金瑜101026武汉科技大学 《计算机网络》实验指导书.docx

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金瑜101026武汉科技大学《计算机网络》实验指导书

武汉科技大学

计算机科学与技术学院

计算机网络实验指导书

金瑜（编）

2010年10月

实验项目与内容提要

序号

实验

名称

内容提要

每组

人数

实验

时数

实验

类型

承担

实验室

备注

1

网络协议分析预备实验

熟悉网络实验室的拓扑、设备的使用以及网络协议分析实验的一般流程。

2

2

验证

网络实验室

2

以太网链路层帧格式分析

分析EthernetV2标准规定的MAC层帧结构

6

2

设计

网络实验室

3

ARP地址解析协议分析

分析ARP协议报文首部格式，分析ARP协议解析过程

2

2

设计

网络实验室

4

动态路由协议（RIP）分析

分析动态路由RIP协议，熟悉距离向量算法计算过程

8

4

验证

网络实验室

5

IP分组分片

分析IP分组分片的头部的变化

2

2

验证

网络实验室

6

UDP用户数据报协议分析

理解UDP协议的工作原理及UDP报文格式

2

2

验证

网络实验室

7

TCP传输控制协议分析

分析TCP报文格式、TCP连接建立过程以及TCP工作原理

2

2

设计

网络实验室

8

FTP协议分析

分析FTP报文格式和FTP协议工作过程

2

2

设计

网络实验室

9

HTTP协议分析

分析HTTP报文头部格式，理解HTTP协议工作过程

2

2

设计

网络实验室

实验一网络实验流程

1.1实验目的

熟悉网络实验室的拓扑结构、各种设备的使用以及网络实验的一般流程。

1.2实验内容

1.2.1实验室整体规划图

武汉科技大学计算机学院网络实验室整体拓扑图如图1.1所示。

在实验室中共有硬件设备8组，软件一套。

其中硬件设备共分为8组RACK（注：

D组正在调试中），每组共有4台路由器，2台两层交换机，2台三层交换机，1台RCMS（设备控制管理系统），8台PC机。

每组的设备（除PC机外）都由RCMS统一管理。

软件是协议分析仪系统（PATS），负责进行网络协议分析。

图1.1网络实验室拓扑图

网络实验室地址规划如表1.1所示。

其中RACKA---RACKH中的RCMS的地址分别从192.168.100.10/24----192.168.100.80/24；而每一组内的PC机的IP地址是从本组内的RCMS的地址加x（x从1到8），如A组内的RACMS的地址为192.168.100.10/24，则A组内的PC机的地址从192.168.100.11/24--192.168.100.18/24。

另外PATS服务器的IP地址为192.168.100.200/24，登陆方式为：

每组的用户名和密码均为：

00000x（x从1到8取值），例如A组的登陆帐号为：

用户名和密码均为：

000001；例如H组的登陆帐号为：

用户名和密码均为：

000008。

PATS服务器登陆方式为客户端登陆，每组的PC机上已经安装了PATS的客户端程序。

所有的组内的路由器管理密码均为：

ruijie。

表1.1网络实验室地址规划

实验台

RCMS-8

学生机

PATS服务器地:

192.168.100.200

用户名：

00000x

密码：

00000x

RCMS：

级别14

密码：

ruijie

RACK-A

192.168.100.10/24

192.168.100.11-18/24

RACK-B

192.168.100.20/24

192.168.100.21-28/24

RACK-C

192.168.100.30/24

192.168.100.31-38/24

RACK-E

192.168.100.50/24

192.168.100.51-58/24

RACK-F

192.168.100.60/24

192.168.100.61-68/24

RACK-G

192.168.100.70/24

192.168.100.71-78/24

RACK-H

192.168.100.80/24

192.168.100.81-88/24

1.2.2实验室使用介绍

A）内网与外网的切换

内网表示每组内部的一个局域网，组内的PC机与其他组内的PC机是不能ping通的。

要注意的是：

这里的外网与一般意义上的外网的区别：

前者指本实验室内部一个大的局域网，不同组内的PC机是可以相互ping通的；后者指的是Internet。

由于每台PC机只有一个网卡，而要连内外两个局域网，所以每个学生机都配备二条线。

每条线的用途为：

•1号线，把学生机和核心华为交换机连接起来，并通过核心，TELNET到RACK。

（棕色线连外网）

•2号线，直连RACK配线架，当设备调试完成之后,便可以通过这根线进行测试实验结果（灰色线连内网）

内外网之间要进行切换时，通过切换器来切换内外网，切换器按钮长时表示切换的为外网；切换器按钮短时表示切换的为外网。

B）PATS服务器登陆方式

PATS系统是一个C/S系统，PATS系统的server程序安装在PATS服务器上，而客户端程序安装在每台PC机上。

如果要进行网络协议分析，必须登陆到PATS服务器上，使用PATS提供的网络数据包产生、分析等功能。

C）RCMS系统访问

要对设备（如交换机或路由器）进行配置时，需登陆到通过WEB登录到组所在的RACK。

如：

访问实验台A的地址为：

http:

//192.168.100.10:

8080

访问实验台B的地址为：

http:

//192.168.100.20:

8080

访问实验台C的地址为：

http:

//192.168.100.30:

8080

访问实验台E的地址为：

http:

//192.168.100.50:

8080

访问实验台F的地址为：

http:

//192.168.100.60:

8080

访问实验台G的地址为：

http:

//192.168.100.70:

8080

访问实验台H的地址为：

http:

//192.168.100.80:

8080

1.2.3网络协议分析实验的一般流程

现在，我们就以位于第六组（F组）内的某位同学为例，实现一个简单的连通性测试实验。

A：

实验目的

测试组内的两台PC机是否相互连通。

B：

实验组划分：

两人为一组。

C：

实验拓扑

本实验的实验拓扑如图1.2所示。

E0/1

E0/2

PC1192.168.100.61PC2192.168.100.62

255.255.255.0255.255.255.0

图1.2连通性验证实验拓扑图

D：

实验内容：

1）按照实验拓扑图，用网线将组内的设备连接起来；

2）将网络切换到外网；配置PC的IP地址，分别为192.168.100.61和192.168.100.62，网关都配置为：

192.168.100.254；

3）PC1运行本地的PATS系统的客户端程序，登陆PATS服务器，登陆帐号为：

用户名密码均为：

000006。

4）在外网的情况下登陆到本组的RCMS系统，对设备如路由器、交换机进行配置；登陆方式为：

http:

//192.168.100.60:

8080（本实验不需要这一步）

5）将PC1和PC2都切换到内网，分别配置IP地址为：

172.16.1.1和172.16.1.2，网关都配置为：

172.16.1.254；

6）将PC1上的PATS打开网络协议分析仪，开始捕获；

7）在PC2上运行ping172.16.1.1命令，验证两机是否连通；

8）看PC1上的网络协议分析仪上捕获的报文。

实验二以太网链路层帧格式分析

2.1实验目的

分析EthernetV2标准规定的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。

2.2实验内容

通过对截获帧进行分析，分析和验证EthernetV2标准和IEEE802.3标准规定的MAC层帧结构，初步了解TCP/IP的主要协议和协议的层次结构。

2.3实验环境

本实验使用了交换机1台，PC机两台，实验组网如下图所示。

E0/1

E0/2

PC1172.16.1.239PC2172.16.1.251

255.255.255.0255.255.255.0

图2.1以太网链路层帧格式分析实验组网图

2.4实验步骤

步骤1按图2.1所示连接好设备，正确配置PC1和PC2的IP地址。

将交换机的配置清空。

步骤2在PC1和PC2上Windows命令行窗口，执行命令：

services.msc,找到Messenger服务，并启动它；或运行netstartmessenger命令。

步骤3在PC1和PC2上运行Ethereal截获报文，然后进入PC1的Windows命令行窗口，执行如下命令：

netsend172.16.1.251hello

这是PC1向PC2发送消息的命令，等到PCB显示器上收到消息后，终止截获报文，PCB和PCA的操作与上面完全一样。

步骤4对截获的报文进行分析：

列出截获的报文的协议种类，各属于哪种网络？

找到发送消息的报文并进行分析，研究主窗口中的数据报文列表窗口和协议树窗口信息，填写表2.1。

表2.1报文分析

此报文类型

此报文基本信息（数据报文列表窗口中Information项内容）

EthernetⅡ协议树中

Source字段值

Destination字段值

InternetProtocol协议树中

Source字段值

Destination字段值

TransmissionControlProtocol协议树中

SourcePort字段值

DestinationPort字段值

应用层协议树

协议名称

包含Hello的字段名

查找并分析一个基于802.3的报文，体会802.3MAC帧的结构。

在网络课程学习中，802.3和EthernetⅡ规定了以太网MAC层的报文格式分为7字节的前导符、1字节的起始符、6字节的目的MAC地址、6字节的源MAC地址、2字节的类型、数据字段和4字节的数据校验字段。

对于选中的报文，缺少哪些字段，为什么？

步骤5（选做）在PC1和PC2上运行Ethereal截获报文，然后在PC1上单击“开始/运行”，键入：

\\172.16.1.251,单击“确认”。

这个操作是在PC1上查看PC2的共享目录和文件，在PC1上成功显示后，终止截获报文。

查看和分析TCP/IP协议族中的协议，初步体会主要的协议和协议的结构。

2.5实验总结

通过实验，对EthernetV2标准规定的MAC层报文结构进行了详细分析，了解TCP/IP的主要协议和协议的层次结构，验证了IEEE802.3标准规定的MAC层报文结构。

实验三ARP地址解析协议分析实验

3.1实验目的

1、掌握ARP协议的作用和格式。

2、理解IP地址与MAC地址的对应关系。

3、掌握ARP命令。

3.2实验环境

本实验使用3台PC机，一台交换机和一台路由器，其中PC1和PC2位于同一个网段，而PC3位于不同网段。

设备连接的拓扑图如图2.1所示。

图2.1ARP地址解析协议分析实验拓扑图

3.3实验内容

1．分析同一网段的ARP地址解析过程；

2．分析同一网段的ARP地址解析过程

3．学习ARP分组的格式。

3.4实验步骤

3.4.1ARP分组格式

在ARP请求报文中，各字段含义与值如下：

硬件类型：

0001，表示硬件类型为以太网。

协议类型：

0800，表示需映射地址为IP地址。

硬件长度：

6，表示硬件地址长度为6字节。

协议长度：

4，表示协议地址长度为4字节。

操作码：

1，表示此ARP报文为ARP请求报文；2，表示此ARP报文为ARP应答报文。

源物理地址：

6个字节，发送方的MAC地址

源IP地址：

4个字节，发送方的IP地址

目标物理地址：

6个字节，接收方的MAC地址

目标IP地址：

4个字节，接收方的IP地址

3.4.2设定实验环境

1、参照实验拓扑连接网络拓扑；

2、配置PC机及路由器IP地址；

RA#enable14

PASSWORD：

ruijie

RA#conf

RA（config）#interfaceFastEthernet0/0

RA（config-if）#ipaddress172.16.1.1255.255.255.0

RA（config-if）#exit

RA（config）#interfaceFastEthernet0/1

RA（config-if）#ipaddress172.16.2.1255.255.255.0

RA（config-if）#exit

RA（config）#exit

RA#

3.4.3同一网段的ARP协议分析

步骤2在PC1、PC2的命令行窗口中执行以下命令：

C:

\>arp–a

结果是：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

如果ARP缓存非空，可以执行arp–d命令，清空ARP缓存。

步骤3在PC2中开启协议分析仪进行数据包捕获；在PC1中用命令ping172.16.1.253。

对PC2中捕获到的ARP分组进行分析。

捕获的ARP请求报文如下图所示

图2.2ARP请求报文

捕获的ARP应答报文如下图所示

图2.3ARP响应报文

步骤4在PC1、PC2的命令行窗口中执行以下命令：

C:

\>arp–a

结果是：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

步骤5分析ARP分组，完成下列工作：

1）分析ARP报文结构：

选中第一个ARP请求报文，将字段值填入实验报告中。

2）在所有报文中ARP报文中ARP协议树的Opcode字段有两个取值1、2，两个取值分别表达什么信息？

3）选中第一条ARP请求报文和第一条ARP应答报文，将ARP请求报文和ARP应答报文中的字段信息填入表2.1。

表2.1ARP请求报文和ARP应答报文的字段信息

字段项

ARP请求数据报文

ARP应答数据报文

链路层Destination项

链路层Source项

网络层SenderMACAddress

网络层SenderIPAddress

网络层TargetMACAddress

网络层TargetIPAddress

步骤7分析ARP分组，完成下列工作：

1）简述ARPCache的作用。

2）写出ARP协议在同一网段内的解析过程。

3.4.4不同网段的ARP协议分析

步骤1在PC2中开启协议分析仪进行数据包捕获；在PC1中用命令ping172.16.2.2。

对PC2中捕获到的ARP分组进行分析。

步骤2这时，在PC1的命令行窗口中执行arp-a命令：

C:

\>arp–a

结果是：

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

1）步骤3选中第一条ARP请求报文和第一条ARP应答报文，将ARP请求报文和ARP应答报文中的字段信息填入表6.2。

表6.2ARP请求报文和ARP应答报文的字段信息

字段项

ARP请求数据报文

ARP应答数据报文

链路层Destination项

链路层Source项

网络层SenderMACAddress

网络层SenderIPAddress

网络层TargetMACAddress

网络层TargetIPAddress

步骤5比较与体会

1）写出ARP协议在不同网段间解析的过程。

比较ARP协议在相同网段内解析的过程，有何异同点？

2）联系实验2，体会报文在链路层和网络层进行传播的过程。

3.5实验总结

本实验分析了ARP协议在同一网段和不同网段间主机上通信时执行过程，分析了ARP协议报文结构，以便学生理解ARP缓存、计算机默认网关等的作用。

实验四动态路由协议（RIP）配置及其分析

4.1实验目的

通过分析距离矢量算法的计算过程，理解距离矢量路由协议的工作原理。

掌握动态路由RIP配置。

察看路由表并理解相关字段含义。

4.2实验环境

在本实验中需要4台路由、1台交换机、1台RG-PATS网络协议分析仪。

四台路由器运行RIP路由协议，使用协议分析仪采集数据包，对采集到的数据进行分析。

将所有的路由器都接入到交换机上。

具体IP分配如表4.1：

设备

接口

IP地址

连接到交换

RSR-A

FA0/0

192.168.1.1/24

FA0/2

RSR-A

FA0/1

192.168.3.1/24

FA0/4

RSR-A

LO0

192.168.10.1/24

不需要连

RSR-B

FA0/0

192.168.1.2/24

FA0/8

RSR-B

FA0/1

192.168.2.1/24

FA0/6

RSR-B

LO0

192.168.10.1/24

不需要连

RSR-C

FA0/0

192.168.2.2/24

FA0/10

RSR-C

LO0

192.168.30.1/24

不需要连

RSR-B

FA0/0

192.168.3.2/24

FA0/12

RSR-B

LO0

192.168.40.1/24

不需要连

设备连接如图3.1所示。

图3.1动态路由协议（RIP）分析实验拓扑图

4.3实验内容

1、学习RIP协议的报文格式；

2、掌握RIP协议的工作原理，了解RIP1和RIP2的区别；

3、了解RIP协议的缺陷。

4.4实验步骤

步骤一：

设定实验环境

1、在路由器上配置RIPv1路由协议

RA#configureterminal

RA（config）#interfaceFastEthernet0/0

RA（config-if）#ipaddress192.168.1.1255.255.255.0

RA（config）#interfaceFastEthernet0/1

RA（config-if）#ipaddress192.168.3.1255.255.255.0

RA（config）#interfaceLoopback0

RA（config-if）#ipaddress192.168.10.1255.255.255.0

RA#configureterminal

RA（config）#routerrip

RA（config-router）#network192.168.1.0

RA（config-router）#network192.168.10.0

RA（config-router）#network192.168.3.0

RA（config-router）#version2

RA（config-router）#noauto-summary

RB#configureterminal

RB（config）#interfaceFastEthernet0/0

RB（config-if）#ipaddress192.168.1.2255.255.255.0

RB（config）#interfaceLoopback0

RB（config-if）#ipaddress192.168.20.1255.255.255.0

RB#configureterminal

RB（config）#interfaceFastEthernet0/1

RB（config-if）#ipaddress192.168.2.1255.255.255.0

RB#configureterminal

RB（config）#routerrip

RB（config-router）#network192.168.1.0

RB（config-router）#network192.168.2.0

RB（config-router）#network192.168.20.0

RB（config-router）#version2

RB（config-router）#noauto-summary

RC#configureterminal

RC（config）#interfaceFastEthernet0/0

RC（config-if）#ipaddress192.168.2.2255.255.255.0

RC（config）#interfaceLoopback0

RC（config-if）#ipaddress192.168.30.1255.255.255.0

RC#configureterminal

RC（config）#routerrip

RC（config-router）#network192.168.2.0

RC（config-router）#network192.168.30.0

RC（config-router）#version2

RC（config-router）#noauto-summary

RD#configureterminal

RD（config）#interfaceFastEthernet0/0

RD（config-if）#ipaddress192.168.3.2255.255.255.0

RD（config）#interfaceLoopback0

RD（config-if）#ipaddress192.168.40.1255.255.255.0

RD#configureterminal

RD（config）#routerrip

RD（config-router）#network192.168.3.0

RD（config-router）#network192.168.40.0

RD（config-router）#version2

RD（config-router）#noauto-summary

步骤二：

网络配置测试

查看RIP路由协议的配置

A）显示路由器配置

在路由器RSRA上使用showrunning-config命令显示路由器配置。

图3.2RA上的配置

B）查看路由表信息

使用showiproute命令查看各个路由的路由表。

下图是RA的路由表。

图3.3RA上的路由表

C）查看路由公告信息，下面是路由器RA的路由公告信息

图3.4RA上的路由公告信息

从以上公告中的如下信息需要说明：

Sendingupdatesevery30seconds,nextduein19seconds

表示RIP每隔30秒发布一次路由信息，下次发