计算机网络实验指导书实验七

1、计算机网络实验指导书昆明理工大学信自学院实验七：计算机协议分析试验(上)实验7.1 网卡配置首先安装WINCAP软件，然后运行发行版文件夹内的NET可执行文件，进入软件界面，进行网卡配置。本实验平台中，网卡配置模块为最基础的模块，在进行所有的模块实验前必须进行网卡进行配置。实验目的学习配置计算机网卡、设置网卡工作模式，并进行网络类型的选择。操作步骤进入用户界面后，单击网卡配置图标 ，弹出如图1.1所示对话框：图1.1 网卡配置对话框网卡配置步骤：1.网络类型配置网络类型分为有线网络和无线网络两种。学生根据主机的网络环境自行进行选择。2.工作模式配置工作模式分正常模式和混杂模式两种。在正常模式下

2、，网卡只能捕获接收目的Mac地址为本机Mac的数据。在混杂模式下，网卡能够接收到所有流经本机网卡的数据，而不管它是不是这些包指定的目的地址。而对于无线网络，为防止相互干扰，只能工作在正常模式下。3.网卡选择对于一般主机，网卡列表中至少有两块网卡。一是普通以太网卡，二是拨号网卡（基本不用）。配置完成后，单击“确定”弹出如图1.2所示网卡设置信息对话框：图1.2 网卡设置信息对话框4.查看网卡设置信息是否正确，若不正确，点击取消按钮，返回图1.1重新配置；若正确，点击“确定”，弹出网卡配置成功提示，如图1.3所示，若点击“取消”，则可重新配置。图1.3 配置成功提示至于选择的网卡是否适当，用户可在

3、配置完成后，点击流量统计模块进行测试，看主机信息是否与真实网络环境相符。也可以通过PING 主机地址 T命令来检查是否产生了流量来进行验证。实验7.2 数据流量统计实验目的掌握网络流量的概念，学会分析主机在不同网络服务下采用的协议机制。实验内容1测量主机在以下不同网络状态下的流量： 1.1主机联网，但不开启任何网络服务； 1.2主机在浏览网页、收发电子邮件、语音通信、看在线视频等状态下数据流量； 1.3主机在局域网内进行高速数据传输时的数据流量；2测量主机在以下状态下数据包的协议类型：2.1浏览网页；2.2收发电子邮件；2.3语音通信；2.4观看在线视频2.5使用ping、traceroute

4、等命令。在实验室没有互联网的条件下，主要以PING命令来进行测试。浏览网页可以直接在浏览器地址栏输入类似的假地址，或测试对方主机的地址进行模拟，虽然无法访问，但会产生相应的流量。其他内容可以在有互联网的条件下完成。实验原理1计算机网络通信使用TCP/IP机制，每种网络服务都涉及数据传输。使用Winpcap从网卡抓取数据报进行流量统计。winpcap(windows packet capture)是windows平台下一个免费，公共的网络访问系统，详细了解请参考给网/view/.htm?fr=ala0_1。2TCP/IP采用分层设计

5、思想，每一层使用下层提供的服务并为上层提供服务，同时每一层都有相应的协议标准，通过每抓取一个协议包解析其协议字段来判别其使用的协议类型。实验步骤1点击“开始”按钮，对主机网络流量，数据包协议类型，局域网主机个数进行统计，如图2.1。2点击“暂停”按钮，暂停统计。图2.1 流量统计图实验7.3 协议分析实验目的了解各种协议的格式与工作机制。操作步骤1用鼠标左键点击协议分析图标，弹出协如图3.1所示对话框，对话框有两个选项卡。图3.1 协议分析对话框（协议帧解析对话框）2选择“协议帧解析”选项卡，如图3.1所示。3选择“应用层协议”，如图3.2所示。图3.2应用层协议对话框若选择了“协议帧解析”选

6、项卡，则可以利用操作面板进行不同的操作。点击协议类型的下拉列菜单，其中包含了不同的协议选择项，如图3.3所示。图3.3协议分析中的协议类型选择1. MAC协议若选择MAC协议，点击按钮，则相应的协议分析界面如图3.4所示。点击按钮，则停止协议分析。可以使用ping ip -t来产生流量。图3.4 MAC协议分析界面 以太网的帧格式如上所示，其中的源地址和目的地址是指网卡的硬件地址（也叫MAC地址），长度是48位，是在网卡出厂时固化的。用ipconfig /all命令看一下网卡硬件地址。协议字段有三种值，分别对应IP、ARP、RARP。帧末尾是CRC校验码。 以太网帧中的数据长度规定最小46字节

7、，最大1500字节，ARP和RARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位。最大值1500称为以太网的最大传输单元（MTU），不同的网络类型有不同的MTU，如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片（fragmentation）。注意，MTU这个概念指数据帧中有效载荷的最大长度，不包括帧首部的长度。2. ARP协议若选择ARP协议，点击按钮，则相应的协议分析界面如图3.5所示。点击按钮，则停止协议分析。图3.5 ARP协议分析界面 在网络通讯时，源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号，却不知道目的主机的硬件地址，而数据包首先是被

8、网卡接收到再去处理上层协议的，如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符，则直接丢弃。因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址。ARP协议就起到这个作用。 每台主机都维护一个ARP缓存表，可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间（一般为20分钟），如果20分钟内没有再次使用某个表项，则该表项失效，下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址。ARP数据报的格式如下所示硬件类型指链路层网络类型，1为以太网，协议类型指要转换的地址类型，0x0800为IP地址，后面两个地址长度对于以太网地址和IP地址分别为6和4（字节），op字段为1表示ARP请求，op字段为2表示ARP应答。下面举一个具体的

9、例子。 请求帧如下（为了清晰在每行的前面加了字节计数，每行16个字节）：以太网首部（14字节）0000: ff ff ff ff ff ff 00 05 5d 61 58 a8 08 06ARP帧（28字节）0000: 00 010010: 08 00 06 04 00 01 00 05 5d 61 58 a8 c0 a8 00 370020: 00 00 00 00 00 00 c0 a8 00 02填充位（18字节）0020: 00 77 31 d2 50 100030: fd 78 41 d3 00 00 00 00 00 00 00 00以太网首部：目的主机采用广播地址，源主机的MAC

10、地址是00:05:5d:61:58:a8，上层协议类 型0x0806表示ARP。ARP帧：硬件类型0x0001表示以太网，协议类型0x0800表示IP协议，硬件地址（MAC地址）长度 为6，协议地址（IP地址）长度为4，op为0x0001表示请求目的主机的MAC地址，源主机MAC地址 为00:05:5d:61:58:a8，源主机IP地址为c0 a8 00 37（5），目的主机MAC地址全0待填 写，目的主机IP地址为c0 a8 00 02（）。由于以太网规定最小数据长度为46字节，ARP帧长度只有28字节，因此有18字节填充位，填充位的内容没有定义，

11、与具体实现相关。3. IP协议若选择IP协议，点击按钮，则相应的协议分析界面如图3.6所示。点击按钮，则停止协议分析。图3.6 IP协议分析界面 IP数据报的首部长度和数据长度都是可变长的，但总是4字节的整数倍。对于IPv4，4位版本字段 是4。4位首部长度的数值是以4字节为单位的，最小值为5，也就是说首部长度最小是4x5=20字节，也就是不带任何选项的IP首部，4位能表示的最大值是15，也就是说首部长度最大是60字节。8位TOS字段有3个位用来指定IP数据报的优先级（目前已经废弃不用），还有4个位表示可选的服务类型（最小延迟、最大呑吐量、最大可靠性、最小成本），还有一个位总是0。总长度是整个

12、数据报的字节数。每传一个IP数据报，16位的标识加1，可用于分片和重新组装数据报。3位标志和13位片偏移用于分片。TTL（Time to live)是这样用的：源主机为数据包设定一个生存时间，比如64，每过一个路由器就把该值减1，如果减到0就表示路由已经太长了仍然找不到目的主机的网络，就丢弃该包，因此这个生存时间的单位不是秒，而是跳（hop）。 协议字段指示上层协议是TCP、UDP、ICMP还是IGMP，举例如下：1代表ICMP，6代表TCP，17（0x11）代表UDP。然后是校验和，只校验IP首部，数据的校验由更高层协议负责。IPv4的IP地址长度为32位。 4. UDP协议若选择UDP协议

13、，点击按钮，则相应的协议分析界面如图3.7所示。点击按钮，则停止协议分析。图3.7 UDP协议分析界面下面分析一帧基于UDP的TFTP协议帧。 以太网首部0000: 00 05 5d 67 d0 b1 00 05 5d 61 58 a8 08 00IP首部0000: 45 000010: 00 53 93 25 00 00 80 11 25 ec c0 a8 00 37 c0 a80020: 00 01UDP首部0020: 05 d4 00 45 00 3f ac 40TFTP协议0020: 00 01 c:q0030: werq.qwe00 netasci0040: i00 blksize0

14、0 51200 ti0050: meout00 1000 tsize00 00060: 00以太网首部：源MAC地址是00:05:5d:61:58:a8，目的MAC地址是00:05:5d:67:d0:b1，上层协议类 型0x0800表示IP。IP首部：每一个字节0x45包含4位版本号和4位首部长度，版本号为4，即IPv4，首部长度为5，说明IP首部不带有选项字段。服务类型为0，没有使用服务。16位总长度字段（包括IP首部和IP层数据的长度）为0x0053，即83字节，加上以太网首部14字节可知整个帧长度是97字节。IP报标识是0x9325，标志字段和片偏移字段设置为0x0000，就是DF=0允

15、许分片，MF=0此数据报没有更多分片，没有分片偏移。TTL是0x80，也就是128。上层协议0x11表示UDP协议。IP首 部校验和为0x25ec，源主机IP是c0 a8 00 37（5），目的主机IP是c0 a8 00 01（）。UDP首部：源端口号0x05d4（1492）是客户端的端口号，目的端口号0x0045（69）是TFTP服务的well-known端口号。UDP报长度为0x003f，即63字节，包括UDP首部和UDP层数据的长度。UDP首部和UDP层payload的校验和为0xac40。TFTP是基于文本的协议，各字段之间用字节0分隔，开头的00 01表示请求读取一个文件，接下来的各字段是：c:qwerq.qwe netascii blksize 512 timeout 10 tsize 05. TCP协议选择TCP协议，点击按钮，即开始进行协议分析，TCP协议首部详细信息和数据包内容就在相应的显示区显示出来，如图3.8所示。点击按钮，则停止协议分析。图3.8 TCP协议分析界面通讯的双方由IP地址和端口号标识。32位序号、