作者：徐明伟
页数：295
出版社：机械工业出版社
出版日期：2008
ISBN：9787111236832
电子书格式：pdf/epub/txt
作者简介
p>徐明伟
博士，现任清华大学计算机系教
授，博士生导师，网络所所长。
中国通信标准化协会技术管理委
员会专家，教育部新世纪优秀人
才． “茅以升北京青年科技奖”
获得者，曾任865专项专家。发表
论文80多篇．获得国家科技进步
二等奖2次，省部级科技进步一
等奖4次。研究领域包括：计算
机网络体系结构、路由交换和高
性能路由器体系结构，
崔勇
博士，现任清华大学计算机系
副教授，中国通信标；隹化协会
理事。承担了多项国家及省部
级重点科研项目，发表论文60
多篇．申请了20多项国家发明
专利，已获得7项专利授权，获
得国家科技进步二等奖1次、省
邯级科技进步一等奖4次。研究
领域包括：网络体系结构、无
线移动互联网、服务质量控制
和分布式路由协议等。 …
徐格
博士．现任清华大学计算机系副
教授。负责并参与了多项“国家
9乃计划”项目、 “国家自然科学
基金”项目和“国家865计划”重
大项目
节选
以互联网为代表的计算机网络是20世纪人类最伟大的发明之一。计算机网络已经成为
支撑现代经济发展、社会进步和科技创新的信息基础设施。掌握计算机网络原理及关键技术
是对信息学科学生和专业人员的基本要求，这通常需要经历4个阶段：理论学习、观察思考、
编程实现和动手实践。理论学习是通过课堂教学和资料阅读来了解基本原理；观察思考是通
过观察实际的网络协议的运行状态和交互过程，进一步思考和理解协议的特点；编程实现是
通过编写程序来实现具体的协议功能，从而深入了解网络协议的实现机理；动手实践则通过
亲自动手配置网络软硬件，运用综合技能来搭建网络并提供网络管理和服务。
本书在简要介绍主要网络协议原理的基础上，重点讲述了对这些协议进行观察思考、编
程实现和动手实践的基本方法。网络协议数量繁多，RFC文本个数已经超过5000。本书从
中挑选了除物理层以外包含所有网络层次的21个主要协议进行观察分析，并进一步从中精
选设置了9个编程开发实验。在网络协议实验的基础上，本书还安排了对3种常用网络设备、
7种典型网络服务器和3种网络安全服务的配置管理实践。
本书选择的实验环境以Windows和Linux为操作系统平台，以Ethereal为网络协议分析
工具，以NetRiver实验系统为协议编程开发和测试环境，以Socket为网络应用编程接口。
网络实验往往需要购置一定数量的网络设备，搭建复杂的网络环境，建设成本高，却很难支
持典型协议的开发实验。基于Linux等开源系统的编程实验虽然支持典型协议开发，但会使
实验人员在实验细节上投入大量精力，效率很低。清华大学计算机系网络所在高性能IPv4／IPv6
路由器等科研成果的基础上研制开发了NetRiver网络教学实验系统，提供了支持各层协议开
发的编程接口和辅助函数，使实验人员能够集中精力实现网络协议的核心机制，而无须关心
繁琐的细节。NetRiver实验系统提供了支持程序编辑、编泽、调试、可视化执行、自动测试
和用户管理的一体化实验环境。
本书有以下几点特色：
·理论实践结合。每一个实验前，都简要介绍实验相关的协议、设备或应用的原理，
使得本书成为一个自包含的系统，不需要读者再去查阅其他资料。
●内容全面深入。本书内容覆盖了主流的两种操作系统Windows和Linux，互联网两
套协议栈IPv4和IPv6，以及除物理层以外的所有协议层次。作者从繁多的网络协议
中精选了21个主要协议进行实验，并把协议核心机制作为实验要点。
●层次清晰递进。实验安排从易到难，逐级递进。基础配置观察实验是初级实验，通
过这些实验可以掌握协议的运行机制和交互过程。高级编程开发实验是高级实验，
通过这些实验可以加深对协议的理解，培养编程开发能力。通过网络综合实践，可
以综合运用多方面知识，锻炼解决实际问题的能力。
·实验环境简单完备。基础配置观察实验只需要基本的网络环境。高级编程开发实验
主要基于NetRiver实验系统，不需要大量的网络设备和复杂的网络环境，就可以进
行各层协议的编程开发实验。
全书分为6章。第l章介绍实验准备，包括Windows和Linux操作系统下的各种网络配
置命令和工具、网络协议分析工具Ethereal的使用方法、Socket编程基础，以及NetRiver实
验系统。第2章按照计算机网络分层模型，自底向上安排了21个协议的配置观察实验。第3
章安排了9个编程开发实验，其中8个实验基于NetRiver实验系统，1个实验基于标准Socket。
NetRiver实验系统还提供了图形界面交互实验，实验人员只需根据协议规范，通过交互式图
形界面填写相关分组内容即可完成实验，降低了实验难度。而且，在学习过程中，可根据情
况选择交互实验或者编程实验。第4、5、6章进一步融合了计算机网络各方面的知识，以亲
自动手配置网络、实现网络管理和服务为目标，进行综合实践。第4章介绍交换机、路由器
和NAT网关等常用网络设备的配置管理方法。第5章介绍DHCP、DNS、Web、FTP、E-mail、
TELNET和SNMP等典型网络服务器的配置方法。第6章介绍网络防火墙、企业病毒防御
系统和VPN的配置方法。附录中列出了本书相关工具软件的下载网址，请读者自行下载使
用。附录中的所有网址在本书出版时均已经过验证，可以正常登录。
本书的配套光盘包含以下内容：
·NetRiver实验系统客户端软件和使用手册。
·Windows和Linux下Socket编程实例的源代码和相关工程配置文件。
通过光盘中的NetRiver客户端可以访问NetRiver服务器，并进行一些基本的实验。如
果想进行更全面的实验，建议配备全套NetRiver实验系统。NetRiver实验系统的相关事宜可
以咨询http：／／www．netlab．edu．cn。
本书可作为计算机、电子工程、通信、自动化等信息类专业的高年级本科生和研究生的
实验教材，也可作为有一定计算机网络原理基础的工程技术人员的参考书。
本书由徐明伟、崔勇和徐恪共同编写，由徐明伟完成全书的统稿。编写过程中，周云涛、
杨芫、王影新等同学参与了实验设计和代码编写。本书是作者多年教学实践工作的总结，历
届助教博士生都对网络实验的设计和完善做出了贡献。在此对以上人士表示感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，欢迎读者提出宝贵意见。
作者
1．实验要求
本实验要求在IPv4分组收发实验的基础上，增加分组转发功能。对于每一个到达本机
的IPv4分组，根据其目的IPv4地址决定对该分组执行的操作如下：①向上层协议上交目的
地址为本机地址的分组；②根据路由查找结果，丢弃查不到路由的分组；③根据路由查找结
果，向相应接口转发不是本机接收的分组。
为完成本实验的实验要求，需要完成以下3项内容：
(1)设计路由表数据结构
设计路由表所采用的数据结构。要求能够根据目的IPv4地址来确定分组处理行为(转
发情况下需获得下一跳的IPv4地址)。路由表的数据结构和查找算法会极大地影响路由器的
转发性能，有兴趣的同学可以深入思考和探索。
(2)IPv4分组的接收和发送
对前面实验(IPv4收发实验)中所完成的代码进行修改，在路由器协议栈的IPv4模块
中能够正确完成分组的接收和发送处理。具体要求不作改变，参见“IPv4收发实验”。
(3)IPv4分组的转发
对于需要转发的分组进行处理，获得下一跳的IPv4地址，然后调用发送接口函数做进
一步处理。
2．接口函数说明
本实验需要学生实现一些接口函数，同时实验系统也为学生提供了一些接口函数。现分
别对这两类接口函数作详细说明。
(1)需要学生编程实现的接口函数说明
本实验中需要学生实现的接口函数包括路由初始化函数、路由添加和转发处理函数。
1)路由初始化函数：
void smd_Route_InitO
说明：本函数将在系统启动的时候被调用，学生可将初始化路由表的代码写在这里。
2)路由添加函数：
void stud_route_add(stud_route_msg。proute)
参数：
proute：指向需要添加路由信息的结构体头部，其数据结构studroute_msg的定义如下：
typedef struct stud_route_msg
{
unsigned int dest;
unsigned int masklen;
unsigned int nexthop;
} stud_route_msg;
说明：本函数为路由表配置接口，系统在配置路由表时需要调用此接口。此函数功能为
向路由表中增加一个新的表项，将参数所传递的路由信息添加到路由表中。
3)转发处理函数：
．nt stud fwd deal(char最pBuffer，iIn 1engtll)
参数：
pBuffer：指向接收到的IPv4分组。
length：IPv4分组的长度。
返回值：
O为成功，l为失败。
说明：本函数是IPv4协议接收流程的下层接口函数，实验系统从网络中接收到分组后
会调用本函数。调用本函数之前已完成IPv4分组的合法性检查，因此学生在本函数中应该
实现如下功能：
①判定是否为本机接收的分组，如果是则调用fwd LocalRcv()。
②按照最长匹配原则，查找路由表获取下一跳。查找失败，则调用fwd DiscardPkt()。
③查找成功，则调用fwd SendtoLow刚)完成分组转发。
④转发过程中注意TTL的处理及校验和的变化。
(2)系统提供的接口函数说明
本实验中实验系统提供了本地处理函数、下层发送函数、丢弃分组函数和获取本机IPv4
地址函数。
1)本地处理函数：
void fwd_LocalRcv(char最pBuffer,int length)
参数：
pBuffer：指向IPv4分组。
length：表示分组的长度。
说明：本函数是IPv4协议接收流程的上层接口函数，在对IPv4分组完成解析处理之后，
如果分组的目的地址是本机的地址，则调用本函数将正确分组提交上层相应协议模块进一步处
理。
2)下层发送函数：
void fwd SendtoLower(char最pBuffer,illt length．unsigned int nexthop)
参数：
pBuffer：指向所要发送的IPv4分组。
length：分组长度(包括分组头部)。 ’
nexthop：转发时下一跳的地址。
说明：本函数是发送流程的下层接口函数，在IPv4协议模块完成发送封装工作后调用
该接口函数进行后续发送处理。后续的发送处理过程包括分片处理、IPv4地址到MAC地址
的映射(ARP协议)、封装成MAC帧等工作，这部分内容不需要学生完成，由实验系统提
供支持。
3)丢弃分组函数：
void fwd DiscardPkt(char。pBuffer．iIlt type)
参数：
pBuffer：指向被丢弃的IPv4分组。
type：表示错误类型，包括TTL错误和找不到路由两种错误，定义如下：
STUD FORWARD TEST TTLERROR
STUD FORWARD TEST NOROUTE
说明：本函数是丢弃分组的函数，在接收流程中检查到错误时调用此函数将分组丢
弃。
4)获取本机地址函数：
U1NT32 gefipv4Address0
说明：本函数用于获取本机的IPv4地址，学生调用该函数即可返回本机的IPv4地址，
可以用来判断IPv4分组是否为本机接收。
返回值：本机IPv4地址。
除了以上函数外，学生可根据需要自己编写一些实验需要的函数和数据结构，包括路由
表的数据结构，对路由表的搜索、初始化等操作函数。 。
3．3．4思考问题
本节主要介绍了基于NetRiver实验系统的IPv4转发实验的相关内容。请在实验的基础
上思考以下问题：
1)转发处理中，先判断目的地址是否是本机地址，还是先对TTL进行处理，在实现上
有何不同?
2)调研路由表的数据结构有哪几种实现方式，并比较这些实现方式的优缺点。
3．4 IPv6收发实验
现有互联网是在IPv4协议的基础上运行的。IPv6是下一代互联网的主要协议，它的提
出是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将
影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，以及出于安全、性能等方面考虑，IETF提
出了IPv6协议。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，而IPv6采用128位地址
长度，几乎可以不受限制地提供地址。本实验要求学生在了解IPv6协议的基础上完成IPv6
收发实验，对基本的IPv6分组的接收和发送流程有所了解。
3．4．1实验目的
通过交互实验和编程实验，学生可以了解IPv6协议的分组接收和发送流程，进一步理
解网络层协议工作原理，并初步掌握网络层协议开发能力。
3．4．2实验说明
IPv6分组收发实验就是要在NetRiver实验系统客户端的开发平台上，实现IPv6分组的
接收和发送功能。下面将具体介绍IPv6分组收发的处理流程和IPv6分组头格式。
