北郵 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分組捕獲

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)二：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)分組的捕獲和解析 1、 實(shí)驗(yàn)類別協(xié)議分析型2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬螌?shí)驗(yàn)內(nèi)容：1） 捕獲在連接Internet過程中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)層分組：DHCP分組，ARP分組，IP數(shù)據(jù)分組，ICMP分組。2） 分析各種分組的格式，說明各種分組在建立網(wǎng)絡(luò)連接過程中的作用。3） 分析IP數(shù)據(jù)分組分片的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^本次實(shí)驗(yàn)了解計(jì)算機(jī)上網(wǎng)的工作過程，學(xué)習(xí)各種網(wǎng)絡(luò)層分組的格式及其作用，理解長度大于1500字節(jié)IP數(shù)據(jù)組分片傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)。4）分析TCP建立連接，拆除連接和數(shù)據(jù)通信的流程。3、 實(shí)驗(yàn)學(xué)時4學(xué)時4、 實(shí)驗(yàn)組人數(shù)1人5、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備環(huán)境1臺裝有Windows XP操作系統(tǒng)的pc機(jī)，能夠連接到Internet，并安裝WireShark 軟件。6、 學(xué)習(xí)難點(diǎn)重點(diǎn)分析網(wǎng)絡(luò)層分組的格式，掌握各種分組在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用，了解整個上網(wǎng)的工作過程。發(fā)送ICMP分組，并分析其結(jié)構(gòu)和功能。制作長度大于1500字節(jié)的IP數(shù)據(jù)分組，發(fā)送并分析其分片傳輸?shù)倪^程。7、 實(shí)驗(yàn)步驟1、啟動計(jì)算機(jī)，連接網(wǎng)絡(luò)確保能夠上網(wǎng)，安裝WireShark軟件。2、第一步：開啟WirkShark監(jiān)控，設(shè)置捕獲過濾器，僅捕獲UDP報(bào)文Capture =>Interfrace=>選中所用網(wǎng)卡=>點(diǎn)擊Start第二步：設(shè)置WirkShark顯示過濾器，在工作畫面Filter設(shè)置udp.port=68,這樣在捕獲的報(bào)文中，僅顯示UDP端口號68的報(bào)文（DHCP報(bào)文）第三步：在DOS窗口執(zhí)行命令ipconfig/release先釋放已經(jīng)申請的IP地址，再執(zhí)行ipconfig/renew，就可以在WireShark上看到DHCP的四次握手獲得IP地址，缺省路由DNS等參數(shù)的過程。第四步：重新設(shè)置WireShark的捕獲選項(xiàng)和顯示選項(xiàng)（這些選項(xiàng)的設(shè)置方法可以參照軟件自帶手冊）。執(zhí)行一個ping命令，觀察ARP和PING命令的執(zhí)行過程。關(guān)于捕獲過濾器的手冊：Help=>Contents，找到4.9節(jié)：Filtering while capturing關(guān)于顯示過濾器的手冊：Help=>Contents，找到6.3節(jié)：Filtering packets while viewing3、分析數(shù)據(jù)分組的分片傳輸過程制作大于8000字節(jié)的IP數(shù)據(jù)分組并發(fā)送，捕獲后分析其分片傳輸?shù)姆纸M結(jié)構(gòu)。使用Windows中ping命令的-l選項(xiàng)，例如：ping -l 8000 192.168.0.14、分析TCP通信過程WireShark的Filter項(xiàng) 填為tcp.port=21 (僅觀察FTP的TCP通信，F(xiàn)TP端口號為21)。捕獲所有下面通信過程的TCP報(bào)文進(jìn)行分析。1) 觀察TCP建立連接的三次握手和粗暴方式拆除連接的流程。執(zhí)行命令ftp 連接建立后直接按下Ctrl-C中止程序運(yùn)行。2) 觀察TCP建立連接的三次握手，數(shù)據(jù)通信和優(yōu)雅方式拆除連接的流程。執(zhí)行命令ftp 用戶名輸入anonymous口令輸入ab執(zhí)行成功后輸入命令bye3) (選作)執(zhí)行下面的操作，觀察TCP連接斷開的流程與2）有何區(qū)別。執(zhí)行命令ftp 用戶名輸入anonymous口令輸入ab執(zhí)行成功后輸入命令bye8、 實(shí)驗(yàn)分析 捕獲ICMP 協(xié)議數(shù)據(jù)1. 運(yùn)行 ping 命令（例如：c> ping 192.168.0.1），遠(yuǎn)程主機(jī)地址可以是本機(jī)地址、網(wǎng)關(guān)路由器地址，也可以是域名（如）。將捕獲到的數(shù)據(jù)保存為文件。2. 使用 Windows 中ping 命令的-l 選項(xiàng)（例如：c>ping -l 8000 192.168.0.1），制作大于8000 字節(jié)的IP 包并發(fā)送，捕獲后分析其分段傳輸?shù)陌Y(jié)構(gòu)。捕獲 DHCP 協(xié)議數(shù)據(jù)1. 使用 ipconfig 命令釋放計(jì)算機(jī)的IP 地址（c>ipconfig -release）；2. 使用 ipconfig 命令重新申請IP 地址（c>ipconfig -renew）。此時 wireshark 窗口中可以捕獲到完整的DHCP 地址分配的流程，將捕獲到的數(shù)據(jù)保存為文件。捕獲 ARP 協(xié)議數(shù)據(jù)采用與捕獲 DHCP 協(xié)議數(shù)據(jù)相同的方法釋放IP 地址并重新申請，在wireshark 窗口中可以捕獲到ARP 請求和響應(yīng)消息，保存為文件。捕獲 TCP 協(xié)議數(shù)據(jù)打開瀏覽器，輸入一個頁面內(nèi)容較簡單網(wǎng)頁URL，如；網(wǎng)頁全部顯示后關(guān)閉瀏覽器。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1） 捕獲DHCP分組Encode分析如下：由捕獲的數(shù)據(jù)包可見，其IP頭部的目的域地址為ff ff ff ff，即表明該包圍一個廣播包，同時可以看到其源地址為00 00 00 00。根據(jù)DHCP的數(shù)據(jù)包部分的譯碼輸出，我們可以得到Boot Record type域?yàn)?（表明是申請IP地址），以及硬件地址類型和硬件地址長度等等信息，并且最終申請的IP地址為59.64.192.184。之后可以看到網(wǎng)關(guān)會發(fā)來一個DHCP ACK數(shù)據(jù)包，用來確認(rèn)IP地址的分配（由于版面所限，未添加相應(yīng)截圖）2） 捕獲IP數(shù)據(jù)分組：IP分組格式為： 分析IP數(shù)據(jù)分組：其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正?？煽啃钥傞L度00 30分組長度48字節(jié)標(biāo)識8a 83標(biāo)識為35459標(biāo)志40DF=1，MF=0，不允許分片偏移值00偏移量為0生存周期6e每跳生存周期為110s協(xié)議06攜帶的數(shù)據(jù)來自TCP協(xié)議頭部校驗(yàn)和89 11頭部校驗(yàn)和為8911源地址7d 26 80 9c源地址為 125.38.128.156目的地址3b 40 c0 30目的地址為 59.64.192.483） 分析整個上網(wǎng)的工作過程，需要收發(fā)什么分組？每個分組的內(nèi)容是什么？首先通過廣播的方式向默認(rèn)的網(wǎng)關(guān)（我這里是59.64.192.1）發(fā)送一個DHCP REQUEST報(bào)文，以申請獲得動態(tài)的IP地址，里面包括的內(nèi)容如實(shí)驗(yàn)結(jié)果1示網(wǎng)關(guān)受到報(bào)文后，會回送一個DHCP ACK報(bào)文，以告訴申請方已經(jīng)將IP地址分配過去，本次實(shí)驗(yàn)分配的地址是59.64.192.48之后本機(jī)還要廣播自己的地址映射關(guān)系，用ARP數(shù)據(jù)報(bào)。其形式是這樣的：本機(jī)發(fā)送ARP請求查找它自己的IP地址，這樣就會使每臺主機(jī)在ARP緩存中加入一個映射表象，即讓其他主機(jī)知道了當(dāng)前本機(jī)的地址，相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)如下圖示 DHCP REQUEST 數(shù)據(jù)報(bào)DHCPACK數(shù)據(jù)報(bào)ARP數(shù)據(jù)報(bào)4） 捕獲ICMP分組：分組一 相應(yīng)ICMP譯碼輸出分析ICMP分組：字 段報(bào)文（16進(jìn)制） 內(nèi) 容類 型03終點(diǎn)不可達(dá)代 碼03端口不可達(dá)校 驗(yàn) 和bf 73頭部校驗(yàn)和為bf 73此ICMP報(bào)文是差錯報(bào)文，報(bào)告差錯為終點(diǎn)不可達(dá)中的端口不可達(dá)。通過ping命令產(chǎn)生ICMP報(bào)文二相應(yīng)的ICMP譯碼輸出分析ICMP分組：字 段報(bào)文（16進(jìn)制） 內(nèi) 容類 型08問一臺機(jī)器是否仍處于活動狀態(tài)代 碼00校 驗(yàn) 和19 5c頭部校驗(yàn)和為195c此ICMP為用來判斷指定目標(biāo)是否可達(dá)以及是否活著的報(bào)文，是ping命令中常用的5） 制作一個8000字節(jié)的IP數(shù)據(jù)分組，發(fā)送后捕獲分析。由于分組長度大于1500字節(jié)，因此需要分片傳輸。按照2）中的方法分析所有分片的結(jié)構(gòu)。IP分組一其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正?？煽啃钥傞L度05 dc分組長度1500字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志20DF=0，MF=1，允許分片,當(dāng)前片不是最后片偏移值00偏移量為0生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和A9 F7頭部校驗(yàn)和為A9 F7源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100IP分組二其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正常可靠性總長度05 dc分組長度1500字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志20DF=0，MF=1，允許分片,當(dāng)前片不是最后片偏移值20 B9偏移量為1480生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和A9 3E頭部校驗(yàn)和為A9 3E源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100IP分組三其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正常可靠性總長度05 dc分組長度1500字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志2XDF=0，MF=1，允許分片,當(dāng)前片不是最后片偏移值21 72偏移量為2960生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和A8 85頭部校驗(yàn)和為A8 85源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100IP分組四其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正?？煽啃钥傞L度05 dc分組長度1500字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志2XDF=0，MF=1，允許分片,當(dāng)前片不是最后片偏移值22 2b偏移量為4440生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和A7 CC頭部校驗(yàn)和為A7 CC源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100IP分組五其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正?？煽啃钥傞L度05 dc分組長度1500字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志2XDF=0，MF=1，允許分片,當(dāng)前片不是最后片偏移值22 e4偏移量為5920生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和A7 13頭部校驗(yàn)和為A7 13源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100IP分組六其相應(yīng)的分析如下表字段報(bào)文（16進(jìn)制）內(nèi) 容報(bào)頭長度45報(bào)頭長20字節(jié)服務(wù)類型00正常時延，正常吞吐量，正?？煽啃钥傞L度02 74分組長度628字節(jié)標(biāo)識0b 6e標(biāo)識為2926標(biāo)志03DF=0，MF=0，允許分片,當(dāng)前片是最后片偏移值03 9d偏移量為7400生存周期80每跳生存周期為128s協(xié)議01攜帶的數(shù)據(jù)來自ICMP協(xié)議頭部校驗(yàn)和C9 C2頭部校驗(yàn)和為C9 C2源地址3b 40 c0 b8源地址為 59.64.192.184目的地址d3 5e 90 64目的地址為 211.94.144.100上述便是將一個8000字節(jié)的分組劃分為六個分片的情形，我們不妨加以計(jì)算5個長度為1500字節(jié)的IP分組，每個分組的凈荷域=1500-20=1480，第一個分組為表明是ICMP分組，又加了8個字節(jié)的長度，故前五個分組組裝起來為1480*5-8=7392。加上最后一個分片，其總長度為7392+628=8000Byte，證明結(jié)果是正確的。6） TCP協(xié)議分析建立連接: 在 TCP/IP 協(xié)議中，TCP 協(xié)議提供可靠的連接服務(wù)，采用三次握手建立一個連接。 第一次握手： 建立連接時， 客戶端發(fā)送 syn 包(syn=j)到服務(wù)器， 并進(jìn)入 SYN_SEND 狀態(tài)，等待服務(wù)器確認(rèn)； 第二次握手：服務(wù)器收到 syn 包，必須確認(rèn)客戶的 SYN（ack=j+1），同時自己 也發(fā)送一個 SYN 包（syn=k），即 SYN+ACK 包，此時服務(wù)器進(jìn)入 SYN_RECV 狀態(tài)； 第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的 SYNACK 包，向服務(wù)器發(fā)送確認(rèn)包 ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)，完成三 次握手。 完成三次握手，客戶端與服務(wù)器開始傳送數(shù)據(jù) 釋放連接: 雖然TCP連接是全雙工的，但可將其視為一對單工連接，每個連接單獨(dú)釋放，兩個單工之間獨(dú)立。步驟:（1） 客戶端1發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉1到2的數(shù)據(jù)發(fā)送（2） 服務(wù)器2收到這個FIN，它發(fā)回一個ACK，確認(rèn)序號為收到的序號+1，和SYN一樣，一個FIN將占用一個序號（3） 服務(wù)器2關(guān)閉與客戶端1的連接，發(fā)送一個FIN給客戶端1（4） 客戶端1發(fā)回ACK報(bào)文確認(rèn)，并將確認(rèn)信號設(shè)置為收到序號+1 每個TCP報(bào)文頭部都包含源端口號（source port）和目的端口號（destination port），用于標(biāo)識和區(qū)分源端設(shè)備和目的端設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)程。在TCP/IP協(xié)議棧中，源端口號和目的端口號分別與源IP地址和目的IP地址組成套接字（socket），唯一的確定一條TCP連接。 序列號（Sequence number）字段用來標(biāo)識TCP源端設(shè)備向目的端設(shè)備發(fā)送的字節(jié)流，它表示在這個報(bào)文段中的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)。如果將字節(jié)流看作在兩個應(yīng)用程序間的單向流動，則TCP用序列號對每個字節(jié)進(jìn)行計(jì)數(shù)。序列號是一個32bits的數(shù)。 既然每個傳輸?shù)淖止?jié)都被計(jì)數(shù)，確認(rèn)序號（Acknowledgement number，32bits）包含發(fā)送確認(rèn)的一端所期望接收到的下一個序號。因此，確認(rèn)序號應(yīng)該是上次已成功收到的數(shù)據(jù)字節(jié)序列號加1。 TCP的流量控制由連接的每一端通過聲明的窗口大?。╳indows size）來提供。窗口大小用數(shù)據(jù)包來表示，例如Windows size=3, 表示一次可以發(fā)送三個數(shù)據(jù)包。窗口大小起始于確認(rèn)字段指明的值，是一個16bits字段。窗口大小可以調(diào)節(jié)。 校驗(yàn)和（checksum）字段用于校驗(yàn)TCP報(bào)頭部分和數(shù)據(jù)部分的正確性。 最常見的可選字段是MSS（Maximum Segment Size，最大報(bào)文大?。?。MSS指明本端所能夠接收的最大長度的報(bào)文段。當(dāng)一個TCP連接建立時，連接的雙方都要通告各自的MSS協(xié)商可以傳輸?shù)淖畲髨?bào)文長度。我們常見的MSS有1024（以太網(wǎng)可達(dá)1460字節(jié)）字節(jié)。2） 對照教材 6-33 圖，理解TCP 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程，按照你所捕獲的消息，畫出Client 側(cè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，并進(jìn)行解釋。 當(dāng)客戶機(jī)器上的一個應(yīng)用程序發(fā)出CONNECT請求的時候，本地的TCP創(chuàng)建一條連接記錄，并將它標(biāo)記為SYN SENT狀態(tài)，然后發(fā)送一個SYN數(shù)據(jù)段。當(dāng)SYN+ACK到達(dá)時候，三步握手完成，連接建立開始發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 當(dāng)應(yīng)用結(jié)束時，發(fā)出CLOSE原語，從而使本地的TCp實(shí)體發(fā)送一個FIN數(shù)據(jù)段，并等待相應(yīng)ACK，當(dāng)ACK到達(dá)時，發(fā)生一次狀態(tài)遷移，切換到FIN WAIT 2，而且連接的一個方向現(xiàn)在被關(guān)閉。當(dāng)另一方也關(guān)閉的時候，一個FIN數(shù)據(jù)段會到來，然后它被確認(rèn)。現(xiàn)在雙方都已經(jīng)關(guān)閉了，但是TCP要等待一段最大的分組生存期的時間，以確保該鏈接的所有分組都已經(jīng)消失了，以防萬一發(fā)生確認(rèn)被丟失的情形。當(dāng)定時器到期之后，TCP刪除該鏈接記錄。 當(dāng)客戶完成的時候，它執(zhí)行CLOSE,從而導(dǎo)致發(fā)送一個FIN到達(dá)服務(wù)器。然后，服務(wù)器接到信號，當(dāng)它也執(zhí)行CLOSE的時候，TCP實(shí)體給客戶發(fā)送一個FIN數(shù)據(jù)段。當(dāng)客戶的確認(rèn)回來的時候，服務(wù)器釋放該鏈接，并且刪除相應(yīng)的鏈接記錄。9、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)驗(yàn)心得通過本次實(shí)驗(yàn)，我對IP數(shù)據(jù)包的組成有了更加深刻地認(rèn)識，對數(shù)據(jù)包在數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層傳遞過程中幀頭信息的變化有了更加深刻的理解，數(shù)據(jù)鏈路層加DLC頭，網(wǎng)絡(luò)層加IP頭，同時每一層還有相應(yīng)的協(xié)議（ICMP，DHCP，ARP），對應(yīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)包。不過總體上來說，這次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的還是較為順利的，花費(fèi)時間最多的部分是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫及相關(guān)結(jié)果的截圖上?？傮w來說比較順利的完成了本次實(shí)驗(yàn)。