网络协议分析实验指导书

网络协议分析实验指导书一、实验目的本实验旨在帮助学生深入理解网络协议的工作原理，掌握网络协议分析的基本方法和工具，通过实际操作和分析网络数据包，培养学生解决网络故障、优化网络性能的能力，提高学生对计算机网络体系结构的整体认识和实践技能。

二、实验环境1.硬件环境：具有网络连接的计算机若干台，组成局域网。网络测试仪（如Wireshark等）。2.软件环境：操作系统：Windows、Linux等。网络协议分析工具：Wireshark

三、实验内容与步骤

实验一：网络协议基础知识回顾1.实验内容：复习常见网络协议（如TCP/IP、HTTP、FTP、SMTP等）的功能、工作原理和报文格式。2.步骤：学生自主查阅资料，整理各协议的相关知识点。小组内交流讨论，互相分享学习成果。教师进行总结和补充，强调重点和难点。

实验二：Wireshark工具的使用1.实验内容：安装并熟悉Wireshark网络协议分析工具。捕获和分析简单的网络数据包。2.步骤：安装Wireshark：在实验计算机上下载并安装Wireshark软件。根据操作系统版本选择合适的安装包，按照安装向导进行操作，完成安装。启动Wireshark：双击桌面上的Wireshark图标，启动该软件。捕获网络数据包：选择实验计算机上连接网络的网卡，点击"开始"按钮开始捕获数据包。打开网页浏览器，访问一个网站（如百度）。等待一段时间后，点击Wireshark中的"停止"按钮，停止数据包捕获。数据包分析：在Wireshark的数据包列表中，观察捕获到的数据包。可以看到每个数据包包含了源IP地址、目的IP地址、协议类型、端口号等信息。点击某个数据包，在下方的详细信息窗口中查看该数据包的详细内容，包括以太网头部、IP头部、TCP或UDP头部以及应用层数据等。分析数据包的各个字段，了解不同协议在数据传输中的作用。例如，查看IP头部中的源IP和目的IP地址，确定数据包的发送方和接收方；查看TCP头部中的端口号，了解是哪个应用程序在进行通信（如HTTP通常使用端口80）。

实验三：TCP/IP协议分析1.实验内容：深入分析TCP/IP协议栈的工作过程，包括IP地址分配、ARP协议、TCP连接建立与拆除、数据传输等。2.步骤：IP地址分配观察：在实验计算机上，通过命令行工具（如Windows下的ipconfig或Linux下的ifconfig）查看本机的IP地址、子网掩码、默认网关等信息。分析IP地址的分配方式（动态分配或静态分配）以及子网掩码的作用。ARP协议分析：在Wireshark中捕获数据包，过滤出ARP协议的数据包（在过滤条件中输入"arp"）。观察ARP请求和响应数据包的格式，了解ARP协议如何通过广播的方式解析IP地址对应的MAC地址。分析ARP缓存表的作用，通过命令行工具（如Windows下的arpa或Linux下的arpn）查看本机的ARP缓存表，了解其中记录的IP地址与MAC地址的对应关系。TCP连接建立与拆除分析：在Wireshark中捕获数据包，过滤出TCP协议的数据包（在过滤条件中输入"tcp"）。观察TCP三次握手过程的数据包，分析每个数据包的序列号、确认号等字段的变化，理解TCP如何建立可靠的连接。打开一个TCP连接（如通过浏览器访问一个HTTPS网站），然后在Wireshark中观察TCP四次挥手过程的数据包，分析每个数据包的作用，理解TCP如何优雅地关闭连接。TCP数据传输分析：在Wireshark中捕获数据包，选择一个正在进行数据传输的TCP连接。观察TCP数据包中的数据部分，分析数据的传输方式（如分段传输）以及TCP如何保证数据的可靠传输（通过序列号和确认号机制）。

实验四：HTTP协议分析1.实验内容：分析HTTP协议的工作流程，包括请求报文和响应报文的格式、状态码含义等。2.步骤：HTTP请求报文分析：在Wireshark中捕获数据包，过滤出HTTP协议的数据包（在过滤条件中输入"http"）。选择一个HTTP请求数据包，查看其请求行、请求头部和请求体。分析请求方法（如GET、POST等）、请求的资源路径、请求头部中的字段（如UserAgent表示客户端浏览器信息）等。HTTP响应报文分析：选择一个HTTP响应数据包，查看其状态行、响应头部和响应体。分析状态码的含义（如200表示成功，404表示未找到资源等）、响应头部中的字段（如ContentType表示返回数据的类型）等。分析HTTP与TCP的关系：结合前面捕获的数据包，观察HTTP数据如何通过TCP连接进行传输。分析HTTP应用层数据在TCP数据包中的封装方式，以及TCP如何为HTTP提供可靠的数据传输服务。

实验五：FTP协议分析1.实验内容：分析FTP协议的工作过程，包括控制连接和数据连接的建立与传输。2.步骤：FTP控制连接分析：在Wireshark中捕获数据包，过滤出FTP协议的数据包（在过滤条件中输入"ftp"）。观察FTP控制连接建立过程的数据包，分析FTP客户端与服务器之间如何通过TCP连接进行命令交互。例如，查看FTP客户端发送的USER和PASS命令，以及服务器的响应。FTP数据连接分析：当FTP客户端进行文件传输时，观察数据连接的建立和数据传输过程。FTP有两种数据传输模式：主动模式和被动模式。分析主动模式下，FTP客户端如何通过控制连接向服务器发送PORT命令，服务器如何根据该命令建立数据连接；在被动模式下，FTP客户端如何通过控制连接向服务器发送PASV命令，服务器如何返回一个被动端口，客户端如何根据该端口建立数据连接。观察数据连接中传输的文件数据，分析FTP如何保证文件传输的正确性和完整性。

实验六：网络故障排查与协议分析应用1.实验内容：模拟网络故障，利用网络协议分析工具进行故障排查。2.步骤：模拟网络故障：例如，设置网络拓扑中的某条链路故障（如禁用网卡），或者配置错误的IP地址、子网掩码等。故障排查：使用Wireshark捕获数据包，分析网络通信情况。根据捕获到的数据包信息，判断故障所在位置。例如，如果ARP解析失败，可能是网络配置问题或ARP缓存异常；如果TCP连接建立失败，可能是端口被占用、防火墙限制等原因。逐步排查可能的原因，通过修改网络配置、检查防火墙规则等方式解决故障，直到网络通信恢复正常。记录故障排查的过程和结果，总结经验教训。

四、实验报告要求1.实验目的：简述本次实验的目标。2.实验环境：说明实验所使用的硬件和软件环境。3.实验内容与步骤：详细记录每个实验的具体操作过程和观察到的现象。4.实验结果与分析：对每个实验的结果进行总结，例如分析TCP三次握手数据包的字段变化、HTTP响应状态码的含义等。阐述通过实验对网络协议工作原理的新认识和理解。5.问题与解决方法：记录实验过程中遇到的问题，以及解决问题的方法和思路。6.心得体会：总结本次实验的收获和体会，包括对网络协议分析重要性的认识、实验技能的提升等方面。

五、注意事项1.在进行网络数据包捕获时，避免同时进行过多其他网络