本實驗教程就是為了讓難以理解的計算機網絡理論 “看得見、摸得著”，便於大家學習。尤其側重於對計算機網絡協議和網絡編程應用。本教程共包含26個實驗。

本實驗教程是以計謝希仁教授編著的《計算機網絡（第7版）》作為理論基礎進行設計的。本教程的實驗內容主要分為四大部分：第一部分為個小型校園網絡的GNS3仿真設計與實現，這一部分是第二部分內容的基礎。第二部分為wireshark協議抓包分析，在第一部分的網絡中抓包分析網絡協議。第三部分為常用網絡命令的使用。第四部分為Python與scapy協議仿真。

李志遠，桂林航天工業學院教授，原廣西本科高校計算機類專業教學指導委員會委員，從事計算機網絡教學及科研工作20餘年，榮獲廣西區教育教學改項目二等獎。

目錄
實驗1 網絡分析與設計 1
1．1 實驗目的 1
1．2 網絡分析 1
思考題 5
實驗2 VLAN配置 6
2．1 實驗目的 6
2．2 Cisco設備配置 6
2．3 VLAN劃分 8
思考題 11
實驗3 RIP配置 12
3．1 實驗目的 12
3．2 基本概念 12
3．3 接口配置 13
3．4 VLAN連通性配置 15
3．5 網絡設備接口配置 16
3．6 RIP配置 18
3．7 故障排查 20
思考題 20
實驗4 ARP協議與Ethernet MAC幀 21
4．1 實驗目的 21
4．2 協議封裝 21
4．3 ARP協議 23
4．4 協議分析 26
4．5 ARP的MAC封裝 29
4．6 ARP代理 31
思考題 35
實驗5 交換機地址學習 36
5．1 實驗目的 36
5．2 地址學習 36
5．3 實驗分析 38
思考題 40
實驗6 VLAN中繼協議 41
6．1 實驗目的 41
6．2 VLAN簡介 41
6．3 VLAN間中繼 42
6．4 802．1q協議 43
6．5 協議驗證 44
6．6 抓包分析 46
思考題 47
實驗7 PPP協議 48
7．1 實驗目的 48
7．2 PPP簡介 48
7．3 協議分析 51
7．4 結果分析 52
思考題 60
實驗8 IP與ICMP協議 61
8．1 實驗目的 61
8．2 IP協議簡介 61
8．3 ICMP協議簡介 63
8．4 ICMP詢問報文 66
8．5 ICMP差錯報文 67
8．6 路由重定向 73
8．7 IP分片 76
思考題 81
實驗9 RIP與UDP協議 82
9．1 實驗目的 82
9．2 RIP協議簡介 82
9．3 UDP協議 84
9．4 協議分析 85
思考題 89
實驗10 OSPF協議 90
10．1 實驗目的 90
10．2 協議簡介 90
10．3 網絡配置 92
10．4 協議分析 95
10．5 擴展實驗 103
思考題 108
實驗11 TCP協議與TELNET協議 109
11．1 實驗目的 109
11．2 協議簡介 109
11．3 TCP協議連接的建立 114
11．4 TCP連接釋放 115
11．5 TCP協議幾點解釋 116
11．6 協議分析 118
11．7 TELNET協議 127
11．8 TCP序號分析 132
思考題 134
實驗12 DHCP協議 135
12．1 實驗目的 135
12．2 協議簡介 135
12．3 協議分析 139
思考題 147
實驗13 網絡地址轉換NAT 148
13．1 實驗目的 148
13．2 協議簡介 148
13．3 協議分析 150
思考題 155
實驗14 DNS協議 157
14．1 實驗目的 157
14．2 協議簡介 157
14．3 協議分析 161
14．4 hosts文件 164
14．5 常用的DNS服務器地址 165
14．6 虛擬環境實驗 166
14．7 域名查詢過程 168
思考題 173
實驗15 TFTP協議 174
15．1 實驗目的 174
15．2 協議簡介 174
15．3 實驗環境 177
15．4 協議分析 180
思考題 184
實驗16 HTTP協議 185
16．1 實驗目的 185
16．2 協議簡介 185
16．3 協議分析 189
16．4 虛擬環境實驗 193
思考題 198
實驗17 常用網絡命令 199
17．1 實驗目的 199
17．2 ping命令 199
17．3 ipconfig命令 202
17．4 arp命令 206
17．5 netstat命令 207
17．6 route命令 212
17．7 nslookup命令 216
17．8 tracert命令 221
思考題 223
實驗18 以太網MAC幀與ARP協議Python仿真 224
18．1 實驗目的 224
18．2 實驗環境 224
18．3 以太網MAC幀 225
18．4 ARP協議 229
18．5 ARP安全 232
18．6 網橋地址學習問題 233
思考題 233
實驗19 IP與ICMP協議Python仿真 235
19．1 實驗目的 235
19．2 IP協議 235
19．3 ICMP協議 239
19．4 ICMP協議實現路由追蹤 242
思考題 244
實驗20 UDP與DNS協議Python仿真 245
20．1 實驗目的 245
20．2 UDP協議 245
20．3 DNS查詢 246
20．4 尋找局域網內主機 249
思考題 249
實驗21 TCP協議Python仿真 250
21．1 實驗目的 250
21．2 TCP 協議 250
21．3 TCP 3次握手仿真 251
21．4 端口掃描 254
思考題 255
實驗22 網絡嗅探Python仿真 256
22．1 實驗目的 256
22．2 理解網絡嗅探 256
22．3 Scapy網絡嗅探 256
22．4 程序實現 257
思考題 259
實驗23 DHCP協議Python仿真 261
23．1 實驗目的 261
23．2 實驗過程 261
23．3 DHCP服務器探測 263
23．4 DHCP協議嗅探 264
23．5 DHCP安全 268
思考題 269
實驗24 RIP協議Python仿真 270
24．1 實驗目的 270
24．2 實驗環境 270
24．3 RIP配置 271
24．4 程序實現 272
思考題 277
實驗25 零比特填充Python實現 278
25．1 實驗目的 278
25．2 零比特填充簡介 278
25．3零比特填充原理Python實現 279
實驗26 IP劃分子網Python實現 280
26．1 實驗目的 280
26．2 劃分子網簡介 280
26．3 劃分子網的Python實現 280
附錄A GNS3安裝與使用（Windows） 284
附錄B Python與Scapy安裝 309
附錄C Wireshark過濾方法 312
附錄D 參考文獻與網址 319

前 言

“計算機網絡”課程具有實踐性強、學科交叉、協議復雜、不同層次間協議需要相互配合運行等特點，這些特點對於理解計算機網絡原理帶來了不少的挑戰：需要理解較多的知識點、需要較強的實踐能力。計算機網絡實驗課程的設計，應該有助於學習者更好理解網絡協議以及協議的運行過程，使學習者能夠透過表像，理解協議原理的本質特征。基於這種思路，本實驗教程在一個簡單的網絡設計與實現基礎上，綜合應用計算機網絡協議，並對這些協議進行必要的分析，讓難以理解的、煩瑣的計算機網絡協議 “看得見、摸得著”。

區別於同類實驗教程，本實驗教程以真實網絡環境實現為背景，以理解、分析網絡協議的語法、語義、同步為主線來綜合設計實驗內容，內容涵蓋物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層和應用層五層協議中的大多數知識點。這裡所述的知識點，是指謝希仁教授編著的《計算機網絡（第7版）》中所描述的部分五層協議內容，教材中第7章及以後的內容，本實驗教程沒有設計實驗內容。雖然實驗2和實驗3的主要內容為路由器和交換機的基本配置（在其他實驗中，也涉及少量的配置任務），但這部分內容是本實驗教程使用的基礎，需要讀者準確無誤地完成配置任務。

本實驗教程以理解並使用協議為主，實驗設計思路新穎獨特，其主要內容是在一個小型校園網絡上使用協議和分析協議，主要通過GNS3仿真和Wireshark抓包實現。

由於網絡的設計與實現，需要使用網絡層相關協議，這部分內容又是後續協議分析實驗的基礎，因此，建議讀者在學習完網絡層之後開始繫統使用本教程。有些實驗內容可以在理論學習時同步使用，例如VLAN劃分、部分網絡命令等。受不同實驗環境的影響，讀者的實驗結果與本實驗教程中的結果可能不同，請讀者按本實驗教程的思路設計並分析實驗結果。

一、教程特點

1. 以應用為基礎

實驗緊密聯繫實際，始終以協議在實際網絡中的應用與分析為主線設計實驗。

2. 以協議為中心

本實驗教程以謝希仁教授編著的《計算機網絡（第7版）》核心內容為基礎，緊緊圍繞學習協議、理解協議、使用協議這個中心設計實驗。對部分協議的分析，給出了一些生活實例描述。

3. 以問題為導向

在實驗分析和思考題中，從為什麼出發倒推協議運行過程。

4. 虛實無縫結合

大多數實驗在仿真環境下實現，無須昂貴的計算機網絡設備，部分實驗可在真實PC機設備與虛擬實驗設備無縫結合下實現，例如TFTP實驗、DNS實驗以及RIP程序設計等。

5. 內容由易及難

前三章的實驗為實踐性實驗，其他均為驗證性實驗（其中一些包含有少量實踐性驗證），在實驗內容安排上由淺入深、由易及難。

二、實驗環境

1. 操作繫統：Windows、MAC OS、Linux。

2. 仿真軟件：GNS3仿真軟件（參考附錄A）。

3. 網絡設備。

1) 可管理的二層交換機：vIOS-L2.vmdk。

2) 不可管理的二層交換機：SW1-SW4直接使用GNS3仿真軟件中的二層交換機。

3) 三層交換機：IOS版本為c3660-a3jk9s-mz.124-25d.image。

4) WWW、DNS、R1、R2：IOS版本為c3745-adventerprisek9-mz.124-25d.image。

5. 協議分析：npcap-0.99-r7、Wireshark（參考附錄C）。

三、適用對像

本實驗教程側重於計算機網絡實驗環境與方法的創新，部分實驗僅僅給出了大致的實驗結果，更為詳細的協議分析還需讀者深入研究學習。本實驗教程可用於計算機網絡課程教學的實驗、課程設計、綜合實踐參考用書，也可作為計算機網絡理論教學的補充材料，適用於從事計算機網絡教學的教師和學習計算機網絡課程的學生使用，也可供計算機網絡從業人員參考。

本實驗教程是教學團隊多年教學工作經驗的總結，黃月華對實驗教程提出了很多重要的參考意見，簡寧對實驗內容進行了全面的驗證。在這裡，還要感謝魏星、柯捷、楊鳴坤、楊華等計算機網絡重點課程建設組成員的大力支持，特別要感謝出版社的郝志恆、牛曉麗兩位編輯：在僅僅與他們交談了一下計算機網絡實驗課程的想法之後，便得到了他們的大力支持和鼓勵，促生了將多年計算機網絡教學工作經驗總結成書本的想法，在同事們的幫助下，實驗教程終於如期出版。

由於水平有限，加之時間較為緊張，實踐教程中一定存在諸多問題：實驗設計不夠合理、協議的理解不夠準確、舉例不夠恰當、程序設計不夠嚴謹、實驗描述不夠準確等問題，敬請讀者批評指正。

由於每個讀者的計算機平臺存在各種差異性，對在實驗環境的搭建出現的各種問題，我們無法提供強有力的技術支持，請讀者參考附錄內容，建議讀者在虛擬機中搭建實驗環境。另外，受版權的限制，我們無法提供Cisco相關設備IOS。

作 者

2010年 5月