实验四：ARP分析及路由协议分析

1、第3章网络层协议实验螭计算机科学与技术学院 计算机网络 实验报告年级 2013 学号 2013434151 姓名 汪凡 成绩 专业 计算机科学与技术 实验地点 C1-422 指导教师 常卓 实验项目 实验3.3：ARP分析 实验3.5：路由协议分析 实验日期 2016/5/6 实验3.3：ARP分析1、 实验目的1.掌握基本的ARP命令。2.熟悉ARP报文格式和数据封装方式。3.理解ARP的工作原理。二、实验原理(1) ARP 简介1.什么是ARPARP，即地址解析协议。TCP/IP网络使用ARP实现IP地址到MAC地址 的动态解析。网络层使用逻辑地址（IP地址）作为互联网的编址方案，但实际

2、的物理网络（以太网）采用硬件地址（MAC地址）来唯一识别设备。因此在 实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址（MAC地址)。 ARP工作原理每个主机和路由器的内存中都设有一个ARP高速缓存，用于存放其他 设备的IP地址到物理地址的映射表。当主机欲向本局域网上其他主机发送 IP包时，先在本地ARP缓存中查看是否有对方的MAC地址信息。如果没 有，则ARP会在网络中广播一个ARP请求，拥有该目标IP地址的设备将 自动发回一个ARP回应，对应的MAC地址将记录到主机的ARP缓存中。 考虑到一个网络可能经常有设备动态加入或者撤出，并且更换设备的网卡 或IP地址也都会引起主机地址映射发生

3、变化，因此，ARP缓存定时器将会 删除在指定时间段内未使用的ARP条目，具体时间因设备而异。例如，有 些Windows操作系统存储ARP缓存条目的时间为2mim但如果该条目在 这段时间内被再次使用，其ARP定时器将延长至lOmin。ARP缓存可以提 高工作效率。如果没有缓存，每当有数据帧进入网络时，ARP都必须不断 请求地址转换，这样会延长通信时间，甚至造成网络拥塞。反之，保存时 间过长也可能导致离开网络或者更改第3层地址的设备出错。ARP可解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映 射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP找到一个位于本局域网上的

4、某个路由器的硬件地址，然后把分组发送 给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由 下一个网络来做。3、 实验要求本实验对应的练习文件为“3-3 ARP协议分析.pka”，具体的网络拓扑 和地址分配如下。1 网络拓扑图（图3-11)图3-l l ARP实验的网络拓扑 IP地址配置（表3-6)表3-6 IP地址配置表设 备接 口IP地址掩 码默认网关PC0网卡192.168.1.1255.255.255.0192.168.1.254PCI网卡192.168.1.2255.255.255.0192.168.1.254PC2网卡192.168.1.3255.255.255.019

5、2.168.1.254PC3网卡192.168.2.1255.255.255.0192.168.2.254PC4网卡192.168.2.2255.255.255.0192.168.2.254RouterOFaO/O192.168.1.254255.255J55.0NULLRouterOFaO/l192.168.2.254255.255.255.0NULL4、 实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析1、任务一：在Packet Tracer中熟悉arp命令提示：在Packet Tracer中，arp命令只支持两个参数a和d。arp：不带参数，显示可用的选项。步骤1：访问主机的命令提示符窗口步骤2

6、：观察ARP缓存中条目的动态增减进入Simulation模式。设置Event List Filters只显示ICMP事件。2、任务二：使用Packet Tracer观察ARP的工作原理步骤1：捕获并观察ARP数据包的转发步骤2：研究ARP报文格式和封装方式步骤3：研究不同广播域内主机间互访时的ARP执行过程5、 实验遇到的困难及解决遇到的困难：操作不熟练，虽然可以完成实验，但原理理解不透彻。解决：老师提供给实验指导书，与同学一起讨论，重新回顾教材上的理论知识。6、 实验心得总结 通过实验掌握了基本的ARP命令并不断地熟悉ARP报文格式和数据封装方式以及理解了ARP的工作原理。计算机科学与技术学

7、院 计算机网络 实验报告年级 2013 学号 2013434151 姓名 汪凡 成绩 专业 计科 实验地点 c1-422 指导教师 常卓 实验项目 实验3.5：路由协议分析 实验日期 2016/5/6 一、实验目的1）理解网络路由，学习静态路由配置能力。2）理解RIP动态路由协议的工作原理。3）理解OSPF动态路由协议的工作原理。二、实验原理1. 什么是路由协议路由协议主要运行于路由器上，用于动态获得IP数据报的转发路径，即 建立路由表。Internet将路由协议分为两大类：内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP)和夕卜部网关协议（External Gatew

8、ay Protocol，EGP)。IGP 是在一个自治系统内部使用的路由选择协议，主要包括RIP和OSPF协议。EGP 用于将路由选择信息传递到另一个自治系统，目前使用最多的是BGP-4。2. 静态路由静态路由是指管理员人工配置路由表，它只适用于简单的网络环境。 要求管理员了解整个网络的拓扑信息和链路信息，并且当网络拓扑结构和 链路状态发生变化时，所有路由器的路由表都需要人工进行调整修改。默 认路由也是一种特殊的静态路由，是指当路由表中找不到匹配的出口表项 时，路由器采取的路由选择。默认路由可减少路由表所占用的空间和搜索 路由表所用的时间。3.RIPRIP (Routing Informati

9、on Protocol)是最先得到广泛使用的内部网关协议，它是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP中的“距离”定 义为“跳数每经过一个路由器则距离加1。R1P要求网络中的每一个路 由器都要维护从它自己到其他每一个目标网络的距离记录，并每隔30s就和 邻居路由器交换自己的路由表。RIP使用UDP报文传送，其最大的优点就 是实现简单、开销较小，但存在坏消息传递慢、仅适用于小型网络的缺点。 为了改善RIP的不足，IETF于1998年发布了 RIP2。RIP2支持子网路由选 择、CIDR和组播，并提供了验证机制支持多播。 4.OSPF协议 OSPF (Open Shortest Path F

10、irst，幵放式最短路径优先）是IETF在20世纪80年代末期开发的一种基于分布式链路状态的内部网关协议，用于在 单一自治系统内决策路由。0SPF协议使用Dijkstra算法来计算最短路由， 并直接使用IP数据报传送（协议字段值为89)。其工作原理是.当链路状 态发生变化时，该协议使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送与本路 由器相邻的所有路由器的链路状态信息，即本路由器都和哪些路由器相邻， 以及该链路的“度量”（Metric),每个路由器接收到所有的链路状态信息后， 可以总结出整个网络的拓扑，并利用Dijkstra算法计算到其他路由器的路径。三、实验要求画出拓扑图以及配置IP地址完成实验。四

11、、实验步骤结果及分析初始拓扑图（IP已分配好）12 任务一：静态配置路由打开“3-5-1静态路由实验.pka”练习文件，观察网络拓扑，尝试为每 个路由器设计合理的静态路由信息，使得网络中的任意两台主机都能连通, 表3-10为参考答案。表3-10路由器静态路由配置信息路_器NetworkMaskNext HopRouter 113.0.0.0255.0.0.0192.168.1.214.0.0.0255.0.0.0192.168.1.2Router210.0.0.0255.0.0.0192.168.1.113.0.0.0255.0.0.0192.168.2.214.0.0.0255.0.0.01

12、92.168.3.2Router310.0.0.0255.0.0.0192.168.2.114.0.0.0255.0.0.0192.168.2.1Router410.0.0.0255.0.0.0192.168.3.113.0.0.0255.0.0.0192.168.3.1今 步骤2:为每个路由器3己置路由表在拓扑工作区中单击Routel路由器，并进入其Config面板；单击Static 按钮打幵静态路由配置区，按表3-9所示信息配置Routed的静态路由。然 后，以同样的方式分别配置Ruter2、Router3、Router4路由器的静态路由。配置完毕后，可使用右侧工具栏中的Inspect工具

13、检查每台路由器的路由表 是否正确。今 步骤3:检查路由酉己置是否正确单击位于PT Activity窗口下方的Check Results (检查结果）按钮检查 配置。如果显示为100%则说明配置成功，否则使用ping程序或者Add Simple PDU方法，分别测试任意两个主机的连通性；通过跟踪数据报的转发过程， 检查并排除路由配置故障，直到成功为止。 任务二：观察路由环路问题在Router3和Router4间增加一条串行线，并启用Router3的SeO/0/l接 口和 Router4 的 SeO/0/l 接口。修改Router2的静态路由，将通往10.0.0.0网络的下一跳接口改为 192.1

14、68.2.2 (即 Router3 的 Se0/0/0 接口 )；修改 Router3 的静态路由，将通 往 10.0.0.0 网络的下一跳接口改为 192.168.4.2 (即 Router4 的 SeO/0/l 接口）。上述操作实现了在Ruter2、Router3和Router4之间生成一条通往 10.0.0.0的路由环路。步骤2 :观察数据包在环路中的转发情况进入Simulation (模拟）模式。设置Event List Filters (事件列表过滤器） 只显示ICMP事件。单击Add Simple PDU (添加简单PDU)按钮，然后分 别单击PC4和PC 1 (让PC4发送一个I

15、CMP包给PC 1)。单击Capture/Forward观察该数据报文的转发情况。此时可以观察到发送报文在Ruter2、Routed 和Ruter4三者之间循环转发，像在绕圈，这就是路由环路问题。 任务三：观察RIP路由协议的运行情况 步骤1：打开“3-5-2 rip协议分析.pka”练习文件，单击Simulation选项卡进入模拟模式。可以使用位于Packet Tracer右侧工具栏的Inspect工具（放大镜）先观察每台路由器的路由表情况。 步骤2 :观察RIP数据报文的转发情况 单击AutoCapture/Play (自动捕获/播放）按钮，自动运行模拟，此时可 观察到许多RIP报文在各邻

16、近路由器间周期交互。请注意，RIP周期性地与 邻居交换路由表，因此，即使网络中没有用户数据流量在发送，网络也会“充 满”通信业务，使路由器获得如何转发数据包到其目的地的最新情况。 步骤3 :检查路由更新情况和RLP数据报文单击Reset Simulation重新进行模拟实验，并且进入每个路由器清空其 路由表。操作步骤为.在路由器的CLI面板中输入en,回车；再输入clear ip route *，回车即可。单击Capture/Forward按钮，逐步控制模拟进程，当产生第一条RIP数 据报时，单击数据包信封，或者在Event List (事件列表）的Info (信息） 列中单击彩色正方形，以打

17、幵PDU信息窗口，检查这些路由更新数据包。 使用 OSI Model (OSI 模型）选项卡视图和 Inbound/Outbound PDU Details(入站/出站PDU详细数据）选项卡视图可以更详细了解RIP报文格式。跟踪路由信息的更新过程。当这些更新数据报到达邻居路由器后，使 用Inspect工具显示这些路由器的路由表，观察其更新情况。 任务四.观察OSPF路由协议的运行情况打开“3-5-3 ospf协议分析.pka”练习文件，参照任务2的步骤，观察 OSPF路由协议的运行情况。值得注意的是，OSPF需要交换两种数据包： 一种是Hello包，用于周期维护邻居状态；另一种是链路更新的数据包。请 注意观察并区别两种数据包的传送范围。完成路由配置添加一条串行线修改router2的路由修改router3的路由PC4给PC1发包转发过程可以看到报文在route