（计算机应用技术专业论文）3g自动化测试平台的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着移动通信市场的发展和变化，市场现在已经不满足于2 g 的窄带业务， 3 g 宽带市场潜力非常大。在这样一个转型的时机，国内外厂商都面l 临着前所 未有的严峻挑战和快速发展的机遇。如何加快3 g 产品的研发速度，并且保证 快速研发出来的3 g 产品质量也成为研发过程的一个重要环节。如何保证产品 质量昵? 那就是测试。那么借用什么工具使测试效率最高? 显而易见，利用专门的测试工具进行有针对性地测试，是可行的办法，不但可 以提高产品质量，提高整个系统的性能和功能，减少由于软件瑕疵而产生的巨 大损失，也可以提高效力，节省时间，争取最短的时间进入市场，获得较大的 市场份额和较高的利润。本论文正是居于x x x 公司为了保证3 g 产品的质量和 研发速度，所进行3 g 自动化测试平台方面研究与开发，目的是为了实现3 g 系统测试自动化，避免人工测试的大量人力投入，提高测试效率、效果。 本论文的主要内容如下： 首先介绍当前移动通信发展和3 g 技术状况。 系统介绍了3 g 自动化测试平台设计和开发中所涉及到的一些重要知识， 如计算机网络体系结构、以太网、t c p i p 协议等。 结合3 g 测试需求和平台的特点，对平台进行了详细的需求分析，包括平 台特性、功能、系统接口、用户接口、使用性能和环境等分析。 详细介绍了3 g 自动化测试平台的设计和实现过程，其中包括对数据处理 模块、网络通信接口模块、自动化测试工具a t t e n p r o g 模块、自动化测试工具 c sd i a l e rs v s t c m 模块的详细设计和实现。 最后对该平台进行了实际的集成测试，并提出存在的问题和改进的方向。 作者在此项目中所做的工作如下： 1 数据处理模块的编码、测试与维护。 2 全程负责网络通信接口模块的方案设计、详细设计、编码、测试。 3 自动化测试工具a t t e n p r o g 模块的概要设计、详细设计、编码、测试。 4 与另一负责人共同完成对自动化测试工具c sd i a l e rs v s t e m 模块的设 计、编码、测试和维护。 5 与各模块负责人起完成整个平台的集成测试。 目前，本文设计的这些模块已经调试完毕并完成与其它模块组合，通过集 成测试和x x x 公司组织的专家组的验收。该平台正在该公司的3 g 测试部门中 试运行，正式的定型将0 5 年1 1 月完成，届时本平台会作为x ) ( ) ( 公司在移动通 信测试领域的前沿研究一自动化测试方面的又一重大突破。 关键词：3 g 、t c p i p 协议、w i n s o c k 网络编程、o r a c l e 数据库、多线程 a b s t r a c t a 1 1t h ec o m m u n i c a t i o nm a m l f a c t u r e se x p e d i t et h e i rr e s e a r c ha n d d e v e l o d m e n tw h e nt h e3 r dg e n e r a t i o nm a n a g i n g1 i c e n s ei sc o m i n g b u tt h e q u a l i t yo ft h ep r o d u c t si se x p o s e di nq u e s t i o n s j 气n dh o wt oi m p o v et h e q u a l i t yb e c o m e sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i t saf e a s i b l ew a yt oe n s u r i n gt h ep r o c e s s o ft h ep r o d u c t s d e v e l o p m e n tb yu s i n gs p e c i a lt e s t i n gt o o l s ，w h i c hc a ne f f e c t i v e l yc u t d o w nt h ee r r o r s 。 f a u l t sa n df a i l u r e si nt h ed e v e l o p m e n t t h e d i s s e r t a t i o nj u s tr e s e a r c h sa n di m p l e m e n t sa na u t o m a t e dt e s tp l a t f o r m f o r3 g t h ep l a t f o r mi sal a r g ep r o j e c tf o rx x xc o m p a n yi ns p e c i a l t e s t i n gt o o l s t h ea i mo ft h i sa u t o m a t e dt e s tp l a t f o r mf o r3 gi st h a t r e a l i z et e s to fn e t w o r ko f3 g i tc a ne x e c u t et e s ta u t o m a t i c a l l y ，r e d u c e t h e d e r s o n n e l sw h oi su s e dt o t e s tn e t w o r ko f3 g ，a n di m p r o v et h e e f f i c i e n c ya n de f f e c t s o m ei m p o r t a n tc o n t e n t sa r es u 皿帕t i z e db e l o w ： f i r s t l y ，t h ep a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e s t h ed e v e l o p i n gh i s t o r yi n m o b il ec o 【n m u n i c a t i o n sa n dt e c h n i c a ls t a t u so f3 g s e c o n d l y ，t h ep a p e rn a r r a t e ss o m ei m p o r t a n tk n o 1 e d g ea n dp r i n c i p l e w h i c h p r o v i d et h ef o u n d a t i o nf o rd e v e l o p i n g t h ep l a t f o r m ，s u c ha s h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r eo fc o m p u t e rn e t w o r k ，e t h e r n e tn e t w o r k ，t c p i p p r o t o c o l se t c t h i r d l y ， t h ep a p e rd e e p l ye x p l o r e st h ep r o c e s so fr e q u i r e m e n t ， d e v e l o d m e n ta n di m d l e m e n ti nt h e3 ga u t o m a t e dt e s tp l a t f o r m ， w h i c h i n c l u d e sd e t a i l e di m p l e m e n ti ne v e r ys u b s y s t e m a tt h e1 a s t ，t h ep a p e rs h d w st h et e s tr e s u l ta b o u tt h ea u t o m a t e d t e s tp 1 a t f o r mf o r3 g ，a n a l y z e st h ed a t ai ns o m et e s t s ，a n db r i n gf o r w a r d s o m eq u e s t i o n st h a tn e e db ei m p r o v e d i nt h ep r o j e c t ，t h ew o r kc o m p l e t e db yt h ea u t h o ri sa sf o l l o w s 1 c o d i n ga n dt e s to ft h ed a t ap r o c e s s i n gm o d u l e 2 p a r to ft h es u 舯a r yd e s i g n 、d e t a i ld e s i g n 、 c o d i n ga n dt e s to f t h ec o m u n i c a t i o ni n t e r f a c em o d u l e 3 s u 啪a r yd e s i g n 、 d e t a i ld e i g n ： c o d i n ga n dt e s to f 。t h et e s t t o o 卜一a t t e i i p r o gm o d u l e 4 s u 呦a r yd e s i g n 、 d e t a i ld e s i g n 、 c o d i n ga n dt e s to ft h e t e s t t o o 卜一c sd i a l e rs v s t e mm o d u l e w i t ht h eo t h e rc 0 1 1 e a g u e 5 i n t e g r a t i o nt e s to fs y s t e mw i t hh i sc o l l e a g u e s k e y w o r d s ： 3 g ，t c p i p p r o t o c 0 1 s ， w i n s o c k p r o g r a m ，o r a c l e ， m u l t i t h r e a d i n gt e c h n o l b g y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 移动通信发展动态 不可否认，移动通信技术一直是通信领域乃至r r 领域发展最快也是最令世 人瞩目的一个组成部分。 从技术发展上看，7 0 年代末期，第一代模拟移动通信技术诞生，推动世界通 信领域进入了一个新的时代。9 0 年代，第二代数字移动通信技术以其技术上的 优势逐步取代了第一代模拟系统。第二代移动通信技术提供了更高的频谱利用 率、更好的数据业务以及更先进的漫游。9 7 年以来，国际上有关第三代移动通 信i m t _ 2 0 0 0 系统无线传输技术规范的争论逐渐成为移动通信领域的热点。随着 1 9 9 9 年1 1 月r r u r t g 8 1 赫尔辛基会议的结束，国际第三代移动通信( 简称3 g ) 标准格局基本形成。这次会议最终通过了第三代i m t _ 2 0 0 0 系统的无线接口技术 规范一i m t r s p c 建议。在业务和性能方面，3 g 比2 g 有了很大的提高，它不仅 可以实现全球普及和全球无缝漫游，而且还具有支持多媒体业务的能力。 从已通过的无线接口技术规范来看，i m t 一2 0 0 0 在无线接口方面并未达到一个 统一的标准，而是将一些第二代( 2 g ) 就已有的技术和面向第三代的无线传输技 术放在一起，统统收入i m t 一2 0 0 0 “家族”。i 岍一2 0 0 0 的家族成员是各方利益均衡 的结果，基于保护运营商网络投资和客户资源的考虑，i s 一9 5 将过渡到c d m a 2 0 0 0 ， g s m 将过渡到w c d 姒、t d c d m a 或t d s c d m a ，尽管这一结果不是很令人满意，但 它告诉我们要从历史角度来看代第三代移动通信。 作为世界第一大移动通信市场，从技术测试、标准确定，到最为业界关心的 运营牌照的发放，3 g 在中国的每一步发展都牵动着世界通信市场的神经。在2 0 0 3 年1 0 月3 0 日举行的“3 g 在中国”全球峰会上，信息产业部公布了历时两年的 3 g 标准的第一阶段测试和补充测试结果，并对结果表示满意。认为3 g 技术正在 接近成熟。这次技术实验的目的，应该说总体上是为了验证第三代移动通信整体 技术和产品的成熟性，因此对系统的一些功能、性能，特别是互联互通性能进行 了一些全面的测试。在下一阶段测试中，将由信息产业部组织3 g 制造商在北京、 上海、深圳进行外场测试，内容包括功能、性能测试、多厂家设备的互操作性测 试以及2 g 、3 g 之间无线干扰澳4 试等。 从测试的过程看，w c d 姒r e l e a s e 9 9 的设备比较成熟，在3 g 和2 g 的切换和 一些个别的功能上还需要根据市场的需求不断完善，终端设备在功能和性能上应 该说滞后于系统大概半年的时间。对于c d 姒2 0 0 0 1 x ，其已经是在全球大规模商 用的技术，在全球已经超过了五千多万的用户，局限主要是在射频方面，2 g h z 的产品还没有市场的需求，从技术的角度说，它应该是相对比较成熟，产品的提 供很大程度上取决于明确的市场需求。t d s c d m a 的技术经过3 g 技术试验的测试， 以及后续的一些现场测试，认为它在技术层面上已经得到了充分的验证，进入到 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 产业开发阶段，但是我们也觉得，目前整体的产业实力仍然比较弱，需要政府和 各界多方面的支持。 随着技术的不断发展和用户业务需求不断增加，移动通信将不会仅停留在第 三代移动通信。 从运营情况看，8 0 年代初期第一代模拟制式的蜂窝移动通信系统投入运营， 1 9 9 1 年全球用户超过了1 千万。9 0 年代开始，第二代数字系统逐步取代第一代 模拟系统，现在，第一代系统已经消失。 尽管早在1 9 9 9 年l1 月，国际第三代移动通信( 简称3 g ) 标准格局基本形成， 但是直到目前，世界移动通信的主导仍是以g s m 和i s 一9 5 为代表的第二代移动通 信系统，并逐步向第三代系统演变，在2 g 移动系统向3 g 的演化过程中，为了保 证过渡的平滑性，防止出现断层，设备商和运营商充分考虑了现有系统的性能并 根据市场的要求进行更新，提出了2 5 g 系统的概念。现在，众多的运营商正集 中精力将2 g 网络升级到2 5 g 系统。2 5 g 系统主要有基于g s m 的g p r s 系统和基 于i s 一9 5 的c d m a 2 0 0 01 x 系统。 1 9 9 9 年3 月1 8 日，自从芬兰政府向4 家电信公司发放了芬兰建设3 g 的运营 牌照，从而引发了3 g 牌照发放的热潮。到2 0 0 2 年底，全球已经发放了1 1 4 张 3 g 牌照，其中1 1 2 张是w c d m a ，但由于网络股泡沫的破灭和巨额牌照费用，大部 分运营商背负着巨大的债务。总的来说发展缓慢。 3 g 系统迟迟不能得到大规模商用，影响的因素是多方面的。3 g 是个“生态 系统”，首先有设备供应商，第二有网络运营商，第三有终端的提供商，第四有 内容的提供商，第五有政府，第六有消费群众等等，如果整个系统的各环节没有 成熟，都会延迟3 g 的发展。 1 2 3 g 技术介绍 第一代移动通信系统采用模拟调频技术，主要提供话音服务。北美蜂窝系统 a m p s ，北欧移动电话n 岍，和全向通信系统t a c s 是三种主要的窄带模拟标准。 但是由于其频谱利用率低、保密性差、业务单一、限制移动通讯的长途漫游，随 着数字通信技术的飞速发展，逐渐被第二代移动通信技术所取代。 第二代移动通信系统采用数字调制技术，除了提供语音服务外，还提供少量 短信服务。它提供了更高的网络容量，改善了话音质量和保密性，并为用户引入 了无缝的国际漫游。当今的g s m 、d a m p s 、p d c 和i s 一9 5 c d m a 等第二代数字无线 标准，均为窄带系统；但是由于制式、技术以及其它方面的原因，第二代移动通 信在支持全球漫游、频谱利用率以及数据业务方面都有较大不足。并且随着 i n t e r n e t 技术和多媒体技术的发展，人们对通信业务种类和数量的需求的剧增， 人们已不再满足于使用第二代移动系统，于是一种能提供全球漫游，支持多媒体 业务且有足够容量的第三代移动通信系统就运用而生了。 第三代移动通信系统被国际电信联盟( i t u ) 正式命名为i 盯一2 0 0 0 。i m t 2 0 0 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 是一个全球无缝覆盖、全球漫游，包括卫星移动通信、陆地移动通信和无绳电话 等蜂窝移动通信的大系统。它可以提供前两代产品所不能提供的各种宽带信息业 务，如高速数据、漫游图片与电视图像等，传输速率高达2 m b i t s ，带宽可达2 删z 以上。i m t 一2 0 0 0 是一种真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”，并与改进 的g s m 网络兼容。第三代移动通信综合了第一代和第二代的性能，简化了第二代 向第三代系统的过渡。 目前国际电联接受的3 g 标准主要有以下三种：w c d 眦、c d m a 2 0 0 0 与t d s c d m a 。 c d m a 是c o d ed i v i s i o n 1 t i p l ea c c e s s ( 码分多址) 的缩写，是第三代移动通 信系统的技术基础。第一代移动通信系统采用频分多址( f d m a ) 的模拟调制方式， 这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。第二代移动通信系统 主要采用时分多址( t d m a ) 的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道 传送信令，使系统性能大为改善，但t d m a 的系统容量仍然有限，越区切换性能 仍不完善。c d 姒系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多 径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。下面分 别对三种标准简要介绍。 w c d m a l l j 全称为w i d e b a n dc d m a ，这是基于g s m 网发展出来的3 g 技术规范， 是欧洲提出的宽带c d 姒技术，它与日本提出的宽带c d m a 技术基本相同，目前正 在进一步融合。该标准提出了g s m ( 2 g ) g p r s e d g e w c d m a ( 3 g ) 的演进策 略。g p r s 是g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( 通用分组无线业务) 的简称，e d g e 是e n h a n c e dd a t ar a t ef o rg s me v o l u t i o n ( 增强数据速率的g s l 演进) 的简称， 这两种技术被称为2 5 代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3 g 过渡，并已将原有的g s m 网络升级为g p r s 网络。 c d l 舱2 0 0 0 是窄带c d m a ( c d m ai s 9 5 ) 技术发展而来的宽带c d 淞技术，由美 国主推，该标准提出了从c d h i ai s 9 5 ( 2 g ) c d m a 2 0 0 0 1 x c d m a 2 0 0 0 3 x ( 3 g ) 的 演进策略。c d m a 2 0 0 0 l x 被称为2 5 代移动通信技术。c d m a 2 0 0 0 3 x 与c d m a 2 0 0 0 1 x 的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联 通j f 在采用这一方案向3 g 过渡，并已建成了c d m ai s 9 5 网络。 t d s c d m a 全称t i m ed i v i s i o n s y n c h r o n o u sc d m a ( 时分同步c d m a ) ，是由我 国大唐电信公司提出的3 g 标准，该标准提出不经过2 5 代的中间环节，直接向 3 g 过渡，非常适用于g s m 系统向3 g 升级。 1 3 论文的背景及研究内容 随着移动通信系统的发展，整个系统中所使用的软件也有很大变化。软件是 该系统中的核心和灵魂。随着系统复杂程度的不断增加，软件系统的复杂程度也 不断增加，紧接着就容易产生各种各样的问题，由于软件的微小瑕疵就可能造成 天文数字的巨额财产经济损失、甚至造成对生命安全、对国家安全造成严重威胁 等等。因此对软件的要求也越来越严格，对软件产品质量的度量、评估和保证， 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 成了用户和项目承揽公司都十分关注的问题。 然而，对产品质量的保证需要大量的时间来做测试和评估，但通讯全球化的 今天，抓住了时间就抓住了市场，在国内二代的g s m 通信产品很大一部分被国外 品牌垄断，随着市场的需求变化，现在已经不满足于2 g 的窄带数据传输，3 g 宽 带市场潜力非常大，在这样一个转型的时机，国内外厂商都面临着前所未有的严 峻挑战和快速发展的机遇。国内厂商由于受到国家和政府的大力支持，得天独厚。 目前国外厂商在2 g 市场上已经占尽先机，为了保证国内的厂商在3 g 市场上获得 较大的市场份额，信息产业部把3 g 运营牌照发放从2 0 0 3 年年初开始一拖再拖， 据最新消息说，原定于2 0 0 4 年年底的运营牌照可能又要推迟到2 0 0 6 年上半年。 究其原因何在呢? 主要是国内在3 g 的技术方面还有待进一步完善，同时可以依 此来压制国外厂商在国内的垄断造成的垄断价格。 尽管国内厂商有政府的支持，但国内厂商问的竞争仍然非常剧烈。国内通讯 设备制造商主要有：中兴、华为、上海贝尔、中国普天、x x x 等，由于中国加入 w t 0 后要放开市场的管制，在2 0 0 6 年后政府的支持的效用变得不明显，且很多 跨i 雪公司已经在国内开辟了很大的空间，再加上跨国公司的技术水平和雄厚的资 金，国内的厂商是背腹受敌。 x ) 【) ( 作为国内大的通信设备提供商之一，也同样要面对着这样的问题。随羞 国内市场压力不断增加，产品的研发速度加快，研发速度加快必须使配套的设施、 服务等要加快。其中保证快速研发出来的3 g 产品质量就成为研发过程的一个重 要环节，如何保证产品质量呢? 测试是保证3 g 系统质量的重要手段。那么借用 什么工具进行测试最有效昵? 显而易见，利用专门的测试工具进行有针对性地测试，是可行的办法，不但 可以提高产品质量，提高整个系统的性能和功能，减少由于软件瑕疵而产生的巨 大损失，也可以提高效力，节省时间，争取最短的时间进入市场，获得较大的市 场份额和较高的利润。 本论文的工作内容正是基于x x x 公司为了保证产品的质量和研发速度，而进 行的自动化钡4 试平台方面的研究与开发。 1 4 论文的组织结构 本论文主要反映笔者所涉及的研究工作，其组织方式如下： 第一章是绪论，概述移动通信发展和3 g 技术状况，说明课题的研究背景与 内容。 第二章简要地介绍了计算机网络体系结构、t c p i p 协议中的几个主要协议。 第三章简要介绍3 g 自动化测试平台需求分析隋况。 第四章详细介绍了3 g 自动化测试平台的具体设计及实现过程，其中包括对 整个平台各组成部分的设计和实现。 第五章对3 g 自动化测试平台进行测试，并提出存在的问题和改进的方向。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 繁霪牵基础知识 2 1 计算机网络的体系结构 简要介绍一下计算机网络的体系结构，借用a s ，t a c n b m 计算机网络 ( 第4 版) 中对计算机网络的描述作为对计算机网络概念的界定，即“计算机网 络是盘多台独立自主的计算机互联薅成的系统的总称”。这一界定有两层意愚： 独立自主的计算机是组成计算机网络的基本要素；计算机间利用通信手段 能进行数握变换，实现资源共享。 2 1 1 计算机两络与分布式系统的区别 诗算机网络与分布式系统的关键区别在于：在分布式系统中，多台独立鸯主 的计算机的存在对用户是不可见的。操作员键入一条命令去执行一段程序，分布 式系统即开始工作，分布式操作系统会选择最合适的一台或多台计算机，找到所 需文件并送给相应的计算机，然后把结果存放i 适当的地方t 对用户来说，饱看 到的是一台虚拟计算机在完成他的任务，而意识不劐有多台计算机在为他工作。 在整个处理过程中，分布式操作系统自动绘嚣计算机分配任务，给磁盘分配文件， 把文件从存储的地方传输i q 需要的地方并完成其他所需的任务。使用计算机网络 时，用户必须显式地登录到某台计算机，显式地远程提交任务，显式地在网内移 动文件，实际上是完成部份网络管理砖能。尽管某些计算机网络中的网络操作系 统或专用应用系统也能自动完成某些网络系统的管理与资源调度功能，例如， h i e m e l 的搜索引擎和导航器能根据用户需求隐式地到多台计算机上查询有关信 息雨来被用户意识到，僵从垒局上讲，计算机网络必须有用户的显式介入，在自 动他程度与隐蔽性方面不如分布式系统。 2 1 2 开放式系统互连参考模型口1 ( o s i 瓜m 如图2 l 所示：0 s 脉m 把网络分成7 个层次，每层实现不同的功能。在此 模型中有两个重要的概念：服务与拂议， 模型中有两个重要的概念：服务与拂议， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 端系统 端系统 应用层应用层 表示层表示层 会话层 会话层 传送层中继系统( 中间系统) 传送层 网络层网络层网络层 网络层 数据链路层 数据链路层数据链路层 数据链路层 物理层物理层物理层 物理层 图2 10 s 班t m 的七层体系结构 1 服务：0 s 根m 服务是对o s i 协议层间操作关系的抽象。在0 s i 服务定 义( s e i o ed e f i n i t i o n ) 文本中，协议层间交换的信息( 种类、信息内部参数及 用途) 被称为服务原语( s e i c ep 血m v e ) 。由于对服务原语的定义不涉及其具 体的表达格式，又称之为抽象服务原语，因此，同一服务的服务原语在不同的硬 软件实现中其表达格式可能完全不同。0 s i 的服务有两类：面向连接的服务 ( c o 如e c t i o no r i e n t e ds e i c e ) 和无连接服务( c o i l i l e d i o l e s ss e j c e ) 。 2 协议：在o s i r m 之中，所谓协议是指同层( 或同一子层) 实体( e n t i t v ) 之间允许交换的信息格式规定和交换规程。协议使用的基本信息称为协议数据单 元( p d u ，即p r o t o c o ld a t au n i t ) ，其种类、内部字段的意义及编码、各比特的 传输顺序，在协议文本中都必须给予详细的定义。 2 1 3t c 那p 体系结构 如下图2 2 所示，t a 加p 将网络分成4 个层次，由顶层到底层分别为：应用 层、传输层、网络层和网络接口层。每层的功能和所含协议分述如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 2t c p i p 结构图 应用层：应用层是应用程序和网络组件之间的接口，是应用程序进入网络的 入口。根据用户的应用需求不同主要包括以下一些协议：超文本传输协议h t r p 、 文件传输协议f m 和简单网络管理协议s 哪等。 传输层：负责提供应用程序之间的通信。这种通信可以是基于连接的，也可以是 基于非连接的。这两种类型的主要差别在于是否跟踪数据以确认数据正确发送到 目标。最著名的两种传输层协议是传输控制协议t c p 和用户数据报协议u d p 。 其中t c p 是基于连接的协议，提供可靠的数据传输。u d p 是基于非连接的协 议，不能提供数据传输的可靠性，但u d p 的传输速度较快。 网络层：网络层的主要功能是发送分组和提供路由，即选择到达目标主机的 最佳路径并沿该路径传送数据包。在这一层通用的是网际协议i p ，传输层上的 所有协议都要使用口发送数据。邛协议规定如下一些规则：如何寻址和定向数 据包i 如何处理数据包的分段和重新组装；如何识别正在使用的服务类型等，需 要注意的是由于球协议不是基于连接的，因此不能保证传输的数据不会丢失、 破坏、重复或颠倒次序。这需要由口协议的上层负责。网络层中还有一些其它 的协议，如因特网控制报文协议i c m p 、因特网组管理协议i g m p 、地址解析协 议6 和逆地址解析协议r a r p 等等。 网络接口层：网络协议的最底层，它和网络接口卡以及相关设备的驱动程序 一起负责处理传输媒介( 如电缆) 的物理接口细节。这层实现了将数据帧发往物 理介质和从物理介质接收数据帧。它必须理解正在使用的网络结构，诸如p p p 设 备和以太网等，并且还要提供允许网络层与其进行通信的接口。 2 1 4o s i 模型与t c m p 的比较 t ( 溺仰的最底层网络接口层对应o s i 的物理层和数据链路层，t c 州p 的第 二层网际层对应o s i 的网络层，t c 跏口的传输层与o s i 的传输层，t c p i p 的应 用层对应o s i 的会话层、表示层和应用层。 t c 驯i p 网络的突出特点在于其网际互联功能。o s i 与t c p m 都是基于独立 的协议栈的概念，层的功能大体相似，但这两个模型仍然有较大的差异。o s i 模 型明确区分服务、接口和协议；t c p ，i p 模型则没有明确区分这三者，并且各层 协议互相独立的特性不如o s i 模型。t c p d 模型和协议不象0 s i 模型那样严谨， 通用性不强，不适合用于描述t cp _ 佃模型之外的别的协议栈。t c p 口没有认真 定义数据链路层和物理层，而只是笼统地称为网络接口层。o s i 协议实现过于复 杂，运行效率低，层次划分不太合理，有些功能有重复。 总的来说，o s i 的七层协议体系结构比较复杂，+ 但其概念清楚，适合作教学 模型。t c p 】衅实际没有一个完整的体系结构，但因其好用而受用户接受，随着 h l t 锄e t 风靡世界，t c p i p 已经成为计算机网络事实上的标准。当前应用的网络 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 系统和技术太多是基于t c p i p 的。 2 2t c m p 和以太网 t c p i p 技术支持各种局域网络协议，包括：令牌总线、令牌环、f d d i ( 光 纤分布式数据接口) 、s l 王p ( 串行线路口) 、p p p ( 点到点协议) 、x 2 5 数据网等。 其中以太网是t c p 口使用最普遍的物理网络。 以太网最初是由施乐公司研制而成的，并且在1 9 8 0 年由数据设备公司 d e c 、啪l 公司和施乐公司共同使之规范成形，后来它被作为8 0 2 - 3 标准为 e e 所采纳。以太网的基本特征是采用载波监听多路访问冲突检测( c s m a ，c d ) 的共享访问方案，即多个工作站都连接在一条总线上并都不断向总线上发出监听 信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其它工作站必须等 待其传输结束后再开始自己的传输。 由于玎驯i p 是世界上最大的h t e m e t 采用的协议组，而t c p ，m 底层物理 网络多数使用以太网协议。 2 2 1 以太网帧 以太网帧由以下几个部分组成，如表2 1 所示 表2 1 以太网帧结构 p rs f dd a s a k n 舀l l ， d 肖工ap a df c s t y p e 7 字1 字节6 字节6 字节2 字节不超过数据不足4 字 节1 5 0 0 字节4 6 字节时 节 补齐 p r ：同步位，用于收发双方的时钟同步，5 6 位的二进制数1 0 1 0 1 0 ； s f d ：帧起始位，表示下面跟着的是真正的数据而不是同步时钟，为8 位的 1 0 1 0 1 0 1 1 ，跟同步位不同的是最后的两位是1 1 而不是1 0 ； d a ：目的地址，以太网的地址为4 8 位f 6 个字节1 二进制地址，表明该帧传输 给哪个以太网设备。如果这部分是f f f f f f f f f f f f ，则是广播地址，发向广播地 址的数据可以被任何以太网设备接收到： k n 西l l 厂i 如e ：数据长度类型字段，该值小于或等于1 5 0 0 b y t e s 时，表示数据 的长度，反之则表示数据帧的类型； d a t a ：数据段，该段数据不能超过1 5 0 0 字节，因为以太网规定整个传输包 的长度不能大于1 5 1 4 个字节( 1 4 个字节为d a ，s a ，k n g t l 】厂i 押e ) ； p 扫：填充段，由于以太网传输包的长度不能小于6 0 个字节，除去d a 、s a 、 k n 垂1 1 厂d p e 这1 4 个字节还必须传输4 6 个字节的数据。当数据段的数据长度 不足4 6 个字节的时候由p a d 补足，般补0 ，也可以补其他数据： 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 f ( = s ：帧校验系列，它为3 2 位的c r c 校验序列。 2 2 2 编址 从以太网和t c m p 的关系说明中可以看出以太网和t c p 仰使用了两种不同 的地址，实际上，基于t c t m 协议的互联网使用了三个等级的地址：物理地址、 逻辑地址佃地址) 和端口地址。每种地址都与t ( ：p 佃协议体系的特定层相对应。 各类地址的定义和关系说明如下： 物理地址 物理地址是节点的地址，由它所属的局域网或广域网定义。物理地址包含在 网络接口层中使用的帧中，它是最低一级的地址。物理地址直接管理网络，它的 长度和格式是可变的，取决于所使用的物理网络。如以太网地址为6 字节，而 l 0 c a l t a l k 则使用一个字节的动态地址。 逻辑地址佃地址) 网络互联的目标是提供一个无缝的通信系统。为达至0 这一目标，互联网协议 必须屏蔽物理网络的具体细节以一个单一的统一系统出现，所有连在互联网上的 主机必须使用统一编址方案。由于互联网可包含多种物理网络技术，而每种技术 都定义了自己的地址格式，所以协议软件定义了一个与底层物理地址无关的编址 方案。i p 标准规定每台主机分配个3 2 位二进制数作为该主机的互联网协议地 址，常简称为口地址或互联网地址。 端口地址 对于从源主机将数据发送到目的主机来说，物理地址和i p 地址是必需的。但 是计算机是多进程设备，即可以在同一时间运行多个进程，因特网通信的最终目 的是使一个进程能够和另一个进程通信。为了区分每台计算机上的不同进程，必 须将地址赋给这些进程，在t c p 佃体系结构当中，给一个进程指派的标号叫做 端口地址，t c 端口地址为1 6 位。 2 3t c 聊p 主要协议简介 2 3 1h 1 1 p 协议 2 3 1 1 超文本和u 吼 w w w ( w b d dw i d ew 曲) 作为i i l t e m e t 上信息发布的场所，其本质上可看作 是信息的集合。而这些信息是以文档形式发布存放在h t e m e t 中的主机上。超文 本文档是指该文档中除了基本的信息外，文档中还可以有指向信息集合( 图形、 图像和声音视频) 中其他文档的指针。超文本概念提供了一种分布环境下组织数 据和信息的机制。 u r l ( u n j f o r mr e s o i l r c eb c a t o r ) 是用来组织和描述i i l t e m e t 网的各种信息， 以确定信息的位置。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 2 3 1 2h r m l 简介 m m i ，是浏览器中另一个重要的概念，浏览器所要解释、显示的就是用它书 写的网页。编写浏览器程序，实质就是编写一个硼m l 的解释器，类似程序设 计语言中的编译器。h 眦l 是h y p e n e x tm a r k u ph g l l a g e 的缩写，即超文本标 记语言。它也是一种计算机语言，但和其它的编程语言有本质区别。编程语言是 一种程序设计语言，而h r m l 是标记语言，只能对页面进行描述，类似排版语 言。作为一种语言来说，它是含糊不清的，只定义了各种标记( 1 沁) 的含义， 而并没有精确的说明。事实上，每一种浏览器解释的效果都是不同的。在互联网 的公众访问区域或局域网上发布的w 曲页可以显示静态文本、图形、声音、动 画、交互式编程，由超文本标记语言( h y p e rt e 【t m a 咖p h n g i l a g e ， r r m l ) 将 文本格式化，把图形、图像、多媒体文件和页面结合在一起实现的。 r 蹦l 源 代码并不复杂，非专业软件开发人员在掌握其基本要领后也能设计出风格各异的 页面。 采用m m ，命令生成页面的特色在于页面布局、色彩定制、图像显示、字 形显示和交互式返回等方面。制作耵m l 页面时既可以利用基于文本的 w 如d a w sn o t e p a d s 、e d i t 、m a c i n t o s h 、s i m p l et e x t 等编辑器编辑文本及h i m l 命令，也能利用可视化的f r o n t p a g e 、f r e e h a i l d 等软件直接生成，虽然后一种方 式简单易用，而前一方式的灵活、易于维护和阅读、方便包含特殊格式等优势更 容易被专业人员和希望制作高质量w 曲页面的人所接受。 这是一个最简单的h l 页面编码： 西南交通大学页面 欢迎进入西南交通大学主页! 所有的h l 页都必须使用h 眦l 代码命令，即h 眦l 标记，其功能 是告诉w 曲浏览器该文本的类型及页面的显示方式、页面设计和布局，与其他 w 曲页或在页面内部进行链接、嵌入多媒体、插入程序等功能都由具体的代码 完成。发布w 曲的基本要求是掌握并灵活运用m m l 各种代码命令，开发 w 曲则需要插入程序，这可以通过用脚本和程序设计语言编制w 曲的交互式程 序或用h l 把已经编好的程序加入w 曲页面。j a v a 、j a v a s 嘶口t 和a c t i v ex 都是功能强大的w 曲开发工具，可以直接嵌入h n 仉中，当w 曲页面被载 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 入时，由这些语言编写的程序便自动安装运行。 2 3 1 3 l r 盯p 协议概述 在w w w 客户机朋艮务器上运行的是m 1 甲协议，即超文本传输协议，它是 基于请求响应机制的。在测览器中输入网址后，浏览器便尝试和w 髓服务器 建立t c p 连接，连接成功后产生帅请求，服务器则根据浏览器请求返回其 所需资源，然后服务器断开连接，它们的交互过程如图2 3 所示： l 1 ，n m c l 2 - t l l 图2 3 r 丌t 的运作模式 ( 1 ) h r i p 消息结构分析 h ，r i p 协议定义了两种消息格式：h 兀甲请求消息( r r 仲r e q u e s tm e s s a g e ) 格 式和 盯r p 响应消息( h r r p r c s p o n s em e s s a g e ) 格式。m 口消息请求格式如图 2 - 4 所示。请求消息由请求行、标题行中的各种标题域和实体主体( e n t i t v b o d v ) 组成。请求行和标题行由a s c 字符组成。图中的s p 域、c r 域和l f 域分别代表 空格( s p a c e ) 字符、回车一换行( c a r r i a g e - r e t u m ) 字符和换行( n e - f c e d ) 字符。 先解释请求行中的那些域： 域有很重要的意义，它的值描述请求的方法。请求的合法 一l 卜 |、嘛一謦 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 方法有：o p l l 0 n s 、g e t 、h e a d 、p u t 、p o s t 、t r a c e 和d e i 王h e ，其中最 常用的是g e t 和p o s t 。 在消息请求格式中的其余行是标题行。尽管标题行是可选择的，但客户一般 都要在请求消息时插入许多标题行。每一标题行都包含两个部分：标题域名 和相关的值 。 服务器接收到客户的h t 珊请求消息( f 肿r e q u e s tm e s s a g e ) 后进行分析， 将分析和操作结果返回给客户机，具体做法就是发送一条哪响应消息( 哪 r e s p o n s em e s s a g e ) 然后断开相应的t c p 连接。响应消息的一般格式如图2 5 所示。从图中可以看出，除了状态行之外，响应消息的格式与请求消息的格式相 同。实体主体( e n i i t y b o d y ) 包含有请求消息要求获得的对象，即文件。除了h 兀p 的版本号之外，状态行还包含状态码 和短语 ，它们组合起 来表示客户请求所获得的结果。 憎r s 如n 叩 嘣i “刚 曩pp h 住e r l i _ 州k rf k n i i t * v l 懈l r _ 、 i； h i 砌e r 缸h ，_ r r * r h l i 脾i r j 蜜伸球( e 吐时o 姆 图2 5 哪消息格式 服务器一旦发送完响应消息，就断开t c p 连接。h t t p 服务器软件不保留任 何客户