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物电学院电子信息工程计算机网络实验报告实验一、以太网帧的构成（4学时），拓扑结构一实验二、网际协议IP（4学时），拓扑结构一实验三、Internet控制报文协议ICMP（2学时），拓扑结构二实验四、域名服务协议DNS（2学时），拓扑结构一实验五、动态主机配置协议DHCP（2学时），拓扑结构一实验六、传输控制协议TCP（4学时），拓扑结构一指导老师：年级班级：学号：姓名：实验一以太网帧的构成一、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。三、网络结构四、实验步骤练习一：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。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：可以填写001F。类型和长度：可以填写001F。控制字段：填写02。2、用户定义数据/数据字段：AAAAAAABBBBBBBCCCCCCCDDDDDDD。3、主机B重新开始捕获数据。4、主机A发送编辑好的LLC帧。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，并分析该帧内容。·记录实验结果。·简述“类型和长度”字段的两种含义。简述：这一字段定义为长度或类型字段。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；另一方面，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”，重做第2、3、4步。练习二：编辑并发送MAC广播帧帧类型发送序号N（S）接受序号N（R）10001、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上停止捕获数据，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。简述：以FFFFFF-FFFFFF作为目的MAC地址时，发送数据的主机所发送数据被所有在此局域网上的主机接收，也就是这个地址代表所有局域网内其他主机的MAC地址，使发送数据主机以广播方式发送数据练习三：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。4、将主机B、D、F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:思考问题本机MAC地址报文源MAC地址报文目的MAC地址是否收到，为什么主机B001E90-8410290050FC-1F080A001E90-8620B2是，主机A与主机B共享一个模块主机D001E90-7FC42B0050FC-1F080A001E90-8620B2是，主机C与主机D共享一个模块主机E0024F56-534F45／／否，E与主机Ａ、Ｃ不共享模块主机F0025FC5-654F23／／否，Ｆ与Ａ、Ｃ不在同一模块1.1．为什么IEEE802标准将数据链路层分割为MAC子层和LLC子层？出于厂商们在商业上的激烈竞争，IEEE的802委员会未能形成一个统一的、最佳的局域网标准，而是被迫制定了几个不同标准，如802.4令牌总线网、802.5令牌环网等。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。2.2．为什么以太网有最短帧长度的要求？传统的以太网是共享性局域网，采用载波侦听多路访问/冲突检测CSMA/CD协议。最小帧长必须大于整个网络的最大时延位（最大时延时间内可以传输的数据位）。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。由于多方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小64bytes最大不能超过1518bytes，对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧，一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。五、实验总结与心得本次试验主要是研究计算机MAC地址，通过实验我明白，计算机不只有IP地址，还有一个固化适配器中的硬件地址，某种意义上它能起到ip地址在网络中类似的作用。实验二网际协议IP一、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（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都存储着一张记录路由信息的表格，称为路由表。它由许多条项目组成。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。路由表按如下顺序匹配：直接交付-特定主机交付-特定网络交付-默认交付。（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（按照前面介绍的“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如图三、实验步骤32位目的IP地址选项（如果有）数据主机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1、主机A启动仿真编辑器，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MAC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：在其他所有字段填充完毕后计算并填充。IP在计算校验和时包括那些内容？【说明】先使用仿真编辑器的“手动计算”校验和，再使用仿真编辑器的“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。IP在计算校验和时包括哪些内容？Ip在计算校验和时只检验数据包部分的首部，但不包括数据部分。这是因为数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算一下首部校验和。不检验数据部分可减少计算的工作量。2、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。3、主机A发送第1步中编辑好的报文。4、主机B、E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，并回答以下问题：第1步中主机A所编辑的报文，经过主机B到达主机E后，报文数据是否发生变化？若发生变化，记录变化的字段，并简述发生变化的原因。报文发生了变化，TTL部分发生了变化因为每经过一个路由器时，就要把ttl减去数据包在路由上所消耗的时间，A直接到E和间接到E其经过路由数目不同，所以TTL会变。5、将第2步中主机A所编辑的报文的“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。8、主机B、E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，并回答以下问题：·主机B、E是否能捕获到主机A所发送的报文？简述产生这种现象的原因。不能，因为生存时间即TTL时间是一定的，而两个路径经过的路由器的数目这是不一定的，每经过一个路由器都要减去相应的时间，若TTL减少到0，则被路由丢弃。练习二：特殊的IP地址1、直接广播地址。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：172.16.0.255。校验和：在其他字段填充完毕后，计算并填充。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MAC地址。源IP地址：A的IP地址。目的IP地址：172.16.0.255。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：172.16.1.2-Any）。主机B、C、D、E、F开始捕获数据。主机A发送这两个数据报。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1BD收到IP数据报2BDEF结合实验结果，简述直接广播地址的作用。2、受限广播地址。主机A编辑一个IP数据报，其中:“目的MAC地址”设置为FFFFFF-FFFFFF。“目的IP地址”设置为255.255.255.255。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，172.16.1.2