计算机网络实验.docx
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计算机网络实验
网络原理实验指导手册
实验1RJ-45接口连线（PacketTracer软件的基本应用）1
实验2：
交换原理、MAC地址表10
实验3Hub与Switch14
1、实验拓扑图：
14
2、实验过程14
3、实验指南15
实验4ARP地址解析协议19
1、实验拓扑图：
19
2、实验过程20
实验1：
观察ARP报文事件20
实验2、ARP与远端网络21
实验3、在实验2的基础上PC0再次pingPC424
实验5IP地址配置26
实验6常用网络命令的使用26
实验1RJ-45接口连线（PacketTracer软件的基本应用）
【实验目的】
熟练使用PacketTracer模拟器软件；
掌握在不同设备上采用不同方式ping和检查MAC表；
【实验内容】
实验拓扑图：
通过集线器网络拓扑了解PT工作界面
关于PacketTracer：
PacketTracer是思科公司开发的协议模拟器，PacketTracer（简写为PT）是一个强有力的、动态演示了在网络中使用的各种各样的协议，不论是在在实时工作模式还是在模拟器工作模式中。
协议包括二层如以太网、PPP，三层如IP、ICMP、ARP，四层如TCP、UDP，路由协议也可以被跟踪演示。
通过本实验练习，你能够熟悉PacketTracer的工作界面，学会使用已经存在的网络拓扑，并构建自己的网络拓扑图。
通过集线器网络拓扑了解PT工作界面
第一步：
运行PacketTracer软件，界面如图1.1所示。
图1.1PT主界面
第二步：
点击主界面左下角的设备区域选择相关设备。
建立如图1.3所示的网络拓扑结构图，一个集线器连接四台PC机。
图1.3网络拓扑结构
第三步，按照表1.1信息给每一台PC配置IP地址以及掩码等信息
表1.1每一台PC配置IP地址以及掩码
PC
IP地址
子网掩码
PC1
192.168.1.11
255.255.255.0
PC2
192.168.1.12
255.255.255.0
PC3
192.168.1.13
255.255.255.0
PC4
192.168.1.14
255.255.255.0
默认情况下，拓扑图在实时模式中打开，在后面的实验过程中，将比较实时模式/模拟器模式之间的不同点。
当选择了“选择”工具后，移动鼠标到一台PC0上，系统自动弹出一个便笺，显示了主机的IP、子网掩码、默认网关和MAC地址。
从PC0发送一个报文给PC1；
Ping/ICMP协议将在后面的实验中详细讨论。
Ping程序直接产生一个IP报文，该IP报文的负载封装了ICMPEchoRequest消息，通常用于测试两台设备2层、三层通信情况。
当执行PING命令时，大多数操作系统将发送4－5个ICMPEcho消息，当目的设备接收到EchoRequest消息之后，将回复一个ICMPEchoReply报文。
在PC0上执行命令：
ping192.168.1.12
注意在PacketTracer中，既可以在PC的命令行中执行命令，也可以通过“AddSimplePDU”工具。
切换到模拟器工作模式：
点击realtime后面的按钮即可
，为了仅仅只观察ping消息，在事件列表中，点击“EditFilter”按钮，清除所有的协议（ShowAll/None），然后再次只需要选择“ICMP”协议即可，如图1.4所示。
图1.4协议的选择方式
切换回实时模式：
鼠标左键单击PC0――点击“Desktop”选项卡如图1.5所示。
图1.5“Desktop”选项卡
点击桌面上的“CommandPrompt”，弹出类似MS-DOS的串口，在PC0的命令行执行“ping192.168.1.12”，如图1.6所示。
图1.6在PC0的命令行中执行命令
在模拟器模式下执行“ping”方法：
点击“Capture/Forward”按钮，可以一步一步观察ping命令执行过程！
从实时模式切换到模拟器模式；点击“EditFilter”按钮，清除所有的协议（ShowAll/None），然后再次只需要选择“ARP、ICMP”协议。
单击右侧快捷工具栏上的
按钮，先点击PC0，然后点击PC1，此时表示PC0给PC1发送报文（先前设定的ICMP报文）。
假设此时PC0的ARP表项为空，那么此时PC0先要发送ARPRequest报文，以建立PC1的ARP表项，如图1.7所示。
图1.7PC0先发送ARPRequest广播报文
点击“Capture/Forward”按钮，可以看到该ARPRequest报文分别到达PC1、PC2、PC3，仅仅PC1回应ARPreply，PC2、PC3将丢弃该报文。
如图1.8所示
图1.8接收到ARPRequest报文之后的主机处理方式
点击“Capture/Forward”按钮，PC1回应ARPReply报文，并且到达HUB，如图1.9所示。
图1.9PC1回应ARPReply报文
点击“Capture/Forward”按钮，该ARPReply被HUB发送到PC0、PC2、PC3，此时PC2、PC3将丢弃该报文。
使用右侧快捷工具
查看PC0的ARP表项，可以发现PC0已经建立了PC1的ARP表项，如图1.10所示
图1.10PC0接收ARPRplay，并建立起PC1的ARP表项
一旦PC0的ARP表项建立起来之后，PC0下一步的工作就是给PC1发送ICMPRequest报文，PC1收到PC0的ICMPRequest报文之后，将回应ICMPReply报文。
在事件列表中，可以看到HUB怎样处理每一个帧的过程（以太网帧、IP包，ICMP消息），所有事件都被罗列在事件列表区中，包括PC1回复PC0的ICMPEchoReply报文，如图1.11所示。
同时注意，集线器将把接收到的报文转发到除接收端口之外的所有端口，这个过程称为“泛洪”。
图1.11HUB对所有报文采取泛洪的方式
注意事项：
从工具栏中选择“AddSimplePDU”工具
点击“Capture/Forward”按钮，可以一步一步观察ping命令执行过程；
注意“AddSimplePDU”工具只是发送一个ICMPEchoRequest报文。
注意集线器将把接收到的报文转发到除接收端口之外的所有端口。
第三步：
使用协议分析器查看帧
若想观察某个报文的详细信息，双击事件列表区中该报文Info列的色块，就可以查看一个具体报文的详细信息，如图1.12所示：
图1.12查看一个报文信息方式
默认情况下，显示的是“OSIModel”：
显示了该帧的一些简练的摘要信息，如图1.13所示：
图1.13帧的OSIModel显示模式
实验2：
交换原理、MAC地址表
【实验目的】
理解交换机的交换原理及数据转发方式。
【实验内容】
第一步：
新建如图所示拓扑结构图；切换到模拟器工作模式，使用查看工具（
）查看交换机的MAC表：
此时MAC表是空的，没有任何表项，如图2.1所示：
图2.1初始化时交换机的MAC地址表没有表项
步骤二：
发送报文并观察MAC表变化
按照图2.2选择过滤，仅仅允许ARP、ICMP协议报文。
（这里应该世模拟器工作模式：
点击realtime后面的按钮即可
）
图2.2设置过滤条件仅允许ICMP、ARP协议报文
从工具栏中选择“AddSimplePDU”工具（
），然后依次点击PC0、PC1，表示PC0pingPC1，但是此时PC0还没有PC1的ARP表项。
ARP协议在ICMP报文之前发送，用于学习目的MAC地址对应的MAC地址，只有学习到目的IP地址对应的MAC地址之后，协议栈才能正确的在IP报文之前封装以太网帧头。
所以此时PC0首先发送一个ARPRequest报文。
点击“Capture/Forward”按钮，可以一步一步观察ping命令执行过程。
PC0发送一个ARPRequest报文给交换机，交换机接收到PC0的ARPRequest报文之后，将依据“基于接收帧的源MAC地址学习”原则，添加一条MAC表项，如图2.3所示：
图2.3PC0的ARPRequest报文到达交换机，交换机学习并建立MAC表项
因为该帧是广播帧，交换机做泛洪处理。
PC2、PC3接收到该帧丢弃帧，如图2.4所示
图2.4交换机泛洪ARPRequest帧，PC2、PC3丢弃该帧
PC1回复ARPReply报文，交换机接收到该帧之后，将学习到PC1的MAC地址，并添加到MAC表，如图2.5所示：
图2.5交换机接收到PC1的ARPReply，并学习到PC1的MAC地址
此时ARPReply帧的源地址是PC1，目的MAC地址是PC0，如图2.6所示。
图2.7PC1回应的ARPReply帧是单播帧
该帧的目的MAC地址=0060.70EC.8310，在交换机中有相应的表项，称该帧为已知单播帧！
交换机将接收到PC1的ARPReply帧从Fa0/1发送出去。
PC0接收到PC1的ARPReply报文，学习到PC1的ARP表项。
如图2.8所示：
图2.8交换机单播转发PC1的ARPReply帧
实验3Hub与Switch
【实验目的】
本实验网络结构是简单的基于HUB、Switch的网络，通过实验学习交换机、集线器对报文的不同处理过程。
【实验内容】
1、实验拓扑图：
2、实验过程
第一步：
添加一台普通HUB和三台普通PC，然后按照实验网络拓扑所示排列设备；
第二步：
添加一台2950-24交换机和三台普通PC，然后按照实验网络拓扑所示排列设备；
第三步：
按照图实验拓扑图所示使用恰当的线缆链接类型将所有设备连接起来（Usetheappropriateconnectiontypeforeachlink.）；
第四步：
按照表1.1配置PC的IP地址
实验10PC规划IP地址
PC
IPAddress
SubnetMask
PC0
192.168.1.1
255.255.255.0
PC1
192.168.1.2
255.255.255.0
PC2
192.168.1.3
255.255.255.0
PC3
192.168.2.1
255.255.255.0
PC4
192.168.2.2
255.255.255.0
PC5
192.168.2.3
255.255.255.0
第五步：
注意观察PacketTracer现实的链路端点颜色正确性，如果连接正确，那么应该是绿色，否则说明连接存在问题。
3、实验指南
设备连接：
PC和HUB连接使用直连线、PC和交换机连接也采用直连线，HUB和交换机连接使用交叉线，正确连接示意图如图3.1所示。
图3.1正确的链接设备
切换到模拟器工作模式，如图3.2所示。
图3.2PacketTracer的模拟器工作模式
集线器转发报文过程：
点击模拟器模式的添加一个简单的报文按钮，然后在设备拓扑图点击PC0，并点击PC1，为了能够清楚看到报文转发的全过程，不建议采用“autocapture/paly”方式，最好选择“Capture/Forward”手工方式一步一步观察集线器对报文的转发。
图1.3演示的是PC1发出的ARP报文到达集线器之后，集线器将该ARP报文传发到了所有端口。
图1.5－图1.13是PC0给PC1发送ping报文的全程图例
图1.3集线器对转发报文实例
交换机对报文的转发过程：
实验4ARP地址解析协议
【实验目的】
理解ARP协议的工作原理
掌握ARP、ICMP处理过程
【实验内容】
1、实验拓扑图：
2、实验过程
实验1：
观察ARP报文事件
第一步：
打开实验文档ARP.pka，切换到模拟器工作模式；
第二步：
点击“AddSimplePDU”按钮，然后依次鼠标左键单击PC0、PC1，标识了报文的源主机是PC0，目的主机是PC1；
第三步：
在事件列表过滤器（EventListFilter）中，仅仅选择ARP、ICMP报文；
第四步：
点击“AutoCapture/Play”按钮，观察ARPRequest报文处理过程。
实验1思考问题
1.当PC0的ARP表中没有PC1的IP/MAC表项时，PC0pingPC1时将首先发送什么报文，如果PC0的ARP表中有PC1的IP/MAC表项，情况又会怎么样？
2.为什么交换机对ARP请求报文进行广播处理？
3.网络中那些设备将接收到ARP请求报文？
4.一个设备接收到ARP请求之后，如何回复ARPReply报文？
5.ARPRequest的目标是否可以是它自身，为什么？
实验1实验指南
1.PC0pingPC1，实际上就是PC0给PC1发送ICMP请求报文。
在PC0发送ICMPRequest的时候，PC0将检查自己的ARP表项中有没有PC1的IP对应的MAC地址，如果有，那么PC0将直接封装以太网帧，如果没有，那么PC0将无法封装以太网帧，首先需要通过发送ARP报文，希望PC1告诉PC0：
“PC1的MAC地址是多少”。
2.ARP请求报文是一个广播报文，根据交换原理，交换机将对广播报文进行泛洪处理；
3.交换机在没有进行Vlan划分的情况下，交换机的所有端口处于一个广播域中，在实验拓扑图中PC0、PC1、PC2、PC3、路由器router0的FastEthernet0/0在一个广播域中，所以PC1、PC2、PC3、路由器router0的FastEthernet0/0都能收到PC0发送的ARPRequest报文。
4.一个设备收到广播报文之后，根据以太网帧头中类型字段“0806”，去掉帧头将Load部分提交给ARP协议栈模块处理。
ARPRequest报文中包含了目的IP地址，请求目的IP地址的主机答复MAC地址。
所以如果主机收到ARP报文中目的IP地址是自己，那么它将负责答复ARP请求者“关于他的MAC地址是”，这个答复就是ARPReply报文。
5.一个ARPRequest报文不会是请求自身的MAC地址。
因为在一个设备CPU协议栈中，总存在自身的CPU协议栈IP、MAC地址，请求的总是同一网段其他设备的MAC。
实验2、ARP与远端网络
重置网络，复位方法参考如图2.1所示。
当然也可以直接关闭当前的PacketTracer软件，当系统提示是否保存时选择“否”，然后再次打开实验文件也可以达到重置实验环境之目的。
等到网络中所有网络连接都呈现绿色时，再次切换到模拟器工作模式；
点击“AddSimplePDU”按钮，然后以PC0作为发送报文的源主机，PC4作为报文的摸的主机；
在事件列表过滤器（EventListFilter）中，仅仅选择ARP、ICMP报文；
点击“AutoCapture/Play”按钮，观察ARPRequest报文处理过程
实验2思考问题
1.当PDU（协议数据单元）在网络中传输过程中，MAC将发生怎样的改变？
2.为什么路由器会发送ARP请求？
实验2实验指南
1.根据交换原理，PDU在跨网段传输时，PDU从一个网段发送到下一个地址时，源MAC地址是发送者自身的MAC地址，目的地址是下一跳地址的MAC地址。
PC0给PC4发送ICMP报文时，PC0在172.16.10.0/24网段，PC4在172.16.11/24网段。
PC0给PC4发送ICMP报文时，帧头的MAC地址变化过程如下：
●PC0首先将ICMPRequest报文发送给router0的FastEthernet0/0，源MAC是PC0自己的MAC地址0090.21C8.BA23，目的MAC是router0的FastEthernet0/0接口MAC地址0006.2a7e.391d；
●路由器将PC0的ICMPRequest报文发送给PC4的时候，源MAC地址是router0的FastEthernet0/1的接口MAC地址00E0.8F68.5653，目的MAC是PC4的MAC地址0001.4251.AA42；
●PC4答复PC0的ICMPReply报文，在传输过程中MAC变化反之亦然。
2.在实验1中我们已经了解到，主机PC0要给某台主机发送ICMPRequest报文，首先检查自己的ARP表中有没有目的主机IP地址对应的MAC地址，这个原则是基于目的主机与源主机在同一个网段；
实验2中，PC0与PC4不在同一个网段，PC0在172.16.10.0/24网段、PC4在172.16.11.0/24网段，这就涉及到PC0与远程网段主机通信机制。
所以PC0需要将PDU首先发送给网段，
本实验中的网关是router0的FastEthernet0/0（IP地=172.16.10.1/24）；
路由器收到PC0的ICMPEcho报文之后，根据目的IP地址172.16..11.2查询路由表，匹配本地直连网段172.16..11.0/24路由表项。
此时查询路由器自身的ARP表，检索是否存在目的IP地址172.16..11.2的MAC地址，如果没有检索到，那么路由器将在目的IP地址172.16..11.0/24网段上发送ARP请求，PC4收到该ARP请求之后将回复路由器MAC，这样路由器就学习到了PC4的MAC地址。
当PC0的下一个ICMPECHO报文到达路由器之后，路由器将依据路由表、ARP表准确将报文传送到PC4；
图2.2PC发送ARPRequest报文解析网关的MAC地址
图2.3路由器接口收到该ARPRequest报文
图2.4PC0发送ICMPEcho报文
图2.5路由器发送ARPRequest报文
图2.6路由器建立了PC4的ARP表项
实验3、在实验2的基础上PC0再次pingPC4
第一步：
在实验2的基础上，依然以PC0作为源主机、PC4作为目的主机，发送一个ICMPECHO报文，如图3.1所示。
图3.1复位实验2的结果，为本实验做本实验
✧在事件列表过滤器（EventListFilter）中，仅仅选择ARP、ICMP报文；
✧点击“AutoCapture/Play”按钮，观察ARPRequest报文处理过程
◆实验3实验指南
实验2中，PC0已学习到网关的MAC地址，所以PC0直接发送ICMPEcho，同时Switch0交换机MAC表存在网关的MAC表项，直接转发给路由器所在端口，如图3.2所示。
图3.2路由器收到PC0的ICMPEcho报文
此时路由器ARP表项已经存在PC4的MAC表项，所以路由器直接更换接收到的ICMPEcho帧头，从Fa0/1接口发送出去，如图3.3所示。
图3.3路由器将ICMPEcho发送到PC4
PC4收到ICMPEcho报文之后，回复ICMPEchoReply过程反之亦然
实验5IP地址配置
【实验目的】
掌握IP地址的基本结构（网络部分与主机部分的区分）
掌握子网掩码的含义
【实验内容】
以3—4个人为一组
1、以三台为例，主机1的ip为172.16.10.10，子网掩码为255.255.0.0；主机2的ip为172.16.10.11，子网掩码为255.255.0.0；主机3的ip为172.16.10.12，子网掩码为255.255.0.0，网关都为空，进行连通性测试。
2、在上述配置的基础上，分别添加网关（随意添加），然后进行连通性测试，通过测试能说明什么问题？
此时这三台计算机能否上网？
3、在内容1的基础上，把各自的网关都设为172.16.250.250，进行连通性测试并访问外网，能否访问外网？
由2和3能得出什么结论？
4、在3的基础上改变主机2和3的IP地址，分别改为172.17.10.11，10.10.10.12，测试连通性，通过1、2、3的连通性测试和本次的连通性的比较能得出什么结论？
5、在1的基础上只改变主机2和3的子网掩码，分别为255.255.255.0，255.255.255.224，进行连通性测试，能说明什么问题？
6、在3的基础上改变主机2的IP地址和子网掩码IP为172.16.250.X，子网掩码为255.255.255.0，三台主机进行连通性测试，并试着上外网。
把默认网关都去掉，再进行连通性测试，并试着上外网？
能得出什么结论？
实验6常用网络命令的使用
【实验目的】
学习常用网络命令的使用方法
【实验重点及难点】
掌握PING命令及arp的使用方法，要理解arp的工作原理
【实验指导】
1、PING
ping的工作原理：
ping的过程实际上就是一个发送icmpecho请求的过程，发送该数据包到被ping的一方，要求对方响应并回答该数据包，对方收到后，当然就老老实实地答复你了，也许大家奇怪，为什么从ping的结果中会得到ip地址，这是因为，对方做出的icmp响应并不能简单地用icmp进行封包就进行传输，而是要经过ip协议进行封装并传输的，学过tcp/ip的人都知道，在ip协议对数据包进行封装的时候，会自动将目的地址和源地址写进包头，这样一来，在回应的信息中我们就可以看到对方的ip地址了。
按照缺省设置，Windows上运行的Ping命令发送4个ICMP（网间控制报文协议）回送请求，每个32字节数据，如果一切正常，你应能得到4个回送应答。
Ping显示TTL（TimeToLive存在时间）值
Ping能够以毫秒为单位显示发送回送请求到返回回送应答之间的时间量。
如果应答时间短，表示数据报不必通过太多的路由器或网络连接速度比较快。
Ping还能显示TTL（TimeToLive存在时间）值，你可以通过TTL值推算一下数据包已经通过了多少个路由器：
源地点TTL起始值（就是比返回TTL略大的一个2的乘方数）-返回时TTL值。
例如，返回TTL值为119，那么可以推算数据报离开源地址的TTL起始值为128，而源地点到目标地点要通过9个路由器网段（128-119）；如果返回TTL值为246，TTL起始值就是256，源地点到目标地点要通过9个路由器网段。
通过Ping检测网络故障
Øping127.0.0.1--这个Pi
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