北京交通大学通信工程综合实验

目录

移动台主、被叫实验 ................................. 错误!未定义书签。900M GSM手机实验 (8)

链路层帧格式协议 (13)

网络层协议分析 (16)

第四部分：移动通信系统实验

第15章GSM系统实验

实验一移动台主叫实验

一．实验感想

这次试验主要关于移动台的主叫与被叫实验，在模拟双方通信的过程中，我熟悉了一次通信连接建立的基本过程，以及MSC、MS之间需要发送的各种指令，包括初始化过程，信道的分配，链路的释放等，每一条指令都清晰的反映在用户界面上，我让对模拟通信有了比较深入一些的了解。

这次实验做得比较顺利，但是在此过程中也出现了一些问题，比如被叫无响应，摘机后听不见被叫声音等，但是主要原因是因为没有好好按照书上的程序操作，例如初始化的建立，由于按键的顺序不对而不能启动初始化，这些问题按照实验书上操作都可以避免，所以本次试验并不难，但是考验耐心和认真，这样才能又好又快地做完。

二．实验目的

1、掌握移动台主叫正常接续时的信令流程

2、了解移动台主叫时被叫号码为空号时的信令流程

3、了解移动台主叫时被叫用户关机或处于忙状态时的信令流程

4、了解移动台主叫时被叫用户振铃后长时间不接听的信令流程

三．实验仪器

1、移动通信试验箱

2、台式计算机

3、小交换机

四．实验原理

处于开机空闲状态的移动台要建立与另一个用户的通信，需要经过许多步骤才能将呼叫建立起来。以移动台同移动台进行通信为例，包括主叫移动台和主叫MSC建立信令连接、主叫MSC通过被叫电话号码对被叫用户进行选路，即寻找被叫所处的MSC、被叫MSC寻呼被叫MS并建立信令连接过程等三个过程。

1、主叫信令流程:移动用户做主叫时的信令过程从MS向BTS请求信道开始，到主叫

用户TCH指配完成为止。一般经过：接入阶段、鉴权加密阶段、TCH指配阶段、

取被叫用户路由信息阶段。

2、MSC之间使用到的七号信令消息的简单介绍

3、呼叫建立过程中出现的异常现象及其对应的信令

五．实验步骤

1、硬件实验环境：PC和试验箱，它们之间通过串口线连接；

实验台中各PC通过以太网连接在一起，保证IP地址都在一个网段，能通过ping通试验箱中语音接口通过电话线与小交换机相连。

2、准备软件配置，按说明进行连接

3、通过串行口将实验箱和电脑连接，给实验箱上电。将与实验箱相连的电脑上的学生

平台程序打开。在主界面上双击“主叫实验”图标，进入此实验界面。

4、点击“初始化”键，看到消息框中出现“初始化”完成。再点击“开机”键，从而使移动

台处于开机状态。

5、移动台主叫实验需要某一个被叫移动台的配合，选择一个作为被叫的实验箱，并了

解此被叫的电话号码。

6、呼叫建立正常实验：

（1）提示被叫通过点击学生平台上的“初始化”、“开机”键，使被叫处于开机空闲状态。

（2）主叫在学生平台上选择或输入被叫移动台的电话号码，并按动对话框边的“OK”

按钮。点击界面上的“呼叫”按钮，主叫学生戴上实验箱上配备的耳机，充当话机。主叫移动台开机拨叫被叫号码。主叫学生平台上将显示移动台主叫的信令过程。

（3）由于被叫处于开机空闲状态，很快被叫学生平台的电话将振铃，主叫学生平台上将会显示从被叫学生平台发送来的ISUP ADRRESS COMPLETE(ACM)消息。主叫MSC 将想MS发送ALERTING信令。

（4）被叫振铃后，控制被叫学生平台的学生按动被叫实验界面上的“摘机”键，被叫学生戴上实验箱上配备的耳机。被叫学生平台上将显示被叫MS将向被叫MSC发送CONNECT消息。这时，被叫MSC向主叫MSC发送ISUP ANSWER消息，主叫MSC 收到此消息后，将向主叫MS发送CONNECT消息，MS回送CONNECT ACKNOWLEDGE消息。此后，主被叫之间的通话链路完全建立，能够进行通话。主叫学生平台上会提示“进入通话中”。

（5）通话结束，主叫主动挂断电话。主叫学生按动学生平台界面上的“挂机”，并放下实验箱上的电话。主叫学生平台会显示通话链路释放。

7、被叫无应答的情况下的信令流程

（1）提示被叫通过点击学生平台上的“初始化”、“开机”键，使被叫处于开机空闲状态。

（2）主叫在学生平台上选择或输入被叫移动台的电话号码，并按动对话框边的“OK”

按钮。点击界面上的“呼叫”按钮，主叫移动台开机拨叫被叫号码。主叫学生平台上将显示移动台主叫的信令过程。

（3）由于被叫处于开机空闲状态，很快被叫学生平台的电话将振铃，主叫学生平台上将会显示从被叫学生平台发送来的ISUP ADRRESS COMPLETE(ACM)消息。主叫MSC 将想MS发送ALERTING信令。

（4）被叫振铃后，让被叫学生不按动“摘机”键。等待1DLWLLD分钟后，被叫MSC 释放链路的信令显示在被叫学生平台上。并且被叫MSC向主叫MSC发送ISUP RELEASE消息，主叫MSC收到此消息后，将进行主叫链路的释放，所有的释放链路的信令将依次显示在主叫学生平台的界面上。

8、进行被叫未开机时的信令流程实验。

（1）让被叫学生按动被叫学生平台上的“关机”键，使被叫移动台处于关机状态。

（2）主叫在学生平台上选择或输入被叫移动台的电话号码，并按动对话框边的“OK”

按钮。点击界面上的“呼叫”按钮，主叫学生拿起实验箱上的话筒。主叫移动台开机拨叫被叫号码。主叫学生平台上将显示移动台主叫的信令过程。

（3）由于被叫移动台处于关机状态，主叫MSC将从被叫MSC收到ISUP RELEASE 消息。主叫学F生平台上会显示从被叫MSC收到此消息，紧接着是主叫MSC释放链路的信令过程。

9、被叫号码无效时的信令流程。

（1）主叫在学生平台上输入教师规定的一个号码（此号码不对应任何实验箱，因此可认为是个不合法的号码），并按动对话框边的“OK”按钮。点击界面上的“呼叫”按钮。

（2）学生平台上会显示紧接着的所有的信令过程。最后会弹出对话框提示“本号码是空号，请挂机”。学生放下电话。

六．实验结果及分析

1.初始化准备

这个实验需要两台机器配合，首先在开始运行里查找自己的IP地址，同时要知道对方的IP地址，得到所需信息之后将其填写在相应程序里即可。

第二步启动程序，然后点击初始化键，界面上显示初始化完成，则实验准备完成。初始化过程中主叫MSC向被叫MSC发送初始化信息，即ISUP INITIAL ADDRESS MESSAGE （IAM），IAM消息包括主叫、被叫号码和服务类型，被叫MSC’可以根据被叫号码在相应位置区对被叫MS发起寻呼。

2.建立呼叫连接

主要经历接入阶段和鉴权加密阶段，接入阶段包括信道请求，信道激活，信道激活相应，立即指配（建立“手机”（电脑）与BTS（BSC）建立了暂时固定的关系）；

鉴权加密阶段包括鉴权请求，鉴权响应，主叫用户身份得到确认，网络允许继续处理该呼叫3.被叫应答和挂断

可以从界面上看出网络允许通信之后，立即开始信道分配

MS处于闲置模式的时候呼叫MS后若建立连接，被叫就会振铃，被叫MSC向主叫发送ACM地址完成消息，表示被叫MSC接受呼叫。从界面显示可以看出，主叫MSC发送ALTERTING消息给MS表示收到ACM消息。

被叫振铃，通过按“摘机”键实现双方通信。经过Call Proceeding的过程，MS发送一个SET UP 消息，在此消息中携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息，MSC收到此消息后，首先向VLP查询该用户的相关业务信息，VLR根据此次业务类别和开户时MS已经申请的业务信息，决定此次呼叫是否可以继续；如果继续则向MSC回送该用户数据。从而建立通话。

若被叫未呼叫成功，挂机的一方MS则发送DISCONNECT信号，MSC向对面发送ISUP RELEASE消息，开始链路释放。

4.被叫号码无效

当输入一个非指定号码的时候，显示出“所拨号码是空号，请挂机”的对话框，表示号码无效，无法进行信令连接。

七．思考题

1.实验中小交换机的作用是什么？如果配置文件的端口和实际连接的端口不符，会出现什么现象？

小交换机是将两台电脑连接从而实现主被叫的实验，如果不符，则无法进行信令连接。

2.实验中，若主叫无法呼叫被叫，分析可能产生的原因

可能是串口连接不好、电脑或试验箱的硬件问题；

两台电脑地址设置不对；

未点击初始化；

被叫忙，正在通话中；

被叫未启动。

实验三900M GSM手机实验

一．实验感想

本次试验主要是了解2G通信系统的各个模块，各种指令，建立模拟GSM手机通信，达到查看短信，呼叫转移的目的。在实验中，要用AT命令控制GSM模块实现各种功能，在此过程中，我对主要AT命令有了一定的了解，也可以熟练地运用它完成各种要求的指令。

在此次试验中，我们的过程并不顺利。一开始不能成功收发短信，查询网络状态后发现返回值是+CREG：0,0，网络并未登陆成功，换过一台试验箱之后显示0,5表示成功，之后的时间做的比较顺利，但是在Hex和Tail的切换上需要注意。虽然完成时间偏慢，但是发现问题并处理这一过程也让我加深了对实验的理解。

二．实验目的

1、了解GSM模块的基本功能

2、熟悉用AT命令控制GSM模块进行语音通信的流程

3、掌握TEXT模式和PDU模式下的短信收发命令

三．实验仪器

1、移动通信实验箱一台

2、台式计算机一台

3、GSM网络有效SIM卡（学生自备）一张

四、实验原理

在一部GPRS/GSM手机上，用户通过键盘、显示屏或摄像头等人机接口，可以实现语音通信，短信收发，GPRS上网和彩信业务。

众多的通信厂商提供GSM/GPRS模块，在本次试验中采用SIM200通信模块。

本实验主要围绕如何用AT命令来控制SIM200 GSM模块来实现语音通信和TEXT/PDU 模式下的短信息收发。

本实验所涉及的主要AT命令如下表所示：

五．实验步骤：

1、通过串行口将实验箱和电脑连接，通电之后将与实验箱相连的电脑上的学生平台程序打开。在主界面上双击“GSM终端”实验图标，进入实验界面。

2、在右边的空白栏输入接收短信的手机号码（11位）

3、在短消息收发栏输入要发送的短消息（如123456,Hello!）。

4、点击发送短消息

5、10秒钟后，查看对应短信是否被手机收到。

6、在手机上向实验箱回复短信，查看收到的消息内容。

7、点击右下边的摘机图标，向另一台手机拨号，看另一台手机是否有来电显示、振铃。按挂机图标可以挂机。如果另一台手机应答摘机，通过耳机/麦克风可以进行语音通话。

8、手机也可以向实验箱发起电话呼叫，按右下边的摘机图标就可以进行通话。

9、在左上边的透明数据发送栏中，输入AT命令，就可以通过AT命令直接控制短信收发、电话呼叫等过程；发AT 命令时，必须选中“Tail”选项，代表AT命令的末尾必须添加回车符号。所发送的AT命令本报告的“实验原理”部分。

六．实验结果及分析：

1.查询网络登录状态

这是第一台试验箱的显示结果，此界面显示结果表示没有登录成功，换过一台后显示漫游，登陆成功，但是很抱歉忘记截图了。

此外查询接受信号强度所用AT命令是AT+CSQ，返回值是20,99,网络强度是20，误码率是99，同样没有截图。

2.主叫拨号

运用ATDT命令进行拨号，

此次拨号返回信息是“NO CARRIER”表示对方无人接听

3呼叫转移与控制

设置呼叫转移的AT命令，在这里，返回信息是ERROR，但是实际上是正确的，说明出现了BUG。

4.删除无条件呼叫转移号码

理论上应答为+CCFC：0,7，但是界面不对，出现了BUG。

5.读短信内容

1、设置工作模式

设定为TEXT1工作模式，显示OK说明设置成功

显示短信信息时通过SIM卡上短信内容，当index=2时，显示如下：

6.发送短信

七．思考题

1.使用AT命令设置呼叫转移后，若不再取消，手机SIM可是否一直保持该功能？是，要关闭的话需要关闭无条件呼叫转移代码AT+CCFC=0,0

2.AT命令拨打某人手机时，若该手机关机、占线、无人接听，返回值是否都一样？不一样。手机关机是NO DIALTONE；占线是BUSY 无人接听时NO CARRIER

第一部分：计算机网络综合实验

第5章网络协议分析

实验一链路层帧格式分析

实验一、二感想：

由于没有学习计算机网络这门课，到时我对网络协议这样面的认识还不是很深，只能通过书上的预习部分了解大概内容，所以在本次试验中也出现了很多问题，一开始分不清ICMP和ARP分别代表什么，但是通过规律的发现和Wireshark上较为详细的说明让我渐渐明白了各个协议的用途。实验一开始我们并不能抓到包，具体原因现在也没有弄清，尝试几个过滤器之后系统就恢复正常了。在ping的过程中也是没有成功ping到想要的主机，可能是防火墙的缘故。经过不断探索，让我对ARP协议、IP协议、ICMP有了进一步的了解和掌认识，但是诚然我目前对这一方面还是认识很浅，所以现在我觉得计算机网络这门课对学习网络通信这一部分起到必不可少的作用，因此我决定开始自学这门课程，早日跟上进度。并且在以后会深入学习Wireshark的用法，掌握它的规律。

一．实验目的

1、熟悉网络协议分析原理及分析软件使用；

2、分析Ethernet V2标准规定MAC层帧结构，了解IEEE802.3标准规定的MAC层帧结构和TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。

3.初步了解TCP/IP协议及其层次结构

二．实验环境及相关设备

1.连接在局域网中的计算机

2.计算机均需要安装Wireshark软件

三．实验原理

局域网按照网络拓扑结构可以分为星形网，环形网，总线网和树形网，近年来快速以太网、吉比特以太网和10吉比特以太网的飞速发展，采用CSMA/CD接入方法的以太网已经在局域网市场中占有绝对优势，以太网几乎成为局域网的同义词。常用的以太网MAC帧格式有两种标准，一种是DIXEthernet V2标准，另一种是IEEE的802.3标准。

ARP协议时地址解析协议的简称，实际通信中，物理网络采用硬件地址进行报文传输，IP地址不能被物理网络所识别，所以必须建立两种地址间的映射关系，这一过程称为地址解析。用于将IP地址解析成硬件地址的协议就称为ARP协议。

IP协议是一种无连接、点对点的数据报传送协议，位于网络层，且能将来自底层的不同物理网络帧统一为IP数据报提供给传输层使用。

ICMP是因特网控制报文协议的缩写，允许路由器或主机报告差错情况和提供有关信息，用以调试和监视网络。在网络中，ICMP报文将作为IP层数据报的数据，封装在IP数据报中进行传输。

四．实验步骤

1.启动Ethereal/Wireshark软件。

2.在”Capture”菜单中选择“Options”菜单选项，在Options设置窗口中把捕获参数设置为非混杂模式。

3.点击”Start”按钮开始捕获数据包，当网络中无关数据过多时，可在捕获过滤器中选择仅捕获带有本机MAC地址的帧。

4.选择邻试验台的其他机器IP地址，进行Ping命令操作，待数据包基本稳定后点击”Stop”按钮。

5.选中被捕获的一个数据包，在详细信息窗口中逐层观察各协议层的详细信息。

6.分析Ethernet帧中的结构以及各项信息的含义。

7.选择File中的Save保存捕获信息。

五．实验结果及分析

在选项中我选择使用滤波器选择留下去除ARP TCP HTTP数据包，留下UDP和ICMP数据包，选中其中一个数据包分析其帧的结构和含义。

以太网帧的结构

六．思考题

1．挑选捕获的一个数据包，写出该数据包中Ethernet帧的结构以及各项信息的含义

以太网帧结构包括前导码（7B）帧前定界符（1B）目的地址（6B）源地址（6B）类型（2B）数据（46-1500B）帧校验（4B）

2．挑选捕获的一组ARP数据包，画出以太网上ARP请求/应答的帧格式以及各项信息数值。ARP数据结构：以太网目的地址（6B）以太网源地址（6B）帧类型（2B）硬件类型（2B）协议类型（2B）硬件地址长度（1B）协议地址长度（1B）OP（2B）发送端以太网地址（6B）发送端IP地址（4B）目的以太网地址（6B）目的IP地址（4B）

3．捕获数据包的封装协议层次依次有哪些？

有物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层7层

实验二网络层协议分析

一．实验目的

1、分析ARP协议报文首部格式，掌握ARP协议工作原理；

2、分析IP报文格式；

2、了解ICMP协议的工作过程

二．实验环境及相关设备

1、连接在局域网中的计算机

2、计算机要安装Ethereal/Wireshark软件

三．实验原理

IP是一种无向连结，点对点的数据传送协议，位于网络层，IP数据报格式说明如下：

如图，一个刻度表示1个二进制位（比特）。

1-1.版本4位，表示版本号，目前最广泛的是4=B1000，即常说的IPv4；相信IPv6以后会广泛应用，它能给世界上每个纽扣都分配

一个IP地址。

1-2.头长4位，数据包头部长度。它表示数据包头部包括多少个32位长整型，也就是多少个4字节的数据。无选项则为5（红色部分）。

1-3.服务类型，包括8个二进制位，每个位的意义如下：

过程字段：3位，设置了数据包的重要性，取值越大数据越重要，取值范围为：0（正常）~ 7（网络控制）

延迟字段：1位，取值：0（正常）、1（期特低的延迟）

流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的流量）

可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的可靠性）

成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期特最小成本）

保留字段：1位，未使用

1-4.包裹总长16位，当前数据包的总长度，单位是字节。当然最大只能是65535，及64KB。

2-1.重组标识16位，发送主机赋予的标识，以便接收方进行分片重组。

2-2.标志3位，他们各自的意义如下：

保留段位(2)：1位，未使用

不分段位(1)：1位，取值：0（允许数据报分段）、1（数据报不能分段）

更多段位(0)：1位，取值：0（数据包后面没有包，该包为最后的包）、1（数据包后面有更多的包）

2-3.段偏移量13位，与更多段位组合，帮助接收方组合分段的报文，以字节为单位。

3-1.生存时间8位，经常ping命令看到的TTL（Time To Live）就是这个，每经过一个

路由器，该值就减一，到零丢弃。

3-2.协议代码8位，表明使用该包裹的上层协议，如TCP=6，ICMP=1，UDP=17等。

3-3.头检验和16位，是IPv4数据包头部的校验和。

4-1.源始地址，32位4字节，我们常看到的IP是将每个字节用点（.）分开，如此而已。

5-1.目的地址，32位，同上。

6-1.可选选项，主要是给一些特殊的情况使用，往往安全路由会当作攻击而过滤掉，普联（TP_LINK）的TL-ER5110路由就能这么做。

7-1.用户数据。

ICMP报文包含在IP数据报中，属于IP的一个用户，IP头部就在ICMP报文的前面，所以一个ICMP报文包括IP头部、ICMP头部和ICMP报文（见图表，ICMP报文的结构和几种常见的ICMP报文格式），IP头部的Protocol值为1就说明这是一个ICMP报文，ICMP 头部中的类型（Type）域用于说明ICMP报文的作用及格式，此外还有一个代码（Code）域用于详细说明某种ICMP报文的类型，所有数据都在ICMP头部后面。RFC定义了13种ICMP

Ping 是Windows系列自带的一个可执行命令。利用它可以检查网络是否能够连通，用好它可以很好地帮助我们分析判定网络障碍。Ping的基本原理：向目标主机发送一个ICMP 回声请求消息给目的地并报告是否收到所希望的ICMP回声应答。应用格式：Ping IP地址。该命令还可以加许多参数使用，具体是键入Ping按回车即可看到详细说明。

四．实验步骤

1.启动Ethereal/Wireshark软件。

2.在”Capture”菜单中选择“Options”菜单选项，在Options设置窗口中把捕获参数设置为非混杂模式。

3.点击”Start”按钮开始捕获数据包。

4.选择邻试验台的其他机器IP地址，进行Ping命令操作，待数据包基本稳定后点击”Stop”按钮。为使实验结果清晰，可以将补货数据包过滤器设为仅本机IP地址。

5.选中捕获的ICMP数据包，观察并记录IP数据包的详细信息，分析数据包结构及含义

6.在“Capture”菜单中选择”Start“菜单选项，重新开始捕获数据包（把捕获参数设

置为选择非混杂模式）。此时在开始菜单中输入”arp –d *“和”ping某主机IP地址“命令，ping命令执行完毕并且数据捕获基本稳定后，点击”stop“按钮停止捕获

7.根据捕获到的ARP数据包，分析ARP协议的地址解析过程。

五．实验结果及分析

1.捕获ICMP数据报

2.捕获ARP数据报

当输入arp- d * 后即把arp缓存清除，本机地址为192.168.1.61，ping192.168.1.1时候，即发送两个ARP数据包，分别是询问和反馈，从而找到192.168.1.1的硬件地址。并且受到ICMP应答。

同样在HTTP协议中，在浏览网页上的状态下登录邮箱，运用文字过滤，可以捕获到三次握手信号，之后可以查到邮箱的用户名和密码。

六．思考题

1.当ping一个局域网中不存在的机器时，会捕捉到什么样的数据包？

通过广播形式可以捕捉到的数据包协议类型为ARP。

2.根据实验数据，说明ARP地址解析的工作过程。

在同一网段的主机间进行通信时，当主机A需要发报文给主机B，需要现在ARP缓存中查找B的地址，如果在缓存中找不到相应的记录，就必须先解析主机A的硬件地址。主机A 先在网段内发送ARP请求报文，主机B收到后，判断报文的目的IP地址是自己的IP地址便将自己的硬件地址写入应答报文，发送给主机A，主机A收到后将其存入缓存，则解析成功，将报文发送给主机B。

两台主机处于不同网段时，需要默认网关进行转发，此时主机A只需查找或解析自己的默认网关地址即可。

3.实验步骤（6）的目的是什么？

步骤（6）中的arp- d * 用于删除制定IP地址，即清除缓存中的ARP，下次ping的时候需要重新确认。

4.若两台主机不在一个网段内，ping命令执行后捕获的数据包有何不同？

若不在同一个网段内，ping之后捕获的协议时ICMP类型。