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1、第1章 网络设备与实验环境,1.1 基本网络设备 1.1.1 网络传输介质 1.1.2 网络适配器及集线器 1.1.3 交换机设备 1.1.4 路由器设备 1.1.5 网络测试工具 1.2 网络分析软件 1.2.1 网络协议分析仪 1.2.2 网络数据包捕获器WinPcap 1.3 综合设计与课程设计规范 1.3.1 标识符命名和编写规范 1.3.2 进程间通信机制,第1章 网络设备与实验环境,1.3.3 通用的数据结构和函数,1.1 基本网络设备,1.1.1 网络传输介质 1.1.2 网络适配器及集线器 1.1.3 交换机设备 1.1.4 路由器设备 1.1.5 网络测试工具,1.1.1 网
2、络传输介质,1.双绞线 2.光纤,1.双绞线,图1.1 非屏蔽五类双绞线UTP,1.双绞线,图1.2 T568A和T568B线序标准,1.双绞线,图1.3 网卡接口与水晶头连接,2.光纤,图1.4 光纤结构示意图,1.1.2 网络适配器及集线器,图1.5 网络适配器,1.1.2 网络适配器及集线器,图1.6 集线器HUB,1.1.3 交换机设备,图1.7 交换机,1.1.4 路由器设备,图1.8 路由器,1.1.5 网络测试工具,1.线缆测试美国理想LANTEK 2.交换机测试FLUKE(福禄克)OneTouch 3.故障综合测试FLUKE 4.无线网络测试Test-Um(泰优)WP150,1
3、.1.5 网络测试工具,图1.9 美国理想LANTEK 7G 线缆认证测试仪,1.线缆测试美国理想LANTEK,美国理想LANTEK 7G 线缆认证测试仪如图1.9所示。它拥有全中文操作界面，可以很直观地以图形方式显示测试结果。该测试工具使用其专利技术，可完成信道、链路测试及现场校准测试，其中信道与链路测试全部通过ETL III/IV级精度认证，自动测试(包括图形)只需20s即可完成，测试速度及效率都非常高。 此外，该工具具备嵌入式TDR功能，能实现铜缆与光纤故障定位。它自带的两个全功能PCMCIA插槽，可插接小型闪存卡，这非常方便将来的功能扩展。并且工具厂商也免费提供固件升级，并提供本地化的
4、技术支持与维修。应该说，整个产品的使用及后期维护都是相当方便的。,2.交换机测试FLUKE(福禄克)OneTouch,图1.10 FLUKE(福禄克) OneTouch交换机测试仪,3.故障综合测试FLUKE,1-11,4.无线网络测试Test-Um(泰优)WP150,1-12,1.2 网络分析软件,1.2.1 网络协议分析仪 1.2.2 网络数据包捕获器WinPcap,1.2.1 网络协议分析仪,1.Ethereal的软件下载与安装 2.Ethereal使用方法,1.Ethereal的软件下载与安装,(1)运行ethereal Setup.exe安装程序，如图1.13所示。 (2)选择要安装
5、的组件，如图1.14所示。 (3)选择安装路径，如图1.15所示。 (4)安装WinPcap，如图1.16所示。 (5)进行安装与运行，如图1.17所示。 (6)欲截获网络上的数据包，只要指定网卡(Network Interface Card)，接着单击“Capture”按钮，Ethereal会开始统计目前所截获的数据包。,(1)运行ethereal Setup.exe安装程序，如图1.13所示。,图1.13 运行安装程序,(2)选择要安装的组件，如图1.14所示。,(3)选择安装路径，如图1.15所示。,(4)安装WinPcap，如图1.16所示。,(5)进行安装与运行，如图1.17所示。,
6、(6)欲截获网络上的数据包，只要指定网卡(Network Interface Card)，接着单击“Capture”按钮，Ethereal会开始统计目前所截获的数据包。,2.Ethereal使用方法,(1)启动Ethereal以后，选择菜单“Capture”“Start”命令，就可以了。 (2)进行Ethereal的capture选项选择，如图1.20所示。 (3)Ethereal的抓包过滤器。 (4)Ethereal的显示过滤器。 (5)Ethereal 使用协议插件。 (6)若是想将截获到的数据包列表资料储存起来，可以执行“File”“Save”或“Save As”将资料储存起来，存储对话
7、框如图1.23所示。,图1.20 capture 操作界面,图1.21 TCP协议包的查看,图1.22 抓取IP地址是192.168.2.10 的主机,图1.23 数据包资料保存,1.2.2 网络数据包捕获器WinPcap,1.WinPcap介绍 2.WinPcap的环境搭建 3.WinPcap获取网络适配器列表 4.WinPcap捕获数据包,1.WinPcap介绍,(1)捕获原始数据包。 (2)在数据包被发送到应用程序之前，通过用户定义的规则过滤。 (3)向网络发送原始数据包。 (4)对网络通信量做出统计。,2.WinPcap的环境搭建,(1)下载Winpcap及其开发包。 (2)安装Win
8、Pcap。 (3)解压WinPcap开发包，将得到一个WpdPack目录，该目录中包含5个子目录：docs、Examples-pcap、Examples-remote、Include和Lib。 (4)创建WinPcap项目。,3.WinPcap获取网络适配器列表,WinPcap应用程序的第一件事情就是获得已连接的网络适配器列表。 WinPcap提供了pcapfindalldevsex() 函数来实现该功能。它返回一个pcapif结构的链表，每个这样的结构都包含了一个适配器的详细信息。下列代码能获取适配器列表，并在屏幕上打印出其名称和描述信息，如果没有找到适配器，将打印错误信息。,4.WinPc
9、ap捕获数据包,(1)snaplen 制定要捕获数据包中的内容。 (2)flags：是用来指示适配器是否要被设置成混杂模式。 (3)toms 指定读取数据的超时时间，以毫秒计(1s=1000ms)。,(1)snaplen 制定要捕获数据包中的内容。,在一些操作系统中， 驱动可以被配置成只捕获数据包初始化部分的内容，这样可以减少应用程序间复制数据的量，从而提高捕获效率。本例中，我们将值定为65535，它比我们能遇到的最大的MTU还要大。因此，我们确信总能收到完整的数据包。,(2)flags：是用来指示适配器是否要被设置成混杂模式。,一般情况下，适配器只接收发给它自己的数据包，而那些在其他机器之间
10、通信的数据包，将会被丢弃。相反，如果适配器是混杂模式，那么不管这个数据包是不是发给它的，它都会去捕获。这意味着，在一个共享媒介(如总线型以太网)，WinPcap能捕获其他主机的所有的数据包。大多数用于数据捕获的应用程序都会将适配器设置成混杂模式。所以，我们在下面的范例中，也使用混杂模式。,(3)toms 指定读取数据的超时时间，以毫秒计(1s=1000ms)。,在适配器上进行读取操作(如用pcapdispatch() 或 pcapnextex() 都会在 toms 毫秒时间内响应，即使在网络上没有可用的数据包。 在统计模式下，toms 还可以用来定义统计的时间间隔。 将 toms 设置为0意味
11、着没有超时，那么如果没有数据包到达的话，读操作将永远不会返回。 如果设置成-1，则情况恰好相反，无论有没有数据包到达，读操作都会立即返回。,1.3 综合设计与课程设计规范,1.3.1 标识符命名和编写规范 1.3.2 进程间通信机制 1.3.3 通用的数据结构和函数,1.3.1 标识符命名和编写规范,(1)结构、类和函数的标识符均要包括一个标识其所属功能层次或程序包的前缀，前缀和标识符以下画线“”隔开，如PHY、DRV、DEV、ARP、OSPF、SNMP等。 (2)常量标识符均采用大写字母。 (3)变量标识符中单词均使用小写字母，结构和类的成员变量名前加“m”前缀。,1.3.1 标识符命名和编
12、写规范,(4)除了指针和句柄变量名前必须分别添加前缀“p-”和“h-”外，其余变量名前通常不加表示数据类型的前缀(如数值前缀“n-”，布尔前缀“b-”，字符串前缀“sz”，等等)，只有在通过以下两种方式无法标识变量的数据类型时，才采用标注前缀的方法：一种方式是通过变量名中包含的特征单词来标识数据类型，例如，包含size、number、length、count、interval、time和index等单词的变量均为数值变量，包含单词name、path的变量总是字符串变量，布尔变量名均以助词is或do开始。 (5)对于过长或过多单词构成的标识符，使用通用和易理解的单词缩写或单词首字母缩写形式。 (
13、6)循环变量总是使用字母i或组合(如ii和iii)，字母i的重复次数表示循环嵌套层数，且嵌套层次不得超过4层。,(1)结构、类和函数的标识符,结构、类和函数的标识符均要包括一个标识其所属功能层次或程序包的前缀，前缀和标识符以下画线“”隔开，如PHY、DRV、DEV、ARP、OSPF、SNMP等。,(2)常量标识符均采用大写字母。,在协议分组格式的设计中，为了使协议分组在常见的计算机体系结构下易于处理，协议分组中各字节通常都是对齐的。4字节字段从偏移量为4的倍数的字节单元开始，而2字节字段从偏移量为偶数的字节单元开始。排列整齐的分组使得在协议实现时可以采用诸如“分组模板”等数据结构，从而使分组收
14、发程序的实现得以简化，效率也得以提高。,(3)变量标识符中单词均使用小写字母，结构和类的成员变量名前加“m”前缀。,变量标识符中单词均使用小写字母，结构和类的成员变量名前加“m”前缀。,(4)除了指针和句柄变量名前必须分别添加前缀“p-”和“h-”,除了指针和句柄变量名前必须分别添加前缀“p-”和“h-”外，其余变量名前通常不加表示数据类型的前缀(如数值前缀“n-”，布尔前缀“b-”，字符串前缀“sz”，等等)，只有在通过以下两种方式无法标识变量的数据类型时，才采用标注前缀的方法：一种方式是通过变量名中包含的特征单词来标识数据类型，例如，包含size、number、length、count、i
15、nterval、time和index等单词的变量均为数值变量，包含单词name、path的变量总是字符串变量，布尔变量名均以助词is或do开始。,(5)对于过长或过多单词构成的标识符，使用通用和易理解的单词缩写或单词首字母缩写形式。,对于过长或过多单词构成的标识符，使用通用和易理解的单词缩写或单词首字母缩写形式。这样做是为了使读者熟悉规范代码中的简写形式，从而有助于阅读源代码。,(6)循环变量总是使用字母i或组合(如ii和iii)，字母i的重复次数表示循环嵌套层数，且嵌套层次不得超过4层。,循环变量总是使用字母i或组合(如ii和iii)，字母i的重复次数表示循环嵌套层数，且嵌套层次不得超过4层
16、。 出于占用篇幅和易于阅读的考虑，在描述函数的实现时，构造函数、析构函数和一些实现代码比较简单的类成员函数都在头文件的类定义中进行了描述。但在实际的课程设计中，还是应该将其另外定义在实现文件中。另外，许多语句的编写没有遵循统一的风格也是出于同样的原因。如有的条件语句是分行编写的，有的则直接编写在了同一行上。在实际实现时，都应分行编写。,1.3.2 进程间通信机制,在进行模拟实验设计时，每台网络设备通过一个单独运行的主进程来模拟，而网络设备上的每个驱动程序则通过主进程下各个单独运行的线程来模拟。这样，就涉及到数据包在模拟不同设备的进程之间和在模拟不同协议层驱动程序的线程之间的传递问题。由于在单进程多线程环境中，诸线程是共享单进程的内存空间。因此，模拟不同协议层驱动程序的线程之间的数据传递问题并不难解决，只要将多线程共享的内存资源定义为主进程中的全局变量即可，这时不需要进程间的通信机制。但在多进程环境中，每个进程都有自己的运行空间，不同进程的运行空间是相互隔离的。因此，数据在不同进程之
