《计算机网络》实验指导书.docx
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《计算机网络》实验指导书
实验指导书
《计算机网络》
谢钧编写
解放军理工大学
2013年7月
实验内容一览表
编号
实验名称
实验内容
实验性质
学时
要求
1.
简单局域网组网
1）掌握利用双绞线制作网线的基本方法，学会使用以太网交换机构建局域网（LAN）。
2）掌握配置主机网络连接属性的方法和步骤。
3）学会使用网络命令测试局域网主机的连通性。
验证性实验
2
必做
2.
使用网络模拟器
1）正确安装和配置网络模拟器软件PacketTracer。
2）掌握使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等方面的理解。
3）观察与IP网络接口的各种网络硬件及其适用场合。
验证性实验
1
选做
3.
交换机与集线器
1）设计方案观察交换机如何处理广播
2）观察交换机如何处理已知单播和未知单播
3）设计实验方案比较交换机与集线器并进行分析。
验证＋设计型实验
1
选做
4.
子网划分与路由器配置
1）熟悉利用CIDR技术规划分配IP地址的基本方法，以及网络参数的配置；
2）熟悉静态路由协议的设置过程；
3）熟悉RIPv2协议的配置和运行过程。
4）掌握使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等方面的理解。
设计型实验
4
必做
5.
使用Wireshark分析网络协议
1）能够正确安装配置网络协议分析仪软件Wireshark。
2）熟悉使用Wireshark分析网络协议的基本方法，加深对协议格式、协议层次和协议交互过程的理解。
3）通过在以太网中分析Web应用中的报文交互，深入分析各层协议工作原理。
验证性实验
2
必做
6.
无线局域网
1）掌握无线局域网的基本组成和设备连接关系
2）学习使用无线路由器配置无线局域网的基本技能
验证性实验
3
选做
7.
DNS服务管理及邮件服务管理
1）掌握在WindowsServer2003/2008上配置域名系统DNS的方法，深入理解DNS系统的工作过程；
2）掌握使用MDaemon邮件服务器软件配置并管理邮件服务器的方法，通过实验了解邮件协议SMTP及POP3的原理及功能。
验证性实验
3
必做
8.
配置DHCP服务器
掌握在配置DHCP（动态主机配置协议）服务器的基本内容，深入理解DHCP的工作过程。
验证性实验
1
选做
9.
配置DHCP服务器（模拟器版）
掌握在配置DHCP（动态主机配置协议）服务器的基本内容，深入理解DHCP的工作过程。
验证性实验
1
选做
10.
TCP文件传输的设计与实现（C语言）
通过文件传输程序的设计，加深学员对TCP原理的理解，使学员初步掌握Windows环境下使用Socket开发的方法，培养学员综合思考与设计能力。
设计性实验
4
选做
实验一简单局域网组网
建议学时：
2
一、实验目的
1）掌握利用双绞线制作网线的基本方法，学会使用以太网交换机构建局域网（LAN）。
2）掌握配置主机网络连接属性的方法和步骤。
3）学会使用网络命令测试局域网主机的连通性。
二、实验环境
1）运行Windows2008Server/XP/7操作系统、具有以太网卡的PC机。
2）实验机房内应配置机柜，包括一台以上以太网交换机和配线架。
3）网线钳2人一把，测通仪2人一套，RJ-45水晶头、网线若干。
图1-1实验器材
三、实验内容
1）制作的网线能够通过测通仪的测试。
2）每台PC机都连接到交换机指定接口，如图1-2所示。
3）在局域网内的任意两台PC机都能互相通信。
图1-2局域网组网实验拓扑
四、实验步骤
1．制作RJ－45双绞线
步骤1：
选取长度合适的双绞线，然后用网线钳前部剥线器剥除双绞线外皮2～3cm，如图1-3所示。
图1-3剥除双绞线外皮
步骤2：
将对线自左向右按橙、蓝、绿、棕的顺序排列，如图1-4所示。
图1-4双绞线对的排列方式
步骤3：
分离每一对线，将其弄直，并且按照白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕的顺序排列，如图1-5所示。
图1-5双绞线对拆分后的排列方式
步骤4：
将上述网线用网线钳剪齐，长度约为14mm（注意：
不宜过长或过短），再将双绞线的每一根线依序放入RJ-45接头的引脚内，第一只引脚内放入白橙线，如图1-6所示。
图1-6将双绞线剪齐后插入水晶头引脚
步骤5：
从水晶头正面目视每根双绞线已经放置正确并到达底部位置之后，将水晶头放入网线钳的压头槽，用力按压接头，使水晶头内部的金属片恰好刺破双绞线的外层表皮与内部金属线良好接触（通常会听到清脆的“咔”声），如图1-7所示。
图1-7按压水晶头使其与双绞线咬合
重复步骤1到步骤5，制作网线另一端的RJ-45接头，完成后的连接线两端的RJ-45接头，引脚和颜色完全一致，如图1-8所示。
图1-8做好的网线两端的RJ-45接头
2.用测通仪测试双绞线
用网线测试仪检测上述过程制作的双绞线是否可用。
方法是将刚刚制作的网线两端分别插入测试仪主端和从端的接口，打开电源，两端的测试仪上的LED依次同时发光，说明线路正常，制作的双绞线可用。
图1-9用网线测试仪检测网线
3.组建并配置局域网
用制作好的RJ－45双绞线将各自的PC机连接到机柜中以太网交换机对应的接口上（接口顺序由教员或组长指定）。
交换机不需要人工配置即可实现组网，当端口收发分组时，对应的指示灯会闪烁。
（有的交换机端口会有两个指示灯，另一个表示线路连通。
）
接下来，开始配置主机的IP地址。
首先在“网上邻居”图标上单击右键，选择“属性”一栏，打开“网络连接属性”窗口，如图1-10所示。
选择物理网卡对应的图标（有的PC机上可能存在多个物理或虚拟网卡），单击右键，选择“属性”一栏，打开“本地连接属性对话框”。
图1-10打开“网络连接属性”窗口
在“本地连接属性”对话框中选择“Internet协议（TCP/IP）”一栏，单击右下方的“属性”按钮，打开“Internet协议（TCP/IP）属性”配置窗口，如图1-11所示。
图1-11TCP/IP属性配置窗口
在“TCP/IP属性”配置窗口中有两种配置IP地址的方法：
自动获取或手动配置。
其中，自动获取IP地址需要局域网中有DHCP服务器，相关内容在教材6.6节中有介绍。
本实验中选择手动配置，如图1-11所示。
配置的要求是：
每台主机有唯一的IP地址和相同的子网掩码。
关于IP地址的结构和子网掩码的概念，详见教材4.2和4.3节。
4.测试局域网连通性
测试两台PC机之间是否连通有多种方法，最常用的方法是使用“ping”网络命令。
为此，需要启动命令行窗口，方法是单击“开始”菜单的“运行”栏，在“打开”下拉框里输入“cmd”（command的缩写），并按“回车”键，如图1-12所示。
图1-12启动命令行窗口的方法
在启动的命令行窗口中输入ping命令，语法是“ping+空格+对方主机IP地址”，然后按“回车”键。
图1-13Ping命令的执行结果
如果ping命令的执行结果如图13所示，这表明你的主机与测试主机之间是连通的。
默认情况下，Ping命令会向对方主机发送四次连通性测试分组，因此图中显示对方主机返回了四个应答（reply）分组。
有关ping命令的更多信息可参考附录。
有时即便两个主机之间是连通的，对方主机也会不响应ping命令的测试分组，如图1-14所示。
可能的原因是对方主机开启了防火墙或其他原因。
此时，可以通过发送信息或共享文件等方式查看网络是否连通。
图1-14对方主机不响应Ping命令的结果
五、相关知识
1.ping命令用法简介
在命令行中输入“ping/?
”，能够得到ping命令的相关参数，如图1-15所示。
图1-15Ping命令参数
下面我们给出一些常用参数的含义说明。
参数
用法
-t
Ping指定的计算机直到用户中断命令执行
-ncount
发送count指定的测试数据包数（默认值为4）。
-llength
发送包含由length指定长度的测试数据包。
默认为32字节；最大值是65,527字节。
-f
在数据包中发送"不要分段"标志。
数据包就不会被路由上的网关分段。
-wtimeout
指定超时间隔，单位为毫秒。
例如，命令“ping–t–w50026.28.249.6”表示一直测试与主机26.28.249.6之间的连通性，直到用户中断命令执行（同时按“Ctrl”+“C”），且每次测试时的超时间隔为500毫秒。
图1-16Ping命令的其它使用方法
六、注意事项
1）网线钳的刀口十分锋利，使用时要注意安全。
2）爱护公物，不能使用网线钳切割和挤压网线以外的其他东西，或将网线钳掉落地上。
3）实验过程中，不要随意触摸插座，防止触电。
4）实验完成后，关闭计算机，将网线钳和测试仪规整到位，整洁实验台。
实验二使用网络模拟器PacketTracer
建议学时：
1
一、实验目的
1）正确安装和配置网络模拟器软件PacketTracer。
2）掌握使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等方面的理解。
3）观察与IP网络接口的各种网络硬件及其适用场合。
二、实验环境
1）运行Windows2008Server/XP/7操作系统的PC一台。
2）下载CISCO公司提供的PacketTracer版本5.2.1。
三、实验内容
1）安装网络模拟器。
2）使用使用PacketTracer模拟网络场景。
四、实验步骤
1.安装网络模拟器
安装CISCO网络模拟器PacketTracer版本5.2.1。
双击PacketTracer安装程序图标，进入安装过程。
根据提示进行选择确认，可顺利安装系统。
2.使用PacketTracer模拟器
（1）启动系统。
点击“CISCOPacketTracer”图标，将会出现如图7所示的系统界面。
图7PacketTracer的主界面
菜单栏中包含新建、打开、保存等基本文件操作，其下方是一些常用的快捷操作图标。
工作区则是我们绘制、配置和调试网络拓扑图的地方。
操作工具位于工作区右边，自上而下有7个按钮。
这些操作工具的作用分别是：
选择（Selected），用于选中配置的设备；移动（MoveLayout），用于改变拓扑布局；放置标签（PlaceNote），用于给网络设备添加说明；删除（Delete），用于去除拓扑图中的元素，如设备、标签等；检查（Inspect），用于查询网络设备的选路表、MAC表、ARP表等；增加简单的PDU（AddSimplePDU），用于增加IP报文等简单操作；增加复杂的PDU（AddComplexPDU），可在设置IP报文后再设置TTL值等操作。
使用检查工具可查看网络设备（交换机、路由器）的3张表，该功能等同于在IOS命令行中采用相应的show命令，如showarp。
增加简单的PDU和增加复杂的PDU两个工具用于构造测试网络的报文时使用，前者仅能测试链路或主机之间是否路由可达，后者则具有更多的功能。
例如，要测试PC0到Router0之间的连通性，可先用增加简单的PDU工具点击PC0，再用该工具点击Router0就可以看出两设备之间是否连通。
如图8所示。
图8用增加简单的PDU工具测试设备之间的连通性
增加复杂的PDU工具的使用方法稍复杂些，也是先用工具依次点击所要测试链路的两端，再设置所要发送的报文格式。
如图9所示。
图9定制增加复杂的PDU中的报文
在主界面右下角，是转换实时模式与模拟模式的按钮。
在实时模式下，所有操作中报文的传送是在瞬间完成。
在模拟状态下，报文的传送是按操作一步一步地向前走，有助于我们仔细地观察报文的具体传输过程。
（2）绘制网络拓扑图
绘制网络拓扑图主要有以下几个步骤：
增加网络设备，增加设备硬件模块，连接设备和配置设备等。
增加网络设备：
在主界面下方有增加网络设备的功能区，该区域有两个部分：
设备类别选择区域，某个类别设备的详细型号。
先点击设备类别，再选择具体型号的设备。
例如，先从左下角区域选择了路由器类别，这是右侧区域将显示了可用的各种CISCO路由器型号列表，点选后可将其拖入工作区。
这样，你可以从中选用所要的（大量的!
）网络设备。
增加设备硬件模块（选项）：
如果选用的网络设备恰好适用，则可进行下一步。
但有时有些设备基本合用，但还缺少某些功能，如某种硬件接口数量不够等，这就需要通过增加设备硬件模块来解决。
例如，我们选择了路由器2620XM，发现它仅有一个10/100Mbps的以太端口，一个控制端口和一个辅助设备端口。
我们需要扩展一个光纤介质的100Mbps的以太端口和一些RJ45端口的以太端口。
这时我们双击工作区路由器2620XM图标，可看到如图10所示的界面。
从图中左侧物理模块列表中找出模块NM-1FE-FX，从左下方窗口中的描述发现它符合我们的要求，就可以将其拖入上部的物理设备视图中。
由此，我们可以完成所有相关操作。
图10路由器2620XM的物理接口
连接设备：
在设备类型区域选取“连接（Connections）”，再在右侧选取具体连接线缆类型。
注意到连接线缆有如下不同类型：
线缆有控制口（Console）、直连铜线（CopperStraight-Through）、交叉铜线（CopperCross-Over）和光纤（Fiber）等，你需要选取适当的线缆类型才能保证设备能够正确连通。
配置设备：
配置网络设备是一件细致的工作，我们将在其他实验中讲解配置网络设备详细过程。
下面，我们以此为例，绘制一幅简单的网络拓扑图（参见图11）。
图11经交换机连接两台PC
先用上述方法从设备区拖入两台PC和一台交换机，再用直通铜线与某个RJ45以太端口连接。
稍停片刻，线缆端的点将会变绿，表示所有的物理连接都是正确的，否则要检查并排除所存在的物理连接方面的问题。
为了使两台PC之间IP能够连通，需要进一步配置该网络的网络层协议。
双击PC0的图标，进入“Config/FastEthernet”界面，我们配置“IPConfiguration”。
选静态（Static）方式，IP地址可输入：
192.168.1.1，子网掩码可选：
255.255.255.0。
对PC1图标，也进行类似的配置，只是IP地址可为：
192.168.1.2。
为了检验配置是否正确，双击PC0，进入“Desktop/CommandPtompt”界面，键入：
ping192.2.162.2，这时就应当出现PC1对该Ping响应的信息。
由于交换机是一种自配置的设备，无需配置就能使用其基本功能工作。
3.观察与IP网络接口的各种网络硬件
为了使IP能够通信，网络设备硬件接口之间至少要用一种物理介质连接好，并且要求这些硬件接口与物理介质相匹配。
下面，通过实验来研究相关内容。
从PacketTracer中打开路由器2620XM的物理设备视图，仔细做下列工作：
观察有关NM-1FE-FX模块描述；将其拖入设备，观察模块面板上的硬件接口情况（可用ZoomIn放大）；做笔记，并自行分析该模块的适用场合。
对路由器2620XM的NM-1FE-TX、NM-2FE2W、NM-8AM、NMcoverplate模块分别做出上述工作。
4.ping和traceroute实验
（1）启动系统。
在网络设备库中选择型号为“1841”的路由器一台，PC机两台，如图12所示。
.
图12构建网络拓扑
（2）创建链路。
在设备库中选择链路，选择自动添加链路类型，然后分别点击需要添加链路的设备，结果如图13所示，此时链路两端红色表示链路不通。
图13添加链路
（3）配置网络设备。
双击设备，得到设备的配置界面。
在PC机的配置界面中，选择“Desktop”标签，选择“IPConfiguration”，配置PC机的地址信息，如图14所示。
按上述方法，将PC0的IP设置为192.168.1.2，子网掩码255.255.255.0，默认网关192.168.1.1。
用同样的方法设置PC1的的IP为192.168.2.2，子网掩码255.255.255.0，默认网关192.168.2.1。
图14PC配置
配置路由器端口。
设置Router0，在路由器配置界面中选择“config”标签，选择“FastEthernet0/0”，将IP设置成192.168.1.1，子网掩码255.255.255.0，同样设置“FastEthernet0/1”，将IP设置成192.168.2.1，子网掩码255.255.255.0，如图15所示，注意将路由器端口打开。
图15路由器配置
（4）使用Ping命令，并在模拟模式下观察。
如图16所示，进入模拟模式。
双击PC0的图标，选择“Desktop”标签，选择“CommandPrompt”，输入“ping192.168.2.2”，如图17所示。
同时，点击“Autocapture/play”按钮，运行模拟过程，观察事件列表“EventList”中的报文。
图16进入模拟模式
图16运行ping命令
（5）使用tracert命令，并在模拟模式下观察。
五、相关知识
PacketTracer网络模拟器。
PacketTracer是著名网络设备厂商CISCO公司开发的一种集成模拟、可视化、交互式学习和评价环境，供网络初学者学习计算机网络的设计、配置和排除故障之用。
PacketTracer根据网络设备和协议的简化模型，以模拟、可视化、连续播放网络现象，使用者能够获得理解网络行为的感受，获得操作、配置网络设备的经验。
六、注意事项
当物理连接正确时，与设备端口连接的线缆上的点应当变为绿色。
否则，应当检查线缆的类型是否正确以及接口卡是否处于“开（on）”的状态。
实验三交换机与集线器
建议学时：
1
一、实验目的
1）通过实验掌握交换机的工作原理
2）掌握使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等方面的理解。
二、实验环境
1）运行Windows2008Server/XP/7操作系统的PC一台。
2）下载CISCO公司提供的PacketTracer版本5.2.1。
三、实验内容
1）观察交换机如何处理广播
2）观察交换机如何处理已知单播和未知单播
3）设计方案比较交换机与集线器
四、实验步骤
1.在PacketTracer模拟器中配置网络拓扑
在PacketTracer模拟器中配置如下图所示的网络拓扑，其中通用交换机连接4台普通PC，通用集线器hub连接2台普通PC。
图16实验网络拓扑图
单击PC，在每台PC的配置窗口中配置合理的IP地址和子网掩码，无需为交换机和集线器配置IP地址（为什么？
）。
2.观察交换机如何处理广播和已知单播
（1）在实时与模拟模式之间切换4次，完成生成树协议。
所有链路指示灯应变为绿色。
最后停留在模拟模式中。
（2）使用Inspect（检查）工具（放大镜）打开PCA和PCB的ARP表以及交换机的MAC表。
本练习不关注交换机的ARP表。
将选择箭头移到交换机上，查看交换机端口及其接口MAC地址的摘要。
请注意，这不是交换机获取的地址表。
将窗口排列在拓扑上方。
（3）添加简单PDU以从PCA发送ping到PCB（也可在PCA的DeskTop窗口中打开模拟命令行“CommandPrompt”，运行PING命令）。
使用AddSimplePDU（添加简单PDU）（闭合的信封）从PCA发送一个ping到PCB。
单击PCA（源），然后单击PCB（目的）。
EventList（事件列表）中将会显示两个事件：
一个ICMP回应请求和一个ARP请求，用以获取PCB的MAC地址。
单击Info（信息）列中的彩色框以检查这些事件。
（4）逐步运行模拟。
使用Capture/Forward（捕获/转发）按钮跟踪数据包的最终顺序。
由于PCAARP表中没有PCB的相应条目，因此为了完成ping，它必须发出ARP请求。
交换机从ARP请求获取PCA的MAC地址及其连接的端口，从ARP回复获取PCB的MAC地址及其连接的端口，交换机会将ARP请求从所有端口泛洪出去，因为ARP请求始终是广播。
PCA收到ARP回复之后，便可完成ping。
从交换机的角度来看，ping是已知单播。
完成对数据包的跟踪之后，单击ResetSimulation（重置模拟）按钮。
3.观察交换机如何处理未知单播
（1）清除交换机的MAC地址表。
单击交换机。
单击CLI选项卡。
在出现命令提示符时，按几次Enter键，将会显示Switch>提示。
键入enable并按Enter键。
提示应会变为Switch#。
键入命令clearmac-address-tabledynamic并按Enter键。
请注意，早先显示的交换机MAC表重新为空。
但仍会填充PCARP表。
关闭交换机配置窗口。
（2）重新发送数据包。
您应该还是处于模拟模式。
用户创建的PDU（在任务1中创建的从PCA到PCB的ping）仍然在EventList（事件列表）中。
使用Capture/Forward（捕获/转发）按钮跟踪数据包的最终顺序。
由于ARP表已经填充，因此无需ARP请求。
但是，当回应请求数据包到达MAC地址表为空的交换机时，将被视为未知单播。
在这种情况下，交换机就会像处理广播一样，将数据包从除接收端口以外的所有其它端口泛洪出去。
完成之后，单击Delete（删除）按钮删除场景0。
4.设计方案比较交换机和集线器的行为
设计实验方案比较交换机与集线器的转发过程的不同，并进行分析。
五、相关知识
集线器工作在物理层，仅对电信号进行放大整形向所有端口转发，并不识别数据链路层的帧，更不执行CSMA/CD协议。
交换机工作在数据链路层，对接口接收的数据链路层的帧进行处理，查看其目的MAC地址，选择正确的接口进行存储转发，在向其他接口转发时要执行CSMA/CD协议。
交换机通过其接收的帧来学习每个端口连接的设备的物理地址，并将该信息存储在地址表中。
如果交换机收到的帧的目的设备物理地址在其地址表中，它只会将该帧从连接该设备的端口发送出去。
这称为已知单播。
如果交换机收到一个广播，就会将该帧从接收端口以外的所有其它端口泛洪出去。
另外，如果交换机收到的帧的目的设备MAC地址不在其地址表中（即未知单播），它也会将该帧从除接收端口以外的所有其它端口泛洪出去。
当交换机将帧从除接收端口以外的所有其它端口泛洪出去时，其行为类似于集线器。
一个集线器形成了一个网络碰撞域；而对局域网交换机而言，每个端口可能构成一个独立的碰撞域，极大地减少分组访问网络冲突的机会。
只要PC两两之间访问交换机的不同端口，并且这些端口配置为全双工的，它们之间就不存在碰撞域。
广播域是对广播分组直接到达的区域而言的，由于局域网交换机转发广播因此
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