[网络协议] 计算机网络实验---Wireshark 实验

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？
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？
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？

?Ping 192.168.0.178

?Ping baidu.com

Ping qige.io

??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？

访问本子网的计算机时，可以直接访问。访问非本子网的计算机时，需要通过网关，网关负责下一步的发送和接受，因为网关是一个子网内主机访问外网的出入口

实作三掌握 ARP 解析过程

为防止干扰，先使用?arp -d *?命令清空 arp 缓存
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。

??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？

答：ARP解析是先看arp表中是否有目的地址，如果有就不需要再次建立联系了，可以获取到目的MAC。如果没有就需要发送ARP请求，来获取目的MAC。如果目的地址是属于同一个子网，则不行要通过网关就能够进行通信，而不在同一个子网中就需要通过网关才能够建立联系。

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：头部有一行是可选的，可以选择要或是不要。总长度展示了网络层所传输的数据。如果没有该部分，数据链路层在传输时会对数据进行填充，目的网络层不会把填充的部分给去掉。

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

??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：转发至支持该数据包的出链路上。

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。

???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：假设设置TTL时大小为64，则推断这个包从源点到我之间有64-50=14跳

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。
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。

TCP

?UDP

??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？

答：源端口来表示发送方的应用程序，目的端口来表示接收终方的应用程序。通过记录收发双方的端口号，从而实现应用程序之间的通信。

实作二分析 TCP 建立和释放连接

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。
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。
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。

tcp建立连接时发送的包为syn包，前两次握手时发送的包syn位为1，最后一次握手syn为0，可以作为tcp建立连接时的标识?

1）首先客户端发送一个fin值为1的包，用来关闭客户机到服务端的数据传送，

2）服务端收到这个fin包，发回一个ack包，表示收到这个请求

3）服务端发送一个fin包，用来关闭服务端到客户机的数据传送

4）客户机收到这个fin包，发回一个ack包

???问题一

去掉?Follow TCP Stream，即不跟踪一个 TCP 流，你可能会看到访问?qige.io?时我们建立的连接有多个。请思考为什么会有多个连接？作用是什么？

答：多个连接可以加快数据的传输效率，使我们上网更流畅，同时资源消耗也比单单建立一个tcp连接要大

??问题二

我们上面提到了释放连接需要四次挥手，有时你可能会抓到只有三次挥手。原因是什么？

答：上面挥手的第三步和第四步可能会被服务端和并发送，即当服务端没有数据要发送时，服务端收到来自客户机的fin包后，会发送一个ack和fin同时为1的包

应用层

应用层的协议非常的多，我们只对 DNS 和 HTTP 进行相关的分析。

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）。
你应该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。
可了解一下 DNS 查询和应答的相关字段的含义

?发起请求

?收到的回应中多了一个answer段

??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：因为请求问题不一样，同一个站点，我们会请求它的ipv4地址和ipv6地址

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。
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。