【導讀】網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學系統(tǒng)。吉林中軟吉大信息技術(shù)有限公司

　　

【正文】 字節(jié)） 二 . ARP 地址解析 過程 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 20 A R P 模 塊 接 收 到 來 自 上 層 協(xié)議 （ I P ） 的 數(shù) 據(jù) 報 后 ， 提取 其 下 一 跳 I P 地 址 。下 一 跳 I P 地 址 在 A R P 高 速 緩 存 中有 對 應(yīng) 的 項 目使 用 該 對 應(yīng) 項 的 物 理 地 址（ M A C ） 作 為 數(shù) 據(jù) 報 的 目 的M A C 地 址 。廣 播 發(fā) 送 A R P 請 求 報 文 來 獲取 下 一 跳 I P 地 址 所 對 應(yīng) 的物 理 地 址 。等 待 接 收 A R P 應(yīng) 答 。收 到 A R P 應(yīng) 答使 用 應(yīng) 答 中 的 物 理 地 址 （ MA C ） 作 為 數(shù) 據(jù) 報 的 目 的 M A C地 址 。將 下 一 跳 I P 地 址 和 應(yīng) 答 中的 物 理 地 址 結(jié) 合 到 一 起 ，添 加 到 A R P 高 速 緩 存 。停 止 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 報YNYN 【實驗步驟】 主機 B 啟動靜態(tài)路由服務(wù)（方法：在命令行方式下，輸入“ staticroute_config”）。 按照拓撲結(jié)構(gòu)圖連接網(wǎng)絡(luò)，使用拓撲驗證檢查連接的正確性。 練習一：領(lǐng)略真實的 ARP（同一子網(wǎng)） 1. 主機 A、 B、 C、 D、 E、 F 在命令行下運行“ arp a”命令，察看 ARP 高速緩存表，并回答以下問題： ? ARP 高速緩存表由哪幾項組成？ 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 21 2. 主機 A、 B、 C、 D 啟動協(xié)議分析器，設(shè)置過濾條件（提取 ARP、 ICMP），開始捕獲數(shù)據(jù)。 3. 主機 A、 B、 C、 D 在命令行下運行“ arp d”命令，清空 ARP 高速緩存。 4. 主機 A ping 主機 D（ ）。 5. 主機 A、 B、 C、 D 停止捕獲數(shù)據(jù)，并立即在命令行下運行“ arp a”命令察看 ARP 高速緩存。 ? 結(jié)合協(xié)議分析器上采集到的 ARP報文和 ARP高速緩存表中新增加的條目，簡述 ARP協(xié)議的報文交互過程以及 ARP 高速緩存表的更新過程。 練習二：編輯并發(fā)送 ARP 報文（同一子網(wǎng)） 1. 在主機 E 上啟動仿真編輯器，并編輯一個 ARP 請求報文。其中： MAC 層：“目的 MAC 地址”設(shè)置為 FFFFFFFFFFFF； “源 MAC 地 址”設(shè)置為主機 E 的 MAC 地址。 ARP 層：“發(fā)送端 MAC 地址”設(shè)置為主機 E 的 MAC 地址； “ 發(fā)送端 IP 地址”設(shè)置為主機 E 的 IP 地址（ ）； “目的端 MAC 地址”設(shè)置為 000000000000； “目的端 IP 地址”設(shè)置為主機 F 的 IP 地址（ ）； 2. 主機 B、 F 啟動協(xié)議分析器并設(shè)置過濾條件（提取 ARP）。 3. 主機 E、 B、 F 在命令行下運行“ arp d”命令，清空 ARP 高速緩存。 4. 主機 E 發(fā)送已編輯好的 ARP 報文。 5. 主機 E 立即在命令行下運行“ arp a”命令察看 ARP 高速緩存。 6. 主 機 B、 F 停止捕獲數(shù)據(jù)，分析捕獲到的數(shù)據(jù)，進一步體會 ARP 報文交互過程。 練習三：跨路由地址解析（不同子網(wǎng)） 1. 主機 A、 B、 C、 D、 E、 F 在命令行下運行“ arp d”命令，清空 ARP 高速緩存。 2. 主機 A、 B、 C、 D、 E、 F 重新啟動協(xié)議分析器并設(shè)置過濾條件（提取 ARP、 ICMP）。 3. 主機 A ping 主機 E（ ）。 4. 主機 A、 B、 C、 D、 E、 F 停止數(shù)據(jù)捕獲，察看協(xié)議分析器中采集到的 ARP 報文，并回答以下問題： ? 單一 ARP 請求報文是否能夠跨越子網(wǎng)進行地址解析？為什么？ ? ARP 地址解析在跨越子網(wǎng)的通信 中所起到的作用？ 【思考問題】 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 22 1. ARP 分組的長度是固定的嗎？試加以解釋。 2. 試解釋為什么 ARP 高速緩存每存入一個項目就要設(shè)置 1020 分鐘的超時計時器。這個時間設(shè)置得太大或太小會出現(xiàn)什么問題？ 3. 至少舉出兩種不需要發(fā)送 ARP 請求分組的情況。 實驗三 網(wǎng)際協(xié)議 IP 【實驗?zāi)康摹? 1. 掌握 IP 數(shù)據(jù)報的報文格式 2. 掌握 IP 校驗和計算方法 3. 掌握子網(wǎng)掩碼和路由轉(zhuǎn)發(fā) 4. 理解特殊 IP 地址的含義 5. 理解 IP 分片過程 【實驗學時】 建議 4 學時 【實驗環(huán)境配置】 該實驗采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二 【實驗原理】 一 . IP 報文格式 IP 數(shù)據(jù)報是由 IP 首部加數(shù)據(jù)組成的 ， IP 首部的最大長度不超過 60 字節(jié)。 下圖 IP 數(shù)據(jù)報文格式 : 4 位版本 4 位首部長度 8 位服務(wù)類型 16 位總長度（字節(jié)數(shù)） 16 位標識 3 位標志 13 位片偏移 8 位生存時間 8 位協(xié)議類型 16 位首部檢驗和 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 23 32 位源 IP 地址 32 位目的 IP 地址 選項（如果有） 數(shù)據(jù) 二 . IP 分片 鏈路層具有最大傳輸單元（ MTU）這個特性，它限制了數(shù)據(jù)幀的最大長度。不同的網(wǎng)絡(luò)類型都有一個上限值。以太網(wǎng)通常是 1500。 如果 IP 層有數(shù)據(jù)包要傳輸，而數(shù)據(jù)包的長度超過了 MTU，那么 IP 層就要對數(shù)據(jù)包進行分 片操作 ， 使每一片長度都小于 MTU。 IP 首部中 “16位標識 ” 、 “3 位標志 ” 和 “13 位片偏移 ” 包含了分片和重組所需的信息。另外，當數(shù)據(jù)被分片后，每個片的 “16 位總長度 ” 值要改為該片的長度值。 三 . IP 路由表 大部分網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備（包括 PC 機、三層交換機、路由器等）都存儲著一張記錄路由信息的表格，稱為路由表。一張路由表由許多表項組成。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備收到數(shù)據(jù)報后，根據(jù)其目的 IP地址查找路由表確定數(shù)據(jù)報傳輸?shù)淖罴崖窂?(下一跳 )。然后利用網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議重新封裝數(shù)據(jù)報，利用下層提供的服務(wù)把數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)出去。 路由表的項目一般含有五個 基本字段：目的地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼、下一跳地址、接口、度量。 路由表匹配順序如下 ： ? 直接交付：路由表項的“目的地址”字段是交付主機的本網(wǎng)絡(luò)地址。 ? 特定主機交付：路由表項的“目的地址”字段是某臺特定主機的 IP 地址。 ? 特定網(wǎng)絡(luò)交付：路由表項的“目的地址”字段是另一個網(wǎng)絡(luò)的地址。 ? 默認交付：路由表項的“目的地址”字段是一個默認路由器（默認網(wǎng)關(guān)）。 四 . 路由選擇過程 路由選擇模塊從 IP 處理模塊接收到 IP 分組后，使用該分組的目的 IP 地址同路由表中的每一個項目按特定的順序（路由表匹配順序）查找匹配項，當找到第一個匹配項后就不再繼續(xù)尋找了，這樣就完成了路由選擇過程。 匹配路由表項的方法是將 IP 地址與路由表中的一個項目的“子網(wǎng)掩碼”進行按位“與”網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 24 操作，然后判斷運算結(jié)果是否等于該項目的“目的地址”，如果等于，則匹配成功，否則，匹配失敗。 路由選擇模塊的工作過程： 對 路 由 表 中 的 每 一 個 項 目使 用 分 組 的 目 的 I P 地 址 與 項 目相 匹 配匹 配 成 功把 分 組 連 同 下 一 跳 地 址 發(fā) 送 到分 片 模 塊停 止發(fā) 送 I C M P 差 錯 報 文YNYN該 項 目 的 “ 目 的 地 址 ”是 另 一 個 網(wǎng) 絡(luò)該 項 目 的 “ 目 的 地 址 ” 是 本 網(wǎng) 絡(luò)使 用 分 組 的 目 的 I P 地 址 作 為 下 一跳 地 址使 用 該 項 目 路 由 表 中 的“ 下 一 跳 地 址 / 網(wǎng) 關(guān)” 作 為 下 一 跳 地 址【實驗步驟】 主機 B 啟動靜態(tài)路由服務(wù)（方法：在命令行方式下，輸入“ staticroute_config”）。 按照拓撲結(jié)構(gòu)圖連接網(wǎng)絡(luò)，使用拓撲驗證檢查連接的正確性。 練習一：編輯并發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報 1. 主機 A 啟動仿真編輯器 ，編輯一個 IP 數(shù)據(jù)報，其中： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 25 MAC 層：“目的 MAC 地址”設(shè)置為主機 B 的 MAC 地址（對應(yīng)于 接口的 MAC）。 IP 層：“生存時間”設(shè)置為 128； “源 IP 地址”設(shè)置為主機 A 的 IP 地址（ ）； “目的 IP 地址”設(shè)置為主機 E 的 IP 地址（ ）。 使用仿真編輯器的“手動計算”校驗和；再使用仿真編輯器的“自動計算”校驗和，將兩次計算結(jié)果相比較，若結(jié)果不一致，則重新計算。 ? IP 在計算校驗和時包括那些內(nèi)容？ 2. 在主機 B、 E 上啟動協(xié)議分析器并設(shè)置過濾條件（提取 IP 協(xié)議）開 始捕獲數(shù)據(jù)。 3. 主機 A 發(fā)送第 2 步中編輯好的報文。 4. 主機 B、 E 停止捕獲數(shù)據(jù)，在捕獲到的數(shù)據(jù)中查找主機 A 所發(fā)送的數(shù)據(jù)報，并回答以下問題： ? 第 2 步中主機 A 所編輯的報文，經(jīng)過主機 B 到達主機 E 后，報文數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化？若發(fā)生變化，記錄變化的字段，并簡述發(fā)生變化的原因。 5. 將第 2 步中主機 A 所編輯的報文的“生存時間”設(shè)置為 1。重新計算校驗和。 6. 主機 B、 E 重新開始捕獲數(shù)據(jù)。 7. 主機 A 發(fā)送第 6 步中編輯好的報文。 8. 主機 B、 E 停止捕獲數(shù)據(jù)，在捕獲到的數(shù)據(jù)中查找主機 A 所發(fā)送的數(shù)據(jù)報，并回答以下問題： ? 主機 B、 E 是否能捕獲到主機 A 所發(fā)送的 報文？簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。 練習二：特殊的 IP 地址 1. 直接廣播地址 ① 主機 A 編輯 IP 數(shù)據(jù)報 1，其中： “目的 MAC 地址”設(shè)置為 FFFFFFFFFFFF； “目的 IP 地址”設(shè)置為 。 ② 主機 A 再編輯 IP 數(shù)據(jù)報 2，其中： “目的 MAC 地址”設(shè)置為主機 B 的 MAC 地址（對應(yīng)于 接口的 MAC）；“目的 IP 地址”設(shè)置為 。 ③ 主機 B、 C、 D、 E、 F 啟動協(xié)議分析器并 設(shè)置過濾條件（提取 IP 協(xié)議，Any）。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗 教程 26 ④ 主機 B、 C、 D、 E、 F 開始捕獲數(shù)據(jù)。 ⑤ 主機 A 發(fā)送這兩個數(shù)據(jù)報。 ⑥ 主機 B、 C、 D、 E、 F 停止捕獲數(shù)據(jù)。 ? 記錄實驗結(jié)果 主機號 收到 IP 數(shù)據(jù)報 1 收到 IP 數(shù)據(jù)報 2 ? 結(jié)合實驗結(jié)果，簡述直接廣播地址的作用。 2. 受限廣播地址 ① 主機 A 編輯一個 IP 數(shù)據(jù)報，其中： “目的 MAC 地址”設(shè)置為 FFFFFFFFFFFF； “目 的 IP 地址”設(shè)置為 。 ② 主機 B、 C、 D、 E、 F 重新啟動協(xié)議分析器并設(shè)置過濾條件（提取 IP 協(xié)議，Any）。 ③ 主機 B、 C、 D、 E、 F 重新開始捕獲數(shù)據(jù)。 ④ 主機 A 發(fā)送這個數(shù)據(jù)報。 ⑤ 主機 B、 C、 D、 E、 F 停止捕獲數(shù)據(jù)。 ? 記錄實驗結(jié)果 主機號 收到主機 A 發(fā)送的 IP 數(shù)據(jù)報 未收到主機 A 發(fā)送的 IP 數(shù)據(jù)報 ? 結(jié)合實驗結(jié)果，簡述受限廣播地 址的作用。 3. 環(huán)回地址 ① 主機 F 重新啟動協(xié)議分析器開始捕獲數(shù)據(jù)并設(shè)置過濾條件（提取 IP 協(xié)議）。 ② 主機 E ping 。 ③ 主機 F 停止捕獲數(shù)據(jù)。 ? 主機 F 是否收到主機 E 發(fā)送的目的地址為 的 IP數(shù)據(jù)報？為什么？ 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真 教學系統(tǒng) 實驗