實驗四：ARP分析及路由協(xié)議分析

1、第3章網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議實驗螭計算機科學與技術(shù)學院 計算機網(wǎng)絡(luò) 實驗報告年級 2013 學號 2013434151 姓名 汪凡 成績 專業(yè) 計算機科學與技術(shù) 實驗地點 C1-422 指導教師 常卓 實驗項目 實驗3.3：ARP分析 實驗3.5：路由協(xié)議分析 實驗日期 2016/5/6 實驗3.3：ARP分析1、 實驗?zāi)康?.掌握基本的ARP命令。2.熟悉ARP報文格式和數(shù)據(jù)封裝方式。3.理解ARP的工作原理。二、實驗原理(1) ARP 簡介1.什么是ARPARP，即地址解析協(xié)議。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)使用ARP實現(xiàn)IP地址到MAC地址 的動態(tài)解析。網(wǎng)絡(luò)層使用邏輯地址（IP地址）作為互聯(lián)網(wǎng)的編址方案，但實際

2、的物理網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）采用硬件地址（MAC地址）來唯一識別設(shè)備。因此在 實際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終還是必須使用硬件地址（MAC地址)。 ARP工作原理每個主機和路由器的內(nèi)存中都設(shè)有一個ARP高速緩存，用于存放其他 設(shè)備的IP地址到物理地址的映射表。當主機欲向本局域網(wǎng)上其他主機發(fā)送 IP包時，先在本地ARP緩存中查看是否有對方的MAC地址信息。如果沒 有，則ARP會在網(wǎng)絡(luò)中廣播一個ARP請求，擁有該目標IP地址的設(shè)備將 自動發(fā)回一個ARP回應(yīng)，對應(yīng)的MAC地址將記錄到主機的ARP緩存中。 考慮到一個網(wǎng)絡(luò)可能經(jīng)常有設(shè)備動態(tài)加入或者撤出，并且更換設(shè)備的網(wǎng)卡 或IP地址也都會引起主機地址映射發(fā)生

3、變化，因此，ARP緩存定時器將會 刪除在指定時間段內(nèi)未使用的ARP條目，具體時間因設(shè)備而異。例如，有 些Windows操作系統(tǒng)存儲ARP緩存條目的時間為2mim但如果該條目在 這段時間內(nèi)被再次使用，其ARP定時器將延長至lOmin。ARP緩存可以提 高工作效率。如果沒有緩存，每當有數(shù)據(jù)幀進入網(wǎng)絡(luò)時，ARP都必須不斷 請求地址轉(zhuǎn)換，這樣會延長通信時間，甚至造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。反之，保存時 間過長也可能導致離開網(wǎng)絡(luò)或者更改第3層地址的設(shè)備出錯。ARP可解決同一個局域網(wǎng)上的主機或路由器的IP地址和硬件地址的映 射問題。如果所要找的主機和源主機不在同一個局域網(wǎng)上，那么就要通過 ARP找到一個位于本局域網(wǎng)上的

4、某個路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送 給這個路由器，讓這個路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由 下一個網(wǎng)絡(luò)來做。3、 實驗要求本實驗對應(yīng)的練習文件為“3-3 ARP協(xié)議分析.pka”，具體的網(wǎng)絡(luò)拓撲 和地址分配如下。1 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖（圖3-11)圖3-l l ARP實驗的網(wǎng)絡(luò)拓撲 IP地址配置（表3-6)表3-6 IP地址配置表設(shè) 備接 口IP地址掩 碼默認網(wǎng)關(guān)PC0網(wǎng)卡192.168.1.1255.255.255.0192.168.1.254PCI網(wǎng)卡192.168.1.2255.255.255.0192.168.1.254PC2網(wǎng)卡192.168.1.3255.255.255.019

5、2.168.1.254PC3網(wǎng)卡192.168.2.1255.255.255.0192.168.2.254PC4網(wǎng)卡192.168.2.2255.255.255.0192.168.2.254RouterOFaO/O192.168.1.254255.255J55.0NULLRouterOFaO/l192.168.2.254255.255.255.0NULL4、 實驗步驟、結(jié)果（程序+注釋+截圖）及分析1、任務(wù)一：在Packet Tracer中熟悉arp命令提示：在Packet Tracer中，arp命令只支持兩個參數(shù)a和d。arp：不帶參數(shù)，顯示可用的選項。步驟1：訪問主機的命令提示符窗口步驟2

6、：觀察ARP緩存中條目的動態(tài)增減進入Simulation模式。設(shè)置Event List Filters只顯示ICMP事件。2、任務(wù)二：使用Packet Tracer觀察ARP的工作原理步驟1：捕獲并觀察ARP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)步驟2：研究ARP報文格式和封裝方式步驟3：研究不同廣播域內(nèi)主機間互訪時的ARP執(zhí)行過程5、 實驗遇到的困難及解決遇到的困難：操作不熟練，雖然可以完成實驗，但原理理解不透徹。解決：老師提供給實驗指導書，與同學一起討論，重新回顧教材上的理論知識。6、 實驗心得總結(jié) 通過實驗掌握了基本的ARP命令并不斷地熟悉ARP報文格式和數(shù)據(jù)封裝方式以及理解了ARP的工作原理。計算機科學與技術(shù)學

7、院 計算機網(wǎng)絡(luò) 實驗報告年級 2013 學號 2013434151 姓名 汪凡 成績 專業(yè) 計科 實驗地點 c1-422 指導教師 常卓 實驗項目 實驗3.5：路由協(xié)議分析 實驗日期 2016/5/6 一、實驗?zāi)康?）理解網(wǎng)絡(luò)路由，學習靜態(tài)路由配置能力。2）理解RIP動態(tài)路由協(xié)議的工作原理。3）理解OSPF動態(tài)路由協(xié)議的工作原理。二、實驗原理1. 什么是路由協(xié)議路由協(xié)議主要運行于路由器上，用于動態(tài)獲得IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，即 建立路由表。Internet將路由協(xié)議分為兩大類：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP)和夕卜部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（External Gatew

8、ay Protocol，EGP)。IGP 是在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議，主要包括RIP和OSPF協(xié)議。EGP 用于將路由選擇信息傳遞到另一個自治系統(tǒng)，目前使用最多的是BGP-4。2. 靜態(tài)路由靜態(tài)路由是指管理員人工配置路由表，它只適用于簡單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。 要求管理員了解整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息和鏈路信息，并且當網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和 鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，所有路由器的路由表都需要人工進行調(diào)整修改。默 認路由也是一種特殊的靜態(tài)路由，是指當路由表中找不到匹配的出口表項 時，路由器采取的路由選擇。默認路由可減少路由表所占用的空間和搜索 路由表所用的時間。3.RIPRIP (Routing Informati

9、on Protocol)是最先得到廣泛使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，它是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP中的“距離”定 義為“跳數(shù)每經(jīng)過一個路由器則距離加1。R1P要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個路 由器都要維護從它自己到其他每一個目標網(wǎng)絡(luò)的距離記錄，并每隔30s就和 鄰居路由器交換自己的路由表。RIP使用UDP報文傳送，其最大的優(yōu)點就 是實現(xiàn)簡單、開銷較小，但存在壞消息傳遞慢、僅適用于小型網(wǎng)絡(luò)的缺點。 為了改善RIP的不足，IETF于1998年發(fā)布了 RIP2。RIP2支持子網(wǎng)路由選 擇、CIDR和組播，并提供了驗證機制支持多播。 4.OSPF協(xié)議 OSPF (Open Shortest Path F

10、irst，幵放式最短路徑優(yōu)先）是IETF在20世紀80年代末期開發(fā)的一種基于分布式鏈路狀態(tài)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于在 單一自治系統(tǒng)內(nèi)決策路由。0SPF協(xié)議使用Dijkstra算法來計算最短路由， 并直接使用IP數(shù)據(jù)報傳送（協(xié)議字段值為89)。其工作原理是.當鏈路狀 態(tài)發(fā)生變化時，該協(xié)議使用洪泛法向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送與本路 由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)信息，即本路由器都和哪些路由器相鄰， 以及該鏈路的“度量”（Metric),每個路由器接收到所有的鏈路狀態(tài)信息后， 可以總結(jié)出整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲，并利用Dijkstra算法計算到其他路由器的路徑。三、實驗要求畫出拓撲圖以及配置IP地址完成實驗。四

11、、實驗步驟結(jié)果及分析初始拓撲圖（IP已分配好）12 任務(wù)一：靜態(tài)配置路由打開“3-5-1靜態(tài)路由實驗.pka”練習文件，觀察網(wǎng)絡(luò)拓撲，嘗試為每 個路由器設(shè)計合理的靜態(tài)路由信息，使得網(wǎng)絡(luò)中的任意兩臺主機都能連通, 表3-10為參考答案。表3-10路由器靜態(tài)路由配置信息路_器NetworkMaskNext HopRouter 113.0.0.0255.0.0.0192.168.1.214.0.0.0255.0.0.0192.168.1.2Router210.0.0.0255.0.0.0192.168.1.113.0.0.0255.0.0.0192.168.2.214.0.0.0255.0.0.01

12、92.168.3.2Router310.0.0.0255.0.0.0192.168.2.114.0.0.0255.0.0.0192.168.2.1Router410.0.0.0255.0.0.0192.168.3.113.0.0.0255.0.0.0192.168.3.1今 步驟2:為每個路由器3己置路由表在拓撲工作區(qū)中單擊Routel路由器，并進入其Config面板；單擊Static 按鈕打幵靜態(tài)路由配置區(qū)，按表3-9所示信息配置Routed的靜態(tài)路由。然 后，以同樣的方式分別配置Ruter2、Router3、Router4路由器的靜態(tài)路由。配置完畢后，可使用右側(cè)工具欄中的Inspect工具

13、檢查每臺路由器的路由表 是否正確。今 步驟3:檢查路由酉己置是否正確單擊位于PT Activity窗口下方的Check Results (檢查結(jié)果）按鈕檢查 配置。如果顯示為100%則說明配置成功，否則使用ping程序或者Add Simple PDU方法，分別測試任意兩個主機的連通性；通過跟蹤數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)過程， 檢查并排除路由配置故障，直到成功為止。 任務(wù)二：觀察路由環(huán)路問題在Router3和Router4間增加一條串行線，并啟用Router3的SeO/0/l接 口和 Router4 的 SeO/0/l 接口。修改Router2的靜態(tài)路由，將通往10.0.0.0網(wǎng)絡(luò)的下一跳接口改為 192.1

14、68.2.2 (即 Router3 的 Se0/0/0 接口 )；修改 Router3 的靜態(tài)路由，將通 往 10.0.0.0 網(wǎng)絡(luò)的下一跳接口改為 192.168.4.2 (即 Router4 的 SeO/0/l 接口）。上述操作實現(xiàn)了在Ruter2、Router3和Router4之間生成一條通往 10.0.0.0的路由環(huán)路。步驟2 :觀察數(shù)據(jù)包在環(huán)路中的轉(zhuǎn)發(fā)情況進入Simulation (模擬）模式。設(shè)置Event List Filters (事件列表過濾器） 只顯示ICMP事件。單擊Add Simple PDU (添加簡單PDU)按鈕，然后分 別單擊PC4和PC 1 (讓PC4發(fā)送一個I

15、CMP包給PC 1)。單擊Capture/Forward觀察該數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)情況。此時可以觀察到發(fā)送報文在Ruter2、Routed 和Ruter4三者之間循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)，像在繞圈，這就是路由環(huán)路問題。 任務(wù)三：觀察RIP路由協(xié)議的運行情況 步驟1：打開“3-5-2 rip協(xié)議分析.pka”練習文件，單擊Simulation選項卡進入模擬模式。可以使用位于Packet Tracer右側(cè)工具欄的Inspect工具（放大鏡）先觀察每臺路由器的路由表情況。 步驟2 :觀察RIP數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)情況 單擊AutoCapture/Play (自動捕獲/播放）按鈕，自動運行模擬，此時可 觀察到許多RIP報文在各鄰

16、近路由器間周期交互。請注意，RIP周期性地與 鄰居交換路由表，因此，即使網(wǎng)絡(luò)中沒有用戶數(shù)據(jù)流量在發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)也會“充 滿”通信業(yè)務(wù)，使路由器獲得如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到其目的地的最新情況。 步驟3 :檢查路由更新情況和RLP數(shù)據(jù)報文單擊Reset Simulation重新進行模擬實驗，并且進入每個路由器清空其 路由表。操作步驟為.在路由器的CLI面板中輸入en,回車；再輸入clear ip route *，回車即可。單擊Capture/Forward按鈕，逐步控制模擬進程，當產(chǎn)生第一條RIP數(shù) 據(jù)報時，單擊數(shù)據(jù)包信封，或者在Event List (事件列表）的Info (信息） 列中單擊彩色正方形，以打

17、幵PDU信息窗口，檢查這些路由更新數(shù)據(jù)包。 使用 OSI Model (OSI 模型）選項卡視圖和 Inbound/Outbound PDU Details(入站/出站PDU詳細數(shù)據(jù)）選項卡視圖可以更詳細了解RIP報文格式。跟蹤路由信息的更新過程。當這些更新數(shù)據(jù)報到達鄰居路由器后，使 用Inspect工具顯示這些路由器的路由表，觀察其更新情況。 任務(wù)四.觀察OSPF路由協(xié)議的運行情況打開“3-5-3 ospf協(xié)議分析.pka”練習文件，參照任務(wù)2的步驟，觀察 OSPF路由協(xié)議的運行情況。值得注意的是，OSPF需要交換兩種數(shù)據(jù)包： 一種是Hello包，用于周期維護鄰居狀態(tài)；另一種是鏈路更新的數(shù)據(jù)包。請 注意觀察并區(qū)別兩種數(shù)據(jù)包的傳送范圍。完成路由配置添加一條串行線修改router2的路由修改router3的路由PC4給PC1發(fā)包轉(zhuǎn)發(fā)過程可以看到報文在route