TCPIP协议实验指导书 1Word格式文档下载.docx
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192.168.11.2PC3:
192.168.22.3PC4:
192.168.22.4Server:
192.168.22.253
实验拓扑中的所有路由器均由Dynamips软件模拟实现,计算机PC1、PC2、PC3和PC4是由VMwareWorkstation软件实现的WindowsXP虚拟机,Server是由VMwareWorkstation软件实现的WindowsServer2003虚拟机或安装了IIS的WindowsXP虚拟机,以太网Ethernet1和Ethernet2由
提供集线器功能的虚拟网卡VMnet1和VMnet2模拟实现。
【实验目的】
IP分组交付和ARP协议
1、掌握IP子网划分技术、IP地址分配原则,以及特殊IP地址的特征和作用
2、理解掌握直接交付与间接交付IP分组过程中的路由选择、ARP解析和以太网封装技术
3、分析子网划分对IP分组交付的影响
【预备知识】
1、IP地址、MAC地址、子网和掩码的概念
2、掩码运算:
确定IP网络(或子网)及其范围
3、以太网原理和帧结构
【实验原理】
IP子网中使用一个32比特的掩码来标识一个IP地址的网络/子网部分和主机部分。
将IP地址和掩码进行“位与”运算后可以得到该IP地址所在IP子网的子网地址,结合掩码中0比特个数可以确定该IP子网的IP地址空间范围。
根据IP地址所在IP子网的子网地址及其掩码,可以判断这些IP地址是否属于同一个IP子网。
IP地址空间中定义了一些特殊地址:
●网络/子网地址:
标识一个IP网络或子网。
●直接广播地址:
表示该分组应由特定网络上的所有主机接收和处理。
●受限广播地址:
表示该分组应由源所在网络或子网上的所有主机接收和处理。
●本网络上本主机地址:
表示主机自己。
●环回地址:
用来测试机器的协议软件。
IP分组被交付到最终目的地有两种不同的交付方式:
直接交付和间接交付。
交付时首先通过路由选择技术确定交付方式:
如果IP分组的目的与交付者在同一个IP网络上,就直接交付该分组至目的站点;
如果IP分组的目的与交付者不在同一个IP网络上,就间接交付该分组至下一个路由器(即下一跳站点)。
在以太网上,IP分组是封装在以太帧中发送的,因此发送时除了要有接收站的IP地址(IP分组中的目的IP地址)外,还需要接收站的MAC地址(以太网帧中的目的MAC地址)。
ARP协议(RFC826)实现了IP地址(逻辑地址)到MAC地址(物理地址)的动态映射,并将所获得的映射存放在ARP高速缓存表中。
不同的交付方法将导致不同的ARP解析操作,获取不同的目的物理地址。
直接交付时,交付者直接将IP分组交付给该分组的目的站点,因此交付者使用ARP协议找出IP分组中目的IP地址对应的物理地址。
间接交付时,交付者需要将IP分组交付给下一跳站点,而不是该IP分组的目的端,因此交付者使用ARP协议找出下一跳站点IP地址对应的物理地址。
IP网络是一个逻辑网络,一个物理网络可以被逻辑划分成若干个IP网络。
两个IP网络之间的通信必须经由路由器中继,未经路由器互连的两个IP网络即使在同一物理网中也不能通信。
主机的默认网关地址就是连接该主机所在IP网络的路由器接口的IP地址。
【实验内容】
R1F0/0=192.168.11.254,S1/0=192.168.12.1R2F0/0=192.168.22.254,S1/0=192.168.12.2
实验拓扑中VMware虚拟机PC1、PC2、PC3和PC4分别位于由提供集线器功能的虚拟网卡VMnet1和VMnet2模拟实现的两个以太网Ethernet1和Ethernet2中,这两个以太网对应的IP子网A和子网B分别连在Dynamips软件模拟实现的路由器R1和R2的F0/0接口上。
R1和R2之间通过PPP链路互联。
R1、R2、PC2、PC3和PC4的网络连接均已配置。
实验者首先在PC1上配置其网络连接,并配合通信测试命令(ping)来检验特殊IP地址的用途以及IP子网设置对同一物理网内计算机间通信的影响,从而理解并掌握子网地址、子网广播地址和主机地址的概念、特征与用途。
然后在PC1上使用ping命令分别进行IP子网内通信和IP子网间通信,通过ARP缓存表操作命令、Dynamips软件的分组捕获功能以及Wireshark软件的捕获分组查看功能,分析IP分组的直接交付、间接交付操作和路由器的作用,掌握ARP协议的工作原理,以及IP分组投递过程中源/目的IP地址与源/目的MAC地址的特征,理解IP子网对IP分组交付的影响。
【实验步骤】
1、确保网络连接中的VMnet1和VMnet2均被启用,然后依次启动VMwareWorkstation中TCPIP组内的虚拟机PC1、PC2、PC3和PC4,使用ipconfig命令查看并记录这4台PC的网络连接信息,在PC1上pingPC2的IP地址,记录
并分析ping的结果。
2、设置PC1的子网掩码为255.255.255.0,然后将其IP地址分别设为192.168.11.0、
192.168.11.255,记录并分析设置结果。
3、根据实验拓扑中的各子网信息以及步骤1中记录的PC2、PC3、PC4的网络连接信息,配置PC1的IP地址、子网掩码和默认网关,使得PC1能够ping通PC2,并在PC1上分别pingPC3和PC4的IP地址,记录并分析ping的结果。
4、在PC1上分别ping以下8个IP地址:
0.0.0.0、255.255.255.255、192.168.11.0、
192.168.11.255、127.0.0.0、127.0.0.1、127.0.0.10、127.255.255.255,记录并分析
ping的结果。
5、运行Dynagen中的“Networkdevicelist”程序,核对确保文件中R1的F0/0值与“Networkdevicelist”中VMnet1的“NIO_gen_eth…”一致,R2的F0/0值与“Networkdevicelist”中VMnet2的“NIO_gen_eth…”一致。
然后启动DynamipsServer(直到步骤14才能关闭DynamipsServer窗口),接着运
行,在Dynagen窗口中提示符“=>
”后依次输入以下命令启动路由器
R1和R2,并进入其CLI:
=>
startR1
startR2
conR1
conR2
6、分别在R1的CLI提示符“R1>
”后以及R2的CLI提示符“R2>
”后输入“showarp”命令查看并记录两台路由器当前的ARP缓存表,例:
R1>
showarpR2>
showarp
7、在Dynagen窗口中提示符“=>
”后依次输入以下命令捕获子网A、子网B和子网C中的分组:
captureR1f0/0a.cap
captureR2f0/0b.cap
captureR2s1/0c.capPPP
8、分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp-d*”清空四台PC上的ARP缓存表,然后使用命令“arp-a”查看并记录清空操作后的ARP缓存表。
9、在PC1上pingPC2的IP地址,记录ping回应信息。
ping结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp-a”、在R1和R2的CLI上使用命令“showarp”查看并记录四台PC和两台路由器的ARP缓存表。
10、在PC1上pingPC3的IP地址,记录ping回应信息。
11、在PC1上pingPC4的IP地址,记录ping回应信息。
12、在PC1上ping子网A内一台不存在主机的IP地址,记录ping回应信息。
ping结束后在PC1上使用命令“arp-a”查看并记录其的ARP缓存表。
13、在Dynagen窗口中提示符“=>
”后依次输入以下命令停止捕获子网A、子网B
和子网C中的分组:
nocaptureR1f0/0
nocaptureR2f0/0
nocaptureR2s1/0
14、实验结束后,按照以下步骤关闭实验软件、上传实验数据、还原实验环境:
(1)关闭R1、R2的CLI窗口,在Dynagen窗口中提示符“=>
”后依次输入以下命令关闭Dynagen窗口,然后再关闭DynamipsServer窗口:
stop/all
exit
(2)将PC1的网络连接设置为“自动获得IP地址”,然后依次关闭PC1、PC2、PC3和PC4,关闭VMware窗口;
(3)运行所在目录下的“ftp.bat”程序来上传实验数据(注意:
务必按
照“ftp.bat”程序运行中的提示信息执行正确操作)。
(4)确认实验数据上传成功后,运行所在目录下的“reset.bat”程序还原实验环境(注意:
“reset.bat”程序会自动删除实验数据文件)。
15、用Wireshark软件查看并分析捕获的分组文件(a.cap、b.cap和c.cap)中的ARP和ICMP分组,查看过滤条件为“arp||icmp”(在Wireshark主窗口界面“过滤工具栏”的“Filter:
”域中输入)。
【实验数据和结果分析】
1、记录实验中PC1、PC2、PC3和PC4的网络连接。
PC1
PC2
PC3
PC4
步骤1
步骤3
IP地址
子网掩码
默认网关
【分析】PC1在步骤1和步骤3中是否与PC2、PC3、PC4在一个IP子网中?
为什么?
2、记录实验中PC1的ping通信结果。
步骤
目的主机
PING回应信息
能否通信
1
3
4
0.0.0.0
255.255.255.255
192.168.11.0
192.168.11.255
127.0.0.0
127.0.0.1
127.0.0.10
127.255.255.255
9
10
11
12
本子网内不存在的主机
说明:
因Dynamips软件模拟问题,在步骤10和步骤11中R2不会转发PC1
发给PC3和PC4的第1个ping测试请求报文,故实验中请忽略该报文。
【分析】PC1在什么情况下能与PC2、PC3、PC4通信?
3、记录实验中PC1、PC2、PC3、PC4、R1和R2的ARP缓存表项:
步骤6:
使用“showarp”命令查看R1和R2当前的ARP缓存表
MAC地址
Interface
R1
R2
步骤8:
使用“arp–a”命令查看清空操作后PC1~PC4的ARP缓存表
步骤9:
PC1pingPC2后,R1、R2和PC1~PC4的ARP缓存表
步骤10:
PC1pingPC3后,R1、R2和PC1~PC4的ARP缓存表
步骤11:
PC1pingPC4后,R1、R2和PC1~PC4的ARP缓存表
步骤12:
PC1ping本子网内一台不存在的主机后,PC1的ARP缓存表
如果某个步骤中某设备的ARP缓存表为空,则填写“无”。
如果某个步骤中某设备有多条ARP缓存表项,则要填写每一条表项。
【分析】
1)每台PC的ARP缓存表中能否有其它IP子网中PC的地址映射?
为什么?
2)在实验中PC2的ARP缓存表中能否会有其默认网关192.168.11.254的地址映射?
3)如果步骤11中出现了某条ARP表项消失的情况,原因可能是什么?
4、记录步骤9、步骤10、步骤11、步骤12中捕获的分组信息:
步骤:
PC1ping
子网A
ARP请求
以太帧头
源地址
目的MAC
ARP分组
发方MAC
目标MAC
发方IP
目标IP
ARP响应
源MAC
ICMP回送
请求
IP分组头
源IP
目的IP
应答
子网B
ICMP回送请求
ICMP回送应答
子网C
PPP帧头
地址
MAC和IP地址可用对应的设备标识填写(如“R1f0/0”、“PC1”),如果无对应的设备标识,则填写16进制MAC地址或点分十进制IP地址;
如果某个步骤中某子网内没有捕获到相应类型的分组,则填写“无”。
1)4个步骤中是否在子网A、B和C中都有ARP分组?
2)4个步骤中PC1是否每次都发出了封装着ICMP报文的IP分组?
3)4个步骤中PC1是否每次都收到了封装着ICMP报文的IP分组?
4)如果PC1、PC2和路由器R1之间采用以太网交换机连接,那么在步骤9中R1能否捕获到PC1pingPC2时产生的ARP请求分组、ARP响应分组以及ICMP回送请求报文和ICMP回送应答报文?
5)步骤10中路由器R1和R2在转发源为PC1、目的为PC3的IP分组时,分别采用的是直接交付还是间接交付?
【实验结论】
1、根据步骤2和4,总结本实验中所有特殊IP地址的地址结构特征,以及它们在
通信中的使用情况。
2、总结主机发送IP分组时的直接交付和间接交付操作过程,以及过程中ARP协议和ARP缓存表的具体操作步骤。
3、总结当源和目的主机间跨越多个IP网络时,它们的IP分组在交付过程中源和目的IP地址的变化情况,以及封装该分组的数据帧的源和目的MAC地址的变化情况。
RIP协议的路由更新
1、掌握RIP协议在路由更新时的发送信息和发送方式
2、掌握RIP协议的路由更新算法
1、静态路由选择和动态路由选择
2、内部网关协议和外部网关协议
3、距离向量路由选择
RIP协议(RFC1058)是一个基于距离向量路由选择的内部网关协议:
每台路由器定期与邻居路由器交换各自路由表中的所有路由信息,使用Bellman-Ford算法计算路由表。
RIP协议的路由度量(Metric)是到目的网络的跳数(hopcount),最大跳数值为15。
运行RIP协议的路由器初始接入到网络上时,它的路由表中只有根据其接口上的IP配置信息获得的直连网络的直连路由。
随着RIP路由信息的不断交换,互联网中的每台RIP路由器最终会掌握整个互联网的知识,即RIP协议收敛。
RIP协议有2种类型的报文:
RIP请求报文和RIP响应报文,它们都封装在UDP数据报中广播发送。
-RIP请求报文可以询问特定路由项目或所有路由项目。
当运行RIP协议的路由器刚接入网络中时,会广播发送一份询问所有路由项目的RIP请求报文。
-RIP响应报文可以是询问或非询问的。
询问的RIP响应报文仅在回应RIP请求报文时单播发送给请求者,发送的内容是请求报文中所请求的特定路由项目或
整个路由表的路由项目。
非询问的RIP响应报文则是定期的广播发送,发送的内容是整个路由表中的路由项目。
RIP响应报文中携带的RIP路由通告信息只有目的网络地址和跳数值。
RIP协议使用3个计时器来支持RIP协议的操作。
-定期计时器(30秒)控制定期的RIP路由通告,但为了避免出现整个互联网
中的路由器同时更新而引起的过载问题,实际实现中路由器的RIP路由通告间隔通常是25~35之间的一个随机数。
-截止期计时器(180秒)管理RIP路由的有效性,路由器每次收到一条RIP路由的更新信息,就复位该路由的截止期计时器。
如果一条RIP路由的截止期计时器期满,则将该路由标记为无效,即将其跳数设置为16,表示该路由的目
的不可达。
-路由器收到邻居通告的一条无效路由,或因为截至计时器期满而产生一条无效路由时,并不立即从路由表中清除无效路由,而是为该无效路由启动一个无用信息收集计时器(120秒),并继续在定期的路由通告中通告跳数为16的无效
路由。
仅当无效路由的无用信息收集计时器期满时才将其清除。
无用信息收集计时器使得邻居路由器能够获知某条路由是无效的。
RIP协议存在缓慢收敛和不稳定的问题。
为了解决这些问题,RIP协议中采用了触发更新和水平分割方法。
-触发更新是当网络有变化时,路由器立即发送更新信息;
如果网络没有变化,
则仍是定期发送更新信息。
触发更新不会影响路由器的RIP定期计时器。
-水平分割是在发送路由信息时,路由器根据发送接口选择发送路由表中的路由信息,简单的说就是从某个接口收到的路由信息不能再从该接口发送出去。
R1R2R3R1R2R3
图A图B
实验拓扑中Dynamips软件模拟实现的路由器R1、R2和R3互联了的子网1、子网2和子网3,路由器之间使用RIPv1协议进行路由选择。
实验者使用Dynamips软件捕获三个子网上传送的RIP报文,使用Wireshark软件查看捕获的RIP报文,分析RIP协议的路由更新过程。
注意:
为方便分阶段分析RIP路由更新过程,实验中请记录下步骤3、4、5、6的操作时间!
1、启动DynamipsServer(直到步骤7才能关闭DynamipsServer窗口),然后运行,在Dynagen窗口中提示符“=>
”后依次输入以下命令启动路由器R1、R2和R3,并进入其CLI:
startR3
conR3
2、在R1的CLI提示符“R1>
”后输入“showiproute”命令查看路由器R1当前的路由表,确保实验网中的RIP协议已经收敛。
show
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- TCPIP协议实验指导书 TCPIP 协议 实验 指导书