计算机网络实验报告F机要点.docx
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计算机网络实验报告F机要点
计算机网络实验报告
（2014--2015年度第二学期）
实验名称：
计算机网络实验_____
院系：
控制与计算机工程学院____
班级：
软件1201班____
学生姓名：
主机F学号：
成绩：
指导教师：
设计周数：
1周_
2012年6月
实验1数据链路层：
以太网帧的构成
一、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.掌握仿真编辑器和协议分析器的使用方法
二、实验环境配置：
该实验采用网络结构一
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。
三、实验原理
一.两种不同的MAC帧格式
常用的以太网MAC帧格式有两种标准：
一种是DIXEthernetV2标准，另一种是IEEE的802.3标准。
目前MAC帧最常用的是以太网V2的格式。
下图画出了这两种不同的MAC帧格式。
二.MAC层的硬件地址
1.在局域网中，硬件地址又称物理地址或MAC地址，它是数据帧在MAC层传输的一个非
常重要的标识符。
2.网卡从网络上收到一个MAC帧后，首先检查其MAC地址，如果是发往本站的帧就收下；否则就将此帧丢弃。
这里“发往本站的帧”包括以下三种帧：
●单播（unicast）帧（一对一），即一个站点发送给另一个站点的帧。
●广播（broadcast）帧（一对全体），即发送给所有站点的帧（全1地址）。
●多播（multicast）帧（一对多），即发送给一部分站点的帧。
四、实验方法与步骤:
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。
本实验使用开机后默认IP实现，无需更改。
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（选择MAC帧，协议类型和数据长度填写001F）。
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：
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，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）
LLC
1
4
●简述“类型和长度”字段的两种含义。
答：
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”（将控制字段修改为03），重做第2、3、4步。
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。
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。
3.将主机B的过滤器恢复为默认状态。
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。
●记录实验结果
本机MAC地址
源MAC地址
目的MAC地址
是否收到，为什么
主机B
主机D
主机E
主机F
00-E0-4C-33-C0-D0
00:
E0:
4C:
01:
3F:
56
00:
E0:
4C:
01:
3F:
56
否，与A、C在不同共享模块
六、讨论与结论
1．为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC子层和LLC子层？
答：
为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，802委员会就将局域网的数据链路层拆成两个子层，即逻辑链路控制LLC子层和媒体接入控制MAC子层。
与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层与传输媒体无关，不管采用何种协议的局域网对LLC子层来说都是透明的。
2．为什么以太网有最短帧长度的要求？
答：
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。
实验2网络层：
地址转换协议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
【实验环境配置】
该实验采用网络结构二
【实验原理】
一.使用IP协议的以太网中ARP报文格式
字段说明：
硬件类型：
表示硬件类型，例如：
1表示以太网。
协议类型：
表示要映射的协议类型，例如0x0800表示IP地址。
硬件长度：
指明硬件地址长度，单位是字节，MAC是48位，长度是6个字节。
协议长度：
高层协议地址的长度，对于IP地址，长度是4个字节。
操作字段：
共有二种操作类型，1表示ARP请求，2表示ARP应答。
发送方MAC：
6个字节的发送方MAC地址。
发送方IP：
4个字节的发送方IP地址。
目的MAC：
6个字节的目的MAC地址。
目的IP：
4个字节的目的IP地址。
二.ARP地址解析过程
【实验步骤】
练习一：
领略真实的ARP（同一子网）
1.主机A、B、C、D、E、F在命令行下运行“arp-a”命令，察看ARP高速缓存表，并回答以下问题：
ARP高速缓存表由哪几项组成？
2.主机A、B、C、D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）。
3.主机A、B、C、D在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。
4.主机Aping主机D。
5.主机A、B、C、D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。
●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：
源主机在发送IP报文时，先检查高速缓存，若找到目的主机IP地址对应的MAC地址，则开始发送报文，若没有，则发送一个带有ARP报文的以太网广播帧询问，在收到目的主机返回的ARP响应报文后更新高速缓存再发送IP报文。
练习二：
编辑并发送ARP报文（同一子网）
1.在主机E上启动仿真编辑器，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MAC地址：
设置为主机E的MAC地址。
发送端IP地址：
设置为主机E的IP地址。
目的端MAC地址：
设置为000000-000000。
目的端IP地址：
设置为主机F的IP地址。
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E、B、F在命令行下运行“arp-d”命令，清空ARP高速缓存。
4.主机E发送已编辑好的ARP报文。
5.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。
练习三：
跨路由地址解析（不同子网）
1.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。
2.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）。
3.主机Aping主机E。
4.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，由于ARP请求是以广播的方式进行而广播报文不能跨越子网因此单一ARP请求报文不能够跨越子网进行地址解析。
●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。
实验3网络层：
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
【实验环境配置】
该实验采用网络结构二.
【实验原理】
一.IP报文格式
IP数据报是由IP首部加数据组成的，IP首部的最大长度不超过60字节。
IP数据报文格式如下图所示:
4位版本
4位首部长度
8位服务类型
16位总长度（字节数）
16位标识
3位标志
13位片偏移
8位生存时间
8位协议类型
16位首部检验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
选项（如果有）
数据
二.IP分片
链路层具有最大传输单元（MTU）这个特性，它限制了数据帧的最大长度。
不同的网络类型都有一个上限值。
以太网通常是1500字节。
如果IP层有数据包要传输，而数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片操作，使每一片长度都小于MTU。
IP首部中“16位标识”、“3位标志”和“13位片偏移”包含了分片和重组所需的信息。
另外，当数据被分片后，每个片的“16位总长度”值要改为该片的长度值。
三.IP路由表
大部分网络层设备（包括PC机、三层交换机、路由器等）都存储着一张记录路由信息的表格，称为路由表。
一张路由表由许多表项组成。
网络层设备收到数据报后，根据其目的IP地址查找路由表确定数据报传输的最佳路径（下一跳）。
然后利用网络层的协议重新封装数据报，利用下层提供的服务把数据报转发出去。
路由表的项目一般含有五个基本字段：
目的地址、网络掩码、下一跳地址、接口、度量。
路由表匹配顺序如下：
●直接交付：
路由表项的“目的地址”字段是交付主机的本网络地址。
●特定主机交付：
路由表项的“目的地址”字段是某台特定主机的IP地址。
●特定网络交付：
路由表项的“目的地址”字段是另一个网络的地址。
●默认交付：
路由表项的“目的地址”字段是一个默认路由器（默认网关）。
四.路由选择过程
路由选择模块从IP处理模块接收到IP分组后，使用该分组的目的IP地址同路由表中的每一个项目按特定的顺序（路由表匹配顺序）查找匹配项，当找到第一个匹配项后就不再继续寻找了，这样就完成了路由选择过程。
匹配路由表项的方法是将IP地址与路由表中的一个项目的“子网掩码”进行按位“与”操作，然后判断运算结果是否等于该项目的“目的地址”，如果等于，则匹配成功，否则，匹配失败。
路由选择模块的工作过程：
【实验步骤】
主机B启动静态路由服务（方法：
在命令行方式下，输入“staticroute_config”）。
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：
编辑并发送IP数据报
本机未参与
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：
172.16.14.255。
校验和：
在其他字段填充完毕后，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172.16.14.1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：
172.16.44.255。
校验和：
在其他字段填充完毕后，计算并填充。
给子网B广播
（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172.16.14.1接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：
172.16.14.1<->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。
主机号
收到IP数据报1
BCDEF
收到IP数据报2
B
●结合实验结果，简述直接广播地址的作用。
答：
直接广播地址的作用是限制在同一网络的都能收到报文。
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。
路由器不转发本网广播
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172.16.14.1接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：
172.16.14.1<->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。
主机号
收到主机A发送的IP数据报
BCD
未收到主机A发送的IP数据报
EF
●结合实验结果，简述受限广播地址的作用。
答：
受限广播地址的作用是用于主机配置过程中IP数据报的目的地址。
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，在本机环回，分组永远离不开机器，这个分组就简单返回。
练习三：
IP数据报分片
本机不参与
练习四：
子网掩码与路由转发
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（172.16.14.1）、D、F设置子网掩码为255.255.255.240。
3.主机Aping主机B（172.16.14.1），主机Cping主机D（172.16.14.4），主机Eping主机F（172.16.44.3）。
●记录实验结果
是否ping通
主机A----主机B
是
主机C----主机D
是
主机E----主机F
是
●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：
主机号小于15时处在同一个子网内。
思考题
1．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。
2．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：
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。
实验4网络层：
Internet控制报文协议ICMP
【实验目的】
1.掌握ICMP协议的报文格式
2.理解不同类型ICMP报文的具体意义
3.了解常见的网络故障
【实验环境配置】
该实验采用网络结构二.
【实验原理】
目的不可达报文
类型：
3
代码：
0至15
检验和
未使用（全0）
收到的IP数据报的一部分，包括IP首部以及数据报数据的前8个字节
源端抑制报文
类型：
4
代码：
0
检验和
未使用（全0）
收到的IP数据报的一部分，包括IP首部以及数据报数据的前8个字节
超时报文
类型：
11
代码：
0或1
检验和
未使用（全0）
收到的IP数据报的一部分，包括IP首部以及数据报数据的前8个字节
参数问题
类型：
12
代码：
0或1
检验和
指针
未使用（全0）
收到的IP数据报的一部分，包括IP首部以及数据报数据的前8个字节
改变路由
类型：
5
代码：
0到3
检验和
目标路由器IP地址
收到的IP数据报的一部分，包括IP首部以及数据报数据的前8个字节
回送请求和回答
类型：
8或0
代码：
0
检验和
标识符
序号
由请求报文发送；由回答报文重复
时间戳请求和回答
类型：
13或14
代码：
0
检验和
标识符
序号
原始时间戳
接收时间戳
发送时间戳
地址掩码请求和回答
类型：
17或18
代码：
0
检验和
标识符
序号
地址掩码
路由询问和通告
类型：
10
代码：
0
检验和
标识符
序号
类型：
9
代码：
0
检验和
地址数
地址项目长度
寿命
路由器地址1
优先级1
路由器地址2
优先级2
...
【实验步骤】
主机B启动静态路由服务（方法：
在命令行方式下，输入“staticroute_config”）。
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：
运行Ping命令
1.主机B、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ICMP协议）。
2.主机Aping主机E（172.16.12.2）。
3.主机B、E、F停止捕获数据，察看捕获到的数据，并回答以下问题：
●捕获的报文对应的“类型”和“代码”字段分别是什么？
答：
捕获报文对应的“类型”分别为8，EchoRequest回送请求报文和0，Ech0Reply回送应答报文，代码字段为0
●分析报文中的哪些字段保证了回送请求报文和回送应答报文的一一对应？
答：
报文中的Identifier字段同为1280和字段Sequencenumber为8960保证了回送请求报文和回送应答报文一一对应。
练习二：
ICMP查询报文
本机未参与
练习三：
ICMP差错报文
1.目的端不可达
（1）主机B、C、E、F启动协议分析器捕获数据，并设置过滤条件（提取ICMP）。
（2）在主机A上ping172.16.2.10（不存在的IP）。
（3）主机B、C、E、F停止捕获数据。
察看捕获到的数据，并回答以下问题：
●捕获到的是哪一种目的端不可达报文？
答：
0，回显应答
注：
ICMP不可达代码值
码值
描述
0
网络不可达
1
主机不可达
2
协议不可达
3
端口不可达
4
需要分片但DF置位
5
源寻址失败
6
目的网络未知
7
目的主机未知
8
源主机被隔离
9
与信宿网络的通信被禁止
10
与信宿主机的通信被禁止
11
对请求的服务类型，网络不可达
12
对请求的服务类型，主机不可达
2.超时
（1）在主机D上启动仿真编辑器，编写一个发送给主机E（172.16.12.2）的ICMP数据帧。
其中：
MAC层：
目的MAC地址：
主机B的MAC地址（对应于172.16.11.1接口的MAC）。
源MAC地址：
D的MAC地址。
协议类型或数据长度：
0800。
IP层：
总长度：
包含IP层和ICMP层长度。
TTL：
0。
高层协议类型：
1。
校验和：
在其他字段填充完毕后，计算并填充。
源IP地址：
D的IP地址。
目的IP地址：
E的IP地址。
ICMP层：
类型：
8。
代码字段：
0。
校验和：
在ICMP其他字段填充完毕后，计算并填充。
其他字段使用默认值。
（1）主机B、E、F启动协议分析器捕获数据，并设置过滤条件（提取ICMP协议）。
（2）主机D发送已编辑好的数据帧。
（3）主机B、E、F停止捕获数据，察看并分析捕获到的数据。
（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。
实验5传输层：
用户数据报协议UDP
一、实验目的：
1.掌握UDP协议的报文格式
2.掌握UDP协议校验和的计算方法
3.理解UDP协议的优缺点
二、实验环境配置：
该实验采用网络结构一
三、实验原理
一.UDP报文格式
每个UDP报文称为一个用户数据报（UserDatagram）。
用户数据报分为两个部分：
UDP首部和UDP数据区。
01631（比特）
源端口
目的端口
报文长度
校验和
数据
…
二.UDP单播与广播
在UDP单播通讯模式下，客户端和服务端之间建立一个单独的数据通道。
从一台服务端传送出的数据包只能由一个客户端接收。
众所周知，UDP协议是不可靠的，数据包可能在传输过程中丢失、重复、没有按照发送顺序到达，而且作为UDP数据包，其大小还受限于数据包的最大上限。
在UDP广播通讯模式下，一个单独的数据包拷贝发送给网络上所有主机。
当不能明确具体的服务器，而又要求该服务时，UDP广播提供了传输不区分种类的消息的便捷方式。
在多数情况下UDP广播仅仅作为本地网络通信形式。
受限的广播地址是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网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。
在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。
已知网络主机的IP地址和子网掩码，可以算出指向主机所在子网的广播：
子网广播地址=（主机IP）“或”（子网掩码取反）。
三.UDP校验和的计算
下图给出了一个计算UDP校验和的例子。
这里假定用户数据报的长度是15字节，因此要添加一个全0的字节。
四、实验方法与步骤:
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：
编辑
升级会员 