武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書武漢理工大學(xué)教材中心2009年7月目 錄實(shí)驗(yàn)一 協(xié)議分析1傳輸層協(xié)議 3實(shí)驗(yàn)二 協(xié)議分析2應(yīng)用層協(xié)議 9實(shí)驗(yàn)三 基于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)性） 14實(shí)驗(yàn)一 協(xié)議分析1傳輸層協(xié)議一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解傳輸層協(xié)議的基本工作原理2、了解傳輸層協(xié)議的分類3、熟悉傳輸層協(xié)議的工作過(guò)程二、實(shí)驗(yàn)原理在因特網(wǎng)上，傳輸層協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從一個(gè)應(yīng)用程序傳遞到另一個(gè)應(yīng)用程序。它即不關(guān)心所傳輸?shù)木唧w數(shù)據(jù)，也不關(guān)心能否正確識(shí)別目標(biāo)主機(jī)。TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是目前的兩個(gè)主要的傳輸層協(xié)議。傳輸層協(xié)議指定了用于正確定位應(yīng)用程序發(fā)送端和接收端的源端口號(hào)和目的端口號(hào)。這一過(guò)程稱為多

2、路復(fù)用和多路分解。同一因特網(wǎng)主機(jī)上的應(yīng)用程序所產(chǎn)生的多個(gè)數(shù)據(jù)流復(fù)用一個(gè)輸出連接。同一因特網(wǎng)主機(jī)上不同應(yīng)用程序的多個(gè)數(shù)據(jù)流可能也會(huì)通過(guò)一個(gè)輸入連接傳輸，但是他們最終將會(huì)被分解并傳輸?shù)礁髯缘膽?yīng)用程序中去。1、TCP是因特網(wǎng)中最主要的傳輸層協(xié)議。它能夠在兩個(gè)應(yīng)用程序間提供可靠地有序數(shù)據(jù)流傳輸，即使這兩個(gè)程序運(yùn)行在不同的主機(jī)上并且被一個(gè)會(huì)丟失、重排序或者破壞分組的網(wǎng)絡(luò)所隔開。TCP能夠檢測(cè)傳輸過(guò)程中分組是否丟失、延遲和改變，如是則重傳這些分組，從而提供了可靠地?cái)?shù)據(jù)流傳輸。實(shí)現(xiàn)可靠傳輸借助TCP報(bào)文段的首部，如圖所示：TCP報(bào)文段首部TCP報(bào)文段首部：源端口和目的端口：各占2個(gè)字節(jié)，是運(yùn)輸層與應(yīng)用層的服

3、務(wù)接口。序號(hào)：占4個(gè)字節(jié)。TCP連接傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都被編上一個(gè)序號(hào)。首部中序號(hào)字段的值指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。確認(rèn)號(hào)：占4個(gè)字節(jié)，是期望收到對(duì)方下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。數(shù)據(jù)偏移：占4 bit，它指出報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離TCP報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)。實(shí)際上就是TCP報(bào)文段首部的長(zhǎng)度。保留：占6 bit，保留為今后使用。緊急比特URG：當(dāng)URG=1時(shí)，表明緊急指針有效。它告訴系統(tǒng)報(bào)文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送。確認(rèn)比特ACK：ACK=1時(shí)確認(rèn)號(hào)字段才有效，ACK=0時(shí)確認(rèn)號(hào)字段無(wú)效。推送比特PUSH：接收方接收到PUSH=1的報(bào)文段時(shí)會(huì)盡快的將其交付

4、給接收應(yīng)用進(jìn)程，而不再等到整個(gè)接收緩存都填滿后再向上交付。復(fù)位比特RST：當(dāng)RST=1時(shí)，表明TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯(cuò)，必須釋放連接。復(fù)位比特還用來(lái)拒絕一個(gè)非法的報(bào)文段或拒絕打開一個(gè)連接。同步比特SYN：在連接建立時(shí)用來(lái)同步序號(hào)。當(dāng)SYN=1而ACK=0時(shí)，表明這是一個(gè)連接請(qǐng)求報(bào)文段。對(duì)方若同意建立連接，應(yīng)在響應(yīng)的報(bào)文段中使SYN=1和ACK=1。因此，SYN=1就表示這是一個(gè)連接請(qǐng)求或連接接收?qǐng)?bào)文。終止比特FIN：當(dāng)FIN=1時(shí)，表明此報(bào)文段的發(fā)送端的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運(yùn)輸連接。窗口：占2個(gè)字節(jié)，用來(lái)控制對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位是字節(jié)，指明對(duì)方發(fā)送窗口的上限。校驗(yàn)和：占2個(gè)字節(jié)，校驗(yàn)的

5、范圍包括首部和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分，計(jì)算校驗(yàn)和時(shí)需要在報(bào)文段前加上12字節(jié)的偽首部。緊急指針：占2個(gè)字節(jié)，指出本報(bào)文段中緊急數(shù)據(jù)最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。只有當(dāng)緊急比特URG=1時(shí)才有效。選項(xiàng)：長(zhǎng)度可變。TCP只規(guī)定了一種選項(xiàng)，即最大報(bào)文段長(zhǎng)度MSS (Maximum Segment Size)。TCP連接建立的過(guò)程如下圖所示：TCP三次握手TCP連接釋放的過(guò)程如下圖所示：TCP釋放2、UDPUDP與TCP比較，不提供可靠的有序報(bào)文傳輸。UDP首部字段由4個(gè)部分組成，其中兩個(gè)是可選的。各16-bit的源端口和目的端口用來(lái)標(biāo)記發(fā)送和接受的應(yīng)用進(jìn)程。因?yàn)閁DP不需要應(yīng)答，所以源端口是可選的，如果源端口不用，那么

6、置為零。在目的端口后面是長(zhǎng)度固定的以字節(jié)為單位的長(zhǎng)度域，用來(lái)指定UDP數(shù)據(jù)報(bào)包括數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度,長(zhǎng)度最小值為8(octets)。首部剩下地16-bit是用來(lái)對(duì)首部和數(shù)據(jù)部分一起做校驗(yàn)和的，這部分是可選的，但在實(shí)際應(yīng)用中一般都使用這一功能。由于缺乏可靠性，UDP應(yīng)用一般必須允許一定量的丟包、出錯(cuò)和復(fù)制。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、分析TCP報(bào)文段的結(jié)構(gòu)，熟悉各個(gè)字段的內(nèi)容、功能、格式和取值范圍；2、TCP連接建立與釋放3、TCP與UDP的比較四、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 為方便獲取實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)流，借助PCATTCP調(diào)試工具和數(shù)據(jù)包捕獲軟件。1、PCATTCP調(diào)試工具PCATTCP 是一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的TCP 和UDP 調(diào)試工具

7、，使用這個(gè)工具產(chǎn)生TCP 或UDP數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以避免應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)的復(fù)雜性干擾傳輸層的協(xié)議分析，而且這個(gè)工具可以通過(guò)不同的參數(shù)組合可控制地產(chǎn)生各種傳輸層的情形。參數(shù)說(shuō)明格式: pcattcp 參數(shù)參數(shù): -r: 接受端 -t: 發(fā)送端 -l x: 表示緩沖區(qū)大?。▁設(shè)置緩沖區(qū)） -n x: 表示一共發(fā)送x個(gè)數(shù)據(jù)包 -u: 表示UDP協(xié)議 -p port號(hào)：設(shè)置通信端口號(hào)2、數(shù)據(jù)包捕獲軟件1）主界面2）捕獲界面捕獲界面分為：列表框、協(xié)議框、原始框列表框顯示的是捕獲的所有分組信息。包括分組發(fā)送的時(shí)間，源地址、目的地址、協(xié)議等信息。協(xié)議框顯示所選分組的各層協(xié)議。包括物理層幀、以太網(wǎng)幀、用戶數(shù)據(jù)

8、報(bào)協(xié)議、超文本傳輸協(xié)議等。原始框顯示分組中包含的數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)。從中可以觀察最原始的傳輸數(shù)據(jù)。其中方框左邊顯示的是十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，右邊顯示的是ASCII碼。通過(guò)以上界面分析捕獲的數(shù)據(jù)分組，了解傳輸層協(xié)議的工作過(guò)程。3、實(shí)驗(yàn)方法說(shuō)明）TCP連接建立與釋放TCP是因特網(wǎng)中最主要的傳輸層協(xié)議。它能夠在兩個(gè)應(yīng)用程序間提供可靠的有序數(shù)據(jù)流傳輸。TCP報(bào)文段 源端口、目的端口、序號(hào)、確認(rèn)號(hào)、標(biāo)志位等信息。標(biāo)志位 PSH位：表示發(fā)送端應(yīng)用程序要求數(shù)據(jù)立刻發(fā)送。 SYN位：同步序號(hào)，用來(lái)建立連接。 FIN位：表示傳送結(jié)束。 ACK位：應(yīng)答標(biāo)志。查看TCP三次握手電腦兩臺(tái)分別配置IP地址；開始運(yùn)行cmd進(jìn)入do

9、s命令界面；其中一臺(tái)為接收端，配置命令為： c:pcattcp r通信雙方啟動(dòng)捕獲軟件；另一臺(tái)為發(fā)送端，配置配置命令為： c:pcattcp t n 1 接收端電腦IP地址通信結(jié)束后停止捕獲，查看捕獲信息。2）TCP與UDP比較UDP實(shí)驗(yàn)方法與TCP類似，只需要在配置命令后增加一個(gè)參數(shù)“-u”就可以了。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理?、簡(jiǎn)述TCP連接建立與釋放的過(guò)程；3、比較TCP與UDP的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)二 協(xié)議分析2應(yīng)用層協(xié)議一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解應(yīng)用層協(xié)議的基本工作原理2、了解應(yīng)用層協(xié)議的分類3、熟悉應(yīng)用層協(xié)議的工作過(guò)程二、實(shí)驗(yàn)原理在因特網(wǎng)上，應(yīng)用層協(xié)議直接支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件，如Web瀏

10、覽器、FTP、電子郵件等等。應(yīng)用層協(xié)議定義了一種語(yǔ)言，使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序能夠相互“交談”，滿足用戶需求。應(yīng)用程序員使用稱為套接字的高級(jí)對(duì)象通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。套接字的行為相當(dāng)于文件操作向該文件中寫的數(shù)據(jù)被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，從該文件中讀的數(shù)據(jù)則來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)某處運(yùn)行著的另一應(yīng)用程序。套接字極大地隱藏了在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，它允許應(yīng)用程序員及應(yīng)用層協(xié)議編寫者，集中精力去開發(fā)由應(yīng)用程序功能所要求的簡(jiǎn)單且自然的數(shù)據(jù)交換的方法。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議 (HTTP-Hypertext transfer protocol) 是一種詳細(xì)規(guī)定了瀏覽器和萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器之間互相通信的規(guī)則，通過(guò)因特網(wǎng)傳送萬(wàn)維網(wǎng)文檔的

11、數(shù)據(jù)傳送協(xié)議。HTTP請(qǐng)求和響應(yīng)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、HTTP請(qǐng)求與響應(yīng)2、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具ping四、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明 為方便獲取實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)流，借助PCATTCP調(diào)試工具和數(shù)據(jù)包捕獲軟件。1、PCATTCP調(diào)試工具PCATTCP 是一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的TCP 和UDP 調(diào)試工具，使用這個(gè)工具產(chǎn)生TCP 或UDP數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以避免應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)的復(fù)雜性干擾傳輸層的協(xié)議分析，而且這個(gè)工具可以通過(guò)不同的參數(shù)組合可控制地產(chǎn)生各種傳輸層的情形。參數(shù)說(shuō)明格式: pcattcp 參數(shù)參數(shù): -r: 接受端 -t: 發(fā)送端 -l x: 表示緩沖區(qū)大?。▁設(shè)置緩沖區(qū)） -n x: 表示一共發(fā)送x個(gè)數(shù)據(jù)包 -u: 表示UDP協(xié)

12、議 -p port號(hào)：設(shè)置通信端口號(hào)2、數(shù)據(jù)包捕獲軟件1）主界面2）捕獲界面捕獲界面分為：列表框、協(xié)議框、原始框列表框顯示的是捕獲的所有分組信息。包括分組發(fā)送的時(shí)間，源地址、目的地址、協(xié)議等信息。協(xié)議框顯示所選分組的各層協(xié)議。包括物理層幀、以太網(wǎng)幀、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議、超文本傳輸協(xié)議等。原始框顯示分組中包含的數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)。從中可以觀察最原始的傳輸數(shù)據(jù)。其中方框左邊顯示的是十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)，右邊顯示的是ASCII碼。通過(guò)以上界面分析捕獲的數(shù)據(jù)分組，了解傳輸層協(xié)議的工作過(guò)程。3、實(shí)驗(yàn)方法說(shuō)明）簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建立利用IIS建立一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)入IIS步驟： 首先進(jìn)入控制面板； 在控制面板內(nèi)選擇管理工具

13、； 在管理工具內(nèi)選擇Internet 信息服務(wù)； 雙擊Internet 信息服務(wù)進(jìn)入到IIS的配置界面。 IIS配置主界面選中默認(rèn)網(wǎng)站單擊右鍵在右鍵快捷菜單中選擇屬性選項(xiàng)主目錄選項(xiàng)頁(yè)文檔選項(xiàng)頁(yè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)打開網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，在地址欄輸入IP地址2）捕獲HTTP請(qǐng)求與響應(yīng)首先在PC機(jī)上運(yùn)行捕獲軟件，然后在地址欄輸入IP地址，查看捕獲的信息。查看捕獲的數(shù)據(jù)分組，分析HTTP請(qǐng)求與響應(yīng)過(guò)程。3）網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具ping五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理?、簡(jiǎn)述HTTP協(xié)議請(qǐng)求與響應(yīng)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)三 基于網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解通信協(xié)議的基本工作原理2、了解Winsock的編程方法3、設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單

14、通信協(xié)議并實(shí)現(xiàn)二、實(shí)驗(yàn)原理Internet是國(guó)際性的通信網(wǎng)絡(luò)的集合體，它集現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，是計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行國(guó)際信息交流和實(shí)現(xiàn)資源共享的良好手段。Internet提供各種各樣的服務(wù)：Telnet、FTP、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)新聞服務(wù)、文檔查詢索引服務(wù)及其它信息服務(wù)。Internet上信息傳遞基于TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)編程Windows網(wǎng)絡(luò)編程UNIX網(wǎng)絡(luò)編程JAVA網(wǎng)絡(luò)編程Web客戶/服務(wù)器端編程Windows網(wǎng)絡(luò)編程Windows環(huán)境下的Internet編程主要是進(jìn)行Sockets編程。Winsock是Microsoft Windows提供的網(wǎng)絡(luò)編程接

15、口，它提供了基于TCP/IP協(xié)議的接口實(shí)現(xiàn)方法。TCP/IP的結(jié)構(gòu)通過(guò)網(wǎng)路進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，需要用地址來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)路中的主機(jī)，這樣才能保證數(shù)據(jù)正確的發(fā)送到主機(jī)。TCP/IP協(xié)議使用IP地址作為網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的標(biāo)識(shí)，而且每臺(tái)主機(jī)的IP地址是唯一的，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)IP地址建立彼此之間的聯(lián)系。通常情況下，由于每臺(tái)主機(jī)上運(yùn)行不止一個(gè)應(yīng)用程序，所以為使應(yīng)用程序間建立連接，還需要一個(gè)地址標(biāo)識(shí)。在TCP/IP協(xié)議中使用端口（Port）來(lái)作為主機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序的標(biāo)識(shí)號(hào)。因此，TCP/IP協(xié)議中一個(gè)有效的網(wǎng)絡(luò)地址包括IP地址和端口地址。TCP/IP協(xié)議提供兩種同其它主機(jī)進(jìn)行通信的方式：TCP方式和UDP方式TCP方式：是一

16、種面向連接的服務(wù)，它在兩個(gè)主機(jī)間建立連接，提供雙向、有序且無(wú)重復(fù)的數(shù)據(jù)流服務(wù)，以及流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)等服務(wù)，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。UDP方式：是一種雙向的無(wú)連接數(shù)據(jù)服務(wù)，它把數(shù)據(jù)發(fā)送出去但并不進(jìn)行差錯(cuò)控制和檢查，所以不能保證數(shù)據(jù)可靠性，因而用于少量數(shù)據(jù)的傳輸。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用Winsock控件編寫TCP應(yīng)用程序或者UDP應(yīng)用程序。Winsock簡(jiǎn)介Winsock控件屬性Bytereceived 接受到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)LocalHostName 本地主機(jī)名 LocalIP 本地IP地址LocalPort 本地機(jī)器通信程序的端口RemoteHost 遠(yuǎn)程機(jī)器名RemoteHostIP 遠(yuǎn)程機(jī)器的I

17、P地址RemotePort 遠(yuǎn)程通信端口地址SocketHandle 提供給調(diào)用Winsock API的句柄參數(shù)State 連接的當(dāng)前狀態(tài)Protocol 設(shè)置使用的協(xié)議TCP或UDPState連接狀態(tài)State常數(shù) 值 描述sckclosed 0 關(guān)閉狀態(tài)sckopen 1 打開狀態(tài)scklistening 2 監(jiān)聽狀態(tài)sckconnectionsuspending 3 連接掛起sckresolvinghost 4 解析域名sckconneting 5 正在連接sckconnected 6 已建立連接sckclosing 7 正在關(guān)閉sckerror 8 出錯(cuò)Winsock控件方法Accep

18、t方法用于接收一個(gè)連接請(qǐng)求。在用TCP建立連接時(shí)，當(dāng)有連接請(qǐng)求到來(lái)就用此方法接受請(qǐng)求以建立連接。調(diào)用格式：winsock對(duì)象.Accept RequestIDBind方法在存在多協(xié)議接口卡的情況下，用此方法把接口卡和IP地址捆綁在一起。調(diào)用格式：winsock對(duì)象.Bind 端口號(hào)，IP地址Close方法關(guān)閉一個(gè)TCP連接。調(diào)用格式：winsock對(duì)象.closeConnect方法用于向遠(yuǎn)程主機(jī)發(fā)出連接請(qǐng)求。調(diào)用格式：winsock對(duì)象.connect遠(yuǎn)程主機(jī)IP,遠(yuǎn)程端口GetData和PeekData方法都是用來(lái)取得接收到的數(shù)據(jù)。GetData取回后要清除接收緩沖區(qū)，PeekData不清除接收緩沖區(qū)。調(diào)用格式：winsock對(duì)象.getdata(peekdata)變量，數(shù)據(jù)類型，最大長(zhǎng)度Listen方法用于服務(wù)器程序，等待客戶訪問(wèn)。調(diào)