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计算机网络课程设计报告 1 目目 录录 一 一 课程的目的课程的目的和和任务任务 3 二 二 课程的基本内容课程的基本内容和和要求要求 3 2 1实验理论实验理论 3 2 2实验内容实验内容 3 1 常用网络命常用网络命令令 3 2 交换机与路由器交换机与路由器 17 3 网络编程网络编程 30 三 三 课程设计总课程设计总结结体会体会 36 计算机网络课程设计报告 1 一 一 课程的目的和任务课程的目的和任务 本课程要求学生在 计算机网络原理 理论学习基础上 验证和加深对计 算机网络概念的理解 通过本课程的实践 培养学生独立思考 综合分析和动 手实践的能力 通过本课程的学习 达到如下目标 1 理解计算机网络体系结构和工作原理 掌握常用的网络命令 能够对 命令的功能进行解释 分析命令执行结果 得到合理有效结论 2 掌握 Packet Tracer 软件的操作方法 能够使用该软件模拟组网 配置 交换机 路由器 能够按照实验方案实施仿真实验 采集和整理数据 3 具备网络编程能力 能够设计抓包程序获取数据包 结合相关协议对 数据包各个字段的含义进行分析 处理和解释 获取有效结论 二 二 课程的基本内容和要求课程的基本内容和要求 2 1 实验理论实验理论 1 常用网络命令的工作原理及协议 2 ARP 的原理 3 ICMP 协议及原理 4 telnet 远程登录的原理 5 IP 报文格式及路由转发 6 以太网 CSMA CD 协议原理 7 透明网桥 以太网交换机 8 虚拟局域网 VLAN 9 路由器的作用 静态路由 动态路由 10 IP 报文格式及 IP 协议 11 Socket 网络编程 2 2 实验内容实验内容 1 常用网络命令常用网络命令 要求在 Windows 环境下掌握 ipconfig ping netstat tracert arp telnet 进行网络状 态监测 跟踪的方法 计算机网络课程设计报告 2 a ipconfig ipconfig的功能 的功能 可用于显示本机所有当前的 TCP IP 配置的设置值 刷新动态主机配置协议 DHCP 以及域名系统设置 DNS 1 不带参数的不带参数的 ipconfig 该命令用于查看适配器的 IP 地址子网掩码等属性 图中可以看到以太网适配器 IP 地址 10 136 6 220 其子网掩码 255 255 240 0 2 带参数的带参数的 ipconfig 1 ipconfig all 该命令用于查看适配器的 IP 地址 子网掩码等属性 较不带参数的 ipconfig 多了显示 MAC 地址 下图可以看到各个组件的物理地址 与 ipconfig 相比较更为详细 计算机网络课程设计报告 3 2 ipconfig renew 即重新获取 IP 地址 计算机网络课程设计报告 4 3 ipconfig release 该命令用于释放即归还所有适配器的 IP 地址 与不带参数的 ipconfig 相 比较 以太网适配器 即网卡的的 IP 地址没有显示 说明已被释放 计算机网络课程设计报告 5 b ping ping命令的作用命令的作用 用于检查网络是否连通 到某个目的地址是否可达 可以帮助分析网络故障 ping命令的原理命令的原理 基于 ICMP 协议 PING 使用了回送请求与回送回答报文 根据是否收到报文 来判断目的端口是否可达 根据发送的报文的个数与接收到的回答报文的个数来判 断链路的质量 根据 RTT 来判断源端与目的端之间的距离 1 不带参数的不带参数的 ping 图 1 是 ping 环回地址 图 2 则是一个本网内不存在的 IP 可以看到图 1ping 通 而图二请求超时 2 带参数的带参数的 ping 1 ping t 该命令即一直 ping 某个地址 直到结束为止 在 ctrl c 输入前一直不会停止 计算机网络课程设计报告 6 2 ping a 该命令是将地址解析为用户名 图中的 Advertisement 就是解析出的用户名 3 ping n 该命令用于设置发送的个数 设置 1 即发送 1 个 8 即 8 个 计算机网络课程设计报告 7 c netstat netstat命令的作用命令的作用 显示网络连接 路由表和网络接口信息 显示目前有哪些网络连接正在 工作 可用于检验本机各端口的网络连接情况 1 不带参数的不带参数的 netstat 该命令用于监控 TCP IP 网络 显示活动的 TCP 连接 图中显示了活动中的 TCP 连接 不包括 LISTENING 状态的连接 计算机网络课程设计报告 8 2 带参数的带参数的 netstat 1 netstat a 显示所有连接和侦听端口 所有有效连接信息的列表 由于数据过多 只截取了一些 2 netstat s 显示每个协议的各项的统计 数据很多 只截取了一部分 计算机网络课程设计报告 9 3 netstat e 该命令即显示总量的统计 数值上为 s 各个协议的总和 4 netstat r 该命令显示核心路由表 计算机网络课程设计报告 10 d Tracert Tracert命令的作用命令的作用 用于查看 IP 数据包在访问目标时采取的路径 Tracert命令的原理命令的原理 从源主机向的主机发送一连串的 IP 数据报 其中分装的是的是无法交付的 UDP 用 户数据报 通过设置数据包的生存时间 TTL 到路由器时的 TTL 恰好为 1 接着路由器将 TTL 变为 0 丢弃数据报并向源主机发送 ICMP 时间超过差错报告报文 当达到目的主机 时 由于无法交付 UDP 用户数据报 目的主机向源主机发送 ICMP 终点不可达差错报告报 文 源主机可以从这些差错报文中知道路径上的路由信息 1 不带参数的不带参数的 Tracert 该命令用于查看数据包在访问目标时采取的路径 不带参数则默认 30 个跃点跟踪 计算机网络课程设计报告 11 2 带参数的带参数的 Tracert 1 Tracert h 控制跃点跟踪的个数 设置 5 个就只显示 5 个 2 Tracert d 设置不把地址解析为计算机名 与不带参数的 Tracert 对比可见计算机名没有显示 计算机网络课程设计报告 12 e arp arp命令的作用命令的作用 arp 命令用于显示和修改 ARP 使用的 IP 到物理 地址转换表 arp命令的原理命令的原理 每台装有网卡的主机中都有一个 ARP 表 保存着同一网络中 IP 到 MAC 之间 的映射记录 ARP 表并不是一成不变的 大约每 2 分钟更新一次 这种纪录称为 动态式 Dynamic 记录 还有一种称为静态记录 也就是表中的记录不变 直 到 TCP IP 协议重启后才会消失 1 arp 命令命令 1 arp s 与与 arp d arp s 用于增加 ARP 项 arp d 用于删除 ARP 项目 先增加了 138 125 12 14 和其对应 MAC 地址 3C FD A1 85 34 12 再查询可以查到 再通过 d 删除 之后便 计算机网络课程设计报告 13 查不到了 2 arp a 与与 arp a v arp a 用于显示所有的 ARP 项目 arp a v 则是详细的显示 v 会显示无效的项目 arp a 后加 IP 地址则显示 IP 地址对应的 ARP 项目 如上图 计算机网络课程设计报告 14 f telnet telnet的作用的作用 用户可以登录到远地的另一台主机上 可以使用目标主机上的软 硬件资源 是一个简单的远程终端协议 telnet的原理的原理 使用客户服务器方式 在本地系统运行 Telnet 客户进程 远地运行服务器进 程 1 telnet IP 即连接这个 IP 地址 图中连接了 127 0 0 1 即环回地址 连接成功 计算机网络课程设计报告 15 2 建立连接后有这些操作建立连接后有这些操作 3 sen 即发送字符串 图中发送了 123456789123456798 4 display 显示操作参数 5 set 与与 unset 图 1 和图 2 为帮助中的一些设置操作 图 3 图 4 测试了进行身份验证的设置 图三设置了进行身份验证 图四解除了这个设置 计算机网络课程设计报告 16 6 close 关闭连接 关闭了与 127 0 0 1 的连接 再次企图发送数据则显示未连接 2 交换机与路由器交换机与路由器 安装 packet tracer 在 packet tracer 仿真环境下 熟悉交换机命令 交换机初始化 配置 在交换机上实现 VLAN 配置 要求 创建三个 VLAN 给出拓扑 查看 VLAN 信息 基于 Console 控制台登录配置路由器 学习路由器配置相关命令 基于 packet tracer 构建网络环境 分别进行静态路由配置和基于 RIP 的动态路由配 置 要求 静态路由配置拓扑中至少 4 个路由器 RIP 动态路由配置中源站和目的 站之间设置两条跳数不同的路径 通过 RIP 配置后查看选择的是哪条路径 节点 包括主机 路由器 交换机等都要根据个人名字首字母加学号的后两位进行命名 要求给出网络设计的思路 拓扑结构 配置方法与过程及验证思路与过程 提供截 图 实验内容 实验内容 1 在交换机上实现在交换机上实现 VLAN 配置配置 1 建立建立 VLAN 思路思路 需要构建三个 VLAN 首先需要用 6 台主机 用两台交换机 则主机和交换机之 间需要直通线缆 6 根 两个交换机之间需要交叉线缆一根 在 HKB11 switch0 上 创 建三个 VLAN 即 VLAN 10 VLAN 20 VLAN30 把三个端口分别划给这三个 VLAN HKB11 switch1 上也是如此 之后把两个交换机相连 2 拓扑结构拓扑结构 计算机网络课程设计报告 17 3 配置过程配置过程 主机IP 地址连接交换机 端口所属 VLAN HKB11 PC0192 168 1 1HKB11 Switch0 Fa0 1VLAN1 HKB11 PC1192 168 1 2HKB11 Switch0 Fa0 2VLAN2 HKB11 PC2192 168 1 3HKB11 Switch0 Fa0 3VLAN3 HKB11 PC3192 168 1 4HKB11 Switch1 Fa0 1VLAN1 HKB11 PC4192 168 1 5HKB11 Switch1 Fa0 2VLAN2 HKB11 PC5192 168 1 6HKB11 Switch1 Fa0 3VLAN3 a 配置主机配置主机 IP 地址 子网掩码以及修改名称地址 子网掩码以及修改名称 以以 PC0 为例为例 将 PC0 的 IP 地址设为 192 168 1 1 子网掩码为 255 255 255 0 名称为 HKB11 PC0 计算机网络课程设计报告 18 b 修改交换机的名称修改交换机的名称 以以 Switch0 为例为例 将 Switch0 的名称设为 HKB11 Switch0 c 设置设置 VLANVLAN 在交换机 Switch0 中增加了 VLAN 10 VLAN 20 VLAN 30 Switch1 中同理 d 把端口划分给这三个把端口划分给这三个 VLAN 端口 1 划分给 VLAN1 端口 2 划分给 VLAN2 端口 3 划分给 VLAN3 Switch1 中相同操作 e 设置交换机互连接口设置交换机互连接口 我的交换机的互连接口均为 10 号 图中为 Switch0 的设置 1 同理 4 验证结构正确验证结构正确 a 查看查看 VLAN 表表 图中为 Switch0 的 VLAN 表 可以看到三个 VLAN 中个有一个端口 计算机网络课程设计报告 19 b ping 命令命令 PC0 分别 pingPC2 PC3 PC4 PC0 和 PC2 在同一个交换机下 ping 不通 PC0 和 PC3 属于同一个 VLAN ping 通 PC0 和 PC4 既不属于同一个 VLAN 也不在同一个交换机下 ping 不通 说明 VLAN 建立正确 pc2 pc3 计算机网络课程设计报告 20 pc4 2 静态路由设置静态路由设置 1 建立静态路由思路建立静态路由思路 首先根据题目要求需要 4 个路由器 则需要至少 8 台主机 4 台交换机 8 台主机 两两一组 分为 4 组 4 组分别处在不同的网段下 各自连接一个交换机 之后交换 机再连接一个路由器 路由器之间相互连接 2 拓扑结构拓扑结构 计算机网络课程设计报告 21 3 配置过程配置过程 路由器路由器网段网段主机主机 1主机主机 2 Router0192 168 4 0Pc0 192 168 4 2Pc1 192 168 4 3 Router1192 168 5 0Pc2 192 168 5 2Pc3 192 168 5 3 Router2192 168 6 0Pc4 192 168 6 2Pc5 192 168 6 3 Router3192 168 7 0Pc6 192 168 7 2Pc7 192 168 7 3 a 配置主机配置主机 以 PC0 为例 IP 地址设为 192 168 4 2 子网掩码 255 255 255 0 默认网关设为 192 168 4 1 即其路由器的 IP 地址 b 配置路由器配置路由器 首先关闭路由器电源 然后把 WIC 2T 拖到图中花圈除再打开电源 计算机网络课程设计报告 22 然后设置 FastEthernet0 0 端口 填入 IP 地址和子网掩码 之后再 Port Status 处 点击 On 打开连接 然后 设置 Serial0 3 0 0 3 1 同理 同样设置 IP 地址和子网掩码 然后 Clock Rate 处进行设置 最后 Post Status 处设置 ps Router0 与与 Router1 之间为之间为 192 168 1 0 网段 网段 Router1 与与 Router2 之间为之间为 192 168 2 0 网段 网段 Router2 与与 Router3 之间为之间为 192 168 3 0 网段网段 计算机网络课程设计报告 23 最后设置下一跳最后设置下一跳 Router0 Router1 Router2 Router3 计算机网络课程设计报告 24 4 验证结构正确验证结构正确 a ping 命令此处由命令此处由 PC0 依次依次 pingPC1 192 168 4 3 PC2 192 168 5 2 PC4 192 168 6 2 PC6 192 168 7 2 pc1 pc2 pc4 计算机网络课程设计报告 25 pc6 可见被 ping 的四个主机位于 4 个不同的子网中 均能 ping 通 可见静态路由建立成功 b tracert 命令来验证正确命令来验证正确 此处由 PC0 查看其到 PC4 PC6 的路径 pc4 计算机网络课程设计报告 26 pc6 由路径也可以看到与设置的下一跳完全吻合 3 RIP 动态路由配置动态路由配置 1 动态路由思路动态路由思路 一个端口到另一个端口有两条跳数不同的路径 则最简单的结构为三角结构 即需要 三个路由器两两互连 再各自连上一台主机 2 拓扑结构拓扑结构 计算机网络课程设计报告 27 3 配置过程配置过程 路由器路由器网段网段主机主机 Router0192 168 4 0PC0 192 168 4 2 Router1192 168 5 0PC1 192 168 5 2 Router2192 168 6 0PC2 192 168 6 2 a 配置主机配置主机 以主机以主机 PC0 为例为例 设置 IP 地址为 192 168 4 2 子网掩码 255 255 255 0 默认网关 192 168 4 1 b 配置路由器配置路由器 首先同样关闭电源将 WIC 2T 拖入黑圈处 再打开电源 计算机网络课程设计报告 28 然后配置 FastEthernet0 0 端口 IP 为 192 168 4 1 子网掩码 255 255 255 0 然后点 击 On 打开 然后配置 Serial0 3 0 端口 3 1 同样 计算机网络课程设计报告 29 此处此处 Router0 和和 Router 之间为之间为 192 168 1 0 网段 网段 Router1 与与 Router2 之间为之间为 192 168 2 0 网段 网段 Router2 与与 Router0 之间为之间为 192 168 3 0 网段网段 最后配置路由表 Router0 Router1 计算机网络课程设计报告 30 Router2 4 验证结构正确验证结构正确 a ping 命令命令 由 PC0 分别 pingPC1 和 PC2 pc1 pc2 均能 ping 通 b Tracert 命令命令 计算机网络课程设计报告 31 查看查看 PC0 到到 PC1 的路径的路径 显示路径符合 RIP 动态路由 3 网络编程网络编程 编程需求 捕获本机网卡的 IP 包 对捕获的 IP 包进行解析 要求必须输出以下字 段 版本号 总长度 标志位 片偏移 协议 源地址和目的地址 实验总结与心得体会 5 分 1 操作系统和实验软件操作系统和实验软件 操作系统为 Windows10 软件为 Visual Studio 2017 2 IP 数据报首部各个字段数据报首部各个字段 版本号版本号 占 4 位 IP 协议版本号 IPv4 此字段值为 4 IPv6 此字段值为 6 首部长度首部长度 占 4 位 包括固定部分和可选部分 因此首部最长为 60 字节 最短 为 20 字节 不包括选项和填充部分 服务类型服务类型 占 8 位 由于该字段一直弃而不用 因此不用考虑 总长度总长度 占 16 位 以字节为单位 总长度包含 IP 的头部和数据部分 IP 数据报 最大长度为 65535 字节 但是注意最大不要超过 MTU 的长度 标识标识 占 16 位 唯一标识一个数据报 可以将之当成一个计数器 每发送一个 数据包 则该值加 1 如果数据报分片 则每个分片的标识都一样 各个分片共享 一个标识号 标志位标志位 占 3 位 最高位为 0 最低位 MF 1 0 后面还有分片 最后一个 报片 DF 1 0 不能分片 可以分片 片偏移片偏移 占 13 位 用以指出该分段的第一个数据字节在原始数据报中的偏移 位置 以 8 字节为单位 IP 分片后每一个分组都具有自己的首部 而且标志位相 同 但是片偏移值不同 通过片偏移值接收端可以重新组装 IP 包 计算机网络课程设计报告 32 生存时间生存时间 占 8 位 表示数据报最多可经过的路由器的数量 取值 0 255 每经 过一个路由器 TTL 值减 1 为 0 时被丢弃 并发送 ICMP 报文通知源主机 TTL 可以避免数据报在路由器之间不断循环 协议类型协议类型 占 8 位 指明 IP 层上承载的是哪个高级协议 在分用的过程中 协 议栈知道该交给上层的哪个协议处理 如 1 为 ICMP 2 为 IGMP 6 为 TCP 17 为 UDP 等 首部检验和首部检验和 占 16 位 保证数据报头部的数据完整性 但校验不包括数据部分 源地址源地址 32 位 发送方 IP 地址 目的地址目的地址 32 位 接受方 IP 地址 3 设计思路设计思路 socket 编程 在了解 IP 数据报首部的前提下去进行 先定义 IP 数据包头类 然后初始化套接字 将网卡设置为混杂模式 监听数据包 最后接收经过 的 IP 包并输出 4 实验结果与分析实验结果与分析 第一个数据包 UDP 包 源地址为 10 136 6 220 即本机 目的地址为 计算机网络课程设计报告 33 192 168 113 1 第二个包为 UDP 包 源地址为 192 168 113 1 目的地址为 10 136 6 220 即本机 5 程序流程图程序流程图 6 实验总结实验总结 这算是一个全新的领域吧 起码对我而言是这样 之前没有接触过任何关于 这方面的东西 完全不知道如何下手 没办法只能去搜查资料 通过这次实验 也对这方面有了点了解了 不会像开始那样不知道怎么写了 源代码 IP HEAD h include class IP HEAD IP首部 计算机网络课程设计报告 34 public BYTE ver hlen IP协议版本和IP首部长度 高4位为版本 低4位为首部的长度 单位为 4bytes BYTE byTOS 服务类型 WORD wPacketLen IP包总长度 包括首部 单位为byte WORD wSequence 标识 一般每个IP包的序号递增 union WORD Flags 标志 WORD FragOf 分段偏移 BYTE byTTL 生存时间 BYTE byProtocolType 协议类型 见PROTOCOL TYPE定义 WORD wHeadCheckSum IP首部校验 DWORD dwIPSrc 源地址 DWORD dwIPDes 目的地址 BYTE Options 选项 main cppmain cpp define CRT SECURE NO WARNINGS include include include include include include IP HEAD h pragma comment lib Ws2 32 lib using namespace std int number int DecodeIP char buf int len int n len if n sizeof IP HEAD IP HEAD iphead iphead IP HEAD buf cout 第 number 个IP数据包信息 endl cout 协议版本 4 endl cout 首部长度 iphead ver hlen 单位为4字节 cout 服务类型 Priority 5 Service 1 cout IP包总长度 ntohs iphead wPacketLen endl 网络字节序转为主 机字节序 cout 标识 ntohs iphead wSequence endl cout 标志位 DF 14 cout 片偏移 iphead FragOf cout 生存周期 int iphead byTTL endl cout 协议