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浅谈计算机网络协议栈实验平台的设计
与实现
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计算机网络原理课程是计算机专业主干课程之一，在专业教学体系中占有非常重要的地位。计算机网络原理课程中，最重要的是对于协议栈的理解和掌握。目前，计算机网络原理课程均设置有实验环节，实验内容主要包括4 方面：①通过数据嗅探软件——sniffer/winshark/Ethereal 等分析数据链路层、网络层和传输层协议;②利用网络仿真器如NS2 分析网络协议及其性能[1-2];③协议开发，即利用套接字编程进行应用层协议开发;④网络设备配置实验，包括交换机、路由器、服务器等的配置，这些实验都涉及协议。通过前两类分析网络协议的实验，学生可以观察协议的内部原理、数据包的格式等基本理论知识，但是此类实验属于验证性实验，会令学生对于协议的具体应用仍然模糊，无法达到培养和锻炼学生设计新协议和独立设计开发协议能力的目标。通过套接字编程实验，学生可以开发新的应用层协议，但是仍然缺乏对底层协议的认知和运用。网络设备配置实验也有类似的问
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题。
目前，计算机网络原理实验课程存在的主要问题是实验的片段性和隔离性导致学生对知识点掌握得不完整、不系统，不能形成有机的整体，不能将针对协议的学习成果应用于具体的协议栈设计，缺少对协议栈开发方法的整体理解。
基于上述问题，为了更好地培养学生综合运用理论知识分析问题和解决问题的实践能力，笔者结合华中科技大学文华学院计算机网络实验教学的现状，构建基于MSP430 的计算机网络协议栈实验平台，设计一套实验方案，期望学生通过在实验平台上的操作，加深对协议栈的理解，提高分析协议栈的能力和实践动手能力。
1 实验平台设计概述
嵌入式实验平台的硬件部分主要由MSP430和CS8900 网络接口芯片组成。平台采用的微控制器是德州仪器公司(TI)的MSP430F149。这是功耗极低的Flash 型16 位RISC指令集单片机，采用Crystal 公司的CS8900 作为太网接口芯片。CS8900 功耗低，控制简单，可以直接和微控制器相连，通过微控制器的I/O 口对CS8900 进行控制。为扩展路由协议验证模块，实验平台的MSP430F149 与两片CS8900 连接。
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2 实验内容设计
实验1 ：Ethereal 数据包嗅探
对协议栈的学习和开发都离不开数据包嗅探软件，Ethereal 是目前比较流行的协议分析软件。计算机网络原理课程的第一个实验是要求学生掌握Ethereal 软件的用法，通过包嗅探软件熟悉和掌握数据包的格式，为后续的复杂实验打好基础。这部分实验可以在PC 机上完成。
实验内容包括：①掌握Ethereal 软件的使用方法;②掌握通过数据包嗅探进行协议分析的方法;③截获典型数据包进行协议分析;④掌握一些经典协议(PPP 协议、ARP 协议、ICMP 协议、Telnet 协议、TCP 协议和Smtp 协议)并阅读相应的RFC 文档。 实验2 ： 网络层IP 协议、ARP 协议、ICMP 协议的实现
在网络层实现IP 分组封装，ARP 协议的实现是数据最终能够到达目的地的保证;设计完成部分ICMP 协议;通过在接入段运行Ping 命令验证实验结果的正确性。
实验3 ：传输层TCP 协议的实现
根据TCP 有限状态机实现TCP 协议可不考虑复杂的通信环境，忽略发送窗口、接受窗口、拥塞控制
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