计算机网络实验期末复习（已完结）

计算机网络实验

相关仪器：cisco、wireshark

实验1 传输介质

有线传输介质：

• 双绞线
• 光纤
• 同轴电缆

无限传播介质

• 无线电波
• 红外线

双绞线制作标准：

• 568A 标准 白绿|绿|白橙|蓝|白蓝|橙|白粽|棕
• 568B 标准 白橙|橙|白绿|蓝|白蓝|绿|白粽|棕

直连线：两端都是568A或568B

交叉线：一端是568A，一端是568B

两台相同设备之间通讯通常用交叉线，两台不同设备之间通讯通常同直连线

百兆网卡：四根芯线13，26传输数据

千兆网卡：八根芯线都传输数据

实验2 DHCP

TCP/IP五层模型：

• 应用层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层

DHCP优点：

• 提高效率
• 便于管理
• 节约IP地址资源

DHCP始终都是广播形式

DHCP四次交互：

• Discover 客户机请求IP
• Offer 服务器响应
• Request 客户机选择IP
• Ack 服务器确认租约

实验3 DNS

域名解析过程：

• 迭代查询 DNS服务器会提供客户机其他能够解析查询请求的DNS服务器
• 递归查询 DNS服务器必须使用一个准确地查询结果回复客户机

DNS三种状态的原因：

• reply from … 可以解析域名并访问成功
• Request timed out 可以解析域名，但不能访问成功
• Unknown host … 解析域名失败

实验4 HTTP

HTTP是超文本传输协议

Web服务器使用HTTP与客户机浏览器进行信息交流

目前主流的三个Web服务器：

• Apache
• Nginx
• IIs

HTTP工作原理：

1. 客户端浏览器解析URL
2. 客户端浏览器生产HTTP请求
3. 服务器发送响应HTTP页面

实验5 交换机基本配置

用户模式：Switch>

特权模式：Switch#

配置模式：Switch(config)#

vlan配置模式：Switch(config-vlan)#

接口配置模式：Switch(config-if)#

telnet配置：

• 配置交换机管理IP

  • interface vlan 1
  • ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
  • no shutdown

• 配置telnet密码

  • line vty 0 4
  • password 123456
  • login

• 配置特权模式密码

  • enable password 123456

实验6 交换机工作原理

Mac地址：又称物理地址，由48位二进制组成，前24位是厂商标识码，后24位是节点表示符

分类：

• 单播 第一个字节的最低位为0，可作为目的地址和源地址
• 组播 第一个字节的最低位为1，仅能作为目的地址
• 广播 48位全部为1

Mac地址表

• 交换机内用于存放物理地址与交换机端口映射关系的数据库
• 交换机依据Mac地址表进行数据转发

以太网帧：

• 所谓数据帧就是数据链路层的协议数据单元，它包括三部分：帧头、数据部分、帧尾
• 在以太网链路上的数据单元称为以太网帧

帧转发方式：

• 直通转发
• 存储转发
• 无碎片直通转发

将Mac地址与端口绑定：

• mac-address-table static xxxx.xxxx.xxxx vlan 1 interface 0/1

解除绑定：

• no mac-address-table static xxxx.xxxx.xxxx vlan 1 interface 0/1

实验7 交换机Vlan

交换网络是平面网络结构，必须依赖广播

Vlan：虚拟局域网

Vlan特点：

• 基于逻辑的分组，不受物理位置的限制
• 在同一Vlan内和真实局域网相同
• 不同Vlan内用户主要通信需要借助三层设备

交换机的端口：

• Access端口
  • 只能属于一个Vlan
  • 一般用于连接计算机的接口
• Trunk端口
  • 允许多个Vlan通过
  • 一般用于交换机之间连接的端口

Vlan配置：

• 创建vlan

  • vlan vlan-id

• 删除vlan

  • no vlan vlan-id

• 查看vlan

  • show vlan brief

• 向vlan内添加一个端口

  • interface interface-id
  • switchport mode access
  • switchport access vlan-id

• 向vlan内添加一组端口

  • interface range port-range
  • switchport mode access
  • switchport access vlan-id

• 将端口设置为vlan端口

  • interface interface-id
  • switchport mode trunk

• 查看trunk端口

  • show interface trunk

实验9 静态路由

路由器是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关作用

• 直连网络
  • 直接接在某个路由器上的网络，称为该路由器的直连网络
  • 每个路由器接口的IP作为直连网络网关

路由表：

• 路由器就是依靠路由表来选择转发路径
• 路由表中包含该路由器掌握的所有目的网络地址，以及通过此路由器到达这些网络中最佳路径，这个最佳路径指的是路由器的某个接口或下一条路由器的地址

静态路由：由系统管理员事先设置好固定的路由信息

• 优点：简单、高效、可靠
• 缺点：不能动态适用网络状态变化

动态路由：路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由信息

• 优点：动态路由可以自动学习网络的拓扑结构，并更新路由表
• 缺点：路由广播更新信息将占据大量的网络带宽

路由器配置

• 配置接口IP作为连接网络的网关

  • interface interface-id
  • ip address ip-address mask
  • no shutdown

• 配置静态路由

  • ip route prefix mask ip-address

• 查看路由信息

  • show ip route

通过192.168.2.2的端口访问所有24位子网掩码的目的网络：

• ip route 0.0.0.0 255.255.255.0 192.168.2.2

通过192.168.2.2的端口访问所有网络：

• ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.2

实验10 Vlan间通信

Vlan是广播域（二层概念），而两个广播域之间的通信通常由路由器连接，广播域之间来往的数据包都是由路由转发（三层概念）的

路由功能主要由路由器和三层交换机提供

Vlan间通信一般包括三种实施方案：

• 路由器多端口方式
  • 为路由器端口设置一个IP地址作为对应Vlan的网关，有几个Vlan就需要在几个端口设置IP地址
  • 实际应用很少
    • 一般中大型局域网，Vlan数量很多而路由器端口很少
    • 路由器采用软件对IP报文进行转发，占用CPU和内存资源，效率比较低
• 单臂路由方式
  • 在路由器的一个物理接口配置多个子接口，作为不同Vlan的默认网关
  • 缺点
    • 路由器转发速度有限，无法满足Vlan间通信数据量较大的需求，并且容易造成单点故障
    • 数据在物理链路上往返运输，存在转发延迟
  • 进入子接口、封装802.1Q并指定Vlan ID号，配置IP地址：
    • interface number.subinterface-number
    • encapsulation dot1q vlan-id
    • ip address ip-address mask
• 三层交换机方式
  • 三层交换机实现Vlan间通信的方法是在已有的Vlan上创建虚拟接口，它同样可以配置IP地址，借助虚拟接口三层交换机能够实现路由转发
  • 优点
    • Vlan间流量不经过路由器，网络延时和抖动都很小，同时极大减轻上层接入路由器的负载
    • 三层交换机的Vlan间路由由交换机三层转发引擎完成，可以获得很好的性能
  • 三层交换机配置
    • vlan vlan-id （创建Vlan）
    • interface interface-id （向Vlan内添加端口）
    • switchport access vlan vlan-id
    • interface vlan-id （配置SVI）
    • ip address ip-address mask
    • ip routing （开启路由功能）

实验11 动态路由RIP

动态路由分类

• 按照使用的区域不同

  • 内部网关协议IGP域内协议，如RIP、OSPF、ISIS
  • 外部网关协议EGP域间协议，如BGP

• 按照算法不同

  • 距离矢量协议，如RIPV1、RIPV2、BGP
  • 链路状态路由协议，如OSPF、ISIS

• 按是否携带子网掩码

  • 有类路由协议，如RIPV1
  • 无类路由协议，如RIPV2、OSPF、ISIS、BGP

RIP是一种基于距离矢量算法协议，它使用跳数作为度量值来衡量到达目的地址的距离

RIPV1

• 使用广播的方式发送路由更新
• 路由更新信息中不携带子网掩码
• 不支持认证

RIPV2

• 发送更新报文的方式为组播
• 路由信息中加入子网掩码
• 支持认证

RIP配置

• 启动RIP进程

  • router rip

• 定义关联网络

  • network network-number

• 定义RIP版本

  • version {1 | 2}

• 关闭自动汇总（v2）

  • no auto-summary

• 查看路由更新过程

  • debug ip rip

• 查看路由信息

  • show ip route
  • show ip rip database
  • show ip protocols

• 清空路由信息

  • clear ip route *

实验12 NAT

NAT

• 网络地址转化

• 它是一种把内部私有地址翻译成合法网络IP地址的技术

NAT分类

• 静态NAT

  • 按照一一对应的方式将每个内部IP地址转换为一个外部IP地址，这种方式经常用于企业网的内部设备需要能够被外部网络访问到时

• 动态NAT

  • 将内部IP地址动态转化为一组外部IP地址（地址池）中的一个IP地址

• 超载NAT（NAPT）

  • 利用不同端口号将多个内部IP地址转化为一个外部IP地址

静态NAT配置

• 指定一个内部接口和一个外部接口

  • ip nat {inside | outside}

• 配置静态转换条目（IP和端口）

  • ip nat inside source static tcp local-ip local-port global-ip global-port

动态NAT配置

• 指定一个内部接口和一个外部接口

  • ip nat {inside | outside}

• 定义IP访问控制列表

  • access-list access-list-number permit any

• 定义一个地址池

  • ip nat pool pool-name start-ip end-ip netmask netmask

• 配置动态转换条目

  • ip nat inside source list access-list-number pool pool-number

• 查看NAT信息

  • show ip nat statistics
  • show ip nat translations

NAPT配置

• 指定一个内部接口和一个外部接口

  • ip nat {inside | outside}

• 定义IP访问控制列表

  • access-list access-list-number permit any

• 定义一个地址池

  • ip nat pool pool-name start-ip end-ip netmask netmask

• 配置动态转换条目

  • ip nat inside source list access-list-number pool pool-number overload

实验13 ARP协议分析

ARP即地址解析协议，主要用于根据IP地址求出主机对应的物理地址

在网络通信中，主机和主机之间的通信需要根据 OSI 模型进行数据包的封装和解封装，这里面不仅需要封装源目的 IP 地址，也需要源目的 MAC 地址。

ARP工作原理：

• 发送request通过IP地址询问MAC地址

• 接收reply得到MAC地址并存在缓存中

• arp -a

  • 查看ARP缓存表中的内容

• arp -d

  • 清除ARP缓存

实验14 TCP协议分析

TCP和UDP

	UDP	TCP
是否连接	无连接	面向连接
是否可靠	不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制	可靠传输，使用流量控制和拥塞控制
连接对象个数	支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信	只能一对一
传输方式	面向报文	面向字节流
首部开销	首部开销小，仅8字节	首部最小20字节，最大60字节
使用场景	适用于实时应用（IP电话、视频会议、直播等）	适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输

TCP报文格式：

TCP三次握手

1. 客户端向服务器发送一个SYN段，该段中包含客户端的初始序列号Sequence number = x

2. 服务器返回客户端 SYN +ACK 段， 该段中包含服务器的初始序列号Sequence number = y；同时使 Acknowledgment number = x+1来表示确认已收到客户端的 SYN段

3. 客户端给服务器响应一个ACK段，该段中使 Acknowledgment number = y + 1来表示确认已收到服务器的 SYN段

TCP的四次挥手

1. 客户端A发送一个FIN段，用来关闭客户A到服务器B的数据传送，Sequence number = u
2. 服务器B收到这个FIN,它发回一个ACK, Acknowledgment number = u+1
3. 服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A，Sequence number = w
4. 客户端A发回ACK报文确认， Acknowledgment number = w+1