计算机网络实验书.docx
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计算机网络实验书
《数据通信与计算机网络》
实验指导书
通信工程系计算机通信教研室
2007年3月
前言
《数据通信与计算机网络》是通信工程专业一门重要的专业课，属核心必修课。
本课程技术性、系统性和实践性强，涉及到数据通信的相关概念；信源、信道的编码的相关知识；通信协议以及计算机网络的相关概念、TCP/IP协议的基本原理、局域网相关概念。
因此课堂教学应该与实践环节紧密结合。
《数据通信与计算机网络》力求在理论教学和实践环节有所突破，使学生学好网络理论知识，对TCP/IP协议族和数据通信的相关知识有一个全面深入的认识，掌握TCP/IP协议族构成，并能在此基础上，通过编程实践和网络命令及常用工具软件的具体操作，提高学生对数据通信知识的掌握及计算机网络的认识。
本实验课程中的网络编程采用WINDOWS操作系统下的VB或其它高级语言作为开发工具，编程实现基于socket的通信。
通过本实验，使学生能深刻理解TCP/IP协议簇中各主要协议的相互关系。
本实验课程中基于通信网络通信协议的编写以及对信道编码C语言编程实现的实验，加深对数据通信相关知识与技能的掌握和运用。
同时在本门课程中也涉用到常用网络工具与命令使用的实验，加深同学对网络知识的认识，提高学生的动手能力。
目录
前言I
目录II
实验一PC机间的串口通信1
1．实验目的1
2．实验内容1
3．实验步骤1
实验二差错编码的C语言实现1
1．实验目的1
2．实验内容1
3．实验步骤1
实验三简单通信协议的编写2
1．实验目的2
2．实验内容2
3．实验步骤2
实验四常用网络命令和一些工具的使用实验3
1．实验目的3
2．实验内容3
3．实验步骤3
附录4
附录1:
1PC机串口通信程序代码4
附录2:
差错控制编码C代码（汉明码、奇偶校验6
附录3:
特定通信网络图8
附录4:
通信协议8
附录5Sniffer的使用10
附录6Windump的使用范例16
附录7网络执法官操作方法18
实验1PC机间的串口通信
一、实验目的
通过对PC机串行口的具体操作，掌握RS232通信协议。
同时，通过高级语言编程实现计算机间的数据传输，了解并掌握通信协议的软件实现方法。
二、实验内容
程序编写类题目：
两台电脑通过串口线连接。
编写收、发程序，实现两计算机之间的数据（要求数据打包传输）传输。
建议在VC、VB中使用Common控件实现。
三、实验步骤
1．问题理解和分析
充分地分析和理解问题本身，弄清要求做什么。
2．确定解决问题的方法（设计）
主要是找到解决问题的主要思路，是怎么做。
在此阶段可考虑系统的功能和模块划分等。
3．详细设计和编码
确定算法的主要流程，再进行编程。
4．程序调试和运行。
5．附录1PC机串口通信VB实现代码。
（放弃）实验2差错编码的C语言实现
一、实验目的
通过C语言实现海明码的程序设计，掌握信道编码的基本概念、作用以及实现方法。
允分理解数据通信中信道编码的意义与具体的实现方法。
二、实验内容
程序编写类题目
[问题描述]
用软件实验通信中差错编码。
[基本要求]
（1）熟练掌握海明码的基本原理。
（2）分别编写函数实现编码、解码的子函数。
（3）对给定的任意先序序列进行编、解码。
三、实验步骤
1．问题理解和分析
充分地分析和理解问题本身，弄清要求做什么。
2．确定解决问题的方法（设计）
主要是找到解决问题的主要思路，是怎么做。
在此阶段可考虑系统的功能和模块划分等。
3．详细设计和编码
确定算法的主要流程，再进行编程。
4．程序调试和运行
5．附录2海明码、奇偶校验的C语言实现代码。
实验2网络编程
一、实验目的
学会使用socket网络编程
二、实验内容
程序编写类题目
[问题描述]
编程实现网络聊天功能。
[基本要求]
掌握socket网络编程，如VC的socket控件使用。
能实现两台计算机之间的聊天功能。
三、实验步骤
1．问题理解和分析
充分地分析和理解问题本身，弄清要求做什么。
2．确定解决问题的方法（设计）
主要是找到解决问题的主要思路，是怎么做。
在此阶段可考虑系统的功能和模块划分等。
3．详细设计和编码
确定算法的主要流程，再进行编程。
4．程序调试和运行
实验3简单通信协议的编写
一、实验目的
在数据通信与计算机网络中通信协议起着致关重要的作用，本知识点也是该课程的重难点。
通过对通信协议理论知识的学习，要求学生对一个简单通信系统，编写一个较完整的通信协议，实现系统的通信任务，以强化学生对通信协议的理解和掌握。
二、实验内容
文字描述类题目
[问题描述]
假如学生食堂RFIC卡售饭系统的网络结构如下所示请写出其通信协议（用文字描述即可）。
（见附录3图1）。
[基本要求]
（1）学生自己要了解整个系统的功能要求。
（2）根据图示给出的网络连接图采用停-等模式写出完整通信协议
（3）协议的正确与否以协议是否能满足系统的功能要求为准。
三、实验步骤
1．问题理解和分析
充分地分析和理解问题本身，弄清要求做什么。
2．确定解决问题的方法
主要是找到解决问题的主要思路。
3．写出完整的通信协议
根据所掌握的知识设计出通信协议的具体内容
4.附录4通信协议。
实验4常用网络命令和一些工具的使用实验
一、实验目的
通过对计算机网络基本知识的学习，动手操作一些常用的命令、工具，加深对计算机网络的认识与使用。
二、实验内容
简单操作类题目
1.EtherDetectPacketSniffer的使用，它是一个强大、易用的网络数据包嗅探器。
它能够完整地捕捉到所处局域网中所有计算机的上、下行数据包，你也可以保存捕捉到的数据包。
此软件可用于本地网络安全、网页设计、局域网管理、网络程序设计...等的辅助工作。
Windump是Windows环境下一款经典的网络协议分析软件，其Unix版本名称为Tcpdump。
它可以捕捉网络上两台电脑之间所有的数据包，供网络管理员/入侵分析员做进一步流量分析和入侵检测。
在这种监视状态下，任何两台电脑之间都没有秘密可言，所有的流量、所有的数据都逃不过你的眼睛（当然加密的数据不在讨论范畴之内，而且，对数据包分析的结果依赖于你的TCP/IP知识和经验，不同水平的人得出的结果可能会大相径庭）。
如果你做过DEBUG或者反汇编，你会发现二者是那么惊人的相似。
2.局域网管理软件（网络执法官的使用）
局域网上网限制软件,上网监管,网络监控,邮件监控,互联网监控,上网监控,上网管理,网络监控软件,邮件拦截,邮件备份,上网过滤,网页过滤,管理上网,局域网管理,局域网监控,网络监视,邮件监视,上网监视,网络监测,邮件监测,网络检测,邮件检测,限制上网,限制聊天,上网限制,聊天限制,控制上网,网络管理程序,限制QQ,限制MSN,封堵QQ,禁止MSN,电子邮件监控,email监控……
3.PINGMSCONFIGIPCONFIGGPEDITWINGATEPROXY等软件的使用方法比如要知道PING不同的对象代表什么含义
4.网上邻居的故障及维护
5.网络打印共享的管理及维护
三、实验步骤
1．从网上收集相关命令和软件的说明书、了解其功能及作用。
2．从网上收集相关命令和软件的使用方法。
3．下载相关软件、并安装到PC机。
4．动手使用相关命令及软件。
5．
5．附录5Sniffer的使用附录6Windump的使用范例附录7网络执法官操作方法
附录1PC机串口通信程序代码
VERSION5.00
Object="{648A5603-2C6E-101B-82B6-000000000014}#1.1#0";"MSCOMM32.OCX"
BeginVB.FormForm1
Caption="Form1"
ClientHeight=5010
ClientLeft=60
ClientTop=345
ClientWidth=6750
LinkTopic="Form1"
ScaleHeight=5010
ScaleWidth=6750
StartUpPosition=3'窗口缺省
BeginVB.CommandButtonCommand1
Caption="发送"
Height=495
Left=2400
TabIndex=4
Top=4080
Width=1215
End
BeginMSCommLib.MSCommMSComm1
Left=5760
Top=4080
_ExtentX=1005
_ExtentY=1005
_Version=393216
DTREnable=-1'True
End
BeginVB.TextBoxText2
Height=1095
Left=360
TabIndex=3
Top=2640
Width=5895
End
BeginVB.FrameFrame2
Caption="发射端"
Height=375
Left=360
TabIndex=2
Top=2160
Width=1575
End
BeginVB.TextBoxText1
Height=1215
Left=480
MultiLine=-1'True
ScrollBars=2'Vertical
TabIndex=1
Top=720
Width=5895
End
BeginVB.FrameFrame1
Caption="接收端"
Height=375
Left=360
TabIndex=0
Top=240
Width=1455
End
End
AttributeVB_Name="Form1"
AttributeVB_GlobalNameSpace=False
AttributeVB_Creatable=False
AttributeVB_PredeclaredId=True
AttributeVB_Exposed=False
PrivateSubCommand1_Click（）
MSComm1.OutBufferCount=0
MSComm1.Output=Text2.Text
MSComm1.InputLen=0
MSComm1.RThreshold=1
MSComm1.SThreshold=1
Text2.SetFocus
Text2.Text=""
EndSub
PrivateSubForm_Load（）
MSComm1.CommPort=1
MSComm1.Settings="9600,n,8,1"
MSComm1.PortOpen=True
EndSub
PrivateSubMSComm1_OnComm（）
SelectCaseMSComm1.CommEvent
CasecomEvReceive
Text1.SelText=MSComm1.Input
MSComm1.InBufferCount=0
EndSelect
EndSub
附录2差错控制编码C代码（汉明码、奇偶校验）
//8比特汉明码模拟通讯程序
#defineN8//原始数据的字节数
unsignedcharHM[16]={0x00,0x71,0xB2,0xC3,0xD4,0xA5,0x66,0x17,//编码表
0xE8,0x99,0x5A,0x2B,0x3C,0x4D,0x8E,0xFF};
unsignedcharerr[8]={0x00,0x20,0x40,0x01,0x80,0x02,0x04,0x08};//错误图样
unsignedcharS=0xA6;//原始数据
unsignedcharDT[2];//原始数据的汉明码（发送的内容）
unsignedcharDR[2];//收到的汉明码
unsignedcharR;//解码结果（接收的内容）
voidTRANS（unsignedcharps）//编码程序（模拟发送）
{
unsignedcharc1,c2;
c1=ps/16;//c1为原始数据的高4位
c2=ps%16;//c2为原始数据的低4位
DT[0]=HM[c1];//按编码表对c1进行编码
DT[1]=HM[c2];//按编码表对c2进行编码
//P0=DT[0];
//P1=DT[1];
}
unsignedcharparity（unsignedcharch）//偶校验
{
unsignedchari,k=0;
for（i=0;i<8;i++）{
if（ch&0x01）k^=0x01;
ch>>=1;
}
returnk;
}
unsignedcharUNHM（unsignedcharch）//汉明码解码算法
{
unsignedcharc,p,q0,q1,q2;
p=parity（ch）;//保存全字节偶校验结果
q1=parity（ch&0x4d）;//对D1、D3、D5、D7进行偶校验
q0=parity（ch&0x2b）;//对D2、D3、D6、D7进行偶校验
q2=parity（ch&0x8E）;//对D4、D5、D6、D7进行偶校验
c=q0|q1<<1|q2<<2;//拼装校验结果,得到错误图样
ch^=err[c];//按错误图样进行纠错
ch&=0x0f;//取出4比特信息内容
//if（c&&!
p）ch+=0x20;//发现两个差错
returnch;
}
//将接收到的两字节信息解码拼装为一字节数据
voidRECEV（）//解码程序（模拟接收）
{
unsignedcharc1,c2;
DR[0]=DT[0];
DR[1]=DT[1];
c1=UNHM（DR[0]）;//解码一字节
if（c1>16）c1&=0x0f;//差错判断
c2=UNHM（DR[1]）;//再解码一字节
if（c2>16）c2&=0x0f;//差错判断
R=c1*16+c2;//拼装为一字节数据
//P2=R;
}
main（）
{
TRANS（S）;//对原始数据进行汉明编码（模拟发送）
RECEV（）;//对没有干扰的数据进行解码（模拟接收）,f=1,成功.
while
（1）;//在这一行设置断点,中止程序运行,以便观察程序运行的结果
}
附录3特定通信网络图
图1
附录4通信协议
一.协议的各种规定和要求
1.互相之间通信采用RS485。
2.每个客户端（从设备）须要唯一的设备地址，以便服务器（主设备）按地址识别发来的消息，决定要产生何种行动。
如果需要回应，服务器将生成反馈信息。
3.数据如何在网络上转输
通信使用主—从方式，即只有服务器能初始化传输和数据。
从设备根据主设备查询提供的数据并作出相应反应。
主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。
如果单独通信，从设备返回消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则从设备不作任何回应。
协议建立了主设备查询的格式：
设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、一错误检测域。
从设备回应消息也由协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和一错误检测域。
如果在消息接收过程中发生一错误（无相应的功能码），或从设备不能执行其命令，从设备将建立一错误消息并把它作为回应发送出去。
4.数据长度帧发送
接收到正确的总线确认数据后，数据采集与传输控制器发送数据长度帧，9字节，1～2字节是数据长度的低、高字节，最长为OFFFFH，即一次发送数据长度应小于64K，若数据总长度超过64K，应分别发送，并在数据中加入标记，以便主机能正确对后继数据进行追加；3～8字节等于03H，第9字节为校验和，然后等待主机返回一个确认字节，03H表示接收正确，58H表示错误，需重发，当连续错误次数达到一定值（40H次）或在一定时间内收不到确认字节，程序就不在发送数据，1～2字节定义的数据长度应为8的整数倍，即发送数据长度＞实际数据长度。
数据长度中不包括本帧数据长度和各帧中的校验字节（即每帧按8字节计算长度），包括后面所有数据帧长度。
5.错误检测方法
（1）超时检测
用户要给主设备配置一预先定义的超时时间间隔，这个时间间隔要足够长，以使任何从设备都能作为正常反应。
如果从设备检测到一传输错误，消息将不会接收，也不会向主设备作出回应。
这样超时事件将触发主设备来处理错误。
发往不存在的从设备的地址也会产生超时。
（2）CRC检测
CRC域是一个字节，检测了整个消息的内容。
它由传输设备计算后加入到消息中。
接收设备重新计算收到消息的CRC，并与接收到的CRC域中的值比较，如果两值不同，则有误，从设备对本消息不作回应。
通讯网络只设有一个主机，所有通信都由他发起。
网络可支持254个之多的远程从属控制器，但实际所支持的从机数要由所用通信设备决定。
6.传输速率：
9600BPS
二．通信接口协议命令定义
1.刷卡：
161+chr
（1）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+就餐金额
注：
就餐金额若为0则表示没有就餐
2、信息暂时保存：
162+chr
（2）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+就餐金额+消费的次数
3、查询节余
163+chr（3）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+剩余金额
4、数据传输：
164+chr（4）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+传输数据
5、接口操作：
165+chr（5）+客户端物理地址（PDANo）+服务器地址+接口命令
6、客户端传输数据命令：
166+chr（6）+传输命令+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+剩余金额
7、刷卡失败：
167+chr（7）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+操作标志+不存储数据标志+清空客户端对应的记录
8、卡锁定：
（说明：
由于刷卡过快，或者是丢失等原因需要暂时把用户的卡锁定，这种锁定只能在服务器端进行相应的操作之后才可以在使用本张卡，而且本次消费失败。
）
168+chr（8）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+操作标志+不扣除本次的就餐金额+服务器卡锁定+客户端执行命令+清空客户端对应的记录
9、冲值：
169+chr（9）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号+冲值操作标志+冲值金额+服务器记录修改命令+客户端修改命令+与银行卡之间的交易
10．客户端对总线的侦听、：
170+chr（10）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号十请求命令+服务器地址
11．总线的应答
171+chr（11）+客户端物理地址（PDANo）+持卡人编号十请求命令+服务器地址+忙闲标志
三．服务器的数据库
1．要实现对各个终端的管理必须在服务器端上建立相应的数据库，用来保存终端的数据，并且防止终端的数据丢失以后从服务器端取数据，方便以后的查询和维护。
2．数据库中的数据内容：
终端地址（编号），卡的编号，消费时间，消费金额，剩余金额（冲值金额也算在里边），消费次数，冲值时间，冲值机的编号
3．说明：
对于各个终端来说，终端地址（编号），卡的编号，剩余金额（冲值金额也算在里边），是每次刷卡的时候必须显示的，而其他的数据可以不传。
附录5Sniffer的使用
捕获数据包前的准备工作
在默认情况下，sniffer将捕获其接入碰撞域中流经的所有数据包，但在某些场景下，有些数据包可能不是我们所需要的，为了快速定位网络问题所在，有必要对所要捕获的数据包作过滤。
Sniffer提供了捕获数据包前的过滤规则的定义，过滤规则包括2、3层地址的定义和几百种协议的定义。
定义过滤规则的做法一般如下：
1、在主界面选择captureàdefinefilter选项。
2、definefilteràaddress，这是最常用的定义。
其中包括MAC地址、ip地址和ipx地址的定义。
以定义IP地址过滤为例，见图1。
图1
比如，现在要捕获地址为10.1.30.100的主机与其他主机通信的信息，在Mode选项卡中，选Include（选Exclude选项，是表示捕获除此地址外所有的数据包）；在station选项中，在任意一栏填上10.1.30.100,另外一栏填上any（any表示所有的IP地址）。
这样就完成了地址的定义。
注意到Dir.栏的图标：
表示，捕获station1收发的数据包；
表示，捕获station1发送的数据包；
表示，捕获station1收到的数据包。
最后，选取
将定义的规则保存下来，供以后使用。
3、definefilteràadvanced，定义希望捕获的相关协议的数据包。
如图2。
图2
比如，想捕获FTP、NETBIOS、DNS、HTTP的数据包，那么说首先打开TCP选项卡，再进一步选协议；还要明确DNS、NETBIOS的数据包有些是属于UDP协议，故需在UDP选项卡做类似TCP选项卡的工作，否则捕获的数据包将不全。
如果不选任何协议，则捕获所有协议的数据包。
PacketSize选项中，可以定义捕获的包大小，图3，是定义捕获包大小界于64至128bytes的数据包。
图3
4、definefilteràbuffer,定义捕获数据包的缓冲区。
如图4：
图4
Buffersize选项卡，将其设为最大40M。
Capturebuffer选项卡，将设置缓冲区文件存放的位置。
5、最后，需将定义的过滤规则应用于捕获中。
如图5：
图5
点选SelectFilteràCapture中选取定义的捕获规则。
二、捕获数据包时观察到的信息
CaptureàStart,启动捕获引擎。
sniffer可以实时监控主机、协议、应用程序、不同包类型等的分布情况。
如图6：
图6
Dashboard:
可以实时统计每秒钟接收到的包的数量、出错包的数量、丢弃包的数量、广播包的数量、多播包的数量以及带宽的利用率等。
HostTable：
可以查看通信量最大的前10位主机。
Matrix:
通过连线，可以形象的看到不同主机之间的通信。
ApplicationResponseTime:
可以了解到不同主机通信的最小、最大、平均响应时间方面的信息。
HistorySamples:
可以看到历史数据抽样出来的统计值。
Protocoldistribution:
可以实时观察到数据流中不同协议的分布情况。
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