安工大计算机网络实验.docx
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安工大计算机网络实验
计算机网络实验指导书
计算机网络课程组编写
专业
班级
学号
姓名
指导教师
安徽工业大学计算机学院
实验一以太网帧的构成
同组者姓名：
练习一：
编辑并发送LLC帧
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和B为例，说明实验步骤。
1．主机A启动仿真编辑器，并编写一个LLC帧。
目的MAC地址:
主机B的MAC地址。
源MAC地址：
主机A的MAC地址。
协议类型和数据长度：
可以填写001F。
类型和长度：
可以填写001F。
控制字段：
填写02。
用户定义数据/数据字段：
AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDDD。
2．主机B重新开始捕获数据。
3．主机A发送编辑好的LLC帧。
4．主机B停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的LLC帧，并分析该帧内容。
●记录实验结果。
帧类型
发送序号N（S）
接受序号N（R）
信息帧
0
0
●简述“类型和长度”字段的两种含义。
答：
这一字段定义为长度或类型字段。
如果字段的值小于1518，它就是长度字段，用于定义下面数据字段的长度；如果字段的值大于1536，它定义一个封装在帧中的PDU分组的类型。
5．将第1步中主机A已编辑好的数据帧修改为“未编号帧”，重做第2、3、4步。
答：
该地址为广播地址，作用是完成一对多的通信方式，即一个数据帧可发送给同一网段内的所有节点。
练习二：
编辑并发送MAC广播帧
1．主机E启动仿真编辑器。
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上停止捕获数据，察看捕获到的数据中是否含有主机E所发送的数据帧。
●结合练习二的实验结果，简述FFFFFF-FFFFFF作为目的MAC地址的作用。
练习三：
领略真实的MAC帧
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和B为例，说明实验步骤。
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。
练习四：
理解MAC地址的作用
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所发送的数据帧，并分析该帧内容。
本机MAC地址
源MAC地址
目的MAC地址
是否收到，为什么？
主机B
000D87DF7A8E
000D87DF9BB1
000D87DF997C
是，主机A与主机B接在同一共享模块
主机D
000D87DF9BAC
000D87DF9BB1
000D87DF997C
是，主机C与主机D接在同一共享模块
主机E
000D87DF84ED
无
无
否，与主机A、C都不在同一共享模块
主机F
000D87DF8CC1
无
无
否，与主机A、C都不在同一共享模块
【思考问题】
1．为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC子层和LLC子层？
由于商业竞争，导致IEEE没能统一。
2．为什么以太网有最短帧长度的要求？
答：
传统的以太网是共享性局域网，采用载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议。
最小帧长必须大于整个网络的最大时延位（最大时延时间内可以传输的数据位）。
如果帧长度太小，就可能出现网络上同时有两个帧在传播，就会产生冲突（碰撞）而造成网络无法发送数据。
如果数据帧太长就会出现有的工作长时间不能发送数据，而且可能超出接受端的缓冲区大小，造成缓冲益出。
由于多方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小64bytes最大不能超过1518bytes，对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧，一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。
实验二网际协议IP
同组者姓名：
练习一：
编辑并发送IP数据报
1．主机A启动仿真编辑器，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：
在其他所有字段填充完毕后计算并填充。
【说明】先使用仿真编辑器的“手动计算”校验和，再使用仿真编辑器的“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那些内容？
答：
IP报文中的首部。
2．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。
3．主机A发送第1步中编辑好的报文。
4．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。
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：
报文数据发生变化。
发生变化的字段有：
“生存时间”和“首部校验和”。
原因：
主机B为路由器，数据包每经过一路由器“生存时间”字段的值会减1，并重新计算校验和。
5．将第2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。
6．主机B、E重新开始捕获数据。
7．主机A发送第5步中编辑好的报文。
8．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对应于172.16.1.1的接口可以捕获到主机A所发送的报文；主机B对应于172.16.0.1的接口和主机E不能捕获到主机A所发送的报文；原因：
当“生存时间”字段的值减至为0时，路由器将该报文丢弃不进行转发。
练习二：
特殊的IP地址
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：
172.16.0.255。
校验和：
在其他字段填充完毕后，计算并填充。
（3）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。
校验和：
在其他字段填充完毕后，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
主机B的接口1（172.16.1.1）、主机C、主机D
收到IP数据报2
主机B的接口2（172.16.0.1）、主机E、F；主机B的接口1（172.16.1.1）、主机C、主机D（以上三主机因为与主机A同在一个交换模块上）
●结合试验结果，简述直接广播地址的作用。
答：
路由器使用这种地址把一个分组发送到一个特定网络上的所有主机。
所有的主机都会收到具有这种类型目的地址的分组。
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。
目的IP地址：
255.255.255.255，源IP地址：
A的IP地址。
校验和：
在其他字段填充完毕后，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：
主机号
收到主机A发送的IP数据报
主机B的接口1（172.16.1.1）、主机C、主机D
未收到主机A发送的IP数据报
主机B的接口2（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。
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：
这个地址用于定义在当前网络上的广播地址。
一个主机若想把报文发送给所有其他主机，就可使用这样的地址作为分组中的目的地址。
但路由器把具有这种类型地址的分组阻挡住，使这样的广播只局限在本地网络。
练习三：
IP数据报分片
1．在主机B上使用“开始\程序\网络协议仿真教学系统\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。
主机E上重新定义过滤条件（取一个ICMP数据包，按照其上层协议IP的Identification字段设置过滤），如下图所示：
●将ICMP的报文分片信息填入下表，分析表格内容，理解分片的过程。
字段名称
分片序号1
分片序号2
分片序号3
Identification字段值
4232
4235
4237
Morefragments字段值
2385
4232
4232
Fragmentoffset字段值
1
1
0
传输的数据量
0
776
1552
768byts
776bytes
456bytes
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“开始\程序\网络协议仿真教学系统通用版\工具\MTU工具”恢复以太网端口的MTU为1500字节。
练习四：
子网掩码和路由转发
1．所有主机取消网关。
2．主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.224，主机B（172.16.1.1）、D、F设置子网掩码为255.255.255.240。
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
是否ping通
主机A——主机B
通
主机C——主机D
通
主机E——主机F
通
●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：
子网地址（主机地址与子网掩码的AND运算结果）相同，就可以相互通信。
4．主机A设置子网掩码为255.255.255.252，主机C设置子网掩码为255.255.255.254，用主机Aping主机C（172.16.1.3）。
●记录实验结果
是否ping通
为什么
主机A－－主机C
不通
主机A的子网地址为172.16.1.0，而主机C的子网地址为172.16.1.2，二者不在同一网段且无路由器进行转发，因此ping不通。
【思考问题】
1．试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
答：
在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址应用在MAC帧中），802标准为局域网规定了一种48bit的全球地址，是指局域网上每一台计算机所插入的网卡上固化在ROM中的地址。
当我们把整个因特网看成一个单一的、抽象的网络时，IP地址就是给每个连接在因特网上的设备分配一个在全世界范围是唯一的32bit的标识符。
硬件地址与IP地址的区别如下：
从层次的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。
在发送数据时，数据从高层下到底层，然后才到通信链路上传输。
使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层，就被封装成MAC帧了。
MAC帧在传输时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，两个硬件地址都写在MAC帧的首部中。
连接在通信链路上的设备在接收MAC帧时，其根据是MAC帧首部中的MAC地址。
在数据链路层看不见隐藏在MAC帧的数据中的IP地址。
只有在剥去MAC帧首部和尾部后将MAC层的数据上交给网络层后，网络层才能在IP数据报的首部中找到源IP地址和目的IP地址。
在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。
路由过程根据目的IP地址的网络号进行路由选择。
尽管互联在一起的网络硬件地址体系各不相同，但IP层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，只有我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究设备之间的通信。
2．不同协议的MTU的范围从296到65535。
使用大的MTU有什么好处？
使用小的MTU有什么好处？
答：
使用大的MTU可以在较少的报文中包含较多的数据，报文数量的减少可以降低路由器的负荷。
异构网络传输时，使用小的MTU可以减少路由器的分片。
3．IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。
这样做的最大好处是什么？
坏处是什么？
答：
IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据，这样做的最大好处是：
首先，所有将数据封装在IP数据报中的高层协议（如TCP），都有覆盖整个分组的校验和。
因此，IP数据报的校验和就不必再检验所封装的数据部分。
其次，每经过一个路由器，IP数据报的首部就要改变一次，但数据部分不改变。
因此校验和只对发生变化的部分进行检验。
若检验包含数据部分，则每个路由器必须重新计算整个分组的校验和，这就表示每一个路由器要花费更多的处理时间。
这样做的最大缺点是：
在数据报转发过程中不能及时发现数据报中的数据部分错误，只有在数据报交付到目的地后才发现数据报中的数据部分错误。
试验三路由信息协议RIP
同组者姓名：
【实验步骤】
按照拓扑结构图连接网络，使用拓扑验证检查连接的正确性。
练习一：
静态路由与路由表
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：
网络目标、网络掩码、网关地址、接口、跃点数五项
2．将主机A的默认网关设为172.16.0.1。
用主机A依次ping主机B（192.168.0.2）和主机C（192.168.0.3），观察现象，记录结果。
在主机A和主机B的命令行下运行routeprint命令，察看路由表，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：
本地主机用于向其他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？
是否ping通
原因
主机A——主机B
（192.168.0.2）
通
默认网关是主机B的一个物理接口地址，而目地址为主机B的另一个物理接口地址
主机A——主机C
不通
主机B没有路由转发的功能
3．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。
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，简述为什么会产生这样的结果？
是否ping通
原因
主机A——主机B
（192.168.0.2）
通
默认网关是主机B的一个物理接口地址，而目标地址为主机的另一个物理接口地址
主机A——主机E
（192.168.0.1）
通
主机B没有路由转发的功能
主机A——主机E
（172.16.1.1）
不通
主机B没有路由转发的功能
4．主机B和主机E在命令行下使用“staticroute_config”命令来启动静态路由。
5．
（1）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”）；
（2）在主机E上，也添加一条静态路由（“routeadd172.16.0.0mask255.255.255.0192.168.0.2metric2”）。
（3）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。
（4）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的作用。
是否ping通
原因
主机A——主机B
（192.168.0.2）
通
默认网关是主机B的一个物理接口地址，而目标地址为主机B的另一个物理接口地址
主机A——主机E
（192.168.0.1）
通
主机B具有路由转发的功能，并且目标网络在主机B的路由条目中
主机A——主机E
（172.16.1.1）
通
主机B具有路由转发的功能，并且主机B存在通向172.16.1.0网络的路由条目，主机E存在通向172.16.0.0网络的路由条目
6．在主机B上，通过在命令行下运行routedelete命令（“routedelete172.16.1.0”）；在主机E上，运行routedelete命令（“routedelete172.16.0.0”）删除手工添加的静态路由条目。
●简述静态路由的特点以及路由表在路由期间所起到的作用。
答：
静态路由是一种特殊的路由，由网络管理员采用手工方法在路由器中配置而成。
这种方法适合在规模较小、路由表也相对简单的网络中使用。
它比较简单，容易实现；可以精确控制路由选择，改进网络的性能；减小路由器的开销，为重要的应用保证带宽。
但对于大规模的网络而言，如果网络拓扑结构发生改变或网络链路发生故障，用手工的方法配置及修改路由表，对管理员会形成很大压力。
每台运行TCP/IP的计算机根据IP路由表的决定作出路由决定。
练习二：
领略动态路由协议RIPv2
1．在主机A、B、C、D、E、F上启动协议分析器并设置过滤条件（提取RIP和IGMP）,开始捕获数据。
2．主机B和主机E启动RIP协议并添加新接口：
（1）在主机B上启动RIP协议：
在命令行方式下输入“rip_config”；
（2）在主机E上启动RIP协议：
在命令行方式下输入“rip_config”；
（3）添加主机B的接口：
添加IP为172.16.0.1的接口：
在命令行方式下输入“rip_config"172.16.0.1的接口名"enable”；
添加IP为192.168.0.2的接口：
在命令行方式下输入“rip_config"192.168.0.2的接口名"enable”；
（4）添加主机E的接口：
添加IP为172.16..1的接口：
在命令行方式下输入“rip_config"172.16.1.1的接口名"enable”；
添加IP为192.168.0.1的接口：
在命令行方式下输入“rip_config"192.168.0.1的接口名"enable”。
3．主机B在命令行方式下，输入“rip_configshowneighbor”察看其邻居信息；主机E在命令行方式下，输入“rip_configshowneighbor”察看其邻居信息；
4．通过协议分析器观察报文交互，直到两台主机的路由表达到稳定态。
如何判定路由表达到稳定态？
记录稳定态下主机B和主机E的路由表条目。
5．主机E在命令行下输入命令“recover_config”，禁用RIP协议。
观察协议分析器报文交互，并回答问题：
●IGMP报文在RIP交互中所起的作用是什么？
答：
启动RIP协议的路由器受限使用IGMP组成员报告报文加入多播组，从而减轻以后RIP交互报文对网络的负载。
●通过以上5步，绘制主机B和主机E的RIP交互图（包括IGMP报文）。
练习三：
RIP的计时器
1．在主机A、B、C、D、E、F上重新启动协议分析器并设置过滤条件（提取RIP）。
2．主机B和主机E重启RIP协议并添加新接口（同练习二的步骤2），同时设置“周期公告间隔”为20秒。
①（在主机B命令行方式下，输入“rip_config"172.16.0.1的接口名"updatetime20”、“rip_config"192.168.0.2的接口名"updatetime20”。
②在主机E命令行方式下，输入“rip_config"192.168.0.1的接口名"updatetime20”、“rip_config"172.16.1.1的接口名"updatetime20”）。
③用协议分析器察看报文序列，并回答问题：
●将“周期公告间隔”设置为0秒可以吗？
为什么操作系统对“周期公告间隔”有时间上限和时间下限？
上限和下限的作用是什么？
答：
不可以，对“周期公告间隔”有时间限制是对发送更新报文时机的一种权衡。
上限是限制更新报文发送过于频繁，增加网络负载；下限是确保路由信息得到及时更新。
结果：
0isnotanacceptablevalueforupdate.
Valueforupdateshouldbebetween1-32767
●通过协议分析器，比较两个相邻通告报文之间的时间差，是20秒吗？
如果不全是，为什么？
答：
不全是，虽然指定的时间为20秒，但工作模式是使用在15到25之间的一个随机数。
这是为了避免出现任何可能的同步，因而可防止在互联网上由于路由器都同时更新而引起的过载。
3．将“路由过期前的时间”设置为30秒。
①（在主机B命令行方式下，输入“rip_config"172.16.0.1的接口名"expiretime30”、“rip_config"192.168.0.2的接口名"expiretime30”。
②在主机E命令行方式下，输入“rip_con
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