计算机网络协议仿真实验指导书.docx
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计算机网络协议仿真实验指导书
计算机网络协议仿真
实验指导书
【实验概述】
计算机网络协议仿真教学系统结合高校计算机网络课程的实际情况,将计算机网络课程的理论知识通过软件来实现,让学生在实践的过程中更深入地掌握计算机网络课程的基础理论知识。
本系统能够使学生清楚的理解和掌握网络的内部结构和协议,通过编辑各种协议的数据包深入学习计算机网络的内部原理,同时也可以很好的辅助网络编程的调试。
计算机网络协议仿真教学系统作为一门独立的课程体系,以实验为主,强调学生的主动性和设计性,能够拓宽学生的思路,达到真正的教学互动。
1.原理说明
计算机网络协议仿真教学系统是由中软吉大公司研制开发的。
其硬件系统由主控中心平台设备及数据采集器构成,负责网络数据采集工作;软件由协议仿真编辑器、协议分析器和其他工具软件构成。
仿真编辑器可以模拟TCP/IP协议族中多种协议的数据包;协议分析器可以捕获仿真编辑器发送的数据包,并将常用协议的通讯过程以会话图解的形式直观展示出来;工具软件包括TCP客户端、SNMP工具等辅助教学的专用软件。
2.原理图
3.使用说明
1)主控设备
主控设备由以下四部分组成:
板卡1、板卡2、板卡3、主控机架。
主控设备为网络协议仿真教学实验提供各种应用服务和网络连接。
板卡1的功能:
为局域网提供各种服务如DNS、DHCP、WINS、TELNET、IIS、SNMP、SMTP、POP3等服务,其中安装的操作系统为Windows2000Server(初始化用户名:
administrator密码:
jlcssadmin)或RedhatLinux9.0(初始化用户名:
root密码:
jlcssadmin),IP地址为193.169.1.2、10.0.0.1、192.168.0.1,域名为netedu.edu。
板卡2的功能:
采用国内先进的技术,专为网络仿真教学系统研制而成,具有数据交换和转发、MAC地址学习等功能。
板卡3的功能:
采用国内先进技术,专为网络协议仿真教学系统定制,可实现数据在设备中的共享和广播方式传输。
2)数据采集器
数据采集器功能:
在网络实验教学中,借助数据采集器实现网络连接,通过对数据采集器的开关调节实现小组实验和大组实验的隔离。
所有的实验内容和过程均被控制在预定范围之内,从而避免试验小组之间相互影响。
3)服务器配置说明
主控设备的板卡1安装有Windows2000Server系统或RedhatLinux9.0系统,本设备中默认启动HTTP、SMTP、DNS、DHCP、WINS、TELNET、FTP、SNMP、POP3等服务。
网络协议仿真教学系统
下面为服务默认设置情况:
HTTP服务默认启动,使用80端口
SMTP服务默认启动,使用25端口
(1)SMTP帐户:
***************密码:
demo
(2)SMTP帐户:
***************密码:
temp
(3)SMTP帐户:
******************密码:
example
TELNET服务默认启动,使用23端口
TELNET帐户:
user密码:
无
FTP服务默认启动
FTP帐户:
anonymous(匿名)密码:
无
DNS服务默认启动
DNS默认IP:
193.169.1.2
DHCP服务默认启动
DHCP默认IP:
193.169.1.2
DHCP起始IP:
193.169.1.3
DHCP结束IP:
193.169.1.253
WINS服务默认启动
4.电源管理
1)开启设备
(1)开启主控设备时,请按下本设备后侧左下角电源总开关,板卡2、板卡3即被启动;
(2)在保证主控设备电源连通的情况,按下板卡1前面板的启动按钮,板卡1即被开启,等待约7~8分钟,系统加载成功,即可正常使用。
2)关闭设备
使用远程管理软件(Windows2000Server默认启动远程客户端服务、RedHatLinux9.0默认启动SSH服务)远程控制板卡1,实现系统正常关机,最后关闭主控设备后侧左下角电源总开关。
5.设备连接图
网络协议仿真教学系统
【实验环境】
每个实验都要求有以下实验环境:
1、仿真端:
运行网络协议仿真编辑器软件。
2、监测端:
运行网络协议分析器软件。
3、可以连接Internet的多子网环境。
4、服务器一台,装有FTP、TELNET、MAIL、DNS、DHCP、SNMP等服务。
5、VC程序开发环境(MicrosoftVisualc++集成开发环境)。
6、VB程序开发环境(MicrosoftVisualVB集成开发环境)。
【实验内容】
计算机网络协议仿真及分析实验共分11个实验,每个实验3学时,要求学生能够独立完成每个实验及编写实验报告。
通过一系列实验操作使学生能对TCP/IP协议有一个更深刻的了解。
实验教学内容按照验证型和综合型二个层次,共设置了十一个实验项目。
实验1以太网数据帧的构成:
该实验类型为验证型实验,要求学生在了解仿真教学系统平台的基础上,学会使用数据包编辑器编辑以太网帧,学会观察并分析地址本中的MAC地址,学会分析以太网帧的MAC首部。
实验教学效果达到理解MAC地址的作用与MAC首部中的LLC―PDU长度及类型字段。
实验2IP地址分类与IP数据包组成:
该实验类型为综合型实验,要求学生学会分类IP地址,掌握IP数据报的格式、长度以及各字段的功能。
实验教学效果达到学会利用子网掩码确定IP地址的网络号、子网号和主机号,学会分析给定数据包的IP首部信息,学会手工计算IP校验和的方法。
实验3地址解析协议—ARP:
该实验类型为综合型实验,要求学生在理解IP地址与MAC地址的对应关系的基础上,掌握ARP协议的作用与工作原理。
实验教学效果达到利用ARP协议的工作原理,设计类似ARP协议程序。
学会在局域网中查找MAC地址。
实验4互联网控制报文协议—ICMP:
该实验类型为综合型实验,要求学生理解和掌握ICMP协议的基本作用与报文格式,理解ICMP协议与IP协议的封装关系。
实验教学效果达到能根据各种响应信息进行出错分析。
实验5UDP用户数据报协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生在理解UDP协议的基础上,学会UDP“校验和”的计算方法,理解UDP协议各字段的作用及工作原理。
实验6TCP传输控制协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生理解TCP首部中各字段的含义及作用,理解三次握手的过程。
实验教学效果达到分析TCP协议的建立连接、会话和断开连接的全过程,学会设计TCP校验和的方法。
实验7TCP与UDP端口扫描:
该实验类型为验证型实验,要求学生掌握常用的TCP和UDP端口扫描的原理极其各种手段,增加学生的网络安全意识。
实验8TELNET和FTP协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生理解TELNET和FTP协议的工作原理。
了解他们的网络安全性和具体使用方法。
实验9DNS域名服务协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生学习DNS协议的格式,理解DNS协议工作原理。
实验10SMTP和POP3协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生理解POP3协议、SMTP协议及作用。
学习POP3、SMTP协议命令的使用方法。
实验11SNMP协议与网络管理:
该实验类型为验证型实验,要求学生理解SNMP协议的作用与格式,了解SNMP与UDP的关系。
实验教学效果达到了解MIB、基本的MIB变量,了解ASN.1的编码标准。
实验12HTTP协议:
该实验类型为综合型实验,要求学生学习HTTP协议的格式,理解HTTP协议与TCP协议的关系,理解HTTP协议的无连接、无状态特性。
【网络协议仿真编辑器的使用说明】
一、网络协议仿真编辑器简介
启动网络协议仿真编辑器,进入协议编辑视图,如图1-1所示。
整个界面分为标题栏、菜单栏、工具栏、显示区以及状态栏。
其中显示区又分为多帧编辑区(显示当前正在编辑的由多帧组成的帧序列)、单帧编辑区(显示当前正在编辑的具体某个帧的协议树、字段描述)、协议模型显示区(由低到高显示当前帧的协议层次)、主机端口扫描显示区和十六进制显示区。
图1-1协议仿真编辑器的主界面
显示区分为多帧编辑区、单帧编辑区、协议模型图、地址本、十六进制对照表。
1、多帧编辑器
多帧编辑器的界面设计如图1-2所示。
①第一列为帧的序号,此序号无其他特殊含义,即为各个帧顺序向下的计数号码。
点击“+”可展开为多行,相邻两帧发送的时间间隔默认值为1000,如果点击展开的为第一帧,则为发送延迟时间。
发送次数默认为1次。
②第二列为帧的概要信息:
MAC源地址、目的地址、下层协议(如果在协议类型中选择了下拉框中的协议)
LLCLLCUnnumbered/LLCInformation/LLCSuperisor,DSAP,Ctrl
ARP请求:
whohas172.16.0.1tell172.16.0.34
ARP应答:
172.16.0.34isat0000E8-2215D2
IP源IP、目的IP、IP总长度、下层协议(如果在协议类型中选择了已有的协议),(如果分片或偏移量≠0)Flagment偏移量:
偏移量+(总长度-首部长度-1)
TCP源端口、目的端口、TCP类型(SYN,FIN,ACK,RST)、序号、ACK确认序号和窗口大小。
UDP源端口、目的端口。
③具体帧的位置排序,可以手工自由拖动。
拖动的单帧将插入到当前要插入的单帧上方;如果想将一个单帧拖动到最后的位置,则需要点击这个单帧将它拖动到“End”位置上。
图1-2多帧编辑器
2、单帧编辑器
单帧编辑器的界面设计如图1-3所示。
①第一行标题栏显示当前协议的名称。
②第一列为可展开形式,具体针对一些上层协议,尤其是包含子属性的协议,点击“+”可展开相应的子属性对话栏,显示其子属性。
但是并不是所有的都含有可展开对话栏,没有子属性的项则没有。
③第二列为针对此协议用户应填写的各个属性字段名称。
④第三列是针对第二列各个属性字段的相应信息,分为两种形式:
(1)直接写入式:
双击后直接写入数值。
(2)下拉菜单式:
选择下拉列表框中的某一项,也可手动填写。
⑤上一步:
返回上一层协议进行编辑,协议树也相应地后退。
⑥下一步:
前进至下一层协议进行编辑,协议树也相应地前进。
⑦双击data后,会弹出数据编辑框,用户可以根据需要自行编辑。
如果用户已选择好下一层协议,然后点击data进行编辑,那么下一层协议将被看作data。
图1-3单帧编辑器
3、协议模型图
协议模型的界面设计如图1-4所示。
图1-4协议模型图
界面初始化后只显示MAC层,如果用户点击此层,这时在右侧的单帧编辑器中将显示应该填写的MAC层的相应属性,用户进行编辑,当填写到有关上层协议的关键字时,下拉列表框会提示可以选择的下层协议,在其下拉列表中选中一个并点击“下一步”后,协议树会针对用户选择的下层协议进行相应的刷新,按照用户选择的上层协议类型显示;也可以由用户自行输入该字段的值。
如果该值能够标识已有协议,协议树会做相应的显示;如果不能标识已有协议则作为用户自定义的协议类型。
点击协议树中的协议名,在单帧编辑器中就会有该协议的相应属性,并且在十六进制显示区中会用绿色覆盖该协议所包含的字节。
界面直观,便于用户修改。
4、地址本
地址本的界面设计如图1-5所示。
图1-5地址本
地址本包括两项功能:
主机扫描和端口扫描。
点击
主机扫描按钮,系统在当前网络内进行主机扫描,并在地址本中列出扫描到的所有主机。
选中一台主机后,可以点击
端口扫描按钮,对该主机进行TCP端口扫描。
地址本的主机扫描结果分为三列:
IP地址、MAC地址和主机名。
每台主机的端口扫描结果也分为三列:
端口号、端口类型和服务名称。
主机扫描:
扫描系统所在网段的所有主机。
停止主机扫描:
停止当前主机扫描,仅在正在扫描主机时有效。
端口扫描:
选中一台主机,扫描它所占用的端口。
当扫描结束后,在被扫描主机的IP地址前出现一个“+”号,点击后,会列出此主机所占用端口。
停止端口扫描:
停止当前端口扫描,仅在正在扫描端口时有效。
进度条:
显示扫描主机或者扫描端口的进度。
5、十六进制对照
十六进制对照界面设计如图1-6所示。
图1-6十六进制对照
①按照用户的操作实时刷新显示用户编辑帧的十六进制数值;
②十六进制显示区具有拷贝功能,用户可以根据需要对选中的部分进行拷贝;
③校验和的计算在也是此处完成的。
具体计算方法如下:
按住Ctrl键,将多个需要计算的十六进制位选中(可能为连续的几个十六位代码,也可能为不连续),点击右键,选择计算“校验和”。
6、菜单栏
菜单栏包括“文件”、“编辑”、“操作”、“设置”、“视图”、“工具”、“帮助”七项,如图1-7所示。
图1-7仿真编辑器菜单栏
(1)文件菜单:
如图1-8所示:
图1-8文件菜单
新建文件:
新建立一个文件
打开文件:
打开原有的文件
保存文件:
保存当前编辑的文件
保存选中帧:
对选中的帧进行保存
退出:
退出仿真编辑器
(2)编辑菜单:
如下图所示:
图1-9编辑菜单
新建帧:
在帧序列的末尾新建一个(MAC、ARP、IP、ICMP、IGMP、TCP、UDP)帧。
插入帧:
在当前帧之前插入一个(MAC、ARP、IP、ICMP、IGMP、TCP、UDP)帧。
删除当前帧:
删除当前编辑的帧。
删除选中帧:
删除所有选中的帧。
复制当前帧:
将当前帧复制到剪贴版中。
复制选中帧:
将所有选中的帧复制到剪贴版中。
粘贴帧:
对已经复制的帧进行粘贴,当没有复制帧时,该命令置灰。
(3)操作菜单:
如下图所示:
图1-10操作菜单
全部选中:
对当前所有帧进行选中。
反向选择:
对当前选中的帧进行反向选择。
取消选择:
对当前选中的帧进行取消选择。
设置时间间隔:
对全部帧或选中帧设置发送时间间隔。
发送全部帧:
对多帧编辑器中的所有帧进行发送。
发送选中帧:
对多帧编辑器选中的帧进行发送。
定制发送:
自定义发送。
在确认是否修改IP标示号、是否修改源IP地址并重新计算并修改校验和后,设置发送时间间隔和发送次数,定制发送当前数据帧。
取消发送:
停止发送帧。
(4)设置菜单:
如下图所示:
图1-11设置菜单
适配器选择:
在机器有两个以上适配器时,选择用来发送帧的适配器。
主机扫描设置:
设置网络扫描范围。
其中:
起始地址:
扫描主机范围的开始地址。
结束地址:
扫描主机范围的结束地址。
添加:
将设置完成的网络扫描范围添加到地址列表中。
修改:
选中地址列表中要修改的项,在详细信息中修改其起始地址或结束地址,然后点击[修改]按钮,完成修改。
删除:
选中地址列表中要删除的项,点击[删除]按钮,该项便从地址列表中被删除。
【说明】设置完成的网络扫描范围可以永久保存。
端口扫描设置:
设置选中主机的端口扫描范围。
在扫描端口列表中,系统会缺省列出常用的端口号和服务名称。
其中:
添加:
将新设置的端口号和服务名添加到扫描端口列表中。
修改:
选中扫描端口列表中要修改的项,在添加新端口中修改其端口号或服务名,然后点击[修改]按钮,完成修改。
删除:
选中扫描端口列表中要删除的项,点击[删除]按钮,该项便从扫描端口列表中删除。
复位:
恢复系统缺省设置,取消所有曾做过的添加、修改、删除操作。
导出:
将自定义的端口信息保存成xml文件。
导入:
将已经保存的xml端口信息文件载入到系统中。
【说明】设置完成的端口列表不能永久保存。
当下次重启系统后,端口列表设置被恢复到缺省状态。
本机信息设置:
选择本地的MAC、IP地址,在新建数据帧时作为默认的源MAC、IP地址。
该设置将被系统永久保存。
协议颜色设置:
从颜色选择块或自定义颜色板中自定义协议颜色。
(5)视图菜单:
协议编辑视图:
切换到协议编辑视图,其前面的
表示当前系统正在显示的视图。
TCP连接视图:
切换到TCP连接视图。
SNMP连接视图:
切换到SNMP连接视图。
工具栏—标准工具栏:
显示或隐藏标准工具栏。
向导工具栏:
显示或隐藏向导工具栏。
状态栏:
显示或隐藏状态栏。
(6)工具菜单
图1-12
命令行:
打开Windows命令行窗口。
计算器:
运行Windows计算器。
组播工具:
打开组播工具对话框,界面如图所示:
图1-13
在“信息显示”框中,显示当前发送的组播信息或组成员的加入退出信息。
在“发送信息”框中,填写本机要发送的文本信息。
在“组播设置”框中,包括以下各项:
加入组播的本机IP:
从下拉列表中选择,缺省为本机IP地址。
组播地址:
手动输入组播地址,缺省为224.0.0.8。
组播端口:
手动输入组播端口,缺省为3500。
成员名称:
手动输入本机作为组播成员的名称,缺省为jlcss。
以上信息输入完成后,点击<应用设置>按钮,则该设置生效;然后点击<加入组播>按钮,本机作为组播成员就可以正常发送信息了。
如图所示:
图1-14
点击<断开连接>按钮离开该组,点击<退出>按钮退出组播工具。
UDP工具:
打开UDP工具对话框,界面如图所示:
图1-15
系统缺省显示客户端设置,即设置本机为客户端,连接某个服务器的目的端口。
目标机器:
输入服务端的IP地址,缺省为127.0.0.1;
目的端口:
输入连接服务端的目的端口,必须和服务端设置的目的端口一致。
缺省为2513;
确定了目标机器和目的端口后,就可以在“数据”输入框中输入信息,点击<发送>按钮进行发送了。
系统可以进行服务端的设置,点击“服务端”单选按钮,如图所示:
图1-16
可以在“端口”输入框中输入接收数据的端口(缺省为2513),点击<创建>按钮,将本机创建为服务端,可以从输入的端口接收数据。
如图所示:
图1-17
TCP过滤—启动过滤:
使本机收不到TCP数据包,即将TCP协议数据过滤掉;
停止过滤:
相对于启动过滤而言,使本机能够再接收TCP协议数据。
7.工具栏
工具栏包括操作工具栏和向导工具栏两部分,如图所示:
图1-18
操作工具栏:
新建文件。
打开文件。
保存(下拉列表包括默认选中的保存文件、保存选中帧)。
复制帧(下拉列表包括默认选中的复制当前帧和复制选中帧)。
粘贴帧。
删除帧(下拉列表包括默认选中的删除当前帧、删除选中帧)。
设置时间间隔。
发送(下拉列表包括默认选中的发送全部帧、发送选中帧、取消发送)。
向导工具栏:
MAC、IP、ARP、ICMP、IGMP、TCP、UDP:
功能同编辑菜单中的新建帧。
二、应用实例
实例:
在多帧编辑区界面中插入一个单帧,编辑到应用层的SMTP协议,设置发送时间间隔,发送出去。
协议编辑视图的界面
图2-1
在多帧编辑区中,鼠标选中的是第4帧,所以对应的单帧编辑区、协议模型图以及十六进制对照表中,显示的都是该帧的相关信息。
插入一个单帧
选中帧序列中的第1帧,点击右键,在弹出的快捷菜单中选择“插入帧”->“TCP”,这样就在第1帧的前面插入了一个新的TCP帧,或者点击向导工具栏新建帧“TCP”按钮,在帧序列的末尾新建一TCP帧,同时系统的主界面将进行相应的刷新。
图2-2
单帧编辑区
1、编辑MAC层
单帧编辑区中填写的各项属性值:
1、目的MAC地址:
填写接收端的MAC地址;
2、源MAC地址:
填写发送端的MAC地址;
3、类型或长度字段:
选择IP协议
4、自定义数据:
不需要填写。
点选IP协议后,系统会自动刷新界面,在MAC层下方出现IP层协议,这样就完成了MAC层的编辑工作,进入IP层的编辑。
【说明】
●MAC地址可以在地址本中进行查找,双击直接添入或利用复制粘贴功能,这样可以保证填写的MAC地址在网络中真实存在,尽量保证模拟数据的真实性。
●在单帧编辑区的“类型或长度字段”项,用户可以根据下拉列表框中的项目进行选择,也可以直接填写0800,系统会根据填写的数值判断承载的是哪种协议。
图2-3
注意:
●多帧编辑区的蓝色高亮帧即为目前用户正在编辑的帧(第1帧);
●单帧编辑区第一行显示区表示MAC层,“类型或长度字段”值显示为0800,0800表示承载的为IP协议(如0806表示承载的为ARP协议)。
●单帧编辑区蓝色高亮显示项与十六进制显示区绿色高亮显示项相对应的。
2、编辑IP层
当用户点选IP协议后,系统会自动刷新界面,在MAC层下方出现IP层协议,就可以对IP层协议进行编辑了。
各种属性的填写方法如下:
1、版本号和首部长度:
使用系统默认值,不需要更改
(受约束条件限定,4表示为IPV4,普通IP数据报字段值是5)
2、服务类型TOS:
使用系统默认值,不需要更改
(3位优先级已经不使用,4位服务质量均为0表示常规,1位保留位目前没有使用)
3、总长度:
这个16位字段定义以字节为单位计的数据报总长度,首部长度加上数据长度就等于总长度
4、标识号:
可以使用默认值,也可以随意更改。
(唯一标识主机发送的每一份数据报)
5、标志和偏移量:
使用系统默认值即可。
(第一位保留位;第二位不可分片,这一位置数值为1;第三位是还有更多分片,这一位置数值为0;最后是分片的偏移量字段,置0;)
6、生存时间:
指定数据报的生存时间,使用系统默认值128即可。
7、高层协议类型:
在下拉列表中选择TCP协议,或者填写数值6。
(1—ICMP协议,2—IGMP协议,6—TCP协议,17—UDP协议,89—OSPF协议)
8、首部校验和:
即差错检测方法,可以参照提示区的文字说明部分进行计算。
9、源IP地址:
填写发送端的IP地址。
10、目的IP地址:
填写接收端的IP地址。
11、IP选项:
可以进行追加块的操作。
12、自定义数据:
不需要填写。
注意:
1、这里涉及到某个属性的子属性的概念,例如图中的“标志和偏移量”一项,各子属性在系统界面中缩进显示,而且子属性值也可以填写,但偏移量为不可填写状态。
2、十六进制对照表中的数据是随着属性的改变而改变的。
3、校验和的计算方法:
●当点击自动计算校验和[A]按钮后,系统会自动计算出校验和,用户按[是]钮后就会将结果直接添入到校验和字段中。
图2-4
●当点击手动计算校验和[M]按钮后,出现手动计算校验和对话框,用户可以按照帮助中的说明文字进行校验和的计算,将计算得到的校验和手动输入或利用复制粘贴功能添入到校验和字段中。
图2-5
●在十六进制对照表中,选中IP首部字段后,单击鼠标右键,会弹出右键快捷菜单,点击计算校验和后,系统会自动计算出校验和数值,用户需记住该数值,并手动添加到校验和字段中。
图2-6
图2-7
3、编辑TCP层
当用户点选TCP协议后,系统会自动刷新界面,在IP层下方出现TCP层协议,就可以对TCP层协议进行编辑了。
图2-8
各种属性的填写方法如下:
1、源端口:
可以填写超过1024以上的非熟知端口,系统默认值1030即可,此处的最大值为65535,一般不使用最大值。
2、目的端口:
在下拉列表框中选择SMTP,或手工填写25
(20—FTPData,21—FTPControl,23—Telnet,25—SMTP,80—HTTP,110—POP3,161—SNMP,162—SNMP)。
3、序列号:
可以随意填写一个数值,序号是TCP给每个报文段指派的一个序号,每个报文段的序号就是这个报文段中的第一个字节
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