计算机网络与通信实验指导书(杨静2004).doc

计算机网络与通信计算机网络与通信 实验指导书实验指导书 杨静杨静 编编 南京工业大学自动化学院 2006 7 1 目目 录录 实验一 网络连线制作以及网络测试仪器的使用 2 一 实验目的一 实验目的 2 二 实验内容二 实验内容 2 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 2 四四 实验原理实验原理 2 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 9 六六 实验报告内容与要求实验报告内容与要求 11 七七 思考思考 11 实验二 RS 232 C 串口通信 12 一 实验目的一 实验目的 12 二 实验内容二 实验内容 12 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 12 四四 实验原理实验原理 12 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 14 六六 实验报告内容与要求实验报告内容与要求 15 七七 思考思考 16 实验三 服务器配置 17 一 实验目的一 实验目的 17 二 实验内容二 实验内容 17 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 17 四四 实验原理实验原理 17 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 19 六六 实验报告内容与要求实验报告内容与要求 39 七七 思考思考 39 实验四 Socket 编程 41 一 实验目的一 实验目的 41 二 实验内容二 实验内容 41 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 41 四四 实验原理实验原理 41 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 44 六六 实验报告内容与要求实验报告内容与要求 44 七七 思考思考 45 2 实验一实验一 网络连线制作以及网络测试仪器的使用网络连线制作以及网络测试仪器的使用 一 实验目的一 实验目的 1 了解电缆性能评估指标参数 认识测量网络电缆性能的常用工具 2 熟练掌握 FLUKE 620 局域网电缆测试仪的主要指标与使用 3 掌握 DSP100 的特点与使用 4 掌握使用双绞线作为传输介质的网络连接方法 学会制作两种类型的接头 5 利用网络测试仪器进行参数测试 二 实验内容二 实验内容 1 介绍电缆性能评估指标参数 认识测量网络电缆性能的常用工具 2 学习 FLUKE 620 和 DSP100 的使用 3 制作网线 4 利用网络测试仪器测试网线 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 1 FLUKE 620 局域网电缆测试仪 2 DSP 100 数字式电缆测试仪 3 带 RJ 45 接口网卡的微机 5 类双绞线 水晶头 压线钳 测线器或万用表 四四 实验原理实验原理 1 1 FLUKEFLUKE 620620 局域网电缆测试仪局域网电缆测试仪 3 图 1 1 FLUKE 620 概概 述述 福禄克公司的 620 电缆测试仪是业界唯一一台能够在任意地方测试连通性的仪器 在 电缆的另一端既不需要远端单元进行端接 也无需连接器 使用 Fluke 620 现场安装人员 可以立即测试所有类型的 UTP 局域网电缆和连接硬件的端到端的连通性是否有问题 同样 适用于 STP FTP 和同轴缆 在链路的一端 F620 可以测出 1 开路及其位置 2 短路及 其位置 3 是否有串绕问题 显示实际检测到的接线情况 如果电缆平台还需要 认证 最终的性能测试将不会出现接线错误以及开路短路等 情况 因为安装人员通过 F620 可以随时解决这类问题 这能够节省大量的故障诊断和定位 的时间 验证电缆链路路由 在完整的 LAN 链路中接入福禄克公司的 电缆识别器 选件 安装 工程师可以通过 F620 来检验链路的路由和电缆标识 另外 使用电缆识别器后 安装人员 还能检测出其他两种接线错误 1 反接 2 跨接 2 2 FlukeFluke DSP 100DSP 100 数字式电缆测试仪数字式电缆测试仪 图 1 2 FLUKE DSP 100 DSP 100DSP 100采用数字测试技术采用数字测试技术 Fluke DSP 100采用了专门的数字技术测试电缆 不仅完全满足TSB 67所要求的二级精度标 准 已经过U L独立验证 而且还具有更加强大的测试和诊断功能 测试电缆时 DSP 100发送一个和网络实际传输的信号一致的脉冲信号 然后DSP 100再对所采集的时域响应 信号进行数字信号处理 DSP 从而得到频域响应 一次测试就可替代上千次的模拟信号 FlukeFluke公司公司DSP 100DSP 100特点 特点 4 1 DSP 100是唯一能全部满足EIA 586A TSB 67标准对Basic Link 和C h a n n e l的认 证级精度 二级精度 要求的测试仪 2 只有DSP 100可以精确定位NEXT的故障并指出NEXT故障的原因 比如不良的安装工艺 性能差的部件以及局部电缆的损坏 3 DSP 100提供了极快的测试速度 4 在测试电缆NEXT时 DSP 100是唯一能识别外部环境 如荧光灯 无线电通信等噪声 干扰的测试仪 5 DSP 100是牢固可靠的产品 在现场测试恶劣环境下仍能提供实验室级的测试精度 6 DSP 100是一个具有远见的产品 它可以完成高达1 5 5 M H z的电气性能测试 7 DSP 100的电池供电时间最大为12h或1800次自动测试 8 随机赠送的DSP LINK软件十分方便地将DSP 100与PC机连接在一起 传送测试数据 3 3 测试 测试 测试内容主要包括 1 工作间到设备间的连通状况 2 主干线连通状况 3 跳线测试 4 信息传输速率 衰减 距离 接线图 近端串扰等 这里主要对双绞线的测试 测试有关标准 由于所有的高速网络都定义了支持5类双绞线 所以用户要找一个方法来确定他们的电 缆系统是否满足5类双绞线规范 为了满足用户的需要 EIA 美国的电子工业协会 制定 了EIA586和TSB 67标准 它适用于已安装好的双绞线连接网络 并提供一个用于 认证 双绞线电缆是否达到5类线所要求的标准 对UTP链路测试的主要内容有 1 接线图 Wire Map 这一测试是确认链路的连接 这不仅是一个简单的逻辑连接测试 而是要确认链路一 端的每一个针与另一端相应的针连接 而不是连在任何其他导体或屏幕上 此外 Wire Map测试要确认链路缆线的线对正确 而且不能产生任何串绕 Split Paires 正确的连 线图要求端到端相应的针连接是 1对1 2对2 3对3 4对4 5对5 6对6 7对7 8对8 如表所示 5 图 1 3 连线图 如果接错 便有开路 短路 反向 交错和串对等5种情况出现 2 链路长度 每一个链路长度都应记录在管理系统中 链路的长度可以用电子长度测量来估算 电 子长度测量是基于链路的传输延迟和电缆的NVP 额定传播速率Nominal Velocity of Propagation 值而实现的 NVP表示电信号在电缆中传输速度与光在真空中传输速度之比 值 当测量了一个信号在链路往返一次的时间后 就得知电缆的NVP值 从而计算出链路的 电子长度 这里要进一步说明 处理NVP的不确定性时 实际上至少有1 0 的误差 为了 正确解决这一问题 必须以一已知长度的典型电缆来校验NVP值 Basic Link的最大长度是 90m 外加4m的测试仪误差 专用电缆区的长度为94 m Channel是最大长度是100 m 测量 长度的误差极限如下 Channel 100m 15 100m 115m Basic Link 94m 15 94m 108 1m 如果长度超过指标 则信号损耗较大 3 衰减 衰减是沿又一个的信号损失度量 是指信号在一定长度的线缆中的损耗 衰减与线缆的 长度有关 随着长度增加 信号衰减也随之增加 衰减也是用 dB 作为单位 同时 衰 减随频率而变化 所以应测量应用范围内全部频率上的衰减 比如 测量5类线缆的 Channel的衰减 要从1 100MHz以最大步长为1M H z来进行 现场测试设备应测量出安装 的每一对线的衰减最严重情况 并且通过将衰减最大值与衰减允许值比较后 给出合格 Pass 或不合格 Fail 的结论 如果合格 则给出处于可用频宽内的最大衰减值 如 果不合格 则给出不合格时的衰减值 测试允许值及所在点的频率 衰减步长一般最大为 6 1MHz 4 近端串扰NEXT损耗 Near End Crosstalk Loss NEXT损耗是测量一条UTP链路中从一对线到另一对线的信号耦合 是对性能评估的最主要的 标准 是传送信号与接收同时进行的时候产生干扰的信号 TSB 67中定义对于5类线缆链路 必须在1 100MHz的频宽内测试 串扰分近端串扰和远端串扰 FEXT 测试仪主要是测量 NEXT 由于线路损耗 FEXT的量值影响较小 5 直流环路电阻 直流环路电阻会消耗一部分信号能量并转变成热量 它是指一对电线电阻的和 ISO11801规定不得大于19 2 每对间的差异不能太大 小于0 1 否则表示接触不良 必 须检查连接点 6 特性阻抗 与环路直流电阻不同 特性阻抗包括电阻及频率1 100MHz间的电感抗及电容抗 它与 一对电线之间的距离及绝缘体的电气特性有关 各种电缆有不同的特性阻抗 对双绞电缆 而言 则有100 120及150几种 上述内容一般用于测试3类 4类 5类线的重要参数 电缆的2种测试 电缆的验证测试 电缆的验证测试是测试电缆的基本安装情况 例如电缆有无开路或短路 UTP电缆的 两端是否按照有关规定正确连接 同轴电缆的终端匹配电阻是否连接良好 电缆的走向如 何等 这里要特别指出的一个特殊错误是串绕 所谓串绕就是将原来的两对线分别拆开而 又重新组成新的绕对 因为这种故障的端与端连通性是好的 所以用万用表是查不出来的 只有用专线的电缆测试仪 如Fluke的620 DSP100 才能检查出来 串绕故障不易发现是因 为当网络低速度运行或流量很低时其表现不明显 而当网络繁忙或高速运行时其影响极大 串绕会引起很大的近端串扰 NEXT 电缆的认证测试 所谓电缆的认证测试是指电缆除了正确的连接以外 还要满足有关的标准 即安装好 的电缆的电气参数 例如衰减 NEXT等 是否达到有关规定所要求的指标 对于网络用户 和网络安装公司或电缆衬安装公司都应对安装的电缆进行测试 并出具可供认证的测试报 告 4 4 非屏蔽双绞线的六种类型 非屏蔽双绞线的六种类型 7 表 1 1 非屏蔽双绞线类型 5 5 双绞线制作标准 双绞线制作标准 关于 RJ45 头的边接标准有两个 是 T568A 和 T568B T568B 和 T568A 为美国电子电气 工程师协会 EIA TIA 两种双绞线制作标准 二者只是颜色上的区别 本质的问题是要保 证 1 2 线对是一个绕对 3 6 线对是一个绕对 4 5 线对是一个绕对 7 8 线对是一个绕对 其中 T568B 标准在以太网中应用较广泛 图 1 4 T568A 和 T568B 的管脚编号 表 1 2 T568A 线序 类别应用 Cat 1 可转送语音 不用于传输数据 常见于早期电话线路 Cat 2 可转输语音和数据 常见于 ISDN 和 T1 线路 电信系统 Cat 3 带宽 16MHz 用于 10BASE T 制作质量严格的 3 类线也 可用于 100BASE T Cat 4 带宽 20MHz 用于 10BASE T 或 100BASE T Cat 5 带宽 100MHz 用于 10BASE T 或 100BASE T 制作质量严 格的 5 类线也可用于 1000BASE T Cat 6 带宽高达 200MHz 可稳定运行于 1000BASE T 计算机网络 8 表 1 3 T568B 线序 6 6 线缆类型 线缆类型 Straight ThroughStraight Through CableCable 直通线 直通线 直通线应用在 PC 机与交换机或集线器 交换机 或集线器与路由器的连接中 双绞线线缆的两端使用同一种标准 即同时采用 T568B 标准 或同时采用 T568A 标准 在 10M 100M 以太网中 8 芯只使用 4 芯 在 1000M 以太网中 8 芯全 部使用 CrossoverCrossover CableCable 交叉线 交叉线 交叉线用于 PC 机与 PC 机之间 PC 机与路由器之间 路由器与路由器之间 交换机与交换机 交换机与集线器 集线器与集线器之间的线路连 接中 双绞线在制作时一端采用 T568B 标准 另一端采用 T568A 标准 工程中使用比较多的是 T568B 打线方法 线序如下 直通线 1 2 3 4 5 6 7 8 A 端 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 B 端 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 交叉线 1 2 3 4 5 6 7 8 A 端 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 B 端 绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 RolloverRollover CableCable 反转线 反转线 反转线应用于连接工作站和 Cisco 网络设备 Console 控制口 以此对网络设备进行配置 反转线线缆长度一般在 3 7 5m 之间 反转 线两端用 RJ 45 连接 使用时 RJ 45 连接器直接插入网络设备的 Console 口 另一端通过 RJ 45 to DB9 terminal adapter 接入工作站的 COM 口 或者通过 DB25 terminal 9 adapter 接入工作站的并行口 制作时一端采用 T568B 标准或 T568A 标准 另一端采用与 之完全相反的线序 所以称之为反转线 例如 一端采用 T568B 标准线序为橙白 橙 绿 白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 那么另一端就为棕 棕白 绿 蓝白 蓝 绿白 橙 橙 白 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 1 仔细阅读实验文档 决定实验环境中需要制作的网线的类型和需要使用的线序 2 按照 T568B T568A 的标准制作双绞线 按以下步骤制作网线 两人合作制作一根网 线 1 确定所需线缆的长度 确定后加上 30cm 的冗余 根据 TIA EIA 线缆的标准长度为 3m 不过在实际应用中往往变化很大 2 在网线的一端拨去 2cm 长的护皮 3 紧紧地拿好 4 对绞好而且护皮已经被拨去的网线 将各对线缆拆开一小段 以 T568B 线序将网线编组即橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕并且小心保持绞好的 状态 因为这样可以减轻噪声 拆开的部分尽量短 因为过长的接口部分是产生电噪声的 主要原因 4 将线平直排好 保留已拨去护皮网线 1 2cm 左右 将线缆剪平整 5 将一个 RJ 45 接口安在线的一端 尖头放在下面 轻轻将网线放在接头里 使其滑 进接头 最后用力推线缆 使线缆抵入 RJ 45 中 在接头的另一端可以看见网线的铜质线 芯 6 使用压线钳压紧 RJ 45 接口 使 RJ 45 的铜片穿透线芯的护皮并与线芯接触 10 7 根据不同的双绞线类型制作另外一端 3 使用测试仪或万用表测试连接逻辑正确与否 断路导致无法通信 短路可能损坏网卡或 集线器 4 使用 FLIKE 620 测试网线连通状况 5 使用 DSP100 测试衰减 距离 接线图 近端串扰等 6 使用制作的网线进行两台计算机之间以及计算机与设备之间的连接 测试网络连通否 采用 ping 命令 图 1 5 双机直接互连实验拓扑图 11 图 1 6 双机通过交换机 或集线器 连接实验拓扑图 连通测试 连通测试 只有在安装 TCP IP 协议之后才能使用 Ping 命令 ping t a n count l length f i ttl v tos r count s count j computer list k computer list w timeout destination list 下面显示 Ping 输出的示例 Windows 用户可用 开始 运行 输入 cmd 调出 cmd 窗口使用此命令 C ping 192 168 0 2 六六 实验报告内容与要求实验报告内容与要求 1 写出网线制作的基本步骤 2 绘制出直通线 交叉线接线图 3 写出测试结果 注明延时 七七 思考思考 1 路由器 交换机 计算机之间彼此连接时双绞线两端各采用什么样的标准 2 使用测试器测试直通线和交叉线亮灯情况的区别 3 测试参数对网线性能的影响 12 实验二实验二 RS 232 C 串口通信串口通信 一 实验目的一 实验目的 1 了解掌握 RS 232 接口标准以及 DB9 的主要引脚功能 2 了解掌握串口通信的基本原理 3 学习掌握使用 Visual C 进行串口编程的方法及其调试方法 二 实验内容二 实验内容 1 了解掌握串口通信的基本原理 2 了解掌握 RS 232 接口标准 3 学习使用串口测试软件 4 使用 Visual C 编写简单的串口通信程序 三 实验设备及仪器三 实验设备及仪器 13 1 带有 RS 232 接口的计算机 2 Microsoft VC 6 0 或其他开发工具 3 串口测试软件 四四 实验原理实验原理 1 异步串行通信异步串行通信 在计算机系统中 每个字符一般使用一个 8 位二进制代码表示 在数据通信中 通常 将待传送的每个字符的二进制代码按照由低位到高位的顺序依次发送的方式称为串行通信 图 2 1 是串行通信的示意图 图 2 1 串行通信示意图 同步是数据通信中必需解决的一个重要问题 所谓同步就是要求数据的收发双方在时 间基准上保持一致 在串行通信中 异步 是同步收发双发通信的重要方式 在异步串 行通信中 每个字符作为一个独立的整体进行发送 字符之间的时间间隔可以是任意的 为了实现同步 需要在每个字符的第一位前加 1 位起始位 逻辑 1 并在字符的最后一 位后加 1 位 1 5 位或 2 位停止位 逻辑 0 常用的串行通信接口标准包括 RS 232 RS 449 V 24 V 35 等 其中 RS 232 是最 常用的串行通信标准之一 个人计算机及终端系统中配备的串行接口几乎都符合 RS 232 标准 2 RS 232 接口标准接口标准 在数据通信中 通常将数据终端设备简称为 DTE Data Terminal Equipment 而将 数据通信设备简称为 DCE Data Circuit Equipment DTE 是具有一定数据处理能力及发 送和接收数据能力的设备 而 DCE 的主要作用是在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和实 现编码功能 并且负责建立 保持和释放数据链路的连接 DTE 可以是计算机或终端 也 可以是各种 I O 设备 而与模拟话路相连接的调制解调器 MODEM 则是典型的 DCE RS 232 的主要内容就是定义 DTE 和 DCE 之间的接口标准 RS 232 使用的连接器包括 DB 25 D 15 和 DB 9 等几种类型 不同类型连接器使 用的引脚定义也各不相同 目前 个人计算机配备的 RS 232 连接器通常为 DB9 它提供 发送方接收方 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 14 异步串行通信所需要的 9 个信号 其引脚的排列和信号名称如图 2 2 所示 图 2 2 RS 232 在使用 DB 9 作为连接器时的引脚排列和信号名称 RS 232 采用负逻辑 逻辑 0 相当于对信号地有 3 15V 的电压 逻辑 1 相当于对 信号地有 3 15V 的电压 在 3V 3V 的过渡区 逻辑状态不定 RS 232 串行口信 号分为传送信号 联络信号和信号地 3 类 传送信号包括 TxD 发送数据 和 RxD 接收数 据 它们是经由 TxD 传送和 RxD 接收的信息比特流 一个传送单位由起始位 数据位和 停止位 有时还包含奇偶校验位 组成 五五 实验方法与步骤实验方法与步骤 1 建立实验环境建立实验环境 本次实验将两台计算机的串口进行直接连接 并通过简单的编程 实现键盘输入的对 话功能 如图所示 通过这个实验 要求可以较为深入的了解 RS 232 接口的主要特点 掌握 RS 232 接口的基本接线方法 学习利用高级语言控制个人计算机 RS 232 串行通信 的基本过程 图 2 3 异步串行通信实验总体结构示意图 2 学习使用串口测试软件 注意串口配置 学习使用串口测试软件 注意串口配置 3 使用使用 Visual C 进行串口通信编程 进行串口通信编程 利用 Visual C 在 Windows 环境下设计异步串行通信程序可以使用不同的方法 一 种方法可以使用 windows 系统提供的串行口 API 函数 另一种方法可以直接使用 Microsoft 公司提供的 ActiveX 控件 MSCOMM OCX 利用 MSCOMM OCX 控件进行串行口程序设 数据载波检测 GND DSR 数据设备就绪 接收数据 RxD 发送数据 TxD 数据终端就绪 DTR 信号地 GND RTS 请求发送 CTS 允许发送 RI 振铃指示 5 4 3 2 1 9 8 7 6 计算机 A计算机 B 串行电缆 15 计相对比较简单 只要对该控件的属性 事件和方法进行设置和操作 就能完成简单的串 行通信功能 而直接使用 windows 系统提供的串行口 API 函数则相对较为灵活 试验中 可根据自己的情况任意其中一种进行编程 在 Windows 系统 串行口和其它通信设备都是作为文件进行处理的 串行口的打开 关闭 发送和接收所用的函数都与操作文件的函数相同 总体来说 利用 Visual C 进 行异步串行通信程序设计通常可以分为 4 个大阶段 它们是串行口打开阶段 串行口状态 值读取和属性设置阶段 串行数据的发送与接收阶段 以及串行口关闭阶段 VC 6 0 提供的 MSComm 控件通过串行端口发送和接收数据 为应用程序提供串行 通信功能 使用非常方便 下面为 MSComm 控件常用函数和属性 SetCommPort 指定使用的串口 GetCommPort 得到当前使用的串口 SetSettings 指定串口的参数 一般设为默认参数 9600 N 8 1 GetSettings 取得串口参数 SetPortOpen 打开或关闭串口 当一个程序打开串口时 另外的程序将无法使用该串 口 GetPortOpen 取得串口状态 GetInBufferCount 输入缓冲区中接受到的字符数 SetInPutLen 一次读取输入缓冲区的字符数 设置为 0 时 程序将读取缓冲区的全部 字符 GetInPut 读取输入缓冲区 GetOutBufferCount 输出缓冲区中待发送的字符数 SetOutPut 写入输出缓冲区 简单范例 1 插入 MSComm 控件 Project 菜单 Add to Project Components and Controls Registered ActiveX Controls 选择 Components Microsoft Communications Control 2 用 ClassWizard 生成相应的对象实例 3 初始化串口 m ComPort SetCommPort 1 选择 COM1 if m ComPort GetPortOpen 打开串口 16 m ComPort SetPortOpen TRUE m ComPort SetSettings 9600 n 8 1 设置波特率等参数 m ComPort SetRThreshold 1 为 1 表示有一个字符引发一个事件 4 捕捉串口事项 MSComm 控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口获取数据 我们使用的事件驱动 方法 有事件 如接收到数据 时通知程序 在程序 OnComm 中需要捕获并处理这些通 讯事件 5 串口读写 完成读写的函数 GetInput 和 SetOutput 两个函数的原型是 VARIANT GetInput 及 void SetOutput const VARIANT 参数 af 指定应用程序使用的通信协议的协议族 对于 TCP IP 协议族应置为 AF INET 参数 type 描述要建立的套接字的类型 流套接字类型为 SOCK STREAM 数 据报套接字类型为 SOCK DGRAM 参数 protocol 说明该套接字使用的特定协议 如创建一个流套接字的示例 Socket ListenSocket socket AF INET SOCK STREAM getprotobyname tcp 指定本地地址 bind bind 将套接字地址 包括本地主机地址和本地端口地址 与所创建的套接字号联系起 来 其调用格式如下 int bind SOCKET s const struct sockaddr FAR name int namelen 参数 s 是由 socket 调用返回的并且未作连接的套接字描述符 套接字号 参数 name 42 是赋给套接字 s 的本地地址 名字 namelen 表明了 name 的长度 地址在建立套接字通信过程中起着重要作用 作为一个网络应用程序设计者对套接字 地址结构必须有明确认识 使用 TCP IP 协议的地址结构为 struct sockaddr in short sin family AF INET u short sin port 16 位端口号 网络字节顺序 struct in addr sin addr 32 位 IP 地址 网络字节顺序 char sin zero 8 保留 如绑定一个本地地址示例 struct sockaddr in saddr saddr sin family AF INET saddr sin port htons 8888 saddr sin addr s addr htonl INADDR ANY bind ListenSocket struct sockaddr 建立套接字连接 connect 与 accept 客户程序调用 connect 函数来使客户 sockets 与监听于 name 所指定的计算机的特定端 口上的服务 socket 进行连接 connect 的调用格式如下 int connect SOCKET s const struct sockaddr FAR