计算机网络实验（一）

计算机网络实验目录

• eth协议实现
• ARP协议实现
• RIP路由配置和协议分析
• IP协议实现
• ICMP协议实现
• UDP协议实现
• NAT组网
• 邮件客户端的设计与实现

---

---

前言

HITSZ 2022春计算机网络实验记录，并结合计网理论课程内容进行复习总结
实验网址

---

基础知识

一、数据链路层基本工作

数据链路层的基本工作：

• 封装成帧：添加首部（SOH）和尾部（EOT）进行帧界定，划分IP数据报内容，首部和尾部还包含必要的控制信息。各种链路层协议都对首部和尾部有明确的规定，同时规定数据部分的长度上限（MTU）
• 透明传输：在数据部分中可能出现的SOH和EOT前加ESC转义字符
• 差错检测：如循环冗余检测CRC（FCS帧检验序列，属于数据后面添加的冗余码）

二、数据链路层协议

• PPP协议（点对点协议，可靠传输协议）：用户计算机与ISP进行通信时所用的协议
• 广播信道（一对多通信）：以太网使用
  • CSMA/CD协议：不可靠传输协议，使用载波监听和碰撞检测，是总线型以太网采用的协议。

二、MAC地址

MAC地址实际上是局域网适配器的标识地址，又叫物理地址或者硬件地址，MAC的6字节地址被固化在适配器的ROM中。世界上的每一个适配器都有唯一的地址。

三、以太网MAC帧格式

总线型和星型网络结构均使用以太网帧

• 以太网帧不需要EOT：使用曼彻斯特编码，但接受的电平不发生转变时，只需前移4个字节即可找到数据的结束位置
  

去除报头和FCS得到链路层的数据帧：

• MAC目标地址：接收帧的网络适配器的物理地址（MAC地址），6个字节。
  • 当网卡接收到一个数据帧时，首先会检查该帧的目的地址，如果与当前适配器的物理地址相同，进一步处理
  • 帧的目的地址为广播地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），进一步处理；
  • 否，则直接丢弃。
• MAC源地址：发送帧的网络适配器的物理地址，6个字节。
• 类型，2个字节：
  • 当该值在0x05DC（10进制数为1500）以下，表示该以太网数据帧长度；
  • 在0x0600以上时，则表示上层协议的类型，标识数据交付哪个协议处理。
    

实验实现

一、分析

实际上就是对接收到的以太网MAC帧进行处理，由于封装好了很多包，所以只需要进行基础函数编写，需要注意：

• memcpy使用的时候最好指定清楚拷贝的大小
• 注意大小端字节序

字节序分析

原文链接
网络协议规定接收到得第一个字节是高字节，存放到低地址，所以发送时会首先去低地址取数据的高字节。小端模式的多字节数据在存放时，低地址存放的是低字节，而被发送方网络协议函数发送时会首先去低地址取数据（想要取高字节，真正取得是低字节），接收方网络协议函数接收时会将接收到的第一个字节存放到低地址（想要接收高字节，真正接收的是低字节），所以最后双方都正确的收发了数据。而相同平台进行通信时，如果双方都进行转换最后虽然能够正确收发数据，但是所做的转换是没有意义的，造成资源的浪费。而不同平台进行通信时必须进行转换，不转换会造成错误的收发数据，字节序转换函数会根据当前平台的存储模式做出相应正确的转换，如果当前平台是大端，则直接返回不进行转换，如果当前平台是小端，会将接收到得网络字节序进行转换。

二、代码:

void ethernet_in(buf_t *buf)
{
    // TO-DO
    //首先判断数据长度，如果数据长度小于以太网头部长度，则认为数据包不完整，丢弃不处理。
    if(buf->len < sizeof(ether_hdr_t))
    {
        return;
    }
    //调用buf_remove_header()函数移除加以太网包头。
    ether_hdr_t header;
    memcpy(&header, buf->data, sizeof(ether_hdr_t));
    buf_remove_header(buf, sizeof(ether_hdr_t));
    //调用net_in()函数向上层传递数据包, protocol需要反转大小端，其它不要(源地址和目的地址反转后也是唯一)
    net_in(buf, swap16(header.protocol16), header.src);
}
/**
 * @brief 处理一个要发送的数据包
 * 
 * @param buf 要处理的数据包
 * @param mac 目标MAC地址
 * @param protocol 上层协议
 */
void ethernet_out(buf_t *buf, const uint8_t *mac, net_protocol_t protocol)
{
    // TO-DO
    //Step1 ：首先判断数据长度，如果不足46则显式填充0，填充可以调用buf_add_padding()函数来实现。
    if(buf->len < 46)
    {
        buf_add_padding(buf, (size_t)(46 - buf->len));
    }
    //Step2 ：调用buf_add_header()函数添加以太网包头。
    buf_add_header(buf, sizeof(ether_hdr_t));
    ether_hdr_t *hdr = (ether_hdr_t *)buf->data;
    //Step3 ：填写目的MAC地址。
    memcpy(hdr->dst, mac, NET_MAC_LEN * sizeof(uint8_t)); 
    //Step4 ：填写源MAC地址，即本机的MAC地址。
    memcpy(hdr->src, net_if_mac, NET_MAC_LEN * sizeof(uint8_t));
    //Step5 ：填写协议类型 protocol。需要反转
    uint16_t protocol16 = swap16(protocol);
    memcpy(&(hdr->protocol16),  &protocol16, sizeof(uint16_t));
    //Step6 ：调用驱动层封装好的driver_send()发送函数，将添加了以太网包头的数据帧发送到驱动层。
    driver_send(buf);
}