计算机网络实验报告.docx

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计算机网络实验报告

计算机网络实验报告

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指导教师

实验一以太网帧的构成

【实验目的】

1.掌握以太网的报文格式

2.掌握MAC地址的作用

3.掌握MAC广播地址的作用

4.掌握LLC帧报文格式

5.掌握协议编辑器和协议分析器的使用方法

6.掌握协议栈发送和接收以太网数据帧的过程

【实验环境配置】

拓扑结构1

说明：

IP地址分配规则为主机使用原有IP,保证所有主机在同一网段内。

练习一：

领略真实的MAC帧

各主机打开协议分析器，进入相应的网络结构并验证网络拓扑的正确性，如果通过拓扑验证，关闭协议分析器继续进行实验，如果没有通过拓扑验证，请检查网络连接。

本练习将主机A和B作为一组，主机C和D作为一组，主机E和F作为一组。

现仅以主机A、B所在组为例，其它组的操作参考主机A、B所在组的操作。

1.主机B启动协议分析器，新建捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP协议）。

2. 主机Aping主机B，察看主机B协议分析器捕获的数据包，分析MAC帧格式。

3. 将主机B的过滤器恢复为默认状态。

练习二：

理解MAC地址的作用

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 主机B、D、E、F启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC地址为主机A的MAC地址）。

2. 主机Aping主机C。

3. 主机B、D、E、F上停止捕获数据，在捕获的数据中查找主机A所发送的ICMP数据帧，并分析该帧内容。

   ● 记录实验结果

2.表1-3实验结果

本机MAC地址

源MAC地址

目的MAC地址

是否收到，为什么

主机B

8C89A5-7570BA

8C89A5-756EE0

8C89A5-7570BE

收到，和A在同一网段

主机D

001018-1A5182

8C89A5-756EE0

8C89A5-7570BE

收到，和C在同一网段

主机E

8C89A5-7570B6

没收到

主机F

8C89A5-7570A9

没收到

练习三：

编辑并发送MAC广播帧

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 主机E启动协议编辑器。

2. 主机E编辑一个MAC帧：

   目的MAC地址：

FFFFFF-FFFFFF   源MAC地址：

主机E的MAC地址   协议类型或数据长度：

大于0x0600   数据字段：

编辑长度在46—1500字节之间的数据3. 主机A、B、C、D、F启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（源MAC地址为主机E的MAC地址）。

4. 主机E发送已编辑好的数据帧。

5. 主机A、B、C、D、F停止捕获数据，察看捕获到的数据中是否含有主机E所发送的数据帧。

   ● 结合练习三的实验结果，简述FFFFFF-FFFFFF作为目的MAC地址的作用。

思考问题

练习1：

1.为什么有的主机会收到ICMP数据包而有的主机收不到ICMP数据包？

因为Ping命令是检查本机和目的主机的网络是否联通，ping命令是一种一对一的通信，采用的是ICMP协议，只有目的主机才能捕获数据包。

2.根据实验理解集线器（共享设备）和交换机（交换设备）的区别？

根据实验二可知，ApingC时，B、C和D都可以收到数据，而E、F是无法收到数据包的，因为A、B以及C、D是通过共享设备连接的，当ApingC时，数据包会发送给连接在与A、C连接的共享设备的其它目的主机，因为B、D的目的MAC地址与数据包的目的MAC地址不匹配所以B、D没有采取任何行动。

E、F通过交换设备和AB、CD相连，A向C发送的数据包在通过交换设备时，会把数据包转发给C的局域网所连接的端口，而不是对所有端口进行转发。

所以集线器和交换机的区别就是：

集线器会把收到的数据包向所有已连接的端口转发，而交换机只会向目的主机所连接的端口进行转发。

3.说明共享设备的不安全性。

如果两台计算机A、C需要传输机密数据，那么同时B、D都收到了，这是A所不希望发生的；如果A要攻击C，那么主机B和D可能也会受到影响。

练习2：

1.主机A、B、C、D、F是否可以收到主机E的广播帧？

首先，E、F是通过共享设备连接，所以E发送的广播帧F肯定可以收到，因为E发送的广播帧的目的MAC地址是代表全网主机的MAC地址，所以当广播帧到达交换机之后，交换机识别这是一个广播帧，因此会向所有已激活的端口转发该帧

2.说明MAC广播帧的范围？

由实验可知，MAC广播帧的范围是全网上的所有计算机。

实验二地址解析协议ARP

【实验目的】

1.掌握ARP协议的报文格式

2.掌握ARP协议的工作原理

3.理解ARP高速缓存的作用

4.掌握ARP请求和应答的实现方法

5.掌握ARP缓存表的维护过程

【实验环境】

拓扑结构2

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

练习一：

领略真实的ARP（同一子网）1. 主机A、B、C、D、E、F启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP、ICMP）。

2. 主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。

3. 主机Aping主机D（172.16.1.4）。

4. 主机Eping主机F（172.16.0.3）。

5. 主机A、B、C、D、E、F停止捕获数据，并立即在命令行下运行“arp-a”命令察看ARP高速缓存。

   ● ARP高速缓存表由哪几项组成？

答：

主要由：

IP地址、MAC地址   ● 结合协议分析器上采集到的ARP报文和ARP高速缓存表中新增加的条目，简述ARP协议的报文交互过程以及ARP高速缓存表的更新过程。

答：

假设网络中的主机A要和主机B交换数据，首先主机A要得到主机B的IP地址和MAC地址的映射关系，工作过程如下：

①ARP模块接收来自上层的协议（IP）的数据报后，提取其目的的IP地址。

②主机A检查自己的高速缓存中的ARP表，判断ARP表中是否存有主机B的IP地址与MAC地址的映射关系。

如果找到，则完成ARP地址解析；如果没有找到，则转至③。

③主机A广播含有自身IP地址与MAC地址映射关系的请求信息包，请求解析主机B的IP的地址与MAC地址映射关系。

④主机A等待接收ARP应答。

⑤如果主机A没有收到ARP应答，则停止发送数据报；

如果收到ARP应答，执行○6。

○6主机A收到主机B的响应信息，使用应答中的物理地址（MAC）作为数据报的mac地址，并将主机B的IP地址与MAC地址的映射关系存入自己的ARP表中，从而完成主机B的ARP地址解析。

练习二编辑并发送ARP报文（同一子网）

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 在主机E上启动协议编辑器，并编辑一个ARP请求报文。

其中：

   MAC层：

       目的MAC地址：

设置为FFFFFF-FFFFFF       源MAC地址：

设置为主机E的MAC地址       协议类型或数据长度：

0806   ARP层：

       发送端硬件地址：

设置为主机E的MAC地址       发送端逻辑地址：

设置为主机E的IP地址（172.16.0.2）       目的端硬件地址：

设置为000000-000000       目的端逻辑地址：

设置为主机F的IP地址（172.16.0.3）2. 主机B、F启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP协议）。

3. 主机B、E、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。

主机E发送已编辑好的ARP报文。

4. 主机B、F停止捕获数据，分析捕获到的数据，进一步体会ARP报文交互过程。

思考题

1.哪些主机收到了ARP请求包，哪个主机给出了ARP响应包？

答：

主机A、B、C、D、F都收到ARP请求包，主机F给出了ARP响应包。

2. 主机A、C、D是否收到ARP请求包，为什么？

答：

收到了ARP请求包，因为B、E、F处在同一网段，所以当B收到ARP请求报文后会向所有接口（除了收到ARP的接口）转发该ARP请求报文

练习三：

跨路由地址解析（不同子网）

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 主机B在命令行方式下输入staticroute_config命令，开启静态路由服务。

2. 主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。

3. 主机A、B、C、D、E、F重新启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ARP、ICMP）。

4. 主机Aping主机E（172.16.0.2）。

5. 主机A、B、C、D、E、F停止数据捕获，察看协议分析器中采集到的ARP报文，并回答以下问题：

   ● 单一ARP请求报文是否能够跨越子网进行地址解析？

为什么？

答：

不能，因为ARP请求报文是以广播的形式发出的，而广播的范围只能是本局域网，如果目的主机不在同一个局域网，那么就无法收到该报文。

   ● ARP地址解析在跨越子网的通信中所起到的作用？

答：

作用是解析网关的MAC地址，ARP本身无法跨跃不同网段。

当数据要发往外部网络时，通常是首先使用ARP请求网关路由器的MAC地址，之后将数据发往网关路由器， 由网关路由器进行转发。

6. 主机B在命令行方式下输入recover_config命令，停止静态路由服务。

思考题

1．哪些主机收到了ARP请求包，哪台主机给出了ARP响应包？

答：

主机B、C、D、E、F都收到了ARP请求，主机E给出了ARP响应包。

2.比较ARP协议在同网段内解析和跨网段的解析有何异同点？

答：

相同点：

都是广播发送ARP请求报文。

不同点：

主要在于网关的作用发挥。

如果ARP请求是跨网段时由路由器来回答该请求3. ARP数据包的长度是固定的吗？

试加以解释。

答：

不是。

ARP报文格式对任何协议和硬件地址都是充分通用的，对于不同的网络，ARP分组的长度可能不同。

ARP分组中含有HTYPE（硬件类型）字段，用来定义运行ARP的网络类型（例如以太网是类型1），ARP分组中包含HLEN（硬件长度）字段，用来定义以字节为单位的物理地址长度（例如以太网为6）。

ARP分组中包含SHA（发送端硬件地址）和THA（目标硬件地址）用来定义物理地址，这两个字段都是可变长度字段。

4. 试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10-20分钟的超时计时器。

这个时间设置得太大或太小会出现什么问题？

答：

超时计时器用来维护ARP高速缓存的有效性，在一段时间内如果表中的某一项没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度，另外如果缓存表中的一台主机暂时离线，那么就没有必要在保留它的映射，因为此时这台主机是不能联通的。

时间设置得太大就会导致ARP缓存表的长度过长或者过旧，IP地址与MAC地址的映射关系可能已经发生改变，但ARP缓存表却还没更新。

时间设置得太小会导致ARP高速缓存更改过于频繁，从而导致ARP广播数据包在网络上大量出现，增加网络流量，并降低了工作速度。

5. 至少举出两种不需要发送ARP请求数据

答：

当某台主机发送的是广播类的报文时不需要发送ARP请求报文，当目的主机的映射关系在ARP高速缓存表中时不需要发送ARP请求报。

实验三网际协议IP

【实验目的】

1. 掌握IP数据报的报文格式2. 掌握IP校验和计算方法3. 掌握子网掩码和路由转发4. 理解特殊IP地址的含义5. 理解IP分片过程6. 理解协议栈对IP协议的处理方法7. 理解IP路由表作用以及IP路由表的管理

【实验环境】

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse

拓扑结构2

练习一：

编辑并发送IP数据报

各主机打开协议分析器，进入相应的网络结构并验证网络拓扑的正确性，如果通过拓扑验证，关闭协议分析器继续进行实验，如果没有通过拓扑验证，请检查网络连接。

   本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 主机B在命令行方式下输入staticroute_config命令，开启静态路由服务。

2. 主机A启动协议编辑器，编辑一个IP数据报，其中：

   MAC层：

       目的MAC地址：

主机B的MAC地址（对应于172.16.1.1接口的MAC）。

       源MAC地址：

主机A的MAC地址。

       协议类型或数据长度：

0800。

   IP层：

       总长度：

IP层长度。

       生存时间：

128。

       源IP地址：

主机A的IP地址（172.16.1.2）。

       目的IP地址：

主机E的IP地址（172.16.0.2）。

       校验和：

在其它所有字段填充完毕后计算并填充。

    自定义字段：

       数据：

填入大于1字节的用户数据。

    【说明】先使用协议编辑器的“手动计算”校验和，再使用协议编辑器的“自动计算”校验和，将两次计算结果相比较，若结果不一致，则重新计算。

   ● IP在计算校验和时包括哪些内容？

答：

IP的首部校验和只检验数据报的首部，但不包括数据部分。

3. 在主机B（两块网卡分别打开两个捕获窗口）、E上启动协议分析器，设置过滤条件（提取IP协议），开始捕获数据。

4. 主机A发送第1步中编辑好的报文。

5. 主机B、E停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报，并回答以下问题：

   ● 第1步中主机A所编辑的报文，经过主机B到达主机E后，报文数据是否发生变化？

若发生变化，记录变化的字段，并简述发生变化的原因。

答：

发生了变化。

主机A编辑好的报文的生存时间是128，首部校验和是0C76，到达B后生存时间仍然是128，首部校验和是0D76，到达E时，生存时间是127，首部校验和是D647.

原因：

首部校验和包括生存时间，生存时间的定义是数据报经过路由器的跳数，当A发送的报文经过主机B（路由器）到达E时，生存时间减一，自然校验和发生变化。

6. 将第1步中主机A所编辑的报文的“生存时间”设置为1，重新计算校验和。

答：

生存时间为1时的首部校验和为8C76.7. 主机B、E重新开始捕获数据。

8. 主机A发送第5步中编辑好的报文。

9. 主机B、E停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报，并回答以下问题：

 主机B、E是否能捕获到主机A所发送的报文？

简述产生这种现象的原因。

答：

主机B可以收到A发送的报文，但是E不能收到，因为数据报在每一次经过路由器时生存时间减一，把A编辑的报文的生存时间设为1，到达路由器B后，生存时间变为0，路由器把该包丢弃，不再进行转发。

练习二：

特殊的IP地址

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 直接广播地址   

（1）主机A编辑IP数据报1，其中：

       目的MAC地址：

FFFFFF-FFFFFF。

       源MAC地址：

A的MAC地址。

       源IP地址：

A的IP地址。

       目的IP地址：

172.16.1.255。

       自定义字段数据：

填入大于1字节的用户数据。

       校验和：

在其它字段填充完毕后，计算并填充。

（2）主机A再编辑IP数据报2，其中：

       目的MAC地址：

主机B的MAC地址（对应于172.16.1.1接口的MAC）。

       源MAC地址：

A的MAC地址。

       源IP地址：

A的IP地址。

       目的IP地址：

172.16.0.255。

       自定义字段数据：

填入大于1字节的用户数据。

       校验和：

在其它字段填充完毕后，计算并填充。

   （3）主机B、C、D、E、F启动协议分析器并设置过滤条件（提取IP协议，捕获172.16.1.2接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：

172.16.1.2<->Any）。

   （4）主机B、C、D、E、F开始捕获数据。

   （5）主机A同时发送这两个数据报。

   （6）主机B、C、D、E、F停止捕获数据。

   ● 记录实验结果

主机号

收到IP数据报1

C、D、B的第一个接口（172.16.1.1）

收到IP数据报2

主机B的两个接口，主机E、F

表3-4 实验结果

● 结合实验结果，简述直接广播地址的作用。

答：

直接广播地址向本局域网中所有主机发送数据包。

2. 受限广播地址   

（1）主机A编辑一个IP数据报，其中：

       目的MAC地址：

FFFFFF-FFFFFF。

       源MAC地址：

A的MAC地址。

       源IP地址：

A的IP地址。

       目的IP地址：

255.255.255.255。

       自定义字段数据：

填入大于1字节的用户数据。

       校验和：

在其它字段填充完毕后，计算并填充。

（2）主机B、C、D、E、F重新启动协议分析器并设置过滤条件（提取IP协议，捕获172.16.1.2接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：

172.16.1.2<->Any）。

   （3）主机B、C、D、E、F重新开始捕获数据。

   （4）主机A发送这个数据报。

   （5）主机B、C、D、E、F停止捕获数据。

   ● 记录实验结果

表3-5 实验结果

主机号

收到主机A发送的数据

主机C、D、B（172.16.1.1）

未收到主机A发送的数据

主机B（172.16.0.1），主机E、F

● 结合实验结果，简述受限广播地址的作用。

答：

受限IP地址为255.255.255.255。

该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时主机可能还不知道它所在的网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。

受限广播通常只在系统启动时才会用到。

在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报只能在本地网络中。

所以只有主机C、D和B（172.16.1.1）收到主机A发送的IP数据报。

3. 环回地址   

（1）主机F重新启动协议分析器开始捕获数据并设置过滤条件（提取IP协议）。

（2）主机Eping127.0.0.1。

   （3）主机F停止捕获数据。

   ● 主机F是否收到主机E发送的目的地址为127.0.0.1的IP数据报？

为什么？

答：

不能，因为目的地址为127.0.0.1是本地环回测试地址，目的主机就是发送数据主机本身，所以其它任何主机都无法收到目的地址为127.0.0.1的数据报。

练习三：

IP数据报分片

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 在主机B上使用“实验平台上工具栏中的MTU工具”设置以太网端口的MTU为800字节（两个端口都设置）。

2. 主机A、B、E启动协议分析器，打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP协议）。

3. 在主机A上，执行命令ping-l1000172.16.0.2。

4. 主机A、B、E停止捕获数据。

在主机E上重新定义过滤条件（取一个ICMP数据包，按照其IP层的标识字段设置过滤），如图所示：

图3-24 过滤条件设置

   ● 将ICMP报文分片信息填入下表，分析表格内容，理解分片的过程。

表3-6 实验结果

字段名称

分片序号1

分片序号2

分片序号3

“标识”字段值

“还有分片”字段值

“分片偏移量”字段值

传输的数据量

5. 主机E恢复默认过滤器。

主机A、B、E重新开始捕获数据。

6. 在主机A上，执行命令ping-l2000172.16.0.2。

7. 主机A、B、E停止捕获数据。

察看主机A、E捕获到的数据，比较两者的差异，体会两次分片过程。

8. 主机B上使用“实验平台上工具栏中的MTU工具”恢复以太网端口的MTU为1500字节。

练习四：

子网掩码的作用

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 所有主机取消网关。

2. 主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.192，主机B（172.16.1.1）、D、F设置子网掩码为255.255.255.224。

3. 主机Aping主机B（172.16.1.1），主机Cping主机D（172.16.1.4），主机Eping主机F（172.16.0.3）。

   ● 记录实验结果

表3-7 实验结果

是否ping通

主机A-----主机B

通过

主机C-----主机D

通过

主机E-----主机F

通过

● 请问什么情况下两主机的子网掩码不同，却可以相互通信？

答：

当两个主机在同一网段时，即两个主机的网络号相同。

4. 主机B在命令行方式下输入recover_config命令，停止静态路由服务。

5. 所有主机恢复到网络结构二的配置。

实验四路由信息协议RIP

【实验目的】

1．掌握路由协议的分类，理解静态路由和动态路由

2．掌握动态路由协议RIP的报文格式，工作原理及工作过程

3．掌握RIP计时器的作用

4．理解RIP的稳定性

【实验环境配置】

练习一：

静态路由与路由表

各主机打开协议分析器，进入相应的网络结构并验证网络拓扑的正确性，如果通过拓扑验证，关闭协议分析器继续进行实验，如果没有通过拓扑验证，请检查网络连接。

   本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

1. 主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“routeprint”命令，察看路由表，并回答以下问题：

   ● 路由表由哪几项组成？

答：

路由表由网络目标、网络掩码、网关、接口、跃点数组成2. 从主机A依次ping主机B（192.168.0.2）、主机C、主机E（192.168.0.1）、主机E（172.16.1.1），观察现象，记录结果。

通过在命令行下运行routeprint命令，察看主机B和主机E路由表，结合路由信息回答问题：

   ● 主机A的默认网关在本次练习中起到什么作用？

答：

用于向其他 IP 网络转发 IP 数据报的 IP 地址    ● 记录并分析实验结果，简述为什么会产生这样的结果？

表17-1 实验结果

3. 主机B和主机E启动静态路由。

（1）主机B与主机E在命令行下使用“staticroute_config”命令来启动静态路由。

（2）在主机B上，通过在命令行下运行routeadd命令手工添加静态路由（“routeadd172.16.1.0mask255.255.255.0192.168.0.1metric2”）。

   （3）在主机E上，也添加一条静态路由（“routeadd172.16.0.0mask255.255.255.0192.168.0.2metric2”）。

   （4）从主机A依次ping主机B（192.168.0.2）、主机E（192.168.0.1）、主机E（172.16.1.1），观察现象，记录结果。

   （5）通过在命令行下运行routeprint命令，察看主机B和主机E路由表，结合路由信息回答问题：

   ● 记录并分析实验结果，简述手工添加静态路由在此次通信中所起