Wireshark实验
数据链路层
实作一 熟悉 Ethernet 帧结构
使用 Wireshark 任意进行抓包，熟悉 Ethernet 帧的结构，如：目的 MAC、源 MAC、类型、字段等。
目的MAC为Destination，源MAC为Source，类型为IPv4
? 问题
你会发现 Wireshark 展现给我们的帧中没有校验字段，请了解一下原因。
有时校验和会由网卡计算，这时wireshark抓到的本机发送的数据包的校验和都是错误的，因此默认关闭WireShark自身校验。即wireshark会过滤掉校验字段。
实作二 了解子网内/外通信时的 MAC 地址
1.ping 你旁边的计算机（同一子网），同时用 Wireshark 抓这些包（可使用 icmp 关键字进行过滤以利于分析），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的？
发出帧：
返回帧：
可以看出发出帧的目的MAC与返回帧的源MAC是相同的。
2.然后 ping qige.io （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的？
发出帧：
返回帧：
可以看到发出帧的目的MAC为qige.io的地址，与返回帧源MAC相同。
3.再次 ping www.cqjtu.edu.cn （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址又是多少？这个 MAC 地址又是谁的？
发出帧：
返回帧：
发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址均为www.cqjtu.com的MAC地址。
? 问题
通过以上的实验，你会发现：
访问本子网的计算机时，目的 MAC 就是该主机的 访问非本子网的计算机时，目的 MAC 是网关的 请问原因是什么？
答：ARP代理，访问非子网计算机时是通过路由器转接的，MAC地址是接入路由器端口的地址，再通过路由器发给相应计算机。
实作三 掌握 ARP 解析过程
1.为防止干扰，先使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存
2.ping 你旁边的计算机（同一子网），同时用 Wireshark 抓这些包（可 arp 过滤），查看 ARP 请求的格式以及请求的内容，注意观察该请求的目的 MAC 地址是什么。再查看一下该请求的回应，注意观察该回应的源 MAC 和目的 MAC 地址是什么。
再次使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存
然后 ping qige.io （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 arp 过滤）。查看这次 ARP 请求的是什么，注意观察该请求是谁在回应。
这里遇到了一个问题，ARP协议并未使用广播来发送请求，而是直接将MAC地址写入了目的MAC。
查阅相关资料得到了答案：
每隔一段合适的时间，后台进程会考虑移除一条表项(每条表项都有对应的生存时间)，在移除此表项前，会先直接发送一条地址解析包到表中对应的以太网地址，如果在短时间内没有回复，则删除此表项。请求包是直接发送到目的地的，所以可以不打扰到以太网中的其他站点；而直接删除此表项会造成有用的信息被删除，并且需要重新来获取此信息。
这样答案就很明显了。如果arp表中的表项生存时间一到，直接删除此表项，则还需要重新发送广播帧来请求目的mac地址，这样做因为广播而打扰其他站点。
考虑到如果以太网中的主机很多，那么每台机器中的arp表中的表项也会很多，如果每条表项生存时间一到就直接删除表项，那么局域网中的广播数量会很多，这会在一定程度上影响网络的利用率，因此在删除表项之前，直接向该表项的目的地址发送一条请求报文来确认。如果短时间内没有收到回复，则说明此mac地址的拥有者已经改变了ip地址，或者已经离开了此以太网，直接删除此表项即可。
? 问题
通过以上的实验，你应该会发现，
ARP 请求都是使用广播方式发送的 如果访问的是本子网的 IP，那么 ARP 解析将直接得到该 IP 对应的 MAC；如果访问的非本子网的
IP， 那么 ARP 解析将得到网关的 MAC。 请问为什么？
- ARP代理，访问非子网IP时是通过路由器访问的，路由器再把发出去，目标IP收到请求后，再通过路由器端口IP返回去，那么ARP解析将会得到网关的MAC。
网络层
实作一 熟悉 IP 包结构
使用 Wireshark 任意进行抓包（可用 ip 过滤），熟悉 IP 包的结构，如：版本、头部长度、总长度、TTL、协议类型等字段。
? 问题
为提高效率，我们应该让 IP 的头部尽可能的精简。但在如此珍贵的 IP 头部你会发现既有头部长度字段，也有总长度字段。请问为什么？
答：便于传输时的识别IP总长度，节省时间，当长度超过1500B时就会被返回链路层进行分段。
实作二 IP 包的分段与重组
根据规定，一个 IP 包最大可以有 64K 字节。但由于 Ethernet 帧的限制，当 IP 包的数据超过 1500 字节时就会被发送方的数据链路层分段，然后在接收方的网络层重组。
缺省的，ping 命令只会向对方发送 32 个字节的数据。我们可以使用 ping 202.202.240.16 -l 2000 命令指定要发送的数据长度。此时使用 Wireshark 抓包（用 ip.addr == 202.202.240.16 进行过滤），了解 IP 包如何进行分段，如：分段标志、偏移量以及每个包的大小等
可以看出分成两个IP包发送的时候，IP包①长度为1500，IP包②长度为548，分片偏移量为1480，意思是两个IP包以第1480字节作为分隔的节点
分片偏移的意义为：较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以8个字节为偏移单位。这就是说，每个分片的长度一定是8字节（64位）的整数倍。
? 问题
分段与重组是一个耗费资源的操作，特别是当分段由传送路径上的节点即路由器来完成的时候，所以 IPv6 已经不允许分段了。那么 IPv6中，如果路由器遇到了一个大数据包该怎么办？
答：会把数据包丢掉，同时会通过ICMPv6的“packet too big”且携带有本端MTU 的消息发送给源主机，源主机收到此消息后，会根据此值对其进行分片，然后再 次发送此数据。
实作三 考察 TTL 事件
在 IP 包头中有一个 TTL 字段用来限定该包可以在 Internet上传输多少跳（hops），一般该值设置为 64、128等。
在验证性实验部分我们使用了 tracert 命令进行路由追踪。其原理是主动设置 IP 包的 TTL 值，从 1 开始逐渐增加，直至到达最终目的主机。
请使用 tracert www.baidu.com 命令进行追踪，此时使用 Wireshark 抓包（用 icmp 过滤），分析每个发送包的 TTL 是如何进行改变的，从而理解路由追踪原理。
由tracert追踪可看出每经过一跳，TTL数增加1。
TTL字段指定IP包被路由器丢弃之前允许通过的最大网段数量。
Tracert 先发送 TTL 为 1 的回应数据包，并随后的每次发送过程将 TTL 递增 1，直到目标响应或 TTL 达到最大值，从而确定路由。
? 问题
在 IPv4 中，TTL 虽然定义为生命期即 Time To Live，但现实中我们都以跳数/节点数进行设置。如果你收到一个包，其 TTL的值为 50，那么可以推断这个包从源点到你之间有多少跳？
答：经过14跳，一般TTL的设置为与其最靠进的2的n次幂。
传输层
实作一 熟悉 TCP 和 UDP 段结构
- 用 Wireshark 任意抓包（可用 tcp 过滤），熟悉 TCP 段的结构，如：源端口、目的端口、序列号、确认号、各种标志位等字段。
源端口为443，目的端口为62046，序列号为61062，确认号为1298，长度为1440. - 用 Wireshark 任意抓包（可用 udp 过滤），熟悉 UDP 段的结构，如：源端口、目的端口、长度等。
源端口为54915，目的端口为54915，长度为271。
? 问题
由上大家可以看到 UDP 的头部比 TCP 简单得多，但两者都有源和目的端口号。请问源和目的端口号用来干什么？
端口的作用就是用来唯一标识这个进程。源端口标识发起通信的那个进程，目的端口标识接受通信的那个进程。有了端口号，接受到报文后才能够知道将报文发送到哪个进程。
实作二 分析 TCP 建立和释放连接
1.打开浏览器访问 qige.io 网站，用 Wireshark 抓包（可用 tcp 过滤后再使用加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间使得能够捕获释放连接的包。
2.请在你捕获的包中找到三次握手建立连接的包，并说明为何它们是用于建立连接的，有什么特征。
第一次握手，同步位（SYN）是1，确认位（ACK）是0；第二次握手，同步位（SYN）是1，确认位（ACK）是1；
第三次握手，同步位（SYN）是0，确认位（ACK）是1。
3.请在你捕获的包中找到四次挥手释放连接的包，并说明为何它们是用于释放连接的，有什么特征。
确认位（ACK）仍然为1和终止控制位（FIN）变为1。
详细TCP连接的建立可参考该博客：https://www.cnblogs.com/ruoli-s/p/14207835.html
应用层
实作一 了解 DNS 解析
先使用 ipconfig /flushdns 命令清除缓存，再使用 nslookup qige.io 命令进行解析，同时用 Wireshark 任意抓包（可用 dns 过滤）。
可以看到当前计算机使用 UDP，向默认的 DNS 服务器的 53 号端口发出了查询请求，而 DNS 服务器的 53 号端口返回了结果。
DNS 查询和应答的相关字段的含义:
DNS是一套分布式的域名服务系统。每个DNS服务器上都存放着大量的机器名和 IP地址的映射，并且是动态更新的。众多网络客户端程序都使用DNS协议来向DNS服务器查询目标主机的IP地址。
DNS查询和应答报文的格式如下：
16位标识字段用于标记一对DNS查询和应答，以此区分一个DNS应答是哪个DNS查询的回应
16位标志字段用于协商具体的通信方式和反馈通信状态。
对查询报文而言，它一般包含1个查询问题，而应答资源记录数，授权资源记录数和额外资源记录数则为0.应答报文的应答资源记录数则至少为1，而授权资源记录数和额外资源记录数可为0或非0
查询名以一定的格式封装了要查询的主机域名。16位查询类型表示如何执行查询操作
而应答字段，授权字段和额外信息字段都使用资源记录（Resource Record，RR）格式。
资源记录格式：
参考了该博文：https://blog.csdn.net/qq_41091373/article/details/90384705
问题
你可能会发现对同一个站点，我们发出的 DNS 解析请求不止一个，思考一下是什么原因？
答：为了使服务器的负载得到平衡(因为每天访问站点的次数非常多）网站就设有好几个计算机，每一个计算机都运行同样的服务器软件。这些计算机的IP地址不一样，但它们的域名却是相同的。这样，第一个访问该网址的就得到第一个计算机的IP地址，而第二个访问者就得到第二个计算机的IP地址等等。这样可使每一个计算机的负荷不会太大。
实作二 了解 HTTP 的请求和应答
打开浏览器访问 qige.io 网站，用 Wireshark 抓包（可用http 过滤再加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间以将释放连接的包捕获
请在你捕获的包中找到 HTTP 请求包，查看请求使用的什么命令，如：GET, POST。并仔细了解请求的头部有哪些字段及其意义。
User-Agent头域的内容包含发出请求的用户信息。
Cache-control: max-age=0
作用：控制浏览器的缓存，常见值为 private、no-cache、max-age、alidate，默认为 private，根据浏览器查看页面不同的方式来进行区别
解释：浏览器在访问了该页面后，不再会访问服务器
请在你捕获的包中找到 HTTP 应答包，查看应答的代码是什么，如：200, 304, 404 等。并仔细了解应答的头部有哪些字段及其意义。
在http1.1中，client和server都是默认对方支持长链接的， 如果client使用http1.1协议，但又不希望使用长链接，则需要在header中指明connection的值为close；如果server方也不想支持长链接，则在response中也需要明确说明connection的值为close。不论request还是response的header中包含了值为close的connection，都表明当前正在使用的tcp链接在当天请求处理完毕后会被断掉。以后client再进行新的请求时就必须创建新的tcp链接了。
应答码：
更多状态码可参考：https://www.twle.cn/l/yufei/http/http-basic-status-codes.html
? 问题
刷新一次 qige.io 网站的页面同时进行抓包，你会发现不少的 304
代码的应答，这是所请求的对象没有更改的意思，让浏览器使用本地缓存的内容即可。那么服务器为什么会回答 304 应答而不是常见的 200 应答？
因为第一次访问时成功收到响应，就会返回200，浏览器这时会下载资源文件，记录response header和返回返回时间。浏览器第二次发送请求的时候，告诉浏览器我上次请求的资源现在还在自己的缓存中，如果你那边这个资源还没有修改，就可以不用传送应答体给我了。服务器根据浏览器传来的时间发现和当前请求资源的修改时间一致，就应答304，表示不传应答体了，从缓存里取，不一致返回200。