1、计算机网络实验指导书计算机网络实验指导书 计 算 机 网 络 实 验 指 导 书 2007-2008第2学期 谷弘毅 计算机网络基础（本科计算机专业） 实验一 1、实验题目：CRC校验 PPP协议受到数据帧后要对数据部分连同FCS字段做CRC校验，结果若不为“0”，则可以肯定数据在传输过程中出错；结果若为“0”，则只能说明很大概率上数据在传输的过程中没有出错，而不是百分之百不出错。这个概率与CRC校验时采用的除数有关，我们把使用某个除数做CRC校验，结果为“0”且数据实际不出错的概率称为该除数的有效性。 本次试验要求同学们以实验的方法验证CRC-16的有效性。 2、实验内容： （1） 随机取1
2、个128位数A。 （2） （3） （4） 将A与CRC-16做除法得余数B，A*2+B保存在C中。 随机修改C中的1个比特，重新与CRC-16做除法运算，记录余数为0的几率。 随机修改C中的2个比特，重新与CRC-16做除法运算，记录余数为0的几率。 16 （5） 随机修改C中的3个比特，重新与CRC-16做除法运算，记录余数为0的几率。 3、实验报告内容： （1） （2） （3） （4） （5） （6） CRC校验原理。 实验记录 随机产生的128位数（以16进制表示）。 除法运算的算法描述。 随机修改C中的1个比特，重新与CRC-16做除法运算，余数为0的几率。 随机修改C中的2个比特，重
3、新与CRC-16做除法运算，余数为0的几率。 （7） 随机修改C中的3个比特，重新与CRC-16做除法运算，余数为0的几率。 4、实验结果分析： （1） 理论上CRC-16的有效性（一定不是100%有效）。 （2） 实验结果的说服力。 实验二 1、实验题目：帧的封装 帧的封装时任何数据链路层协议必须实现的功能，对帧的封装建立在详细了解该协议PDU格式的基础之上。本次试验要求同学们自己动手实现PPP协议和MAC协议的PDU封装程序。 2、实验内容： （1） 随机生成64字节的数据A，作为网际层IP协议的PDU。 （2） 将A封装成字符异步传输模式的PPP帧（注意字符填充）。 （3） 将A封装成位
4、同步传输模式的PPP帧（注意比特填充）。 （4） 将A封装成MAC广播帧（源MAC地址采用本机MAC地址，目的MAC地址采 用广播地址） 3、实验报告内容： （1） 封装PPP帧的数据结构（注明各字段的值及含义）。 （2） （3） （4） （5） （6） 字符填充的位置、源字符及填充后的字符。 比特填充的位置、源二进制数据及填充后的二进制数据。 封装MAC帧的数据结构（注明各字段的值及含义）。 获取本机MAC地址的方法。 广播MAC地址的定义（用什么样的MAC地址表示广播地址）。 实验三 1、实验题目：CDMA编码 2、实验内容： （1） 随机生成5个互不正交的8位码片M1、M2、M3、M4、
5、M5。 （2） 分别求出与M1、M2、M3、M4、M5所有正交的8位码片。 3、实验报告内容： （1） CDMA信道复用原理。 （2） （3） 随机生成的的5个互不正交的码片M1、M2、M3、M4、M5。 获取与某个码片正交的全部码片的算法。 （4） 记录与M1正交的码片数量及10个与M1正交的码片，不足10个的记录全部码片， 互为反码的记为一个。 （5） 记录与M2正交的码片数量及10个与M2正交的码片，不足10个的记录全部码片， 互为反码的记为一个。 （6） 记录与M3正交的码片数量及10个与M3正交的码片，不足10个的记录全部码片， 互为反码的记为一个。 （7） 记录与M4正交的码片数量
6、及10个与M4正交的码片，不足10个的记录全部码片， 互为反码的记为一个。 （8） 记录与M5正交的码片数量及10个与M5正交的码片，不足10个的记录全部码片，互为反码的记为一个。 （9） 比较与M1、M2、M3、M4、M5正交的码片总数并简单分析原因。 实验四 1、实验题目：内部网关协议RIP 2、实验内容： 现存在拓扑结构如下的广域网 （1） （2） （3） 输出各路由器初始路由表。 编制程序计算每次交换路由表后，各个路由器的路由表。 编制程序计算各路由器的收敛速度，即经过多少次交换后，路由表不再变化。 Net3 R3 Net4 R5 Net6 R2 Net1 R1 R4 Net2 Net
7、5 R6 3、实验报告内容： （1） RIP协议工作原理。 （2） （3） （4） 路由表数据结构。 路由表更新算法。 各路由器路由表的收敛速度。 4、实验结果分析： 根据实验结果中各路由器路由表的收敛速度分析RIP协议适用于什么类型的自治系统。 实验五 1、实验题目：Wireshark实训 2、实验内容： （1） 安装Wireshark for Windows V1.1.1并运行。 （2） 按照如下操作打开Wireshark的配置菜单。 （3） 按照如下操作配置Wireshark。 （4） 单击“Start”按钮打开PDU监控窗口 （5） 单击“Stop”按钮结束PDU捕获任务并查看结果 P
8、DU 列 表 PDU 信 息 表 PDU 数 据 表 （6） a. b. c. d. 任选三个不同协议的PDU并分析得出如下信息： 这个PDU是哪个协议发出的？该协议运行在哪层上？ 该协议的PDU格式是什么？ 该PDU首部各字段的值及含义分别是什么？ 该PDU数据部分来自上一层的哪个协议？值是什么？ e. 该PDU如果有尾部，尾部各字段的值及含义分别是什么？ 3、实验报告内容： （1） （2） 实验内容3中用红色标注的配置选项的含义是什么？ 实验内容6的分析报告。 实验六 1、实验题目：Cisco IOS基本指令 2、实验内容： （1） 控制台方式控制IOS。（教学录像6-1） （2） 用户执
9、行模式、特权执行模式和全局配置模式的切换方式。 用户执行模式：也称查看模式，是CLI的入口模式，在用户执行模式下仅允许用 户执行数量有限的基本监控命令。命令提示符为“Rout”（以路由器为例）。 特权执行模式：也称管理配置模式，所有的配置和管理命令，必须在此模式或其下级模式（如全局配置模式）完成。命令提示符“Rout#”（以路由器为例）。 全局配置模式：它是特权模式的子模式，即必须通过特权模式才能进入全局模式。在此模式下能够运行所有的IOS配置命令。命令提示符“Rout（config）#”（以路由器 为例）。（教学录像6-2） （3） （4） （5） 查看各种模式下的IOS指令列表及指令格式。
10、（教学录像6-3） 熟悉IOS的上下文帮助功能（教学录像6-4） 熟悉IOS的快捷键 Tab 填写命令或关键字的剩下部分。 Ctrl-Z 退出配置模式并返回到执行模式 Ctrl-C 放弃当前命令并退出配置模式 Ctrl-Shift-6 用于中断诸如 ping 或 traceroute 之类的 IOS 进程 3、实验报告内容 文字描述教学录像中的操作过程及意义。 实验七 1、 实验题目：子网划分 2、 实验内容： （1） 按下图拓扑结构选择合适的设备及电缆建立网络（教学录像7-1） R1 Net1 Net2 （2） 假设Net1和Net2共同使用一个C类内网IP的网号192.168.32.0，按
11、要求完成如下 操作： a. 为Net1和Net2的主机分配IP地址。（教学录像7-2） b. 通过控制台对路由器进行相应配置。（参见教学录像6-4） c. 应用ping指令测试网络联通性。 3、 实验报告内容 （1） 网络设备连接图，注明选用的设备、电缆类型和设备端口的对应关系。 （2） 为Net1和Net2所有主机分配的IP地址。 （3） 按照下述格式描述路由器配置过程： 序号：IOS命令 参数 / 作用 （4） 测试网络连通性方法，包括使用了什么协议的什么命令，如何分析出网络的连通状 况。 实验八 1、 实验题目：Socket编程 2、 实验内容： （1） 分别创建一个服务器端项目和一个客
12、户端项目。 （2） 服务端应用程序能够创建TCP服务端套接字，监听客户端请求，为客户端连接请求 创建新的连接，并且接收客户端发送的数据。 （3） 客户端应用程序能够创建TCP客户端套接字，向服务端发出请求，向服务端发送数据。 3、 实验报告内容： （1） Socket服务端程序流程图。 （2） 服务端用到的Socket API详解。（参见附录1） （3） Socket客户端程序流程图。 （4） 客户端用到的Socket API详解。 注：示例程序参见实验指导书目录下SocketTest文件夹。 附录1：Socket API 简介 1、WSAStartup函数 int WSAStartup( W
13、ORD wVersionRequested, *TA lpWSAData ); 使用Socket的程序在使用Socket之前必须调用WSAStartup函数。该函数的第一个参数指明程序请求使用的Socket版本，其中高位字节指明副版本、低位字节指明主版本；操作系统利用第二个参数返回请求的Socket的版本信息。当一个应用程序调用WSAStartup函数时，操作系统根据请求的Socket版本来搜索相应的Socket库，然后绑定找到的Socket库到该应用程序中。以后应用程序就可以调用所请求的Socket库中的其它Socket函数了。该函数执行成功后返回0。 例：假如一个程序要使用2.1版本的So
14、cket,那么程序代码如下 wVersionRequested = *D( 2, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, wsaData ); 2、WSACleanup函数 int WSACleanup (void); 应用程序在完成对请求的Socket库的使用后，要调用WSACleanup函数来解除与Socket库的绑定并且释放Socket库所占用的系统资源。 3、socket函数 SOCKET socket( int af, int type, int protocol ); 应用程序调用socket函数来创建一个能够进行网络通信的套接字。第一个
15、参数指定应用程序使用的通信协议的协议族，对于TCP/IP协议族，该参数置PF_INET;第二个参数指定要创建的套接字类型，流套接字类型为SOCK_STREAM、数据报套接字类型为SOCK_DGRAM；第三个参数指定应用程序所使用的通信协议。该函数如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回*_SOCKET。套接字描述符是一个整数类型的值。每个进程的进程空间里都有一个套接字描述符表，该表中存放着套接字描述符和套接字数据结构的对应关系。该表中有一个字段存放新创建的套接字的描述符，另一个字段存放套接字数据结构的地址，因此根据套接字描述符就可以找到其对应的套接字数据结构。每个进程在自己的进
16、程空间里都有一个套接字描述符表但是套接字数据结构都是在操作系统的内核缓冲里。下面是一个创建流套接字的例子： struct protoent *ppe; ppe=getprotobyname( SOCKET ListenSocket=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,ppe-p_proto); 4、closesocket函数 int closesocket( SOCKET s ); closesocket函数用来关闭一个描述符为s套接字。由于每个进程中都有一个套接字描述符表，表中的每个套接字描述符都对应了一个位于操作系统缓冲区中的套接字数据结构，因此有可能有几个套接字描述符指
17、向同一个套接字数据结构。套接字数据结构中专门有一个字段存放该结构的被引用次数，即有多少个套接字描述符指向该结构。当调用closesocket函数时，操作系统先检查套接字数据结构中的该字段的值，如果为1，就表明只有一个套接字描述符指向它，因此操作系统就先把s在套接字描述符表中对应的那条表项清除，并且释放s对应的套接字数据结构；如果该字段大于1，那么操作系统仅仅清除s在套接字描述符表中的对应表项，并且把s对应的套接字数据结构的引用次数减1。 closesocket函数如果执行成功就返回0，否则返回SOCKET_ERROR。 5、send函数 int send( SOCKET s, const ch
18、ar FAR *buf, int len, int flags ); 不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。该函数的第一个参数指定发送端套接字描述符；第二个参数指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区；第三个参数指明实际要发送的数据的字节数；第四个参数一般置0。这里只描述同步Socket的send函数的执行流程。当调用该函数时，send先比较待发送数据的长度len和套接字s的发送缓冲区的长度，如果len大于s的发送缓冲区的长度，该函数返回SOCKET_ERROR；如
19、果len小于或者等于s的发送缓冲区的长度，那么send先检查协议是否正在发送s的发送缓冲中的数据，如果是就等待协议把数据发送完，如果协议还没有开始发送s的发送缓冲中的数据或者s的发送缓冲中没有数据，那么send就比较s的发送缓冲区的剩余空间和len，如果len大于剩余空间大小send就一直等待协议把s的发送缓冲中的数据发送完，如果len小于剩余空间大小send就仅仅把buf中的数据copy到剩余空间里（注意并不是send把s的发送缓冲中的数据传到连接的另一端的，而是协议传的，send仅仅是把buf中的数据copy到s的发送缓冲区的剩余空间里）。如果send函数copy数据成功，就返回实际cop
20、y的字节数，如果send在copy数据时出现错误，那么send就返回SOCKET_ERROR；如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，那么send函数也返回SOCKET_ERROR。要注意send函数把buf中的数据成功copy到s的发送缓冲的剩余空间里后它就返回了，但是此时这些数据并不一定马上被传到连接的另一端。如果协议在后续的传送过程中出现网络错误的话，那么下一个Socket函数就会返回SOCKET_ERROR。（每一个除send外的Socket函数在执行的最开始总要先等待套接字的发送缓冲中的数据被协议传送完毕才能继续，如果在等待时出现网络错误，那么该Socket函数就返回SOCKE
21、T_ERROR） 注意：在Unix系统下，如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，调用send的进程会接收到一个*信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。 6、recv函数 int recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags ); 不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。该函数的第一个参数指定接收端套接字描述符；第二个参数指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据；第三个参数指明buf的长度；第四个参数一般置0。这里只描述同步Socket的recv函数的执行流程。当应用程序调用recv
22、函数时，recv先等待s的发送缓冲中的数据被协议传送完毕，如果协议在传送s的发送缓冲中的数据时出现网络错误，那么recv函数返回SOCKET_ERROR，如果s的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后，recv先检查套接字s的接收缓冲区，如果s接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么recv就一直等待，只到协议把数据接收完毕。当协议把数据接收完毕，recv函数就把s的接收缓冲中的数据copy到buf中（注意协议接收到的数据可能大于buf的长度，所以在这种情况下要调用几次recv函数才能把s的接收缓冲中的数据copy完。recv函数仅仅是copy数据，真正的接收数据是协议来完成的）
23、，recv函数返回其实际copy的字节数。如果recv在copy时出错，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回0。 注意：在Unix系统下，如果recv函数在等待协议接收数据时网络断开了，那么调用recv的进程会接收到一个*信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。 7、bind函数 int bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen ); 当创建了一个Socket以后，套接字数据结构中有一个默认的IP地址和默认的端口号。一个服务程序必须调用bind函数来给其绑定
24、一个IP地址和一个特定的端口号。客户程序一般不必调用bind函数来为其Socket绑定IP地址和断口号。该函数的第一个参数指定待绑定的Socket描述符；第二个参数指定一个sockaddr结构，该结构是这样定义的： struct sockaddr u_short sa_family; char sa_data; ; sa_family指定地址族，对于TCP/IP协议族的套接字，给其置AF_INET。当对TCP/IP协议族的套接字进行绑定时，我们通常使用另一个地址结构： struct sockaddr_in short sin_family; u_short sin_port; struct i
25、n_addr sin_addr; char sin_zero; ; 其中sin_family置AF_INET；sin_port指明端口号；sin_addr结构体中只有一个唯一的字段s_addr，表示IP地址，该字段是一个整数，一般用函数inet_addr（）把字符串形式的IP地址转换成unsigned long型的整数值后再置给s_addr。有的服务器是多宿主机，至少有两个网卡，那么运行在这样的服务器上的服务程序在为其Socket绑定IP地址时可以把htonl(INADDR_ANY)置给s_addr，这样做的好处是不论哪个网段上的客户程序都能与该服务程序通信；如果只给运行在多宿主机上的服务程序
26、的Socket绑定一个固定的IP地址，那么就只有与该IP地址处于同一个网段上的客户程序才能与该服务程序通信。我们用0来填充sin_zero数组，目的是让sockaddr_in结构的大小与sockaddr结构的大小一致。下面是一个bind函数调用的例子： struct sockaddr_in saddr； saddr.sin_family = AF_INET; saddr.sin_port = htons(8888); saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); bind(ListenSocket,(struct sockaddr *)saddr,siz
27、eof(saddr)； 8、listen函数 int listen( SOCKET s, int backlog ); 服务程序可以调用listen函数使其流套接字s处于监听状态。处于监听状态的流套接字s将维护一个客户连接请求队列，该队列最多容纳backlog个客户连接请求。假如该函数执行成功，则返回0；如果执行失败，则返回SOCKET_ERROR。 9、accept函数 SOCKET accept( SOCKET s, struct sockaddr FAR *addr, int FAR *addrlen ); 服务程序调用accept函数从处于监听状态的流套接字s的客户连接请求队列中取出排
28、在最前的一个客户请求，并且创建一个新的套接字来与客户套接字创建连接通道，如果连接成功，就返回新创建的套接字的描述符，以后与客户套接字交换数据的是新创建的套接字；如果失败就返回*_SOCKET。该函数的第一个参数指定处于监听状态的流套接字；操作系统利用第二个参数来返回新创建的套接字的地址结构；操作系统利用第三个参数来返回新创建的套接字的地址结构的长度。下面是一个调用accept的例子： struct sockaddr_in ServerSocketAddr; int addrlen; addrlen=sizeof(ServerSocketAddr); ServerSocket=accept(Li
29、stenSocket,(struct sockaddr *)ServerSocketAddr,addrlen); 9、connect函数 int connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen ); 客户程序调用connect函数来使客户Socket s与监听于name所指定的计算机的特定端口上的服务Socket进行连接。如果连接成功，connect返回0；如果失败则返回SOCKET_ERROR。下面是一个例子： struct sockaddr_in daddr; memset(void *)daddr,0,sizeof(daddr); daddr.sin_family=AF_INET; daddr.sin_port=htons(8888); daddr.sin_addr.s_addr=inet_addr( connect(ClientSocket,(struct sockaddr *)daddr,sizeof(daddr)；
