《Internet技术》课程设计指导书

1、“Internet 技术”课程设计 任务书和指导书 南 京 工 程 学 院 网络技术教研室 2013 年 5 月 目目录录 一、课程设计的目的和意义.1 二、课程设计任务及要求.1 三、课程设计时间地点安排.1 四、课程设计报告要求.2 五、其它说明.2 课题一 ARP 协议地址欺骗现象分析 .4 课题二 ICMP 协议重定向过程分析 .9 课题三 TCP 和 UDP 的端口扫描分析 .15 一、课程设计的目的和意义 “Internet 技术”是一门综合性较强的课程。学生在学完本门课程后，不仅 要了解 TCP/IP 协议的工作原理，更重要的是要能综合应用所学协议的工作原理 和知识，能够通过协议

2、进行某种应用的能力。学生可在本课程设计建议的选题 中任选一个题目作为自己的选题，将理论知识和实践知识相结合。 课程设计是教学中重要的一项实践环节，它可以帮助学生理解课堂教学中 的内容，对提高学生的实践认识和实际动手能力都有很重要的实际意义。学生 应按照课程设计的要求，结合所学的理论知识，查找相关资料，完成好本次课 程设计任务，同时提高实践应用能力，为后续课程打好基础。 二、课程设计任务及要求 1ARP 协议地址欺骗现象分析协议地址欺骗现象分析 基本要求： 掌握 ARP 高速缓存的格式和内容。 以实例分析 ARP 协议的不足之处。 改进 ARP 协议的算法，以防止 ARP 协议地址欺骗的现象出现

3、。 2ICMP 协议重定向过程分析协议重定向过程分析 基本要求： 掌握 ICMP 协议的格式和内容。 以实例分析 ICMP 的问题，写出 ICMP 协议重定向进行信息窃取的过程。 改进 ICMP 协议的算法，以防止利用 ICMP 重定向进行信息窃取的现象出 现。 3TCPTCP 和和 UDPUDP 的端口扫描分析的端口扫描分析 基本要求： 结合捕获数据的差别，阐述 TCP Connet 扫描的实现原理。 分析 TCP SYN 扫描时应答包的不同之处，说明 TCP SYN 扫描的实现原理。 根据各种端口扫描的原理，设计出不同端口扫描的预防措施。 三、课程设计时间地点安排 时间：第 14 周 地点

4、：信息楼 A216 四、课程设计报告要求 课程设计报告至少应包括以下几点内容： 课程设计目的，课程设计任务和要求，设计方案和操作方法，设计结果截 图，调试分析报告，所需算法，课程设计收获和小结，主要参考资料等。 五、其它说明 1、课程设计报告每人完成一份。文字说明用手写稿，程序和运行结果可以 打印。 2、课程设计报告内容应在 8 页纸以上。 课程设计报告封面格式如下： 南京工程学院 课程设计说明书课程设计说明书( (论文论文) ) 题 目 课 程 名 称 院（系、部、中心） 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间： 2013 年 5 月 27 日至

5、 2013 年 5 月 31 日 成绩 课题一课题一 ARPARP 协议地址欺骗现象分析协议地址欺骗现象分析 一、课程设计目的一、课程设计目的 加深理解 ARP 高速缓存。 通过了解 ARP 协议的缺陷，寻求解决办法。 二、课程设计任务二、课程设计任务 掌握 ARP 高速缓存的格式和内容。 以实例分析 ARP 协议的不足之处，写出 ARP 欺骗过程。 改进 ARP 协议的算法，以防止 ARP 协议地址欺骗的现象出现。 三、相关内容说明三、相关内容说明 原理 ARP，即地址解析协议，可以通过某台主机的 IP 地址得知其物理地址。在 TCP/IP 网络环境下，每个主机都分配了一个 32 位的 IP

6、 地址，这种互联网地址 是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网路上传送，必须 知道对方目的主机的物理地址。这样就存在把 IP 地址变换成物理地址的地址转 换问题。以以太网环境为例，为了正确地向目的主机传送报文，必须把目的主 机的 32 位 IP 地址转换成 48 位以太网的地址。这就需要在互联层有一组服务将 IP 地址转换为相应物理地址，这组协议就是 ARP 协议。 ARP 欺骗是网络中常见的攻击手段之一，主要分为两种：一种是对路由器 ARP 表的欺骗；另一种是对内网 PC 的网关欺骗。 第一种 ARP 欺骗的原理是截获网管数据。它是通知路由器一系列错误的内 网 MAC 地址，

7、并按照一定的频率不断发送此干扰数据，使得真实的地址信息无 法通过正常更新保存在路由器中，结果路由器的所有数据只能发给错误的 MAC 地址，造成正常的 PC 无法收到信息。 第二种 ARP 欺骗的原理是伪造网关。它的原理是建立假网关，让被它欺骗 的 PC 想假网关发送数据，而不是通过正常的路由器进行上网。对于被欺骗的 PC 看来就是不能正常上网，同时数据也会被攻击者截获。 ARP 缓存表是 IP 地址和 MAC 地址的映射关系表，任何实现了 IP 协议栈的 设备，一般情况下通过该表维护 IP 地址和 MAC 地址的对应关系，这是为了避免 ARP 解析而造成的广播数据包报文对网络造成的冲击。ARP

8、 表的建立一般情况下 通过两种途径： 方法一是主动解析，如果一台计算机想与另外一台不知道 MAC 地址的计算 机通信，则该计算机主动发出 ARP 请求，通过 ARP 协议建立； 方法二时被动请求，如果一台计算机接收到一台计算机的 ARP 请求，则首 先在本地建立请求计算机的 IP 地址和 MAC 地址的对应表。 因此，针对 ARP 表项，一个可能的攻击就是误导计算机建立错误的 ARP 表。 根据 ARP 协议，如果一台计算机接收到了一个 ARP 请求报文，在满足下列两个 条件的情况下，该计算机会用 ARP 请求报文中的源 IP 地址和源 MAC 地址更新自 己的 ARP 缓存： 1） 如果发起

9、该 ARP 请求的 IP 地址在自己本地的 ARP 缓存中； 2） 请求的目标地址不是自己的。 可以举一个例子说明这个过程。假设有三台计算机 A,B,C，其中 B 已经正 确建立了 A 和 C 计算机的 ARP 表项。假设 A 是攻击者，此时，A 发出一个 ARP 请求报文，该请求报文这样构造： 1） 源 IP 地址是 C 的 IP 地址，源 MAC 地址是 A 的 MAC 地址； 2） 请求的目标 IP 地址是 A 的 IP 地址。 这样计算机 B 在收到这个 ARP 请求报文后，网络防御系统发现 B 的 ARP 表 项已经在自己的缓存中，但 MAC 地址与收到的请求源 MAC 地址不符，于

10、是根据 ARP 协议，使用 ARP 请求的源 MAC 地址更新自己的 ARP 表。 这样 B 的 ARP 高速缓存中就存在这样的 ARP 表项：C 的 IP 地址跟 A 的 MAC 地址对应。这样的结果是，B 发给 C 的数据都会被计算机 A 接收到。 Arp 命令： arp/?：查看 arp 命令的所有参数 采用网络结构（一） 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。 1.主机 A 和主机 B 使用“arp -a”命令察看并记录 ARP 高速缓存。 2.主机 B、D、E、F 启动协议分析器开始捕获数据并设置过滤条件（提取 ARP 协议和 ICMP 协议）。 3.主机 A pin

11、g 主机 B（172.16.1.2）。观察主机 B、D、E、F 上是否能捕 获到此报文。 4.主机 C 启动仿真编辑器向主机 A 编辑 ARP 应答报文（暂时不发送）。其 中： MAC 层：“源 MAC 地址”设置为主机 C 的 MAC 地址 “目的 MAC 地址”设置为主机 A 的 MAC 地址（或 255.255.255.255） ARP 层：“源 MAC 地址”设置为主机 C 的 MAC 地址 “源 IP 地址”设置为主机 B 的 IP 地址（172.16.1.2） “目的 MAC 地址”设置为 0.0.0.0 “目的 IP 地址”设置为主机 A 的 IP 地址（172.16.1.1）

12、5.主机 C 向主机 B 编辑 ARP 应答报文（暂时不发送）。其中： MAC 层：“源 MAC 地址”设置为主机 C 的 MAC 地址 “目的 MAC 地址”设置为主机 B 的 MAC 地址（或 255.255.255.255） ARP 层：“源 MAC 地址”设置为主机 C 的 MAC 地址 “源 IP 地址”设置为主机 A 的 IP 地址（172.16.1.1） “目的 MAC 地址”设置为 0.0.0.0 “目的 IP 地址”设置为主机 B 的 IP 地址（172.16.1.2） 6.同时发送第 4 步和第 5 步所编辑的数据包。 注意：为防止主机 A 和主机 B 的路由表被其它未知更

13、新，可以定时发送数 据包（例如：每隔 10 秒发送一次）。 7.观察并记录主机 A 和主机 B 的 ARP 高速缓存表。 8.主机 A 上 ping 主机 B（“ping 172.16.1.2 n 1”）。 9.主机 B、D、E、F 停止捕获数据，分析捕获到的数据，并回答以下问题： 主机 C 捕获到的 ICMP 数据包的源 MAC 地址和目的 MAC 地址是什 么？ 主机 D、E 是否能接收到第 8 步所发送的 ICMP 数据包？ 结合主机 B 和主机 D 捕获到的数据包，绘制出第 8 步发送的 ICMP 数据包在网络中的传输路径图。 思考问题： 在主机 A 上使用“arp s 主机 B 的

14、IP 主机 B 的 MAC”命令，在主机 B 上使用“arp s 主机 A 的 IP 主机 A 的 MAC”命令，分别为主机 A 和主机 B 添 加一条静态路由，ARP 欺骗是否还能成功？你认为添加静态路由能从根本上解 决 ARP 欺骗吗？ 课题二课题二 ICMPICMP 协议重定向过程分析协议重定向过程分析 一、一、 课程设计目的课程设计目的 对 ICMP 协议的进一步理解。 以实例理解信息窃取技术，寻求解决办法。 二、二、 课程设计任务课程设计任务 掌握 ICMP 协议的格式和内容。 以实例分析 ICMP 的问题，写出 ICMP 协议重定向进行信息窃取的过程。 改进 ICMP 协议的算法，

15、以防止利用 ICMP 重定向进行信息窃取的现象出 现。 三、三、 相关内容说明相关内容说明 原理 在 Internet 上，主机数量要比路由器多出许多，为了提高效率，主机都不 参与路由选择过程。主机通常使用静态路由选择。当主机开始联网时，其路由 表中的项目数很有限，通常只知道默认路由的 IP 地址。因此主机可能会把某数 据发送到一个错误的路由，其实该数据本应该发送给另一个网络的。在这种情 况下，收到该数据的路由器会把数据转发给正确的路由器，同时，它会向主机 发送 ICMP 重定向报文，来改变主机的路由表。 路由器发送 ICMP Redirect 消息给主机来指出存在一个更好的路由。ICMP R

16、edirect 数据包使用下图中显示的结构。 当 IP 数据报应该被发送到另一个路 由器时，收到数据报的路由器就要发送 ICMP 重定向差错报文给 IP 数据报的发 送端。ICMP 重定向报文的接收者必须查看三个 IP 地址： （1）导致重定向的 IP 地址（即 ICMP 重定向报文的数据位于 IP 数据报的 首部）； （2）发送重定向报文的路由器的 IP 地址（包含重定向信息的 IP 数据报中 的源地址）； （3）应该采用的路由器的 IP 地址（在 ICMP 报文中的 4-7 字节）。 类型 = 5 代码 = 0 - 3 检 验 和 应该使用的路由器 IP 地址 IP 首部（包括选项）+原始

17、 IP 数据报中 数据的前 8 字节 代码为 0：路由器可以发送这个 ICMP 消息来指出有一个到达目标网络的更 好方法。 代码为 1：路由器可以发送这个 ICMP 消息来指出有一个到达目标主机的更 好方法。 代码为 2：路由器可以发送这个 ICMP 消息来指出有一个更好的方法到达使 用希望的 TOS 目标网络。 代码为 3：路由器可以发送这个 ICMP 消息来指出有一个更好的方法到达使 用所要求的 TOS 的目标主机。 采用网络结构（二） 说明：主机 A、C、D 的默认网关是 172.16.1.1；主机 E、F 的默认网关是 172.16.0.1。 步骤： 案例一：利用 ICMP 重定向进行

18、信息窃取 1.主机 A 启动 ICMP 重定向功能，在命令行方式下输入 “icmpredirect_config enable”。 2.主机 B 启动静态路由服务，在命令行方式下输入 “staticroute_config”。 3.主机 A、B、D、E、F 启动协议分析器开始捕获数据并设置过滤条件 （提取 ICMP 协议）。 4.主机 A ping 主机 E（172.16.0.2），察看主机 A、B、D、E、F 捕 获到的数据。 5.通过此 ICMP 及其应答报文的 MAC 地址，绘制其在网络中的传输路 径图。 6.主机 C 模拟主机 B 的身份（172.16.1.1）向主机 A 发送 ICM

19、P 重定 向报文，其中： MAC 层：“源 MAC 地址”设置为主机 B 的 MAC 地址（对应 172.16.1.1 的 MAC) “目的 MAC 地址”设置为主机 A 的 MAC 地址 IP 层：“源 IP 地址”设置为主机 B 的 IP 地址（172.16.1.1） “目的 IP 地址”设置为主机 A 的 IP 地址（172.16.1.2） ICMP 层：“类型”设置为 5 “代码”设置为 1 “网关地址”设置为主机 C 的 IP 地址（172.16.1.3） ICMP 数据：伪造的主机 A 向主机 E 发送的 ping 请求报文的一部份（包 括整个 IP 首部和数据的前 8 个字节）。

20、 注意：为防止主机 B 的路由表被其它未知数据包更新，可以定时发送此报文 （例如：每隔 500ms 发送一次）。 7.查看主机 A 的路由表发现一条到主机 E 的直接路由信息，其网 关是主机 C 的 IP 地址（172.16.1.3）。 8.在主机 C 上启动静态路由服务（方法：在命令行方式下，输入 “staticroute_config”），并添加一条静态路由条目（方法：在命令 行方式下，输入“route add 172.16.0.0 mask 255.255.255.0 172.16.1.1 metric 2”），目的是实现数据转发。 8. 主机 C 禁用 ICMP 协议。 a.在命令行下

21、输入“mmc”，启动微软管理控制台。如下图所示。 b.导入控制台文件。单击“文件(F)打开(O).”菜单项来打开 “c:WINNTsystem32IPSecPolicystopicmp.msc”。如下图所示。 c.导入策略文件。单击“操作(A)所有任务(K)导入策略(I).”菜单项 来打开“c:WINNTsystem32IPSecPolicy stopicmp.ipsec”。此命令执行 成功后，在策略名称列表中会出现“禁用 ICMP”项。如下图所示。 d.启动策略。用鼠标选中“禁用 ICMP”项，单击右键，选择“指派(A)” 菜单项。如下图所示。 9.主机 A ping 主机 E（172.16

22、.0.2），察看主机 A、B、D、E、F 捕获到的数据 思考问题： 1）通过此 ICMP 及其应答报文的 MAC 地址，绘制其在网络中的传输路径 图。 2）比较两次 ICMP 报文的传输路径，简述 ICMP 重定向报文的作用。 3）简述第 5 步和第 6 步在信息窃取过程中所起到的作用。 10. 主机 C 取消对 ICMP 的禁用。在微软管理控制台（mmc）上，用 鼠标选中“禁用 ICMP”项，单击右键，选择“不指派(A)”菜单项。如 下图所示。 通过试验，实现了将主机 A 发送到主机 E 的数据经过主机 C 转发，那么主 机 C 如何操作才能使主机 E 到主机 A 数据也经过主机 C 转发？

23、 课题三课题三 TCPTCP 和和 UDPUDP 的端口扫描分析的端口扫描分析 一、 课程设计目的 1. 掌握常用的 TCP、UDP 端口扫描的原理及其各种手段。 2. 分析不同端口扫描的预防措施，增强网络安全意识。 二、 课程设计任务 基本要求： 结合捕获数据的差别，阐述 TCP Connet 扫描的实现原理。 分析 TCP SYN 扫描时应答包的不同之处，说明 TCP SYN 扫描的实现原理。 根据各种端口扫描的原理，设计出不同端口扫描的预防措施。 三、 相关内容说明 原理 1、TCP/UDP 报文头格式 UDP 报文格式见实验六(用户数据报协议 UDP)；TCP 报文格式见实验七(传 输

24、控制协议 TCP)实验原理。在 TCP 首部中 6 个标志位的用法依次为： URG 紧急指针(urgent pointer)有效。 ACK 确认序号有效。 PSH 接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。 RST 重建连接。 SYN 同步序号用来发起一个连接。 FIN 发端完成发送任务 2、ICMP 端口不可达报文 ICMP 端口不可达报文格式见实验四(Internet 控制报文协议 ICMP)实验原 理。 类型域为 3，代码域为 3 表示该 ICMP 报文为端口不可达报文，它是 ICMP 目的不可达报文的一种。 3、TCP connect() 扫描 这种方法最简单，直接连到目标端口并完成一个完

25、整的三次握手过程（SYN, SYN/ACK, 和 ACK） 。操作系统提供的“connect（） ”函数完成系统调用，用来 与每一个感兴趣的目标计算机的端口进行连接。 如果端口处于侦听状态，那么 “connect（） ”函数就能成功。否则，这个端口是不能用的，即没有提供服务。 这个技术的一个最大的优点是不需要任何权限，系统中的任何用户都有权利使 用这个调用。另一个好处是速度。如果对每个目标端口以线性的方式，使用单 独的“connect（） ”函数调用，那么将会花费相当长的时间，你可以通过同时 打开多个套接字，从而加速扫描。使用非阻塞 I/O 允许你设置一个低的时间用 尽周期，同时观察多个套接字

26、。但这种方法的缺点是很容易被发觉，并且很容 易被过滤掉。目标计算机的日志文件会显示一连串的连接和连接是出错的服务 消息，目标计算机用户发现后就能很快使它关闭。 4、TCP SYN 扫描 这种技术也叫“半开式扫描” （half-open scanning） ，因为它没有完成一 个完整的 TCP 协议连接。这种方法向目标端口发送一个 SYN 分组（packet） ，如 果目标端口返回 SYN/ACK 标志，那么可以肯定该端口处于检听状态；否则，返 回的是 RST/ACK 标志。这种方法比第一种更具隐蔽性，可能不会在目标系统中 留下扫描痕迹。但这种方法的一个缺点是，必须要有 root 权限才能建立自

27、己的 SYN 数据包。 5、TCP FIN 扫描 这种方法向目标端口发送一个 FIN 分组。 按 RFC793 的规定，对于所有关 闭的端口，目标系统应该返回一个 RST（复位）标志。这种方法通常用在基于 UNIX 的 TCP/IP 协议堆栈，有的时候有可能 SYN 扫描都不够秘密。一些防火墙 和包过滤器会对一些指定的端口进行监视，有的程序能检测到这些扫描。相反， FIN 数据包可能会没有任何麻烦的通过。这种扫描方法的思想是关闭的端口会 用适当的 RST 来回复 FIN 数据包。另一方面，打开的端口会忽略对 FIN 数据包 的回复。 这种方法和系统的实现有一定的关系，有的系统不管端口是否打开，

28、 都回复 RST，这样，这种扫描方法就不适用了。并且这种方法在区分 Unix 和 NT 时，是十分有用的。 6、UDP 端口扫描 这种方法向目标端口发送一个 UDP 协议分组。如果目标端口以“ICMP port unreachable”消息响应，那么说明该端口是关闭的；反之，如果没有收到 “ICMP port unreachable”响应消息，则可以肯定该端口是打开的。由于 UDP 协议是面向无连接的协议，这种扫描技术的精确性高度依赖于网络性能和系统 资源。另外，如果目标系统采用了大量分组过滤技术，那么 UDP 协议扫描过程 会变得非常慢。如果你想对 Internet 进行 UDP 协议扫描，

29、那么你不能指望得 到可靠的结果。 采用网络结构（一） 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。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，说明操作步骤。 案例一：案例一：TCPTCP ConnectConnect 扫描扫描 步骤： 1. 在主机 A 上使用仿真编辑器的“端口扫描”来获取主机 B 的 TCP 活动端 口列表（扫描端口范围设置为 065535） 。 2. 在主机 B 上启动协议分析器进行数据捕获并设置过滤条件(提取 TCP 协 议)。 3. 在主机 A 上使用 TCP 连接工具，扫描主机 B 的某一端口： a. 主机 A 上填入主机 B 的 IP、主机 B 的某一开放端口号，点击“连接” 按钮进行连接。 b. 观察提示信息，是否连接上。 c. 主机 A 点击“断开”按钮断开连接。 d. 主机 A 使用主机 B 的某一未开放的端口重复以上试验步骤。 4. 察看主机 B 捕获的数据，分析连接成