计算机网络实验——实验2 Wireshark 实验
文章目录
- 计算机网络实验——实验2 Wireshark 实验
- 一、数据链路层
- 实作一 熟悉 Ethernet 帧结构
- 实作二 了解子网内/外通信时的 MAC 地址
- 实作三 掌握 ARP 解析过程
- 二、网络层
- 实作一 熟悉 IP 包结构
- 实作二 IP 包的分段与重组
- 实作三 考察 TTL 事件
- 三、传输层
- 实作一 熟悉 TCP 和 UDP 段结构
- 实作二 分析 TCP 建立和释放连接
- 四、应用层
- 实作一 了解 DNS 解析
- 实作二 了解 HTTP 的请求和应答
一、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。
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。答案：
Wireshark默认关闭了自己的校验，它会自动丢弃掉校验字段。
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？
发出帧的目的MAC地址是：b2:c7:56:24:54:e1（网关）
返回帧的源MAC地址是：40:ec:99:8b:45:4d（本机）
2、然后 ping qige.io （或者本子网外的主机都可以，这里以ping百度为例），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？
发出帧的目的MAC地址是：40:ec:99:8b:45:4d（网关）
返回帧的源MAC地址是：b2:c7:56:24:54:e1（本机）
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？
在用“icmp”过滤时发现没有抓到ping重庆交通大学官网的包
此时发现使用“icmpv6”能过滤出来。说明重庆交通大学的官网用的是v6地址。
发出帧的目的MAC地址是：40:ec:99:8b:45:4d（网关）
返回帧的源MAC地址是：b2:c7:56:24:54:e1（本机）
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？答案
1、接收本子网计算机的数据时，直接传到目的MAC地址，也就是直接传到主机。
2、访问非本子网的计算机时，是通过MAC地址送到网关处，在通过IP地址进行查找。
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。
因为疫情原因，没办法ping其他计算机，此处ping一下自己
ARP请求的格式和内容都在图中展示出。
该回应的源 MAC 地址是：40:ec:99:8b:45:4d
目的 MAC 地址是：b2:c7:56:24:54:e13、再次使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存
4、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。
此处ping qige.io
ARP请求的格式和内容都在图中展示出。
该回应的源 MAC 地址是：40:ec:99:8b:45:4d
目的 MAC 地址是：b2:c7:56:24:54:e1
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？答案
访问本子网的IP时，ARP缓存中若没有该IP地址，会发送一个广播，并在子网中找寻这个IP；若有这个IP，那么ARP会直接得到该ip对应的Mac地址。
访问非本子网的IP时，是通过路由器发出去，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。
二、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。
IP 包的结构，如：版本、头部长度、总长度、TTL、协议类型等字段，可以从图中清晰的看见。
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？答案
便于将上层的数据从IP包中取出来。
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？答案
直接丢弃该数据包，或者转发这个数据包到支持的链路上
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？答案
推断出这个包从源点到我之间有：64-50=14跳
三、传输层
实作一 熟悉 TCP 和 UDP 段结构
1、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。
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，在图中清晰的展示出。2、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。
UDP 段的结构，如：源端口、目的端口、长度等，在图中清晰的展示出。
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？答案
源端口发起这个需要通信的进程，目的端口接收这个进程。有了端口号就能唯一标识这个进程。
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：SYN为1，ACK为0
第二次握手：SYN为1，ACK为1
第三次握手：SYN为0，ACK为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。
第一次挥手：FIN为1，ACK为1
第二次挥手：FIN为0，ACK为1
第三次握手：FIN为1，ACK为1
第四次握手：FIN为0，ACK为1
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？答案
多个连接的原因是因为这个连接属于短连接。这是为了实现多用户访问。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？答案
发送断开连接以及回复同意断开连接合成一次挥手，所以有三次挥手。
四、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
1、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）。
2、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。
3、可了解一下 DNS 查询和应答的相关字段的含义
1、QR：查询/应答标志。0表示这是一个查询报文，1表示这是一个应答报文
2、opcode，定义查询和应答的类型。0表示标准查询，1表示反向查询（由IP地址获得主机域名），2表示请求服务器状态
3、AA，授权应答标志，仅由应答报文使用。1表示域名服务器是授权服务器
4、RD，递归查询标志。1表示执行递归查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将向其他DNS服务器继续查询，如此递归，直到获得结果并把该结果返回给客户端。
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？答案
DNS解析过程是先从浏览器的DNS缓存中检查是否有这个网址的映射关系。
实作二 了解 HTTP 的请求和应答
1、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。
2、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。
GET：一般从服务器获取数据
POST：数据是以流的方式（要指定数据长度）写过去3、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。
200：OK (成功)。请求成功。
304：Not Modified (未修改)。请求的内容距离上次访问并没有变化。
404：Not Found (未找到)。服务器找不到所请求的资源
1XX：消息响应
2XX：成功响应
3XX：重定向
4XX：客户端错误
5XX：服务段错误
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？答案
第一次访问的时候，向服务器发送请求，成功收到响应，证明请求成功，返回200。比较当前时间和上一次返回的时间差，未超时则缓存，超时则向服务器发信息，服务器收到请求后，看是否被修改，若被请求的文件没有修改则返回304，若修改则返回200。
