计算机网络综合实验教程――协议分析与应用 pdf下载

本实验教程就是为了让难以理解的计算机网络理论 “看得见、摸得着”，便于大家学习。尤其侧重于对计算机网络协议和网络编程应用。本教程共包含26个实验。

本实验教程是以计谢希仁教授编著的《计算机网络（第7版）》作为理论基础进行设计的。本教程的实验内容主要分为四大部分：第一部分为个小型校园网络的GNS3仿真设计与实现，这一部分是第二部分内容的基础。第二部分为wireshark协议抓包分析，在第一部分的网络中抓包分析网络协议。第三部分为常用网络命令的使用。第四部分为Python与scapy协议仿真。

李志远，桂林航天工业学院教授，原广西本科高校计算机类专业教学指导委员会委员，从事计算机网络教学及科研工作20余年，荣获广西区教育教学改项目二等奖。

目　　录
实验1 网络分析与设计 1
1．1 实验目的 1
1．2 网络分析 1
思考题 5
实验2 VLAN配置 6
2．1 实验目的 6
2．2 Cisco设备配置 6
2．3 VLAN划分 8
思考题 11
实验3 RIP配置 12
3．1 实验目的 12
3．2 基本概念 12
3．3 接口配置 13
3．4 VLAN连通性配置 15
3．5 网络设备接口配置 16
3．6 RIP配置 18
3．7 故障排查 20
思考题 20
实验4 ARP协议与Ethernet MAC帧 21
4．1 实验目的 21
4．2 协议封装 21
4．3 ARP协议 23
4．4 协议分析 26
4．5 ARP的MAC封装 29
4．6 ARP代理 31
思考题 35
实验5 交换机地址学习 36
5．1 实验目的 36
5．2 地址学习 36
5．3 实验分析 38
思考题 40
实验6 VLAN中继协议 41
6．1 实验目的 41
6．2 VLAN简介 41
6．3 VLAN间中继 42
6．4 802．1q协议 43
6．5 协议验证 44
6．6 抓包分析 46
思考题 47
实验7 PPP协议 48
7．1 实验目的 48
7．2 PPP简介 48
7．3 协议分析 51
7．4 结果分析 52
思考题 60
实验8 IP与ICMP协议 61
8．1 实验目的 61
8．2 IP协议简介 61
8．3 ICMP协议简介 63
8．4 ICMP询问报文 66
8．5 ICMP差错报文 67
8．6 路由重定向 73
8．7 IP分片 76
思考题 81
实验9 RIP与UDP协议 82
9．1 实验目的 82
9．2 RIP协议简介 82
9．3 UDP协议 84
9．4 协议分析 85
思考题 89
实验10 OSPF协议 90
10．1 实验目的 90
10．2 协议简介 90
10．3 网络配置 92
10．4 协议分析 95
10．5 扩展实验 103
思考题 108
实验11 TCP协议与TELNET协议 109
11．1 实验目的 109
11．2 协议简介 109
11．3 TCP协议连接的建立 114
11．4 TCP连接释放 115
11．5 TCP协议几点解释 116
11．6 协议分析 118
11．7 TELNET协议 127
11．8 TCP序号分析 132
思考题 134
实验12 DHCP协议 135
12．1 实验目的 135
12．2 协议简介 135
12．3 协议分析 139
思考题 147
实验13 网络地址转换NAT 148
13．1 实验目的 148
13．2 协议简介 148
13．3 协议分析 150
思考题 155
实验14 DNS协议 157
14．1 实验目的 157
14．2 协议简介 157
14．3 协议分析 161
14．4 hosts文件 164
14．5 常用的DNS服务器地址 165
14．6 虚拟环境实验 166
14．7 域名查询过程 168
思考题 173
实验15 TFTP协议 174
15．1 实验目的 174
15．2 协议简介 174
15．3 实验环境 177
15．4 协议分析 180
思考题 184
实验16 HTTP协议 185
16．1 实验目的 185
16．2 协议简介 185
16．3 协议分析 189
16．4 虚拟环境实验 193
思考题 198
实验17 常用网络命令 199
17．1 实验目的 199
17．2 ping命令 199
17．3 ipconfig命令 202
17．4 arp命令 206
17．5 netstat命令 207
17．6 route命令 212
17．7 nslookup命令 216
17．8 tracert命令 221
思考题 223
实验18 以太网MAC帧与ARP协议Python仿真 224
18．1 实验目的 224
18．2 实验环境 224
18．3 以太网MAC帧 225
18．4 ARP协议 229
18．5 ARP安全 232
18．6 网桥地址学习问题 233
思考题 233
实验19 IP与ICMP协议Python仿真 235
19．1 实验目的 235
19．2 IP协议 235
19．3 ICMP协议 239
19．4 ICMP协议实现路由追踪 242
思考题 244
实验20 UDP与DNS协议Python仿真 245
20．1 实验目的 245
20．2 UDP协议 245
20．3 DNS查询 246
20．4 寻找局域网内主机 249
思考题 249
实验21 TCP协议Python仿真 250
21．1 实验目的 250
21．2 TCP 协议 250
21．3 TCP 3次握手仿真 251
21．4 端口扫描 254
思考题 255
实验22 网络嗅探Python仿真 256
22．1 实验目的 256
22．2 理解网络嗅探 256
22．3 Scapy网络嗅探 256
22．4 程序实现 257
思考题 259
实验23 DHCP协议Python仿真 261
23．1 实验目的 261
23．2 实验过程 261
23．3 DHCP服务器探测 263
23．4 DHCP协议嗅探 264
23．5 DHCP安全 268
思考题 269
实验24 RIP协议Python仿真 270
24．1 实验目的 270
24．2 实验环境 270
24．3 RIP配置 271
24．4 程序实现 272
思考题 277
实验25 零比特填充Python实现 278
25．1 实验目的 278
25．2 零比特填充简介 278
25．3　零比特填充原理Python实现 279
实验26 IP划分子网Python实现 280
26．1 实验目的 280
26．2 划分子网简介 280
26．3 划分子网的Python实现 280
附录A GNS3安装与使用（Windows） 284
附录B Python与Scapy安装 309
附录C Wireshark过滤方法 312
附录D 参考文献与网址 319

前 言

“计算机网络”课程具有实践性强、学科交叉、协议复杂、不同层次间协议需要相互配合运行等特点，这些特点对于理解计算机网络原理带来了不少的挑战：需要理解较多的知识点、需要较强的实践能力。计算机网络实验课程的设计，应该有助于学习者更好理解网络协议以及协议的运行过程，使学习者能够透过表象，理解协议原理的本质特征。基于这种思路，本实验教程在一个简单的网络设计与实现基础上，综合应用计算机网络协议，并对这些协议进行必要的分析，让难以理解的、烦琐的计算机网络协议 “看得见、摸得着”。

区别于同类实验教程，本实验教程以真实网络环境实现为背景，以理解、分析网络协议的语法、语义、同步为主线来综合设计实验内容，内容涵盖物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层五层协议中的大多数知识点。这里所述的知识点，是指谢希仁教授编著的《计算机网络（第7版）》中所描述的部分五层协议内容，教材中第7章及以后的内容，本实验教程没有设计实验内容。虽然实验2和实验3的主要内容为路由器和交换机的基本配置（在其他实验中，也涉及少量的配置任务），但这部分内容是本实验教程使用的基础，需要读者准确无误地完成配置任务。

本实验教程以理解并使用协议为主，实验设计思路新颖独特，其主要内容是在一个小型校园网络上使用协议和分析协议，主要通过GNS3仿真和Wireshark抓包实现。

由于网络的设计与实现，需要使用网络层相关协议，这部分内容又是后续协议分析实验的基础，因此，建议读者在学习完网络层之后开始系统使用本教程。有些实验内容可以在理论学习时同步使用，例如VLAN划分、部分网络命令等。受不同实验环境的影响，读者的实验结果与本实验教程中的结果可能不同，请读者按本实验教程的思路设计并分析实验结果。

一、教程特点

1. 以应用为基础

实验紧密联系实际，始终以协议在实际网络中的应用与分析为主线设计实验。

2. 以协议为中心

本实验教程以谢希仁教授编著的《计算机网络（第7版）》核心内容为基础，紧紧围绕学习协议、理解协议、使用协议这个中心设计实验。对部分协议的分析，给出了一些生活实例描述。

3. 以问题为导向

在实验分析和思考题中，从为什么出发倒推协议运行过程。

4. 虚实无缝结合

大多数实验在仿真环境下实现，无须昂贵的计算机网络设备，部分实验可在真实PC机设备与虚拟实验设备无缝结合下实现，例如TFTP实验、DNS实验以及RIP程序设计等。

5. 内容由易及难

前三章的实验为实践性实验，其他均为验证性实验（其中一些包含有少量实践性验证），在实验内容安排上由浅入深、由易及难。

二、实验环境

1. 操作系统：Windows、MAC OS、Linux。

2. 仿真软件：GNS3仿真软件（参考附录A）。

3. 网络设备。

1) 可管理的二层交换机：vIOS-L2.vmdk。

2) 不可管理的二层交换机：SW1-SW4直接使用GNS3仿真软件中的二层交换机。

3) 三层交换机：IOS版本为c3660-a3jk9s-mz.124-25d.image。

4) WWW、DNS、R1、R2：IOS版本为c3745-adventerprisek9-mz.124-25d.image。

5. 协议分析：npcap-0.99-r7、Wireshark（参考附录C）。

三、适用对象

本实验教程侧重于计算机网络实验环境与方法的创新，部分实验仅仅给出了大致的实验结果，更为详细的协议分析还需读者深入研究学习。本实验教程可用于计算机网络课程教学的实验、课程设计、综合实践参考用书，也可作为计算机网络理论教学的补充材料，适用于从事计算机网络教学的教师和学习计算机网络课程的学生使用，也可供计算机网络从业人员参考。

本实验教程是教学团队多年教学工作经验的总结，黄月华对实验教程提出了很多重要的参考意见，简宁对实验内容进行了全面的验证。在这里，还要感谢魏星、柯捷、杨鸣坤、杨华等计算机网络重点课程建设组成员的大力支持，特别要感谢出版社的郝志恒、牛晓丽两位编辑：在仅仅与他们交谈了一下计算机网络实验课程的想法之后，便得到了他们的大力支持和鼓励，促生了将多年计算机网络教学工作经验总结成书本的想法，在同事们的帮助下，实验教程终于如期出版。

由于水平有限，加之时间较为紧张，实践教程中一定存在诸多问题：实验设计不够合理、协议的理解不够准确、举例不够恰当、程序设计不够严谨、实验描述不够准确等问题，敬请读者批评指正。

由于每个读者的计算机平台存在各种差异性，对在实验环境的搭建出现的各种问题，我们无法提供强有力的技术支持，请读者参考附录内容，建议读者在虚拟机中搭建实验环境。另外，受版权的限制，我们无法提供Cisco相关设备IOS。

作 者

2010年 5月