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。

联网方式：WLAN(无线局域网)

可以看到目的MAC
还有源MAC
以及ipv4

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：Wireshark在抓包时，校验字段会被过滤掉，

实作二 了解子网内/外通信时的 MAC 地址

1.ping qige.io （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 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的？

子网网关的物理地址

2.再次 ping www.cqjtu.edu.cn （改为百度，学校的ping不过去）（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？

子网网关的物理地址

问： 通过以上的实验，你会发现：

1. 访问本子网的计算机时，目的 MAC 就是该主机的
2. 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？

原因是访问外网的时候，都是通过 mac 地址送到网关处，然后出了网关再通过 IP 地址进行查找；接收到非子网的计算机返回的数据都是先到网关，网关再根据目的 mac 送到本机。

实作三 掌握 ARP 解析过程（一台电脑无法操作）

通过以上的实验，你应该会发现，

1. ARP 请求都是使用广播方式发送的
2. 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？

如果访问的是所处的本网子网的ip，ARP 缓存中没有该 ip，那么就会发送一个广播，在子网中找寻这个ip，如果有 那么ARP解析协议将会直接得到该ip对应的Mac地址；如果访问的是非本子网的ip，那么ARP解析将直接得到网关的Mac地址。因为要想访问对方，在处于同一子网的条件下，应该知道对方的Mac地址，但是不处于同一子网，就需要对方所处子网网关的Mac地址。

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。

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：ip头部长度字段和总长度字段是为了方便将上层将ip包里的数据取出来，从而可以让明白包的开始

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：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：转发或者直接丢弃该数据包

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。

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：50跳

传输层

实作一 熟悉TCP和UDP建立和释放连接

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。
   

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。
   

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：源端口和目的端口是用来确认某一个应用程序，IP 只能到达子网网关，MAC 地址到达子网下的指定主机，而端口号是达到主机上的某个应用程序。

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。
   

   它们的长度都很短。通过发出 SYN 信号请求连接，然后服务器端回应 ACK 确认收到请求，然后主机再发出一个确认信号。第一次握手时除了 SYN = 1 外其余的标志都为 0 ，第二次握手时除了 SYN = 1 且 ACK = 1 外其余的标志都为 0 ，第三次握手时除了 ACK = 1 外其余的标志都为 0

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。

   它们的长度都很短。这里四次挥手为什么只抓到了三个包呢？原始是将第二次、第三次挥手合并成了一个包，所以只看到了三个包。首先发出 FIN 信号请求断开，然后服务器端回应一个 ACK 确认信号，然后又发出一个 FIN 信号（这里将 ACK 和 FIN 合并成立一个包），然后主机回应一个 ACK 确认信号，即可断开连接。

问一：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：开辟了多个通道加快了传输的速度

问二： 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：第二次和第三次挥手时发出的包合并成了一个

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.TC，截断标志，仅当DNS报文使用UDP服务时使用。因为UDP数据报有长度限制，所以过长的DNS报文将被截断。1表示DNS报文超过512字节，并被截断
   5.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。0表示执行迭代查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将自己知道的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端，以供客户端参考
   6.RA，允许递归标志。仅由应答报文使用，1表示DNS服务器支持递归查询
   7.zero，这3位未用，必须设置为0
   8.rcode，4位返回码，表示应答的状态。常用值有0（无错误）和3（域名不存在）清除缓存

问： 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：DNS不止一个的原因是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，如果有，就返回IP，完成域名解析；如果没有，操作系统会先检查自己本地的hosts文件是否有这个网址的映射关系，如果有，就返回IP，完成域名解析；如果没有，电脑就要向本地DNS服务器发起请求查询域名；本地DNS服务器拿到请求后，先检查一下自己的缓存中有没有这个地址，有的话直接返回；没有的话本地DNS服务器会从配置文件中读取根DNS服务器的地址，然后向其中一台发起请求；直到获得对应的IP为止

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。
   

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：交易成功；
   304：客户端已经执行了GET，但文件未变化；
   404：没有发现文件、查询或URl；