间的情况，对于更长的数据暂不考虑。
1、MAC帧基本格式
表1 802.3标准的帧结构
| 前导码 |
帧前定界符 |
目的地址 |
源地址 |
长度字段 |
数据字段 |
校验字段 |
| 7B |
1B |
(6B) |
(6B) |
(2B) |
46~1500字节 |
(4B) |
具体内容参考：https://blog.csdn.net/icxiaoge/article/details/83420269
2、内容
目的地址：8000FF602CDC
源地址：8000FE853A5F
生成多项式：
3、程序思路
-
目的地址和源地址是已知的，由于计算CRC检验是2进制形式，可写函数hexToBinary()，将目的地址和源地址转换成2进制
-
右生成多项式得到用于CRC检验的除数p为：100000100110000010001110110110111
-
数据字段用ASCII编码，写函数dataToBinaryString()将数据转换成2进制字符串
-
长度字段由首部尾部18字节与数据字段长度（46字节~1500字节）和的2进制串
-
将目的地址、源地址、长度字段、数据字段组成MAC帧的前部分
-
利用得到的MAC帧前部分，用函数solveFcs()求出FCS
4、代码
主类MacFrameEncapsulation.java如下：
/*
* 文件内容：MAC帧封装
* 文件目标：输入一段不超过1500个字节的数据，输出封装后的MAC帧，
* MAC帧包含目的地址、源地址、长度/类型、数据，FCS 共5部分
* 各部分有单独输出显示，输出为2进制和16进制
* 时间：2018-11-15
* 作者：wowpH
*/
import java.util.Scanner;
public class MacFrameEncapsulation {
private int LENGTH_FIELD_BYTES = 2; // 长度字段长度为2 bytes
private int MIN_DATA_BYTES_LENGTH = 46; // 数据字段最小长度46 bytes
private int MIN_DATA_BITS_LENGTH = 368; // 数据字段最小长度368 bits
private int MAX_DATA_BYTES_LENGTH = 1500; // 数据字段最大长度1500 bytes
private int FCS_BITS_LENGTH = 32; // FCS长度（bit）
private String DESTINATION_ADDRESS = "8000FF602CDC"; // 目的地址
private String SOURCE_ADDRESS = "8000FE853A5F"; // 源地址
private String DIVISOR_P = "100000100110000010001110110110111"; // CRC检验的除数p
private String destinationBinaryAddress = ""; // 目的地址二进制
private String sourceBinaryAddress = ""; // 源地址二进制
private String lengthField = ""; // 长度字段2进制，2 bytes
private String data = ""; // 输入的数据部分
private String dataBinary = ""; // 输入的数据部分的2进制
private String fcs = ""; // CRC检验的FCS二进制
private String mac = ""; // MAC帧，包含目的地址、源地址、长度字段、数据字段，FCS共5部分
private String macHex = ""; // MAC帧16进制串
private String fcsHex = ""; // FCS十六进制串
// MAC帧初始长度（byte）为目的地址长度（6bytes）+源地址长度（6bytes）+长度字段（2bytes）+FCS长度（4bytes）
private int macByteLength = 18;
// 4位的二进制数串，0-15
String[] FOUR_BIT_BINARY_TABLE = {
"0000", "0001", "0010", "0011",
"0100", "0101", "0110", "0111",
"1000", "1001", "1010", "1011",
"1100", "1101", "1110", "1111"
};
// 开始
void begin() {
this.input();
this.dealWithDestinationAddress();
this.dealWithSourceAddress();
this.dealWithData();
this.dealWithLengthField();
this.mac += this.lengthField; // 将长度字段添加到MAC帧
this.mac += this.dataBinary; // 将数据字段添加到MAC帧
this.dealWithFcs();
this.dealWithMac();
}
// 输入数据
private void input() {
Scanner in = new Scanner(System.in);
String data = "";
while(data.equals("")) {
System.out.println("请输入传输的数据：");
data = in.nextLine();
this.data = data;
}
System.out.println("---------------------------------------------------------");
in.close();
}
// 显示信息
void output() {
System.out.println("MAC帧（2进制）为：");
System.out.println(this.mac);
System.out.println("目的地址为：");
System.out.println(this.destinationBinaryAddress);
System.out.println("源地址为：");
System.out.println(this.sourceBinaryAddress);
System.out.println("长度/类型（2进制）为：");
System.out.println(this.lengthField);
System.out.println("数据为：");
System.out.println(this.dataBinary);
System.out.println("FCS（2进制）为：");
System.out.println(this.fcs);
System.out.println("MAC帧（16进制）为：");
System.out.println(this.macHex);
System.out.println("FCS（16进制）为：");
System.out.println(this.fcsHex);
System.out.println("---------------------------------------------------------");
}
// 处理目的地址
private void dealWithDestinationAddress() {
this.destinationBinaryAddress = this.hexToBinary(this.DESTINATION_ADDRESS);
this.mac += this.destinationBinaryAddress; // 将目的地址（2进制）添加到MAC帧
}
// 处理源地址
private void dealWithSourceAddress() {
this.sourceBinaryAddress = this.hexToBinary(this.SOURCE_ADDRESS);
this.mac += this.sourceBinaryAddress; // 将源地址（2进制）添加到MAC帧
}
// 处理传输数据
private void dealWithData() {
int dataByteLength = 0; // 数据长度（byte）
this.dataBinary = this.dataToBinaryString(data);
dataByteLength = this.dataBinary.length() / 8;
if(dataByteLength < this.MIN_DATA_BYTES_LENGTH) {
this.dataBinary = this.fillZero(this.dataBinary, this.MIN_DATA_BITS_LENGTH, false);
dataByteLength = this.MIN_DATA_BYTES_LENGTH;
} else if(dataByteLength > this.MAX_DATA_BYTES_LENGTH) {
System.out.println("输入的数据超过范围！");
System.exit(0);
}
this.macByteLength += dataByteLength;
}
// 处理长度字段
private void dealWithLengthField() {
this.lengthField = Integer.toBinaryString(this.macByteLength);
this.lengthField = this.fillZero(this.lengthField, this.LENGTH_FIELD_BYTES * 8, true);
}
// 处理FCS
private void dealWithFcs() {
String dividend = this.fillZero(this.mac, this.mac.length() + this.FCS_BITS_LENGTH, false);
this.fcs = this.solveFcs(dividend, this.DIVISOR_P);
this.fcsHex = this.binaryToHex(this.fcs);
this.mac += this.fcs;
}
// 处理MAC帧
private void dealWithMac() {
this.macHex = this.binaryToHex(this.mac);
}
/* @return String 返回求解到的FCS串
* @param dividend 被除数，二进制
* @param divisor 除数，二进制
*/
private String solveFcs(String dividend, String divisor) {
String fcs = "";
char[] dividendArray = dividend.toCharArray();
char[] divisorArray = divisor.toCharArray();
// 指向被除数中用于当前运算的数据的首部和尾部，长度和除数相同
int head = 0; // 指向头部下标，第一次是0
int tail = head + divisor.length() - 1; // 尾部下标，第一次是32
int i;
while(tail < dividend.length()) {
if('1' == dividendArray[head]) {
for(i = head; i <= tail; ++i) {
if(dividendArray[i] == divisorArray[i - head]) {
dividendArray[i] = '0';
} else {
dividendArray[i] = '1';
}
}
}
++head;
++tail;
}
for(i = head; i < dividendArray.length; ++i) {
fcs += dividendArray[i];
}
return fcs;
}
/* @return String 二进制字符串
* @param data 字符串
* 将字符串转换成二进制字符串，通过ASCII转换
*/
private String dataToBinaryString(String data) {
char[] stringArray = data.toCharArray();
String result = "";
String oneBit = "";
for (int i = 0; i < stringArray.length; ++i) {
oneBit = Integer.toBinaryString(stringArray[i]);
oneBit = this.fillZero(oneBit, 8, true);
result += oneBit;
}
return result;
}
/* @return String 填充0之后的二进制串
* @param data 需要填充0的二进制串
* @param finalBitLength 填充0后的长度（位）
* @param way 填充0。way=true 首部填充0，way=false 尾部填充0
*/
private String fillZero(String data, int finalBitLength, boolean way) {
String result = "";
for(int i = data.length(); i < finalBitLength; ++i) {
result += '0';
}
if(true == way) {
result += data;
} else {
result = data + result;
}
return result;
}
/* @return String 返回转换后的二进制串
* @param hex 要转换的十六进制串
*/
private String hexToBinary(String hex) {
String binary = "";
int hexBitLength = hex.length();
for(int i = 0; i < hexBitLength; ++i) {
if(hex.charAt(i) >= '0' && hex.charAt(i) <= '9') {
binary += this.FOUR_BIT_BINARY_TABLE[hex.charAt(i) - '0'];
} else if(hex.charAt(i) >= 'a' && hex.charAt(i) <= 'z') {
binary += this.FOUR_BIT_BINARY_TABLE[hex.charAt(i) - 'a' + 10];
} else if(hex.charAt(i) >= 'A' && hex.charAt(i) <= 'Z') {
binary += this.FOUR_BIT_BINARY_TABLE[hex.charAt(i) - 'A' + 10];
}
}
return binary;
}
/* @return String 16进制串
* @param binary 需要转换成16进制的2进制串
*/
private String binaryToHex(String binary) {
String hex = "";
String fourBits = "";
int oneBit = 0;
int length = binary.length() / 4;
for(int i = 0; i < length; ++i) {
fourBits = binary.substring(0, 4);
oneBit = Integer.parseInt(fourBits, 2);
hex += Integer.toHexString(oneBit);
binary = binary.substring(4);
}
return hex;
}
}
测试类Test.java代码如下：
public class Test {
public static void main(String[] args) {
MacFrameEncapsulation f = new MacFrameEncapsulation();
f.begin();
f.output();
}
}
5、截图
