一、验证性实验
1.ipconfig
(一) 使用 ipconfig/all 查看自己计算机的网络配置
输入 ipconfig/all 后会出现许多配置信息，结果如下图，应该根据自己电脑的网络接入方式去寻找对应的配置，比如我的电脑使用的是网线，就应该到以太网配置器处查看本机网络信息。
其中物理地址也就是MAC地址，IPv4地址也就是我们常说的ip地址，对应的子网掩码也就是Subnet Mask，网关就是Gateway，这些信息都清楚的在配置信息中显示，也可以推断出网络号为192.168.1.0，这是一个内部网络号。
由于做实验时只有一台电脑所以无法查看旁边电脑的网络配置，不过根据推测应该是处于同一子网中的，ip地址不同，子网掩码和默认网关应该是相同的。
问题一
问：你的计算机和旁边的计算机是否处于同一子网，为什么？
答：一般来说是的，因为很大可能连接的都是同一个路由器，而连接同一个路由器肯定属于同一子网当中。
2.ping
测试到重庆交通大学Web服务器的联通性
输入 ping www.cqjtu.edu.cn 命令来测试是否联通，结果如下图。
可以看出本机向其Web服务器总共发送了四次信息，也收到了四次回复，从回复信息可以看出该服务器的ip地址为218.70.34.236，回复信息数据大小均为32个字节，发送接收信息总耗时在7、8毫秒左右，而TTL(Time To Live)是指该条信息的生存时间，每经过一个路由器的传递它的值就会减少，若该值变为0此条数据就会被丢弃。
使用并了解ping /?命令
输入 ping /? 命令就会显示ping命令对应后面可以添加的参数，并且也会显示不同参数对应的功能。
以 -t 参数为例，添加该参数后可以一直ping对应的主机，直到我们手动停止，我这次ping的就是百度的地址，可以看出不止四次，如果不是我手动停止，它会一直ping下去。
问题一
问：假设你不能 ping 通某计算机或 IP，但你确定该计算机和你之间的网络是连通的，那么可能的原因是什么？该如何处理能保证 ping 通？
答：有可能ping的ip地址并不是公网ip，而是内网ip，且并不与ping的计算机处于同一子网中。
问题二
问：假设在秘籍中进行的网络排查中，ping 百度的 IP 即 ping 14.215.177.39 没问题，但 ping 百度的域名即 ping www.baidu.com 不行，那么可能的原因是什么？如何进行验证和解决？
另外，经常有同学问到的：“能上 QQ，但不能上网” 跟这个问题的原因是相似的。
答：说明到百度的网络服务器的链路是通的，但是域名解析出了问题，可以ping一下其他的域名例如bilibili测试一下，解决方法：可以先刷新本机dns，输入命令ipconfig/flushdns，然后手动设置本机dns服务器地址，例如8.8.8.8和114.114.114.114等。
3.tracert
(一) 查看本机到www.baidu.com中间经过的节点，并查看相关节点信息
输入命令 tracert www.baidu.com 即可追踪到百度服务器的中间节点，显示结果如下图
可以看出总共经过了10个节点，但是其中有四个节点都是请求超时，并且中间的节点我们可能不太熟悉，但是最开始的节点和最后的节点我们是认识的，第一个节点就是上方所提到的网关地址，而最后一个节点就是百度服务器的地址，通过网站 ip.cn 我们可以查看服务器的大致位于何处，这里以百度服务器为例，查询结果如下图。
(二) 了解 ping.pe 网站探测从全球主要的ISP到qige.io的线路情况
打开 http://ping.pe/qige.io 即可查看对应线路情况，结果如下图。
问题一
问：tracert 能告诉我们路径上的节点以及大致的延迟等信息，那么它背后的原理是什么？本问题可结合第二部分的 Wireshark 实验进行验证
答：tracert主要利用的就是发送IP包中的TTL字段，它会从TTL为1开始发送IP数据包到目的地，然后不断增加TTL的值直到某个数据包抵达目的地，TTL在发送过程中减为0时会向本机发送消息，从而就能直到路径中经过的节点了。
问题二
问：在以上两个实作中，如果你留意路径中的节点，你会发现无论是访问百度还是棋歌教学网，路径中的第一跳都是相同的，甚至你应该发现似乎前几个节点都是相同的，你的解释是什么？
答：因为一开始的路径都是相同的，比如先到默认网关处也就是第一个节点，然后到达小区集中路由器处转发出去。
问题三
问：在追踪过程中，你可能会看到路径中某些节点显示为 * 号，这是发生了什么？
答：可能是防火墙封掉了到某处后返回的ICMP消息，此时也会显示请求超时。
4.ARP
(一) 运行arp -a命令查看缓存内容
输入 arp -a 命令，会出现一张表，表的内容是ip-mac地址-类型，表中缓存了一些ip地址所对应的物理地址，以及该条信息的类型，如下图。
若一个ip一开始并没有出现在arp缓存中时，此时在ping一下这个ip，然后在查看该缓存表，会发现此时又会出现该ip以及对应的物理地址，这是因为与其通信前，会查看该arp表中是否缓存有其mac地址，如果没有，则会通过arp协议获取对应ip的mac地址，并将其缓存到arp表中。
(二) 使用并了解arp /?命令
使用 arp /? 命令会显示arp命令的各种选项以及对应的功能，如下图
以 -d 为例，使用 arp -d 192.168.1.2 命令后，再次使用命令 arp -a查看缓存表，可以发现该ip已经没有出现在表中了。
(三) 将网关对应ip在缓存表中设置为静态
使用命令 arp -s 192.168.1.1 10-dc-4a-1d-f2-01，成功设置结果如下图。
问题一
问：你可能会在实作三的操作中得到 “ARP 项添加失败: 请求的操作需要提升” 这样的信息，表示命令没能执行成功，你该如何解决？
答：首先输入命令 netsh i i show in找到连接的网络对应Idx，然后输入命令 netsh -c “i i” add neighbors [idx] [ip] [mac] 来修改指定ip的mac。
问题二
问：在实作三中，为何缓存中常常有网关的信息？
我们将网关或其它计算机的 arp 信息设置为静态有什么优缺点
答：因为我们发送数据都要通过网关发送出去，所以缓存中一般都会有网关的信息。设置为静态的优点是管理方便，可以有效防止局域网中的ARP欺骗，缺点则是仍然存在病毒攻击的危险，且如果绑定错误ARP信息的话，修改起来十分麻烦。
5.DHCP
(一) 使用ipconfig/[release|renew]命令并了解DHCP工作原理
使用 ipconfig/release 命令后，会自动重新显示网络情况，如下图
从网络情况中发现以太网处基本网络配置都清空了，而使用 ipconfig/renew 命令后，又会重新发现有了网络配置，如下图所示。
可以发现DHCP可以使计算机自动释放/获取网络配置。
问题一
问：如果你没能成功的释放，请思考有哪些可能的原因并着手进行解决？
答：有可能是网络连接出错，可以尝试修复网络。
问题二
问：在Windows系统下，如果由于某种原因计算机不能获取 DHCP 服务器的配置数据，那么Windows将会根据某种算法自动配置为 169.254.x.x 这样的 IP 地址。显然，这样的 IP 以及相关的配置信息是不能让我们真正接入 Internet 的，为什么？既然不能接入 Internet，那么Winodws系统采用这样的方案有什么意义？
答：这是一个微软保留地址，当无法从DHCP服务器获得ip时，就会临时分配一个此类地址，这样局域网内的电脑就可以通过该ip来通讯。
6.netstat
(一) 查看常用端口和服务文件
windows系统中该文件通常位于 C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\services 文件中，通过notepad++打开该文件，如下图。
(二) 使用netstat -an查看计算机网络连接状况
输入命令 netstat -an 会显示很长的一张活动连接表，其中一部分如下图
7.DNS
(一) 查看存在部分固定的/静态的 DNS 信息记录文件
windows系统中该文件通常位于 C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts，打开后如下图所示。
(二) 使用命令查看和清除DNS缓存
输入命令 ipconfig/displaydns 可以查看解析过的dns记录，由于该记录十分的长，部分显示结果下图。
而输入命令 ipconfig/flushdns 可以清除缓存。
(三) 使用DNS服务器查询域名信息
输入命令 nslookup qige.io 可以查看域名的相关信息，查询结果如下图。
问题一
问：上面秘籍中我们提到了使用插件或自己修改 hosts 文件来屏蔽广告，思考一下这种方式为何能过滤广告？如果某些广告拦截失效，那么是什么原因？你应该怎样进行分析从而能够成功屏蔽它？
答：原理之一是阻止URL（链接）的请求，因为我们访问的网页中通常是有广告链接的，而我们修改hosts文件可以通过更改广告链接对应的ip地址，比如修改为本机地址，这样浏览器解析广告链接时优先hosts文件，可以使该链接失效。
8.cache
(一) 操作一
打开qige.io，然后打开开发者工具台，选择网络，再次刷新可以看到本次加载页面是时间为2.78秒。
(二) 操作二
点击禁用缓存后，再次刷新页面会发现页面加载时间长了不少，此次网页加载用时35.97秒，将近慢了快十倍，可以看出网页cache的重要。
二、Wireshark实验
1.数据链路层
(一) 熟悉 Ethernet 帧的结构
使用Wireshark软件开始抓包后，随机选择选择了一条记录，如下图所示。
从抓取到的信息中可以看到Ethernet的大致结构，有源mac和目的mac以及类型。
问：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：传输的数据在物理网卡处已经通过校验了，去掉了校验字段，所以Wireshark抓取到的帧中没有校验字段。
(二) 了解子网内/外通信时的 MAC 地址
由于在家无法ping旁边的电脑，所以只能ping子网外的地址，这里以百度为例，输入命令 ping baidu.com后，通过Wireshark抓取后，结果如下图。
在抓取结果中我们可以看到发出帧的目的mac就是我们的网关mac地址，接收帧的，网关mac地址可以先通过命令 ipconfig/all 查看默认网关ip，再使用命令arp -a中查看对应ip的mac地址。
(三) 掌握 ARP 解析过程
首先用命令 arp -d * 清空arp缓存后，然后使用Wireshark抓取arp包，抓取结果如下。
可以看出请求都是Broadcast也就是广播方式发出的。
2.网络层
(一) 熟悉 IP 包结构
使用Wireshark抓取ip包后，结果如下。
随机选择一条打开后，能看见其详细信息，该信息从上到下可以依次看出版本为4，头部长度为20B，总长度为52B，TTL为128，协议为tcp协议等等。
问：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：因为如果没有头长度的话，无法分辨数据是从哪里开始的，而总长度又是必须有的，所以既有头部长度也有总长度。
(二) IP 包的分段与重组
一个ip的大小当超过1500字节时，就会进行分段，然后在接收方处进行重组，这里使用ping命令控制发送数据长度为2000字节时，利用Wireshark抓包，抓取结果如下。
问：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：此时路由器会查看周围是否存在可以转发该大数据的路由器，若有则将其转发，否则直接丢弃。
(三) 考察 TTL 事件
使用tracert命令追踪 www.baidu.com，并用Wireshark抓取后，部分结果如下图。
从抓取的包来看，发送的包TTL的值从1开始是逐渐增加的，一直到到达目的才停止。
问：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：一般TTL的值都是设置为64或者128，距离50最近的是64，所以该包刚发送时TTL应该为64，现在为50说明源点到本机之间有15跳。
3.传输层
(一) 熟悉 TCP 和 UDP 段结构
用Wireshark分别抓取tcp包和udp包，抓取结果如下
分别点开了tcp包和udp包的段结构，其结构中的源端口、目的端口等信息都十分清晰。
问：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：端口用来标识不同的应用程序，可以进行程序之间的通信。
三、Cisco Packet Tracer 实验
1.直接连接两台 PC 构建 LAN
只需要点两台pc出来，然后将其连接，最后在进行基本网络配置即可相互ping通，其中pc0的ip为192.168.1.2，pc2的ip地址为192.168.1.3，如下图。
pc0 ping pc1
pc1 ping pc0
2.用交换机构建 LAN
按照要求构建好了以下拓补结构的局域网，并且按照要求四台pc都配置好了ip和掩码。
1.问：PC0 能否 ping 通 PC1、PC2、PC3 ？
答：可以ping通pc1，但无法ping通pc2和pc3。
2.问：PC3 能否 ping 通 PC0、PC1、PC2 ？为什么？
答：可以ping通pc2，但无法ping通pc0和pc1。因为pc0和pc1处于一个子网192.168.1.0，pc2和pc3处于另一个子网192.168.2.0，且只存在交换机，没有路由器，故不能ping通。
3.问：将 4 台 PC 的掩码都改为 255.255.0.0 ，它们相互能 ping 通吗？为什么？
答：此时可以，因为这下都处于同一个子网中。
4.问：使用二层交换机连接的网络需要配置网关吗？为什么？
答：不需要，因为二层交换机连接的网络仅在子网内部传输数据，只需将对应pc配置在同一网段即可。
3.交换机接口地址列表
ping过另外三台pc过后，左侧交换机已经有了完整的mac表。当所有的交换机都有了完整的mac表后，交换机的交换速度就是最快的。
4.生成树协议（Spanning Tree Protocol）
初始时由于交换机之间的回路，如果存在广播帧会形成广播风暴，严重影响网络性能，但由于交换机存在生成树协议，后面会自动堵塞一些线路使得回路被破坏，此时不会再形成广播风暴，如下图所示，橘色的就是根据生成树协议堵塞的线路。
该协议是动态的，如下图所示，如果手动形成新的回路，交换机又会自动做出调整。
