实验1 网络协议分析与仿真.docx
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实验1网络协议分析与仿真
协议分析实验
在此部分，设计了14个网络协议分析实验，基本涵盖了前面网络原理中介绍的各种协议。
学生使用附带的网络协议仿真教学系统完成这些实验，可以对网络协议有更深入的理解。
这些实验可以根据教学具体情况选做。
实验一以太网帧的构成
【实验目的】
掌握以太网帧的构成模式，能够识别不同的MAC地址并理解MAC地址的作用，了解网络故障分析仪的基本使用方法。
【实验学时】
4学时
【实验类型】
综合型
【实验要求】
1、了解协议仿真编辑器的五个组成部分及其功能
2、了解网络协议分析仪的各组成部分及其功能
3、学会使用协议仿真编辑器编辑以太网帧，包括单帧和多帧的编辑
4、学会观察并分析地址本中的MAC地址
5、学会分析以太网帧的MAC首部
6、理解MAC地址的作用
7、理解MAC首部中的LLC-PDU长度/类型字段
【实验原理】
（1）以太网首部
以太网目的地址
以太网源地址
帧类型
6
6
2
帧类型字段：
表示后面数据类型。
例如0x0806表示ARP请求或应答。
（2）太网帧的构成
46----1500字节
以太网首部
IP首部
协议（例TCP）首部
应用数据
以太网尾部
14
20－60
根据协议而定（TCP20-60）
4
（3）其他原理请参考教材：
第一章：
计算机网络的基本概念
第二章：
局域网技术
【实验步骤】
一仿真机端
练习一：
运行ipconfig命令
1、启动网络协议仿真编辑器，选择“工具”菜单栏中的IPCONFIG项，观察ipconfig/all
命令下的运行结果，获得本机的主机名及以太网地址
2、在地址本中找到本机的信息
练习二：
单帧编辑并发送
1、打开协议仿真编辑器，在界面初始状态下，程序会自动新建一个单帧。
可以利用协议仿真编辑器打开时默认的以太网帧进行编辑。
此时在协议仿真编辑器的各部分会显示出该新帧的信息：
（a）多帧编辑器中显示：
新帧的序号（为1）、概要信息
（b）协议树中显示以太网MAC层协议
（c）单帧编辑器中显示新帧各字段的默认值
（d）十六进制对照表中显示新帧对应的十六进制信息
2、编辑以太网帧；
在单帧编辑器中编辑该帧，具体步骤为：
（a）填写“目的MAC地址”字段；
方法一：
手工填写。
方法二：
选择地址本某主机的MAC地址，复制并粘贴到目的MAC地址栏中，替换掉默认值。
（b）填写源MAC地址字段，方法同上；
注意：
仿真机可以仿真本机发送的MAC帧，也可以仿真另一台机器发送MAC帧，所以，源MAC地址字段可以填写本机MAC地址，也可以填写其他机器的MAC地址。
（c）填写“类型或长度”字段;
方法一：
双击该字段，更改默认设置，填写上一层协议类型值（十六进制表示）；
方法二：
单击“类型或长度”字段，右端会出现一个下拉键头，点击该键头，出现下拉菜单，其中列出可选的上层协议类型，单击其中一个进行选择，该协议对应的十六进制值会自动填写；
3、单帧编辑器与十六进制对照表是联动的，观察十六进制对照表中该帧的信息；
4、选中单帧编辑器中的某一字段，该字段对应的十六进制值会相应地改变颜色；
5、点击工具栏或菜单栏中的“发送”，在弹出菜单上选择“按范围发送”或“自定义发送”，正确填写发送的范围后，选择“发送”按钮，发送该帧；
6、在监控机一端捕获新发送的帧并分析（捕获数据的方法参考本实验后半部分：
监控机端的实验步骤）；
7、重新回到步骤
（2）类型和长度字段分别填写以下十六进制值:
（a）0800：
对应的上层协议是什么？
（b）0806：
对应的上层协议是什么？
（c）0100：
对应的上层协议是什么？
该值的具体含义是什么？
在监控机端捕获该帧，捕获到帧的长度是多少？
分析原因。
（d）0001：
对应的上层协议是什么？
这样填写是否正确？
分析原因。
练习三：
编辑并发送帧序列
1、按照单帧编辑的步骤编辑多个帧；
2、对每一帧可以重新设置发送的时间间隔和发送的重复次数，如不设置，则采用默认值；
方法为：
点击某一帧左边的“+”，即可展开为两行，在第一行内填写此帧与其上一帧的发送时间间隔（单位：
ms默认值：
1000）,展开项的第二行为设置此帧的重复发送次数（默认值为1）。
3、编辑好以后，发送帧序列；
点击菜单栏或工具栏中的“发送”按钮，选择弹出菜单上的“按范围发送”并编辑起始帧序号和结束帧序号
如果选择“自定义发送”则在“发送序号”面板中选择要发送的单帧序号，并根据需要修改发送时间和发送次数。
编辑完成后点击“发送”按钮，即完成帧的发送。
4、观察主界面底部“状态”栏中的各数据信息；
5、在监控机一端捕获数据并分析。
练习四：
编辑并发送mac广播帧
请同学们考虑mac广播帧的目的mac地址应该如何填写。
二监控机端
练习一：
捕获数据并分析。
切换数据采集器的按钮，将监控机通过主控设备接在局域网中。
1、启动协议详细解析功能，获得若干以太网帧。
对其中的5-10个帧的以太网首部进行观察和分析；
分析的内容为：
源MAC地址目的MAC地址上层协议类型。
2、以MAC地址为过滤条件捕获若干以太网帧。
如：
捕获源MAC地址为：
00-09-74-A5-6F-4C（选择地址本中的一个MAC地址）的帧
对每一帧的以太网首部进行观察分析；
分析的内容为：
源MAC地址;
目的MAC地址;
上层协议类型。
3、以本机MAC地址为过滤条件捕获相应的以太网帧（多个）；
对其中目的MAC地址为本机MAC地址的以太网帧进行观察分析:
（a）这些帧的源MAC地址都是什么？
（b）对照地址本观察这些MAC地址对应的IP地址有何特点？
（c）说明：
为什么能收到来自这些源MAC地址的帧？
（d）将捕获到的以太网帧保存到文件中，文件名为：
实验一.zdt。
练习二：
学习监控机端其他的协议分析功能。
1、点击主机状况,观察分析结果信息。
2、点击会话状况,观察分析结果信息。
3、点击协议统计,观察分析结果信息。
4、点击性能状况,观察分析结果信息。
5、察看地址本。
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题：
1、在网络的分层体系结构中，MAC层的作用是什么？
2、帧在传送过程中每经过一个网络节点，MAC地址是否要发生变化？
为什么？
【实验结论】
实验二IP地址分类与数据包的组成
【实验目的】
理解IP层的作用以及IP地址的分类方式，掌握IP数据包的组成，理解子网掩码的作用
【实验学时】
4学时
【实验类型】
综合型
【实验要求】
1、学会根据IP地址的分类方式区分各类IP地址
2、掌握IP数据报的格式、长度以及各字段的功能
3、学会利用子网掩码确定IP地址的网络号、子网号和主机号
4、学会分析给定数据包的IP首部信息
5、学会手工计算IP校验和的方法
【实验原理】
（1）IP地址的分类：
A类
0
7位网络号
24位主机号
B类
10
14位网络号
16位主机号
C类
110
21位网络号
8位主机号
D类
1110
28位多播组号
E类
11110
27位保留
（2）各类IP地址的范围
类型
范围
A
0.0.0.0到127.255.255.255
B
128.0.0.0到191.255.255.255
C
192.0.0.0到223.255.255.255
D
224.0.0.0到239.255.255.255
E
240.0.0.0到247.255.255.255
（3）IP数据报格式：
1
16
17
32
4位
版本号
4位首部长度
8位服务类型
TOS
16位总长度（字节数）
客户
recv（）
connect（）
Socket（）
send（）
数据（回答）
数据（请求）
建立连接
服务员
数据处理
16位标识
3位标志
13位片偏移
8位生存时间（TTL）
8位协议标识
16位首部校验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
IP选项
数据
图3-3-1IP数据报格式及首部中的各字段
（4）其他原理请参考教材:
第三章IP网络协议及技术
【实验步骤】
练习一：
运行ipconfig命令
1、启动网络协议仿真编辑器，选择“工具”菜单栏中的“IPCONFIG”项，观察ipcofig/all命令下运行的结果，获得本机的IP地址及子网掩码：
2、分析本主机属于哪一类IP地址，网络号和子网号分别是什么。
3、利用本机的IP地址及子网掩码，找到地址本中与本机属于同一子网的主机。
练习二：
运行netstat命令
Netstat用于显示与IP、TCP、UDP和ICMP协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络连接情况。
1、在DOS命令行方式下运行：
netstat–r显示本机路由表。
记录本机的缺省网关的IP地址。
2、在DOS环境下运行netstat–s，观察IP协议部分，查看本机已经接收和发送的IP报文个数。
练习三：
运行Ping命令
A：
在地址本中选择与本主机在同一子网中的另一主机的IP地址（假设为：
X.X.X.X）；
1、在DOS命令行方式下运行：
pingX.X.X.X
2、在监控机端捕获数据，观察记录每一帧的MAC层的源、目的MAC地址和IP层的源、目的IP地址。
3、对照地址本中的记录，分析捕获数据的MAC地址与IP地址的对应关系。
B：
这个实验要求不同网段的两个小组密切配合。
在地址本中选择与本主机属于不同子网的另一主机的IP地址（假设为：
Y.Y.Y.Y）；
1、在不同网段的两台主机的DOS命令行方式下运行arp–d分别清除ARP高速缓存中的内容。
然后运行ping命令：
pingY.Y.Y.Y
2、在监控机端捕获数据，观察记录每一帧的MAC层的源、目的MAC地址和IP层的源、目的IP地址。
3、对照地址本中的记录，分析捕获数据的MAC地址与IP地址是否具有对应关系。
C：
比较A、B两个实验的实验结果，分析二者有何不同，为什么？
练习四：
编辑并发送IP数据包
1、打开协议仿真编辑器。
2、填写该帧的“源MAC地址”和“目的MAC地址”字段；
注意：
当目的主机与本机不在同一子网中时，目的MAC地址字段该如何填写，才能保证帧能够到达目的地？
3、填写该帧的以太网协议首部：
“类型或长度”字段值为：
0800（即IP协议的类型值）或者选择下拉菜单中的IP协议，此时：
（a）协议树上将显示上层协议类型为“IPV4”，点击左端的“+”将该层协议展开，会看到IP协议的各个字段；
（b）点击协议树上的“IP”协议或者点击单帧编辑器右下方的“下一步”，在单帧编辑器中会出现IP层各个字段及其默认值；
4、写IP协议头信息：
（a）源IP地址；
注意：
仿真机可以仿真本机发送的IP数据包，也可以仿真另一台机器发送IP数据包，所以，源IP地址字段可以填写本机IP地址，也可以填写其他机器的IP地址。
（b）目的IP地址：
从地址本中选择一主机的IP地址并填写；
（c）填写“版本号”（正常值：
4）；
（d）首部长度（无可选项的情况下为5，即20个字节）；
（e）服务类型；
（f）总长度字段（该值为IP首部长度加上数据部分的长度）；
（g）标识字段；
（h）标志字段；
（i）生存时间；
（j）协议字段，即上层协议类型（6为TCP，17为UDP，1为ICMP）；
（k）首部检查和，当上述各字段值均填写完毕，可以通过两种方法计算首部检查和的值：
方法一：
手工计算。
首先把“首部校验和”字段置为0；然后，对IP协议头中的每个16比特进行反码求和（整个首部看成是由若干个16比特的字组成），然后取反，结果即为该字段的值。
方法二：
利用协议仿真编辑器计算，其步骤如下：
①首先把该字段置为0；
②在十六进制对照表中找到IP协议头对应的部分（通过点击IP协议的第一个字段和最后一个有效字段来确定范围），并把该部分选中；
③点击鼠标右键，选择弹出菜单中的“计算校验和”；
④将得到的值填入单帧编辑器中首部检查和字段。
5、要发送多个IP数据包，可重复上述步骤，并可在多帧编辑器中设置每一帧的发送次数和发送每帧的时间间隔；
6、工具栏或菜单栏中的“发送”，在弹出菜单上选择“发送”按钮，发送帧序列；
7、控机一端截获数据包并分析。
练习五：
观查分析IP会话状况。
1、在监控机端选择“会话状况”，察看其中的IP会话状况统计结果。
2、捕获大量IP数据包，分析其中的IP会话状况。
步骤为：
（a）切换数据采集器上的按钮，将监控机连接到主控设备上。
（b）以IP协议为过滤条件，显示捕获的IP数据包，分析其中的IP会话状况。
（c）将捕获的IP数据包保存到文件：
实验二.zdt。
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题
1、实验所用仿真机的IP地址是什么？
子网掩码是什么？
该机器属于哪类IP地址？
网络号和子网号、主机名分别是什么？
2、分析地址本中所有的IP地址，说明实验环境中所有机器（除服务器外）的子网划分情况。
3、IP数据包在从源主机出发到达目的主机的过程中，IP首部中的IP源地址和目的地址字段是否发生变化？
4、打开浏览器IE，访问国外某站点，如在地址栏中写入：
（美国的微软主页地址，IP地址为216.65.41.184），并回车。
在监控机一端截获这一过程仿真机发送的数据包,然后进行分析：
（a）所发送数据包的目的IP地址是否为216.65.41.184？
（b）如果不是，是什么？
分析产生这种情况原因。
【实验结论】
实验三IP地址转换协议：
ARP
【实验目的】
1、理解IP地址与MAC地址的对应关系
2、掌握ARP协议的作用和格式
【实验学时】
4学时
【实验类型】
综合型
【实验要求】
1、理解IP地址与MAC地址的对应关系
2、掌握ARP协议的作用
3、掌握ARP协议的工作原理
【实验原理】
1、ARP请求或应答的分组格式
硬件类型
协议类型
硬件长度
协议长度
操作
发送方首部（八位组0-3）
发送方首部（八位组4-5）
发送方IP地址（八位组0-1）
发送方IP地址（八位组2-3）
目标首部（八位组0-1）
目标首部（八位组2-5）
目标IP地址（八位组0-3）
字段说明：
硬件类型字段：
表示硬件地址类型，例如：
1表示以太网。
协议类型字段：
表示要映射的协议类型，例如0x0800表示IP地址，0x0806表示ARP请求或应答。
操作字段：
共有四种操作类型，1表示ARP请求，2表示ARP应答，3表示RARP请求，4表示RARP应答
2、其他原理请参考教材:
第三章IP网络协议及技术
【实验步骤】
注意：
在没有强调在‘监控机’一端操作时，以下操作均是在仿真机上进行的
练习一：
仿真发送ARP请求报文
1、在命令提示符下运行arp–d命令，清空ARP高速缓存
2、编辑并发送ARP请求帧
（1）打开协议仿真编辑器。
（2）填写该帧的“源MAC地址”和“目的MAC地址”字段；
（a）源MAC地址可以为本机的MAC地址，也可以仿真其他主机发送ARP请求报文，此时填写的MAC地址为另一台主机的MAC地址，MAC地址可根据主机名在地址本中获得；
（b）目的MAC地址：
这里要注意分析对于ARP请求来说，目的MAC地址应该是什么？
（3）填写“类型或长度”字段值为：
0806（即：
ARP协议类型值）或者选择细下拉菜单中的“ARP”协议，此时：
（a）协议树上将显示上层协议类型为“APR”，点击左端的“+”将该层协议展开，会看到ARP协议的各个字段
（b）单击协议树上的“ARP”协议或者点击单帧编辑器右下方的“下一步”，在单帧编辑器中会出现ARP层各个字段及其默认值
（4）填写ARP协议头信息：
（a）硬件类型：
（以太网地址）
（b）协议类型：
（要映射的协议地址类型为IP地址类型）
（c）硬件地址长度：
（d）协议地址长度：
（e）操作字段（APR请求为1，ARP应答为2，RARP请求为3，RARP应答为4）
（f）发送方MAC地址：
（g）发送方IP地址：
为所选择源主机的IP地址；
（h）目的MAC地址：
（i）目的IP地址：
为所选择源目的主机的IP地址。
（5）点击工具栏或菜单栏中的“发送”，在弹出菜单上选择“发送”按钮，发送ARP帧；
（6）在监控机一端捕获该报文及ARP响应报文并分析。
3、在命令提示符下运行arp–a命令，检查ARP高速缓存中的内容。
练习二：
运行Ping命令（同一子网内两台机器间的ARP）
1、在命令提示符下运行arp–d命令，清空ARP高速缓存
2、在命令提示符下运行arp–a命令，检查ARP高速缓存
3、从地址本中选择与本机属于同一子网的一主机的IP地址（X.X.X.X）作为Ping命令的参数，然后在命令提示符下运行：
PingX.X.X.X
在监控机一端捕获数据报文并分析:
（a）其中是否有ARP请求及应答报文?
（b）分析各ARP报文：
源、目的mac地址都是什么？
源、目的IP地址都是什么？
（c）为什么产生这样的报文？
4、在命令提示符下运行arp–a命令，检查ARP高速缓存中的内容是否发生变化，分析原因。
练习三：
运行Ping命令（经网关连接的不同子网上的两台机器间的ARP）
1、在命令提示符下运行arp–d命令，清空ARP高速缓存
2、在命令提示符下运行arp–a命令，检查ARP高速缓存
3、从地址本中选择与本机属于不同子网的一主机的IP地址（Y.Y.Y.Y），
然后在命令提示符下运行：
PingY.Y.Y.Y
在监控机一端捕获数据报文并分析:
（a）其中是否有ARP请求及应答报文?
（b）分析各ARP报文：
源、目的以太网地址都是什么？
源、目的IP地址都是什么？
（c）为什么产生这样的报文？
4、在命令提示符下运行arp–a命令，检查ARP高速缓存中的内容是否发生变化，分析原因。
5、比较练习二和练习三两实验中得到的ARP报文，有何不同？
分析产生二者区别的原因是什么？
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题
1、观察实验过程中捕获网络上的多个ARP请求帧，观察这些帧的以太网目的地址是否相同，分析其原因。
2、观察实验过程中捕获网络上的多个ARP应答帧，观察这些帧的以太网目的地址是否相同，分析其原因。
【实验结论】
实验四IP控制管理协议：
ICMP
【实验目的】
1、了解ICMP的格式和响应方式及作用
2、了解常见的网络故障
【实验学时】
4学时
【实验类型】
综合型
【实验要求】
1、理解和掌握ICMP协议的基本作用
2、知道ICMP报文的格式
3、理解ICMP协议与IP协议的封装关系
4、学会根据各种响应信息进行出错分析的方法
5、学会使用ping命令
【实验原理】
请参考教材:
第三章IP网络协议及技术
包括：
ICMP协议；报文格式；报文类型；时间戳请求和应答报文格式；不可达报文格式；ICMP回显请求和应答报文格式等
【实验步骤】
练习一：
仿真发送各种ICMP报文
1、从地址本中选择一台主机，向该主机仿真发送ICMP回显请求报文。
（a）打开协议仿真编辑器。
（b）填写该帧的以太网协议首部：
①“源MAC地址”和“目的MAC地址”字段：
注意:
当选择的目的主机与本机不在同一子网的情况，目的MAC地址该怎样填写
②注意填写“类型或长度”字段值为：
0800（即IP协议的类型值）
（c）填写IP协议头信息：
注意协议字段，即上层协议类型应为1（ICMP协议的类型为1），可手工填写也可选择下拉菜单中的“ICMP”协议；
2、填写ICMP协议头信息：
（a）类型字段值为：
8；
（b）代码字段值为：
0；
（c）标识符：
任选16位二进制数（如0x1234）；
（d）序列号：
任选16位二进制数（如0x5677）；
（e）数据字段：
任选；
（f）校验和：
首先把该字段置为0，接下来计算ICMP首部的校验和。
ICMP协议校验和字段覆盖整个ICMP报文，包括数据部分。
3、击工具栏或菜单栏中的“发送”，在弹出菜单上选择“发送”按钮，发送ICMP报文；
4、在监控机一端截获相应的请求报文及应答报文并分析,注意当源MAC与源IP属于另一台主机的时候，响应报文的情况。
5、从地址本中选择一台主机，向该主机仿真发送ICMP时间戳请求报文。
（a）步骤同上。
注意对于ICMP时间戳请求报文，类型字段值为13，代码字段值为0。
（b）在监控机一端截获相应的请求报文及应答报文并分析。
6、编辑IP数据包并主动引入一些错误：
（a）向目标主机发送一个只有IP头的IP数据包;
（b）向目标主机发送一个数据包，版本号字段填入7；
（c）向目标主机发送一个数据包，协议类型字段填入120；
（d）向目标主机发送一个数据包，填写不正确的IP报头长度；
向另一台主机发送上述数据包；
在监控机一端捕获响应报文并分析。
练习二：
运行ping命令
选择菜单栏中的“工具”，运行下拉菜单中的ping命令
1、从地址本中选择与本机属于同一子网的一主机的主机名或IP地址，作为ping命令的参数；
2、从地址本中选择与本机属于不同子网的一主机的主机名或IP地址，作为ping命令的参数；
对于上述两种情况，在仿真机和监控机端分别进行观察和分析：
在仿真机端观察：
（a）是否收到响应包？
（b）如果收到，观察响应包的个数，并对每个响应包的各信息字段进行分析。
（c）比较两种次实验中TTL字段值是否相同，为什么？
监控机一端捕获数据并分析：
（a）是否捕获到响应包？
（b）如果捕获到，观察并分析每个响应包的ICMP协议头部分。
（c）比较两次实验中监控机一端捕获到的响应包的个数是否相同，为什么？
3、同时打开多个DOS命令提示符窗口，在每个窗口中运行一个ping程序
在监控机一端捕获数据，分析各程序如何识别属于自己的返回信息？
练习三：
运行netstat命令
在Dos环境下运行netstat–s，观察ICMP协议部分，查看本机已经接收和发送的ICMP报文类型及报文个数。
练习四：
运行tracert命令
在命令提示符下运行类似以下的命令：
tracert
tracert
观察运行结果并分析。
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，回答下列问题：
1、根据练习一的实验结果说明：
实验室环境所使用操作系统默认的TTL最大值是多少？
2、运行ping127.0.0.1，再运行ping本机名（或本机IP地址）。
在监控机端是否捕获到相应的ICMP回显请求报文？
为什么？
【实验结论】
实验五UDP数据报的传送
【实验目的】
1、理解UDP协议的工作原理及工作过程
2、了解基本的端口分配
3、理解DNS的工作原理
【实验学时】
4学时
【实验类型】
综合型
升级会员 