计算机网络实验一、验证性实验

一、验证性实验

1.ipconfig
- 实作一
- 实作二
- 问题一
2.ping
- 实作一
- 实作二
3.tracert
- 实作一
- 实作二
- 问题一
- 问题二
- 问题三
4.ARP
- 实作一
- 实作二
- 实作三
- 问题一
- 问题二
5.DHCP
- 实作一
- 问题一
6.netstat
- 实作一
- 实作二
7.DNS
- 实作一
- 实作二
- 实作三
8.cache
- 实作一
- 实作二

1.ipconfig

实作一

使用 ipconfig/all 查看自己计算机的网络配置，尽可能明白每行的意思，特别注意 IP 地址、子网掩码 Subnet Mask、网关 Gateway。

实作二

使用 ipconfig/all 查看旁边计算机的网络配置，看看有什么异同。

通过对比可以得到，本地链接IPv6地址和IPv4地址不同，子网掩码和默认网关都是相同的。

问题一

你的计算机和旁边的计算机是否处于同一子网，为什么？
IP地址网络号相同，子网掩码和默认网关也相同。所以处于同一子网。

2.ping

实作一

要测试到某计算机如重庆交通大学 Web 服务器的连通性，可以使用 ping www.cqjtu.edu.cn 命令，也可直接使用 IP 地址。

TTL：我们可以通过TTL大致确定该信息包经过了多少个路由器过渡段（信息包在网络中被传输时，TTL的域值通过一个路由器时递减1；当TTL 递减到0时，信息包被路由器抛弃）。
TIME：显示了信息包到达远程主机后返回的时间。计算定位为毫秒。

实作二

使用 ping/? 命令了解该命令的各种选项并实际使用。

3.tracert

TRACERT (Trace Route 的组合缩写)，也称为路由追踪，该命令行程序可用于跟踪 Internet 协议（IP）数据包传送到目标地址时经过的路径。

实作一

要了解到某计算机如 www.baidu.com 中间经过了哪些节点（路由器）及其它状态，可使用 tracert www.baidu.com 命令，查看反馈的信息，了解节点的个数。

还可以通过网站 http://ip.cn 查看这些节点位于何处，是哪个公司的，大致清楚本机到百度服务器之间的路径。

实作二

ping.pe 这个网站可以探测从全球主要的 ISP 到某站点如 https://qige.io 的线路状态，当然也包括各线路到该主机的路由情况。请使用浏览器访问 http://ping.pe/qige.io 进行了解。

问题一

tracert 能告诉我们路径上的节点以及大致的延迟等信息，那么它背后的原理是什么？本问题可结合第二部分的 Wireshark 实验进行验证。

通过向目标发送不同IP生存时间 (TTL) 值的“Internet控制消息协议(ICMP)”回应数据包，Tracert诊断程序确定到目标所采取的路由。要求路径上的每个路由器在转发数据包之前至少将数据包上的 TTL 递减1。数据包上的 TTL 减为 0 时，路由器应该将“ICMP 已超时”的消息发回源系统。 Tracert 先发送 TTL 为 1的回应数据包，并在随后的每次发送过程将TTL递增 1，直到目标响应或 TTL 达到最大值，从而确定路由。通过检查中间路由器发回的“ICMP已超时”的消息确定路由。某些路由器不经询问直接丢弃 TTL 过期的数据包，这在 Tracert 实用程序中看不到。

问题二

在以上两个实作中，如果你留意路径中的节点，你会发现无论是访问百度还是棋歌教学网，路径中的第一跳都是相同的，甚至你应该发现似乎前几个节点都是相同的，你的解释是什么？

因为我们学校的通信子网采用的是心形拓扑结构。

问题三

在追踪过程中，你可能会看到路径中某些节点显示为 * 号，这是发生了什么？

请求没有得到回应。

4.ARP

ARP（Address Resolution Protocol）即地址解析协议，是用于根据给定网络层地址即 IP 地址，查找并得到其对应的数据链路层地址即 MAC地址的协议。 ARP 协议定义在 1982 年的 RFC 826。

实作一

运行 arp -a 命令查看当前的 arp 缓存，请留意缓存了些什么。

然后 ping 一下你旁边的计算机 IP（注意，需保证该计算机的 IP 没有出现在 arp 缓存中，或者使用 arp -d * 先删除全部缓存），再次查看缓存，你会发现一些改变，请作出解释。

本机和旁边电脑建立连接的过程就储存了对方的ip和mac地址。

实作二

请使用 arp /? 命令了解该命令的各种选项。

实作三

一般而言，arp 缓存里常常会有网关的缓存，并且是动态类型的。

假设当前网关的 IP 地址是 192.168.0.1，MAC 地址是 5c-d9-98-f1-89-64，请使用 arp -s 192.168.0.1 5c-d9-98-f1-89-64 命令设置其为静态类型的。

解决办法:
1.使用 arp -a 命令查看网关的MAC网卡物理地址
2.使用 netsh i i show in 命令查看本地连接的 idx编号
3.使用 netsh -c “i i” add neighbors 本地连接的idx “网关IP” "网关mac“ 命令绑定
4.使用 arp -a 查看结果

问题一

在实作三中，为何缓存中常常有网关的信息？
ARP在发数据包前会先发广播包，问谁是目的IP，然后得到对应的MAC地址，访问外网，你要先到网关那，也就要知道网关的MAC。

问题二

我们将网关或其它计算机的 arp 信息设置为静态有什么优缺点？
优点是便于管理，特别是在根据ip地址限制网络流量的局域网中，以固定的ip地址或ip地址分组产生的流量为依据管理，可以免除在按用户方式计费时用户每次上网都必须进行的身份认证的繁琐过程。
缺点是合法用户分配的地址可能被非法盗用，不仅对网络的正常使用造成影响，同时由于被盗用的地址往往具有较高的权限，因而也容易给合法用户造成损失和潜在的安全隐患。

5.DHCP

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）即动态主机配置协议，是一个用于 IP 网络的网络协议，位于 OSI 模型的应用层，使用 UDP 协议工作，主要有两个用途：

用于内部网或网络服务供应商自动分配 IP 地址给用户
用于内部网管理员对所有电脑作中央管理
简单的说，DHCP 可以让计算机自动获取/释放网络配置。

实作一

一般地，我们自动获取的网络配置信息包括：IP 地址、子网掩码、网关 IP 以及 DNS 服务器 IP 等。使用 ipconfig/release 命令释放自动获取的网络配置，并用 ipconfig/renew 命令重新获取，了解 DHCP 工作过程和原理。

工作过程：
1、发现阶段；
2、DHCP Server offer响应阶段；
3、DHCP Client请求使用阶段；
4、DHCP Server确认使用阶段（获得IP地址）；
5、DHCP Client重新登录网络阶段；
6、DHCP Client续约阶段

问题一

在Windows系统下，如果由于某种原因计算机不能获取 DHCP 服务器的配置数据，那么Windows将会根据某种算法自动配置为 169.254.x.x 这样的 IP 地址。显然，这样的 IP 以及相关的配置信息是不能让我们真正接入 Internet 的，为什么？既然不能接入 Internet，那么Winodws系统采用这样的方案有什么意义？
因为自动配置的IP地址和信息只是短暂性的解决计算机不能获取 DHCP 服务器的配置数据的问题，要真正的接入Internet还是得本身计算机的正确IP地址。意义：计算机都采用了 DHCP 来获得网络配置。假如某天因 DHCP 服务器问题从而不能获得网络配置，那么我们可以查看隔壁教室计算机的配置信息来手动进行网络配置，从而使该计算机能够接入 Internet。

6.netstat

netstat（Network Statistics）是在内核中访问网络连接状态及其相关信息的命令行程序，可以显示路由表、实际的网络连接和网络接口设备的状态信息，以及与 IP、TCP、UDP 和 ICMP 协议相关的统计数据，一般用于检验本机各端口的网络服务运行状况。

实作一

Windows 系统将一些常用的端口与服务记录在 C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\services 文件中，请查看该文件了解常用的端口号分配。

实作二

使用 netstat -an 命令，查看计算机当前的网络连接状况。

7.DNS

DNS（Domain Name System）即域名系统，是互联网的一项服务。它作为将域名和 IP 地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。DNS 使用 TCP 和 UDP 的 53 号端口。

实作一

Windows 系统将一些固定的/静态的 DNS 信息记录在 C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\hosts 文件中，如我们常用的 localhost 就对应 127.0.0.1 。请查看该文件看看有什么记录在该文件中。

实作二

解析过的 DNS 记录将会被缓存，以利于加快解析速度。请使用 ipconfig /displaydns 命令查看。

我们也可以使用 ipconfig /flushdns 命令来清除所有的 DNS 缓存。

实作三

使用 nslookup qige.io 命令，将使用默认的 DNS 服务器查询该域名。当然你也可以指定使用 CloudFlare（1.1.1.1）或 Google（8.8.8.8）的全球 DNS 服务器来解析，如：nslookup qige.io 8.8.8.8，当然，由于你懂的原因，这不一定会得到正确的答案。

8.cache

cache 即缓存，是 IT 领域一个重要的技术。我们此处提到的 cache 主要是浏览器缓存。

浏览器缓存是根据 HTTP 报文的缓存标识进行的，是性能优化中简单高效的一种优化方式了。一个优秀的缓存策略可以缩短网页请求资源的距离，减少延迟，并且由于缓存文件可以重复利用，还可以减少带宽，降低网络负荷。

实作一

打开 Chrome 或 Firefox 浏览器，访问 https://qige.io ，接下来敲 F12 键或 Ctrl + Shift + I 组合键打开开发者工具，选择 Network 面板后刷新页面，你会在开发者工具底部看到加载该页面花费的时间。请进一步查看哪些文件被 cache了，哪些没有。

实作二

接下来仍在 Network 面板，选择 Disable cache 选项框，表明当前不使用 cache，页面数据全部来自于 Internet，刷新页面，再次在开发者工具底部查看加载该页面花费的时间。你可比对与有 cache 时的加载速度差异。

没有cache时需要1.08s，有cache时只需要455ms。有cache时界面加载的速度更快。