網(wǎng)絡(luò)原理課程實(shí)驗(yàn)1第1頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

李丹 smth：GoldenMay62785822

lidan@ /~lidan

葉明江smth：mingong951537989

mingong.ye@2第2頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二互聯(lián)網(wǎng)五層體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層3第3頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容實(shí)驗(yàn)環(huán)境路由器與主機(jī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議（RIP）的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)三:

傳輸控制協(xié)議（TCP）的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)四：文件傳輸協(xié)議（FTP）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求4第4頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)環(huán)境地點(diǎn)計(jì)算機(jī)系，東主樓，10區(qū)1樓106時(shí)間周二，周三，周四,下午2:00~5:30硬件服務(wù)器（1臺(tái)）48臺(tái)DELL主機(jī)，每6臺(tái)一組每組一臺(tái)路由器和交換機(jī)，通過(guò)級(jí)連形成局域網(wǎng)。操作系統(tǒng)RedhatLinux9.05第5頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容6第6頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(1)網(wǎng)絡(luò)基本操作遠(yuǎn)程登錄操作telnet(RFC854)從本機(jī)登錄到另外一臺(tái)機(jī)器（目標(biāo)機(jī)）上完全使用目標(biāo)機(jī)的資源文件傳送操作ftp(FileTransferProtocol,RFC959)在本機(jī)和另外一臺(tái)主機(jī)之間傳送文件7第7頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(2)RFC全稱(chēng)：RequestforComments組織：IETFInternetEngineeringTaskForce一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誕生過(guò)程的幾個(gè)階段：ExperimentalDraftProposedStandardStandard8第8頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備(3)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層TCPFTPp5/p6

實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)三RIP實(shí)驗(yàn)二9第9頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議10第10頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(1)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議特點(diǎn)保證通信雙方在有差錯(cuò)的通信線路上進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸。是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議中通信控制功能最典型的一層協(xié)議。使用“滑動(dòng)窗口”等數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)。11第11頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理解和掌握“滑動(dòng)窗口”技術(shù)在一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)“退回到N重發(fā)”的滑動(dòng)窗口協(xié)議（協(xié)議5，P158）和“選擇重發(fā)”的滑動(dòng)窗口協(xié)議（協(xié)議6，P161）12第12頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(3)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明sim.c控制整個(gè)模擬系統(tǒng)，包含main函數(shù)worker.c實(shí)現(xiàn)支持函數(shù)，如wait_for_event()等common.h通用的頭文件，包含類(lèi)型定義等protocol.h支持函數(shù)的預(yù)定義協(xié)議文件使用的頭文件13第13頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(4)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明已經(jīng)寫(xiě)好P2.c——P6.c已經(jīng)寫(xiě)好makefilesim protocoleventstimeoutpct_loss pct_cksumdebug_flagsdebug_flagsSENDS 0x0001RECEIVE 0x0002TIMEOUTS 0x0004PERIODIC 0x000814第14頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)一：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議(5)實(shí)驗(yàn)要求要求看懂P2-P6，能夠說(shuō)明其原理學(xué)寫(xiě)makefile編譯、運(yùn)行sim正確解釋執(zhí)行結(jié)果15第15頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)16第16頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(1)RIP（RoutingInformationProtocol）協(xié)議是一種域內(nèi)的路由協(xié)議。其特點(diǎn)是：運(yùn)行開(kāi)銷(xiāo)小、簡(jiǎn)單、范圍廣。RFC1058 RIPRFC1723 RIPv217第17頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(2)18第18頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(3)每個(gè)報(bào)文都包括一個(gè)報(bào)文命令字段、一個(gè)報(bào)文版本字段以及一些路由信息項(xiàng)（一個(gè)RIP報(bào)文中最多允許25個(gè)路由信息項(xiàng)）。RIP報(bào)文的最大長(zhǎng)度為4+20*25=504字節(jié)，加上UDP報(bào)頭的8字節(jié)，一共是512字節(jié)。Command字段：表示RIP報(bào)文的類(lèi)型，目前RIP只支持兩種報(bào)文類(lèi)型，分別是請(qǐng)求報(bào)文（request）和響應(yīng)（response）報(bào)文。Version字段：表示RIP報(bào)文的版本信息，RIPv1報(bào)文中此字段為1。AddressFamilyIdentifier字段：表示路由信息所屬的地址族，目前RIP中規(guī)定此字段必須為2，表示使用IP地址族。IPv4Address字段：表示路由信息對(duì)應(yīng)的目的地IP地址，可以是網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)地址以及主機(jī)地址。Metric字段：表示從本路由器到達(dá)目的地的距離，目前RIP將路由路徑上經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)作為距離度量值。19第19頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(4)20第20頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(5)實(shí)驗(yàn)要求多個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)不要求。在一個(gè)路由器上，RIPv1可以同時(shí)在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口上運(yùn)行。本實(shí)現(xiàn)不要求多個(gè)接口，即實(shí)驗(yàn)室的Linux主機(jī)都只有一塊網(wǎng)卡。定時(shí)器的時(shí)間的隨機(jī)生成不要求。為了防止整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時(shí)廣播路由更新報(bào)文從而造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，協(xié)議規(guī)定在30秒的基本更新時(shí)間間隔上附加一個(gè)隨機(jī)變化量，此變化量為5秒。這個(gè)部分可以不作要求。掩碼mask的處理不要求。由于RIPv1的路由信息項(xiàng)中不包括路由的掩碼信息，所以當(dāng)路由器處理RIPv1報(bào)文的路由信息項(xiàng)中，它不能確定該路由的子網(wǎng)掩碼。例如對(duì)于目的地址為的路由，路由器將不能確定它是一個(gè)子網(wǎng)路由還是一個(gè)主機(jī)路由。21第21頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)二：路由協(xié)議(RIP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(6)實(shí)驗(yàn)檢查配置cisco路由器，觀察Linux機(jī)器上RIP協(xié)議是否可以正確進(jìn)行路由交互。RIP協(xié)議模擬十條路由表項(xiàng)(C類(lèi)地址)。若干秒后，打出cicso路由器失效的路由表項(xiàng)。測(cè)試時(shí)鐘是否正確（統(tǒng)一15秒失效）。收到錯(cuò)誤的RIP報(bào)文可以正確丟棄，并打印錯(cuò)誤提示信息。要求實(shí)現(xiàn)RIPv1，學(xué)有余力的同學(xué)可以參考RFC1723實(shí)現(xiàn)RIPv2（考慮加分）22第22頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：傳輸控制協(xié)議(TCP)的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)23第23頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(1)RFC793TransmissionControlProtocolTCP/IP協(xié)議是目前在Internet上主要采用的傳輸技術(shù)，而TCP協(xié)議在TCP/IP協(xié)議族中是比較復(fù)雜的它為兩個(gè)任意處理速率的、使用不可靠IP連接機(jī)制的機(jī)器之間的通信提供可靠的、具有流量控制的、端到端的數(shù)據(jù)流服務(wù)，在整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位。24第24頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(2)TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)所提供服務(wù)的特點(diǎn)：

面向連接（ConnectionOrientation）完全可靠（CompleteReliability）全雙工通信（FullDuplexCommunication）流接口（StreamInterface）可靠的連接建立（ReliableConnectionStartup）完美的連接終止（GracefulConnectionShutdown）25第25頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(3)TCP使用IP來(lái)攜帶數(shù)據(jù)。每一個(gè)TCP消息封裝在一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的主機(jī)，IP實(shí)體將數(shù)據(jù)報(bào)的內(nèi)容再傳給TCP實(shí)體。本實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生了解TCP協(xié)議的機(jī)制及其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，加深對(duì)TCP中“三次握手”、“滑動(dòng)窗口”、時(shí)鐘等概念的理解。26第26頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(4)27第27頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(5)28第28頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(6)29第29頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(7)測(cè)試程序1測(cè)試程序2TCPTCPipsend(),iprecv()TCP提供的服務(wù)：

tcp_socket,tcp_bind,tcp_listen,tcp_accept,tcp_connect,tcp_write,tcp_read,tcp_close30第30頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(8)TCP的實(shí)現(xiàn)要求：不要求對(duì)于TCP的復(fù)用，只要支持一個(gè)連接即可。不要求對(duì)于TCP選項(xiàng)（Option）的處理，因而避免了“最大段長(zhǎng)”的協(xié)商問(wèn)題。在控制位（ControlBits）中，只要支持SYN、FIN、ACK，不用考慮RST、URG、PSH。不考慮TCP報(bào)文亂序到達(dá)問(wèn)題，使用“否定性確認(rèn)”機(jī)制（NAK：NegativeAcknowledgement）。只考慮滑動(dòng)窗口的控制（流量控制）而不考慮擁塞控制，即不實(shí)現(xiàn)SlowStart算法。超時(shí)重傳時(shí)間的時(shí)間使用常數(shù)，不用動(dòng)態(tài)計(jì)算。31第31頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(9)測(cè)試過(guò)程要求為了檢驗(yàn)TCP實(shí)現(xiàn)的正確性，需要利用TCP向上提供的接口編制兩個(gè)應(yīng)用程序。一個(gè)作為Server，一個(gè)作為Client。（1）啟動(dòng)Server，使Server進(jìn)入listen狀態(tài)。（2）啟動(dòng)Client，與Server建立連接。（3）Client向Server傳輸一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。（4）Client主動(dòng)關(guān)閉連接。（5）Server關(guān)閉連接。32第32頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(10)這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Client-Server通信過(guò)程，涉及了TCP的主動(dòng)打開(kāi)（ActiveOpen）、被動(dòng)打開(kāi)（PassiveOpen）、連接的建立（三次握手）、數(shù)據(jù)的傳輸（包括滑動(dòng)窗口的處理）、連接的關(guān)閉（三次握手）等內(nèi)容。由于規(guī)定的向上接口與一般的Socket接口很類(lèi)似，所以可以象編寫(xiě)一般的Socket程序那樣來(lái)編寫(xiě)測(cè)試程序。33第33頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(11)TCP的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)一般為3個(gè)進(jìn)程（線程）：Input：負(fù)責(zé)處理到來(lái)的TCP報(bào)文。Output：負(fù)責(zé)發(fā)送TCP報(bào)文。Timer：負(fù)責(zé)管理TCP的時(shí)鐘。這3個(gè)進(jìn)程間有一些共享數(shù)據(jù)（如TCB：TcpControlBlock），建議用線程來(lái)實(shí)現(xiàn)以上的三個(gè)進(jìn)程，比較容易共享數(shù)據(jù)。在測(cè)試時(shí)，用戶(hù)的測(cè)試程序也應(yīng)當(dāng)作為線程，與以上的三個(gè)TCP線程共同運(yùn)行于一個(gè)UNIX進(jìn)程中。34第34頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(12)Rawsocket35第35頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)三：TCP的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)(13)Rawsocket創(chuàng)建 sockfd=socket(PF_INET,SOCK_RAW,protocol); 參數(shù)protocol用來(lái)指明所要接收的協(xié)議包,如果是象IPPROTO_TCP(6)這種協(xié)議,則內(nèi)核碰到ip頭中protocol域和創(chuàng)建socket所使用參數(shù)protocol相同的IP包,就會(huì)交給這個(gè)rawsocket來(lái)處理.Rawsocket接收

---------------------------------------------------------------|ipheader|tcpheader(orxheader)|data|---------------------------------------------------------------

用recvfrom收到的數(shù)據(jù)包括一個(gè)IP頭,一個(gè)相應(yīng)的協(xié)議頭,然后是數(shù)據(jù)Rawsocket發(fā)送

當(dāng)我們發(fā)送IP包的時(shí)候,卻不用親自處理IP包頭,只需要填充參數(shù)protocol所指定的相應(yīng)的協(xié)議頭即可.也就是說(shuō),用sendto的時(shí)候,我們提供給它的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)是從IP包頭的第一個(gè)字節(jié)開(kāi)始,如下,只需要構(gòu)造這么一個(gè)緩沖區(qū)就可以了.--------------------------------------------------------------|tcpheader(orudpheaderorxheader)|data|--------------------------------------------------------------36第36頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：文件傳輸協(xié)議（FTP）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)37第37頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：FTP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(1)FileTransferProtocol,RFC959文件傳輸協(xié)議FTP是一個(gè)最基本的應(yīng)用層協(xié)議。希望通過(guò)本實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私釬TP的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)提供了使用UNIX進(jìn)程通信Socket接口的例程。利用Linux開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的文件傳輸協(xié)議。38第38頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：FTP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(2)用Socket編程接口編寫(xiě)兩個(gè)程序，分別為客戶(hù)端程序（client.c）和服務(wù)器端程序（server.c），服務(wù)器端程序在后臺(tái)進(jìn)行時(shí)，運(yùn)行客戶(hù)端程序，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：get:獲取遠(yuǎn)方的一個(gè)文件；put:傳送給遠(yuǎn)方一個(gè)文件；pwd:顯示遠(yuǎn)方的當(dāng)前目錄；dir:列出遠(yuǎn)方當(dāng)前目錄下的內(nèi)容；cd:改變遠(yuǎn)方的當(dāng)前目錄；?：顯示可以提供的命令，即Help；quit:退出返回。一個(gè)server應(yīng)該可以同時(shí)和多個(gè)client通信39第39頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：FTP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(3)server.cclient.c開(kāi)發(fā)環(huán)境——提供各種函數(shù)調(diào)用和接口通過(guò)Socket的一系列操作來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信，從而實(shí)現(xiàn)FTP。40第40頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：FTP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(4)通過(guò)Socket的一系列操作來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信，從而實(shí)現(xiàn)FTP。ServerProcessClientProcessaccept()listen()bind()socket()read()write()close()connect()socket()write()read()close()41第41頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)四：FTP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(5)嚴(yán)格按照RFC959實(shí)現(xiàn)的同學(xué)會(huì)得到相應(yīng)加分Server方Bind的TCP端口為避免和系統(tǒng)沖突，建議取學(xué)號(hào)后四位數(shù)加上2000，如學(xué)號(hào)后四位為1234，則定義：

#defineSERV_PORT3234不正常關(guān)閉程序時(shí)，可能系統(tǒng)將保留該端口幾分鐘。socket例程：server.c和client.c。42第42頁(yè)，共48頁(yè)，2023年，2月20日，星期二