计算机通信网络I实验指导书2008.12
武汉理工大学华夏学院《计算机通信网络》
实
验
指
导
书
信息工程系电子工程教研室
目录
实验一网络硬件设备介绍 1 实验二交换机配置 4 实验三基于网络通信协议的设计（设计性实验） 11 附录 13
实验一网络硬件设备介绍
一、实验目的
1、认识常用的网络硬件设备
2、熟悉各种传输介质的安装方法
3、动手制作网线
二、实验说明
1、常用网络硬件设备
交换机（二层交换机、三层交换机）
路由器
防火墙
配线架
机柜
传输介质（同轴电缆、双绞线、光缆、微波）
制作网线的工具（水晶头、网线钳、剥线钳）
2、常用的传输介质：
同轴电缆
双绞线
光纤电缆
无线通信与卫星通信信道
3、同轴电缆
同轴细缆同轴粗缆
同轴电缆的安装方法如下:
（演示）
(1)细缆将细缆切断,两头装上BNC头,然后接在T型连接器两端。
(2)粗缆粗缆一般采用一种类似夹板的Tap装置进行安装,它利用Tap上的引导针穿透电缆的绝缘层,直接与导体相连。电缆两端头设有终端器,以削弱信号的反射作用。（演示）
光纤接续的过程和步骤：
①开剥光缆，开剥长度取1m左右，用卫生纸将油膏擦拭干净,将光缆穿入接续盒,固定钢丝时一定要压紧,不能有松动。否则,有可能造成光缆打滚折断纤芯。
②分纤将光纤穿过热缩管。将不同束管，不同颜色的光纤分开，穿过热缩管。剥去涂覆层的光纤很脆弱，使用热缩管，可以保护光纤熔接头。
③打开熔接机电源，采用预置的42种程式进行熔接，并在使用中和使用后及时去除熔接机中的灰尘，特别是夹具，各镜面和V型槽内的粉尘和光纤碎未。如没有特殊情况，一般都选用自动熔接程序。
④制作光纤端面。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。用专用的剥线钳剥去涂覆层，再用沾酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤。
⑤放置光纤。将光纤放在熔接机的V形槽中，小心压上光纤压板和光纤夹具，
要根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置，关上防风罩，即可自动完成熔接。
⑥移出光纤用加热炉加热热缩管。打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，再将热缩管放在裸纤中心，放到加热炉中加热。
⑦盘纤固定。将接续好的光纤盘到光纤收容盘上，在盘纤时，盘圈的半径越大，弧度越大，整个线路的损耗越小。所以一定要保持一定的半径，使激光在纤芯里传输时，避免产生一些不必要的损耗。
⑧密封和挂起。野外接续盒一定要密封好，防止进水。熔接盒进水后，由于光纤及光纤熔接点长期浸泡在水中，可能会先出现部分光纤衰减增加。套上不锈钢挂钩并挂在吊线上。至此，光纤熔接完成。
三、实验内容
双绞线：
双绞线是由8根绝缘的铜导线两两绞在一起，其中4根为全色（橙、蓝、绿、棕），4根为半色（白橙、白绿、白蓝、白棕）
排线规则：
1 2 3 4 5 6 7 8
T568A：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕
T568B：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕
1、2发送数据；3、6接收数据；
4，5，7，8保留。
网线制作：
1、剥离双绞线的绝缘层，露出铜导线（长度自己控制）；
2、按照排线规则T568B从左至右排列8根导线；
3、将排列好的导线整理成一个平整的平面，然后剪去多余部分；
4、将导线插入到水晶头；
5、利用网线钳固定水晶头；
6、通过测线仪检查网线制作是否成功。
四、实验报告要求
1、简述各种网络硬件设备的功能、特点。
2、详述双绞线的制作方法。
3、总结在制作过程中出现的问题，并分析出现问题的原因。
五、实验设备
1、双绞线
2、水晶头
3、网线钳
4、测线仪
实验二交换机配置
一、实验目的
1、解交换机的基本工作原理
2、了解交换机的类型
3、熟悉交换机的基本配置方法
二、实验原理及说明交换机是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其他信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
常用交换技术
端口交换
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：模块交换、端口组交换、端口级交换。
帧交换
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种：直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
存储转发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。
前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制，缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。
信元交换
将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完成高级控制功能。
ATM技术代表了网络和通讯技术发展的未来方向，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。
交换机的配置方法
交换机的详细配置过程比较复杂，而且具体的配置方法会因不同品牌、不同系列的交换机而有所不同。通常网管型交换机可以通过两种方法进行配置：一种就是本地配置；另一种就是远程网络配置两种方式，但是要注意后一种配置方法只有在前一种配置成功后才可进行。
VLAN配置
什么是VLAN
——虚拟局域网，是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个逻辑广播域，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。
组建VLAN的条件
VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备。当网络中的不同VLAN间进行相互通信时，需要路由的支持，这时就需要增加路由设备——要实现路由功能，既可采用路由器，也可采用三层交换机来完成。
划分VLAN的基本策略
1、基于端口的VLAN划分
这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个逻辑组，这是最简单、最有效的划分方法。该方法只需网络管理员对网络设备的交换端口进行重新分配即可，不用考虑该端口所连接的设备。
2、基于MAC地址的VLAN划分
MAC地址其实就是指网卡的标识符，每一块网卡的MAC地址都是惟一且固化
在网卡上的。MAC地址由12位16进制数表示，前8位为厂商标识，后4位为网卡标识。网络管理员可按MAC地址把一些站点划分为一个逻辑子网。
3、基于路由的VLAN划分
路由协议工作在网络层，相应的工作设备有路由器和路由交换机（即三层交换机）。该方式允许一个VLAN跨越多个交换机，或一个端口位于多个VLAN中。
使用VLAN优点
分割广播风暴
一个VLAN就是一个逻辑广播域，通过对VLAN的创建，隔离了广播，缩小了广播范围。为什么需要分割广播风暴？
由上图可知5台交换机连接了大量客户机构成的网络。假设这时，计算机A 需要与计算机B通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标MAC 地址才能正常通信，因此计算机A必须先广播“ARP请求信息”，来尝试获取计算机B的MAC地址。交换机1收到广播帧后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，接着，交换机2、3、4、5也会。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有客户机上。（如下图所示）
提高网络整体安全性
通过路由访问列表和MAC地址分配等VLAN划分原则，可以控制用户访问权限和逻辑网段大小，将不同用户群划分在不同VLAN，从而提高交换式网络的整体性能和安全性。
网络管理简单、直观
对于交换式以太网，如果对某些用户重新进行网段分配，需要网络管理员对网络系统的物理结构重新进行调整，甚至需要追加网络设备，增大网络管理的工作量。而对于采用VLAN技术的网络来说，一个VLAN可以根据部门职能、对象组或者应用将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。在不改动网络物理连接的情况下可以任意地将工作站在工作组或子网之间移动。利用虚拟网络技术，大大减轻了网络管理和维护工作的负担，降低了网络维护费用。在一个交换网络中，VLAN提供了网段和机构的弹性组合机制。
VLAN分割广播域
在一台未设置任何VLAN的二层交换机上，任何广播帧都会被转发给除接收端口外的所有其他端口。例如，计算机A发送广播信息后，会被转发给端口2、3、4。
这时，如果在交换机上生成红、蓝两个VLAN；同时设置端口1、2属于红色VLAN、端口3、4属于蓝色VLAN。再从A发出广播帧的话，交换机就只会把它转发给同属于一个VLAN的其他端口——也就是同属于红色VLAN的端口2，不会再转发给属于蓝色VLAN的端口。
VLAN网络示意图
三、实验内容
基于端口的VLAN划分的实现。
配置模式
用户模式：switch>
特权模式：switch#
VLAN模式：switch(vlan)#
全局配置模式：switch(config)#
端口配置模式：switch(config-if)#
基于端口的VLAN配置
进入配置模式
switch> enable
switch#
switch# configure terminal（conf t）switch(config)#
输入一个VLAN号, 然后进入vlan配置状态switch(config)#vlan vlan-id
switch(config)#vlan 2
switch(config-vlan)#
输入一个VLAN名
switch(config-vlan)#name test2
退出
end/exit/quit
验证
show vlan id 2
show vlan name test2
保存配置
copy running-config startup-config
删除某一VLAN
no vlan 2(id)
另一种VLAN配置
进入配置模式
switch> enable
switch#
switch#vlan database
switch(vlan)#
加入VLAN号及VLAN名
switch(vlan)#vlan vlan-id name vlan-name
switch(vlan)#vlan 2 name test2
将端口分配给VLAN
进入配置状态
switch>enable
switch#
switch#configure terminal（conf t）
switch(config)#
进入要分配的端口
interface interface-id
switch(config)#interface fastethernet 0/1Switch(config-if)#
定义二层端口
switchport mode access
把端口分配给某一VLAN
switchport access vlan vlan-id
switchport access vlan 2
验证端口的VLAN号
show running-config interface interface-id
show running-config interface fastethernet 0/1
验证端口的管理模式和VLAN情况
show interfaces interface-id switchport
四、实验报告要求
1、简述实验目的及交换机的工作原理。
2、简述虚拟网络（VLAN）的特点、作用。
3、绘制网络拓扑结构，写出划分ＶＬＡＮ所用命令。
４、总结实验结果。
五、实验设备
1、计算机；
2、交换机；
3、网线
实验三基于网络通信协议的设计
一、实验目的
1、了解通信协议的基本工作原理
2、了解Winsock的编程方法
3、设计一个简单通信协议并实现
二、实验说明
Internet是国际性的通信网络的集合体，它集现代通信技术和现代计算机技术于一体，是计算机之间进行国际信息交流和实现资源共享的良好手段。
Internet提供各种各样的服务：Telnet、FTP、电子邮件、网络新闻服务、文档查询索引服务及其它信息服务。
Internet上信息传递基于TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）协议。
网络编程
Windows网络编程
UNIX网络编程
JAVA网络编程
Web客户/服务器端编程
Windows网络编程
Windows环境下的Internet编程主要是进行Sockets编程。
Winsock是Microsoft Windows提供的网络编程接口，它提供了基于TCP/IP 协议的接口实现方法。
TCP/IP的结构
通过网路进行数据通信，需要用地址来标识网路中的主机，这样才能保证数据正确的发送到主机。TCP/IP协议使用IP地址作为网络中主机的标识，而且每台主机的IP地址是唯一的，从而实现通过IP地址建立彼此之间的联系。通常情况下，由于每台主机上运行不止一个应用程序，所以为使应用程序间建立连接，还需要一个地址标识。在TCP/IP协议中使用端口（Port）来作为主机上运行的应用程序的标识号。因此，TCP/IP协议中一个有效的网络地址包括IP地址和端口地址。
TCP/IP协议提供两种同其它主机进行通信的方式：TCP方式和UDP方式TCP方式：是一种面向连接的服务，它在两个主机间建立连接，提供双向、
有序且无重复的数据流服务，以及流量控制、差错检测和纠错等服务，保证数据的可靠传输。
UDP方式：是一种双向的无连接数据服务，它把数据发送出去但并不进行差错控制和检查，所以不能保证数据可靠性，因而用于少量数据的传输。
三、实验内容
利用Winsock控件编写TCP应用程序或者UDP应用程序。
例：列车时刻表显示。
服务器程序负责提供列车时刻表数据，客户端程序负责显示服务器所传递的内容。
整个过程有下列步骤组成：
1）服务器工作，聆听客户请求；
2）客户请求建立连接；
3）服务器响应，建立连接；
4）客户请求时刻表数据；
5）服务器接受请求，发送数据给客户；
6）客户接受数据，进行显示并请求下一个数据。
四、实验报告要求
1、确定应用程序的内容
2、原理说明
3、详细的设计思路及工作流程
4、程序设计及程序清单
5、设计总结
、附参考文献（3-4本参考资料）
附录
服务器端参考程序：
Dim nSocket As Integer
Dim schedule(9) As String
Private Sub Form_Load()
initschedule
nSocket = 0
srSocket(0).LocalPort = 1024
srSocket(0).Listen
StatusBar1.SimpleText = "服务器已经工作，准备接受数据"
End Sub
Private Sub srSocket_connectionRequest(index As Integer, ByVal requestID As Long)
nSocket = nSocket + 1
Load srSocket(nSocket)
srSocket(nSocket).Accept requestID
StatusBar1.SimpleText = "有客户请求，建立连接"
End Sub
Private Sub srSocket_dataarrival(index As Integer, ByVal bytestotal As Long) Dim Rec
Dim NextOne As String
StatusBar1.SimpleText = "进行数据传输"
srSocket(index).GetData Rec
NextOne = getNext()
srSocket(index).SendData NextOne
End Sub
Private Sub srScoket_close(index As Integer)
StatusBar1.SimpleText = "客户终止对话！"
srSocket(index).Close
End Sub
Private Sub srScoket_Error(index As Integer, ByVal number As Integer, description As String, ByVal Scode As Long, ByVal Source As String, ByVal HelpFile As String, ByVal HelpContext As Long, CancelDisplay As Boolean)
MsgBox "错误[" & number & "]" & description
If srSocket(index).State <> 0 Then
srSocket(index).Close
End If
End Sub
Sub initschedule()
schedule(0) = "13次北京—上海 14:40"
schedule(1) = "165次武汉—成都 09:12"
schedule(2) = "237次重庆—广州 13:09"
schedule(3) = "112次黄石—武汉 0:54"
schedule(4) = "755次武汉—郑州 01:34"
schedule(5) = "135次贵州—昆明 09:35"
schedule(6) = "312次哈尔滨—广州 09:15"
schedule(7) = "12次长春—锦州 23:19"
schedule(8) = "81次杭州—无锡 14:50"
schedule(9) = "99次大连—秦皇岛17:00"
End Sub
Function getNext() As String
Static Counter As Integer
getNext = schedule(Counter)
Counter = Counter + 1
Counter = Counter Mod 10
End Function
客户端参考程序：
Private Sub Form_Load()
clsocket.RemoteHost = "127.0.0.1"
clsocket.RemotePort = 1024
clsocket.Connect
End Sub
Private Sub clSocket_Connect()
clsocket.SendData "inform me"
End Sub
Private Sub clSocket_DataArrival(ByVal bytesTotal As Long) Dim gResult As String
clsocket.GetData gResult, vbString
DisplayAndRequestNext gResult
End Sub
Private Sub clSocket_close()
clsocket.Close
End Sub
Sub DisplayAndRequestNext(ByVal iStr As String) Dim i As Integer
Dim sLen As Integer
Dim sTmp1 As String
Dim sTmp2 As String
sLen = Len(iStr)
sTmp1 = Space(sLen)
sTmp2 = Space(sLen)
sTmp1 = sTmp1 & iStr & sTmp2
For i = 1 To 2 * sLen + 1
Label2.Caption = Mid$(sTmp1, i, sLen)
delay 2000
Next
If clsocket.State <> 0 Then
clsocket.SendData "Next"
Else
Label2.Caption = "服务器已关闭"
End If
End Sub
Sub delay(dt As Integer)
Dim i As Integer
For i = 0 To dt
DoEvents Next
End Sub