1、计算机协议系统实验指导书实验一 以太网链路层帧格式分析【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. 掌握协议编辑器和协议分析器的使用方法6. 掌握协议栈发送和接收以太网数据帧的过程【实验环境】该实验采用网络结构一【实验步骤】练习1 领略真实的MAC帧各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。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、B所在组为例，其它组的操作参考主机A
2、、B所在组的操作。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A ping 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2 理解MAC地址的作用本练习将主机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、B为例，其它组的操作参考主机A、B的操作。1. 主机B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A ping 主机B。3. 主机B停止捕获数据，在捕获的数据中查找主机A所发送的ICMP数据帧，并分析该帧
3、内容。 记录实验结果练习3 编辑并发送MAC广播帧本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 主机E启动协议编辑器。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461500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。练习4 编辑并发送LLC帧本练习将主机A
4、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、B所在组为例，其它组的操作参考主机A、B所在组的操作。1. 主机A启动协议编辑器，并编写一个LLC帧。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：001F控制字段：填写02注回车后变成0200，该帧变为信息帧，控制字段的长度变为2字节用户定义数据/数据字段：AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDD注长度为27个字节2. 主机B启动协议分析器并开始捕获数据。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。
5、 记录实验结果帧类型发送序号N（S）接受序号N（R）5. 将第1步中主机A已编辑好的数据帧修改为“无编号帧”(前两个比特位为1)，用户定义数据/数据字段修改为AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDDD注长度为28个字节，重做第2、3、4步。思考问题：1. MAC地址应用于TCP/IP协议模型的哪一层？2. 如何区分以太网的两种标准帧格式？3. 主机A、B、C、D、F是否可以收到主机E的广播帧？4. 说明MAC广播帧的范围？5. 如何编辑LLC无编号帧和LLC数据帧。6. 在协议分析端捕获到该帧，帧的长度是多少？由此理解以太网的最短帧长度。7. 为什么IEEE802标准将数据链路层
6、分割为MAC子层和LLC子层？8. 为什么以太网有最短帧长度的要求？实验二 网络层协议分析【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. 掌握IP数据报的报文格式4. 掌握子网掩码和路由转发5. 理解IP分片过程6. 理解IP路由表作用以及IP路由表的管理7. 掌握ICMP协议的报文格式8. 理解不同类型ICMP报文的具体意义【实验环境】该实验采用网络结构二【实验步骤】练习1 领略真实的ARP（同一子网）各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。 本练习将
7、主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 主机A、B、C、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（提取ARP、ICMP）。2. 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。3. 主机A ping 主机D（172.16.1.4）。 主机B ping 主机C（172.16.1.3）。 主机E ping 主机F（172.16.0.3）。4. 主机A、B、C、D、E、F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。练习2 编辑并发送ARP报文（同一子网）本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验
8、。1. 在主机E上启动协议编辑器，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：0806ARP层：发送端硬件地址：设置为主机E的MAC地址发送端逻辑地址：设置为主机E的IP地址（172.16.0.2）目的端硬件地址：设置为000000-000000目的端逻辑地址：设置为主机F的IP地址（172.16.0.3）2. 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（提取ARP协议）。3. 主机B、E、F在命令行下运行“arp -d”命令，清空ARP高速缓存。主机E发送
9、已编辑好的ARP报文。4. 主机A、B、C、D、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3 编辑并发送IP数据报各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 主机B在命令行方式下输入staticroute_config命令，开启静态路由服务。2. 主机A启动协议编辑器，编辑一个IP数据报，其中：MAC层：目的MAC地址：主机B的MAC地址（对应于172.16.1.1接口的MAC）。源MAC地址：主机A的M
10、AC地址。协议类型或数据长度：0800。IP层：总长度：IP层长度。生存时间：128。源IP地址：主机A的IP地址（172.16.1.2）。目的IP地址：主机E的IP地址（172.16.0.2）。校验和：在其它所有字段填充完毕后计算并填充。自定义字段：数据：填入大于1字节的用户数据。说明先使用协议编辑器的“手动计算”校验和，再使用协议编辑器的“自动计算”校验和，将两次计算结果相比较，若结果不一致，则重新计算。3. 在主机B（两块网卡分别打开两个捕获窗口）、E上启动协议分析器，设置过滤条件（提取IP协议），开始捕获数据。4. 主机A发送第1步中编辑好的报文。5. 将第1步中主机A所编辑的报文的“
11、生存时间”设置为1，重新计算校验和。6. 主机B、E重新开始捕获数据。7. 主机A发送第5步中编辑好的报文。练习4 特殊的IP地址本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。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：172.16.1.255。自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。校验和：在其它字段填充完毕后，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172.16.1.1接口的MAC）。源MAC地址：A的M
12、AC地址。源IP地址：A的IP地址。目的IP地址：172.16.0.255。自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。校验和：在其它字段填充完毕后，计算并填充。（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172.16.1.2接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：172.16.1.2Any）。（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。 记录实验结果主机号收到IP数据报1收到IP数据报22. 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
13、-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。自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。校验和：在其它字段填充完毕后，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172.16.1.2接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：172.16.1.2Any）。（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。 记录实验结果主机号收到主机A发送的IP数据报未收到主机A发送的IP数据报3. 环回地址（1）
14、 主机E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E ping 127.0.0.1。（3） 主机E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？练习5 IP数据报分片本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 在主机B上使用“实验平台上工具栏中的MTU工具” 设置以太网端口的MTU为800字节（两个端口都设置）。2. 主机A、B、E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)。3. 在主机A上，执行命令ping -l 1000 172.16.0.2。4. 主机A、B、E停止
15、捕获数据。在主机E上重新定义过滤条件（取一个ICMP数据包，按照其IP层的标识字段设置过滤）。 将ICMP报文分片信息填入下表，分析表格内容，理解分片的过程。字段名称分片序号1分片序号2分片序号3“标识”字段值“还有分片”字段值“分片偏移量”字段值传输的数据量5. 主机E恢复默认过滤器。主机A、B、E重新开始捕获数据。6. 在主机A上，执行命令ping -l 2000 172.16.0.2。7. 主机A、B、E停止捕获数据。察看主机A、E捕获到的数据，比较两者的差异，体会两次分片过程。8. 主机B上使用“实验平台上工具栏中的MTU工具”恢复以太网端口的MTU为1500字节。练习6 子网掩码的作
16、用本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 所有主机取消网关。2. 主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.192，主机B（172.16.1.1）、D、F设置子网掩码为255.255.255.224。3. 主机A ping 主机B（172.16.1.1），主机C ping 主机D（172.16.1.4），主机E ping 主机F（172.16.0.3）。 记录实验结果是否ping 通主机A-主机B主机C-主机D主机E-主机F4. 主机B在命令行方式下输入recover_config命令，停止静态路由服务。5. 所有主机恢复到网络结构二的配置。练习7 运行Ping命令
17、各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。实验开始前主机B首先执行命令“staticroute_config”启动静态路由。 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A ping主机E（172.16.0.2）。主机C ping 主机F（172.16.0.3）。练习8 ICMP差错报文本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 目的端不可达（1） 主机A、B
18、、C、D、E、F启动协议分析器捕获数据，并设置过滤条件（提取ICMP）。（2） 主机A、C、D、E、F ping 172.16.2.10（不存在的IP地址）。（3） 主机A、B、C、D、E、F停止捕获数据。察看捕获到的数据，并回答以下问题：2. 超时（1） 主机A、C、D分别启动协议编辑器，编写一个发送给主机F（172.16.0.3）的ICMP数据帧。其中：MAC层：目的MAC地址：主机B的MAC地址（172.16.1.1接口的MAC）。源MAC地址：本机的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。生存时间（TTL）：0。高层协议类型：1。校验和：在
19、其它字段填充完毕后，计算并填充。源IP地址：本机的IP地址。目的IP地址：F的IP地址。ICMP层：类型：8。代码字段：0。校验和：在ICMP其它字段填充完毕后，计算并填充。其它字段使用默认值。（2） 主机E、F分别启动协议编辑器，编写一个发送给主机D（172.16.1.4）的ICMP数据帧。其中：MAC层：目的MAC地址：主机B的MAC地址（172.16.0.1接口的MAC）。源MAC地址：本机的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：在其它字段填充完毕后，计算并填充。源IP地址：本机的IP地址。目的IP地址
20、：D的IP地址。ICMP层：类型：8。代码字段：0。校验和：在ICMP其它字段填充完毕后，计算并填充。其它字段使用默认值。（3） 主机B启动协议分析器，网卡b1(172.16.1.1)、网卡b2（172.16.0.1）分别捕获数据，并设置过滤条件（提取ICMP协议）。（4） 主机A、C、D、E、F各自发送已编辑好的数据帧。（5） 主机B停止捕获数据，察看并分析捕获到的数据。（6） 主机B在命令行方式下输入recover_config命令，停止静态路由服务。思考问题：1. 哪些主机收到了ARP请求包，哪个主机给出了ARP响应包？2. 主机A、C、D是否收到ARP请求包，为什么？3. 受限广播地址
21、和直接广播地址的区别？4. IP数据报中的首部校验和并不检验数据报中的数据，这样做的最大好处是什么？缺点是什么？5. 为什么要设置TTL字段？6. 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？7. 为什么要限制由失效的ICMP差错报文再产生一个ICMP报文？8. 主机A向主机B发送数据报，主机B从未收到该数据报，而主机A也从未收到出问题的通知。试给出可能发生情况的两种不同解释。实验三 传输层协议分析【实验目的】1. 掌握UDP协议的报文格式3. 理解UDP协议的优缺点4. 掌握TCP协议的报文格式5. 掌握TCP连接的建立和释放过程6. 掌握
22、TCP数据传输中编号与确认的过程7. 掌握TCP协议校验和的计算方法8. 理解TCP重传机制【实验环境】该实验采用网络结构一【实验步骤】练习1 编辑并发送UDP数据报各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。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、B所在组为例，其它组的操作参考主机A、B所在组的操作。1. 主机A打开协议编辑器，编辑发送给主机B的UDP数据报。MAC层：目的MAC地址：接收方MAC地址源MAC地址：发送方MAC地址协议类型或数据
23、长度：0800，即IP协议IP层：总长度：包括IP层、UDP层和数据长度高层协议类型：17，即UDP协议首部校验和：其它所有字段填充完毕后填充此字段源IP地址：发送方IP地址目的IP地址：接收方IP地址UDP层：源端口：1030目的端口：大于1024的端口号有效负载长度：UDP层及其上层协议长度其它字段默认，计算校验和。2. 在主机B上启动协议分析器捕获数据，并设置过滤条件（提取UDP协议）。3. 主机A发送已编辑好的数据报。4. 主机B停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报。练习2 UDP单播通信本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 主机B、C、D、E、F
24、上启动实验平台工具栏中的UDP工具”，作为服务器端，监听端口设置为2483，“创建”成功。2. 主机C、E上启动协议分析器开始捕获数据，并设置过滤条件（提取UDP协议）。3. 主机A上启动“实验平台工具栏中的UDP工具”，作为客户端，以主机C的IP为目的IP地址，以2483为端口，填写数据并发送。4. 察看主机B、C、D、E、F上的“UDP工具”接收的信息。 哪台主机上的“UDP工具”能够接收到主机A发送的UDP报文？5. 察看主机C协议分析器上的UDP报文，并回答以下问题： UDP是基于连接的协议吗？阐述此特性的优缺点。 UDP报文交互中含有确认报文吗？阐述此特性的优缺点。6. 主机A上使用
25、协议编辑器向主机E发送UDP报文，其中：目的MAC地址：E的MAC地址目的IP地址：主机E的IP地址目的端口：2483校验和：0有效负载长度：UDP层及其上层协议长度首部校验和：其它所有字段填充完毕后填充此字段总长度：包括IP层、UDP层和数据长度发送此报文，并回答以下问题： 主机E上的UDP通信程序是否接收到此数据包？UDP是否可以使用0作为校验和进行通信？7. 主机B、C、D、E、F关闭服务端，主机A关闭客户端。练习3 UDP广播通信本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。1. 主机B、C、D、E、F上启动实验平台工具栏中的“UDP工具”，作为服务器端，监听端口设为2483。2
26、. 主机B、C、D、E、F启动协议分析器捕获数据，并设置过滤条件（提取UDP协议）。3. 主机A上启动UDP工具，作为客户端，以255.255.255.255为目的地址，以2483为端口，填写数据并发送。4. 察看主机B、C、D、E、F上的“UDP工具”接收的信息。练习4 察看TCP连接的建立和释放各主机打开工具区的“拓扑验证工具”，选择相应的网络结构，配置网卡后，进行拓扑验证，如果通过拓扑验证，关闭工具继续进行实验，如果没有通过，请检查网络连接。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、B为例，其它组的操作参考主机A、B的操作。 1. 主机B启动协议分
27、析器捕获数据，并设置过滤条件（提取TCP协议）。2. 主机A启动TCP工具连接主机B。（1）主机A启动实验平台工具栏中的“地址本工具”。点击主机扫描按钮获取组内主机信息，选中主机B点击端口扫描按钮获取主机B的TCP端口列表。 （2）主机A启动实验平台工具栏中的“TCP工具”。选中“客户端”单选框，在“地址”文本框中填入主机B的IP地址，在“端口”文本框中填入主机B的一个TCP端口，点击连接按钮进行连接。3. 察看主机B捕获的数据，填写下表。字段名称报文1报文2报文3序列号确认号ACKSYN TCP连接建立时，前两个报文的首部都有一个“最大字段长度”字段，它的值是多少？作用是什么？结合IEEE8
28、02.3协议规定的以太网最大帧长度分析此数据是怎样得出的。4. 主机A断开与主机B的TCP连接。5. 察看主机B捕获的数据，填写下表。字段名称报文4报文5报文6报文7序列号确认号ACKFIN练习5 利用协议编辑器编辑并发送TCP数据包本练习每台主机为一组。现仅以主机A所在组为例，其他组的操作参考主机A所在组的操作。在本实验中由于TCP连接有超时时间的限制，故协议编辑器和协议分析器的两位同学要默契配合，某些步骤（如计算TCP校验和）要求熟练、迅速。为了实现TCP三次握手过程的仿真，发送第一个连接请求帧之前，编辑端主机应该使用TCP屏蔽功能来防止系统干扰（否则计算机系统的网络会对该请求帧的应答帧发
29、出拒绝响应）。通过手工编辑TCP数据包实验，要求理解实现TCP连接建立、数据传输以及断开连接的全过程。在编辑过程中注意体会TCP首部中的序列号和标志位的作用。首先选择服务器主机上的一个进程作服务器进程，并向该服务器进程发送一个建立连接请求报文，对应答的确认报文和断开连接的报文也编辑发送。其步骤如下：1. 启动协议分析器捕获数据，设置过滤条件（提取HTTP协议）。2. 启动协议编辑器，在界面初始状态下，程序会自动新建一个单帧，可以利用协议编辑器打开时默认的以太网帧进行编辑。3. 填写该帧的以太网协议首部，其中：源MAC地址：主机A的MAC地址目的MAC地址：服务器的MAC地址协议类型或数据长度：
30、0800（IP协议）4. 填写IP协议头信息，其中：高层协议类型：6（上层协议为TCP）总长度：40（IP首部 + TCP首部）源IP地址：主机A的IP地址目的IP地址：服务器的IP地址（默认为172.16.0.253）其它字段任意。应用前面学到的知识计算IP首部校验和。5. 填写TCP协议信息，其中：源端口：任意大于1024的数，不要使用下拉列表中的端口目的端口：80（HTTP协议）序列号：选择一个序号ISN（假设1942589885），以后的数据都根据它来填写确认号：0首部长度：50（长度20字节）标志位：02（标志SYN=1）窗口大小：任意紧急指针：0使用协议编辑器的“手动计算”方法计算校验和；再使用协议编辑器的“自动计算”方法计算校验和。将两次计算结果相比较，若结果不
