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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3网络层:
网际协议IP:
该实验类型为验证性实验,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,掌握路由转发的原理。
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4网络层:
Internet控制报文协议ICMP:
该实验类型为验证性实验,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5传输层:
用户数据报协议UDP:
该实验类型为验证性实验,要求学生在理解UDP协议的基础上,理解单播与广播的模式,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。
实验教学效果达到学会应用C语言与WinSock2进行网络程序设计。
实验6传输层:
传输控制协议TCP:
该实验类型为验证性实验,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和TCP重传的过程。
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,学会计算TCP校验和的方法。
实验7网络地址转换NAT:
该实验类型为验证性实验,要求学生理解NAT的转换机制、NAT地址转换表的作用。
实验教学效果达到学会利用Windows2000Server配置NAT网络。
实验8静态路由与路由信息协议RIP:
该实验类型为验证性实验,要求学生掌握路由协议的分类,掌握RIP报文格式、工作原理及工作过程。
实验9综合实验:
该实验类型为综合性实验,要求学生掌握基本的网络结构设计能力,提高网络编程能力,加深学生对基础协议的理解,以及提高综合分析问题的能力。
第二章仿真编辑器使用说明
一.仿真编辑器简介
仿真编辑器主界面如下:
图1仿真编辑器主界面
本系统的初始界面分为五个部分:
多帧编辑区、单帧编辑区、协议模型图、地址本和十六进制显示区。
1.多帧编辑区
具体界面设计如图2所示:
图2多帧编辑区
(1)第一列为帧序号,此序号无其他特殊含义,即为各帧顺序向下的计数号。
点击“+”可展开为多行,相邻两帧发送的时间间隔默认值为1000ms,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、协议类型(在协议类型下拉框中进行选择)。
LLCLLCUnnumbered/LLCInformation/LLCSupervisor,DSAP,Ctrl。
ARP请求:
标明请求的源IP和目的IP。
ARP应答:
标明应答主机IP和MAC地址的对应情况。
IP源IP、目的IP、IP总长度、协议类型(在协议类型下拉框中进行选择),(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帧序列的最后位置上。
2.单帧编辑区
界面如图所示:
图3单帧编辑区
单帧编辑区分为帧编辑区和提示区两部分,其中帧编辑区可以对协议属性进行编辑,提示区可以根据选中的协议属性给出相应的提示,便于学生了解各属性的含义或范围。
3.协议模型图
在协议模型图中,以图形化模型显示该协议的封装层次,并与单帧编辑区对应的协议层相互联动,当前选中为TCP层时,协议模型图如图4所示:
图4协议模型
4.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。
如图5所示:
图5地址本
5.十六进制显示区
十六进制显示区与单帧编辑区是联动的,以绿色做为标识,右键可进行计算校验和、拷贝字符串、拷贝16进制、计算数据长度等操作。
如图所示:
图6十六进制对照
6.仿真编辑器菜单栏
菜单栏包括“文件”、“编辑”、“操作”、“设置”、“视图”、“工具”、“帮助”七项。
(1)文件菜单:
图7文件菜单
新建文件:
建立一个新文件。
打开文件:
打开原有的文件。
保存文件:
保存被选中的帧。
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:
图8编辑菜单
新建帧:
在帧序列的末尾新建一个帧。
插入帧:
在当前帧之前插入一个帧。
删除当前帧:
删除当前正在编辑的帧。
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板中。
复制选中帧:
将所有选中的帧复制到剪贴板中。
粘贴帧:
将剪贴板中的帧粘贴到当前位置。
(3)操作菜单:
图9操作菜单
全部选中:
选中当前所有帧。
反向选择:
对当前被选中的帧进行反向选择。
取消选择:
取消当前选中的帧。
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:
发送多帧编辑区中所有帧。
发送选中帧:
发送多帧编辑区中被选中的帧。
定制发送:
自定义发送。
在确认是否修改IP标识号、是否修改源IP地址,并重新计算修改校验和后,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:
图10设置菜单
适配器选择:
机器有两个以上适配器时,选择用来发送数据帧的适配器。
主机扫描设置:
设置网络中主机扫描的范围。
端口扫描设置:
对要进行扫描的主机端口进行添加、删除、修改、复位等设置,并可以将自定义的端口信息进行导出和导入。
本机信息设置:
选择本地的MAC、IP地址,作为默认的MAC、IP地址,在新建数据包时采用。
协议颜色设置:
可以定义不同协议的显示颜色。
(5)视图菜单:
图11视图菜单
网络验证视图:
进入验证网络拓扑结构正确性的主界面。
协议编辑视图:
进入数据帧仿真编辑的主界面。
TCP连接视图:
支持多种应用层协议,并给出协议对应的命令字及提示。
SNMP连接视图:
学习SNMP协议的工具。
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12工具菜单
命令行:
弹出Windows命令行窗口。
计算器:
弹出Windows计算器。
组播工具:
打开组播工具对话框,利用该工具加入多播组。
UDP工具:
打开UDP工具对话框,利用该工具可模拟UDP数据传输过程。
TCP屏蔽:
●启动屏蔽:
使本机拒绝接收对方发送的TCP协议数据包,即将TCP协议数据屏蔽掉;
●停止屏蔽:
停止对TCP的屏蔽设置,使本机能够接收TCP协议数据包。
二.应用实例
本系统为学生提供若干实例,学生可以载入这些实例,重新编辑后进行发送。
下面通过一个例子来进一步说明本系统的功能与使用方法。
1.编辑MAC层
(1)源MAC地址和目的MAC地址可以在地址本中进行查找,双击后自动添加,这样可以保证填写的MAC地址在网络中真实存在,保证了模拟的真实性。
(2)在上层协议中选择IP协议。
学生可以根据下拉列表框中的项目选择此帧的上层协议,也可以直接填写,系统会根据填写的内容进行字符匹配判断,自动选择上层协议。
(3)编辑MAC层的界面如下图所示:
图13编辑MAC层的界面
2.编辑IP层
(1)学生选择IP协议后,单帧编辑区和协议模型图会相应地显示出IP层,如图14。
(2)协议模型图中以红色线条显示当前被选中的IP层。
(3)单帧编辑区显示IP层需要填写的各种属性。
(4)十六进制显示区显示学生填写的属性的十六进制值。
图14编辑IP层的界面
【说明】IP层涉及到“校验和”的计算,系统提供了自动计算和手动计算两种方式。
“自动计算”可以直接得出结果,自动填入;
“手动计算”的具体计算方法如下:
由于单帧编辑区与十六进制显示区为联动的关系,学生可以点击单帧编辑区的某个属性(其变为蓝色),这时十六进制显示区与之相对应的十六进制代码变为绿色,学生可以根据这一方法找到“校验和”在十六进制显示区的位置,然后选中此段代码点击鼠标右键,在弹出的对话框中选择“计算校验和”,学生可以将这个值回填到单帧编辑区IP层的“校验和”属性中。
在计算“校验和”前一定要将该字段清零。
3.编辑TCP层
(1)与前两层相同,单帧编辑区和协议模型图进行相应的刷新后,学生就可以填写其相应的属性值了。
(2)在每一层,学生均可以填写“自定义数据”这一选项,但是一旦填写了这一项,就意味着这个单帧已经编辑完毕,并且按照其填写的数据发送出去。
(3)TCP的上层协议是通过端口来判断的。
学生填写不同的端口,上层协议类型会不同。
第三章协议分析器使用说明
协议分析器负责捕获网络上的各种数据帧,分析其中包含的各层协议,提供辅助教学功能。
主要有两个功能模块:
会话分析和协议解析。
进入协议分析器,单击“开始捕获”按钮,进行数据捕获。
刷新显示后,在会话分析和协议解析视图显示对数据的分析。
1.会话分析
会话分析功能将捕获到的常用协议的数据帧加入会话列表,并且有会话次序和数据传输方向的图示,使学生能够直观的看出一次完整的会话过程。
图15会话分析界面
会话分析功能主要用于有完整会话过程的协议,例如:
ARP、ICMP、HTTP、DNS、SMTP、POP3等。
会话列表包含有通信双方的IP地址、端口号、会话类别。
通过一次完整会话的分析,使学生加深对协议原理的理解。
2.协议解析
协议解析界面显示如图所示:
图16协议解析界面
该窗口主要有三个显示区:
概要解码显示区、详细解码区和原始数据显示区,原始数据显示区包括十六进制数据显示和字符显示两种状态。
学生可以从详细协议解码显示中获得非常详细的解释和说明,并且不同栏目的数据和解释可以按照学生的选择实现动态跟踪显示,方便学生对数据的分析。
定义过滤条件,可保存成过滤器配置。
当应用程序重新启动时,不加载上一次保存的过滤器配置,只能使用默认的过滤器。
过滤器可以实现网络地址、数据模式和协议过滤三种过滤方式。
●网络地址过滤
网络地址过滤中可以使用IP地址、MAC地址。
填写网络地址,中间的编辑框表示数据方向,在这里可以选择需要过滤地址数据的传输方向,“站点1”中填写传输的一端地址,“站点2”中填写传输的另一端地址,如果不填写“站点2”,系统则缺省设为“Any”,表示过滤站点1到任意地址的数据。
图17网络地址过滤设置
●数据模式过滤:
图18数据模式过滤
数据模式过滤,是针对十六进制数据而言的。
起始位置指的是十六进制数据中的第几个字节,数据长度是指从起始位置算起共有多少个字节。
下面的文本框中要输入过滤的十六进制内容,长度要与填入的“数据长度”一致。
点击“确定”按钮之后,加入的过滤条件会生效,在数据捕获时会将符合条件的内容过滤出来。
●协议过滤
协议过滤可以针对具体某个协议进行设置,如果针对该协议有封装类型复选框,则需要进行选择,如不做选择,过滤设置无效。
按钮主要功能:
“操作”:
可以新建、删除、重命名过滤器。
“加载”:
调入以前保存的扩展名为“.flt”的过滤器文件。
“另存为”:
将新设置的过滤器存储为扩展名为“.flt”的文件。
图19协议过滤设置
在过滤器“操作”中点击“新建”按钮,在“过滤器名称”中输入过滤条件名称,然后进行过滤条件设置。
也可以通过“删除”,“重命名”按钮对学生自定义的过滤条件进行删除、重命名等操作。
但不能对“缺省过滤条件”(即“默认”)进行这样的操作。
在定义过滤器窗口中,单击“另存为”按钮可保存该过滤条件,通过“加载”按钮可打开保存过的过滤条件,方便学生的使用。
第四章计算机网络实验—基本实验
以太网帧的构成
【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
【实验学时】
建议4学时
【实验环境配置】
该实验采用网络结构一
【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。
【实验步骤】
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
000
●简述“类型和长度”字段的两种含义。
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:
FFFFFF-FFFFFF。
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。
练习三:
领略真实的MAC帧
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。
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
收不到
【思考问题】
1.为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC子层和LLC子层?
2.为什么以太网有最短帧长度的要求?
地址转换协议ARP
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
建议2学时
该实验采用网络结构二
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
主机B启动静态路由服务(方法1:
在命令行方式下:
开始-运行-cmd,输入“staticroute_config”。
方法2:
控制面板-管理工具-服务-RoutingandRemoteAccess,改为手动或自动,应用、启动)。
按照拓扑结构图连接网络(由指导教师完成),小组(A-F6人)按要求确定IP分配方案,使用拓扑验证检查连接的正确性。
IP分配要求:
如下图所示(以第一组为例),主机B实现路由器功能,主机B两个网卡分配两个网络的IP(172.16.11.1和172.16.12.1),A、B(网卡1)、C、D划入一个网络,B(网卡2)、E、F划入另外一个网络。
建议IP分配时设计实现172.16.11.0和172.16.12.0两个网络。
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。
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:
设置为FFFFFF-FFFFFF。
设置为主机E的MAC地址。
0806。
ARP层:
发送端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。
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?
●ARP地址解析在跨越子网的通信中所起到的作用?
1.ARP分组的长度是固定的吗?
试加以解释。
2.试解释为什么ARP高速缓存每存入一个项目就要设置10-20分钟的超时计时器。
这个时间设置得太大或太小会出现什么问题?
3.至少举出两种不需要发送ARP请求分组的情况。
实验3网络层:
网际协议IP
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
该实验采用网络结构二.
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
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