实验四：ARP分析及路由协议分析解析

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计算机科学与技术学院计算机网络实验报告
年级2013 学号2013434151 姓名汪凡成绩
专业计算机科学与技术实验地点C1-422 指导教师常卓
实验项目实验3.3：ARP分析实验3.5：路由协议分析实验日期2016/5/6
实验3.3：ARP分析
一、实验目的
1.掌握基本的ARP命令。

2.熟悉ARP报文格式和数据封装方式。

3.理解ARP的工作原理。

二、实验原理
(1)ARP简介
1.什么是ARP
ARP，即地址解析协议。

TCP/IP网络使用ARP实现IP地址到MAC地址的动态解析。

网络层使用逻辑地址（IP地址）作为互联网的编址方案，但实际的物理网络（以太网）采用硬件地址（MAC地址）来唯一识别设备。

因此在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址（MAC地址)。

①ARP工作原理
每个主机和路由器的内存中都设有一个ARP高速缓存，用于存放其他设备的IP地址到物理地址的映射表。

当主机欲向本局域网上其他主机发送IP包时，先在本地ARP缓存中查看是否有对方的MAC地址信息。

如果没有，则ARP会在网络中广播一个ARP请求，拥有该目标IP地址的设备将自动发回一个ARP回应，对应的MAC地址将记录到主机的ARP缓存中。

考虑到一个网络可能经常有设备动态加入或者撤出，并且更换设备的网卡或IP地址也都会引起主机地址映射发生变化，因此，ARP缓存定时器将会删除在指定时间段内未使用的ARP条目，具体时间因设备而异。

例如，有些Windows操作系统存储ARP缓存条目的时间为2mim但如果该条目在这段时间内被再次使用，其ARP定时器将延长至lOmin。

ARP缓存可以提高工作效率。

如果没有缓存，每当有数据帧进入网络时，ARP都必须不断请求地址转换，这样会延长通信
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时间，甚至造成网络拥塞。

反之，保存时间过长也可能导致离开网络或者更改第3层地址的设备出错。

ARP可解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。

剩下的工作就由下一个网络来做。

三、实验要求
本实验对应的练习文件为“3-3 ARP协议分析.pka”，具体的网络拓扑和地址分配如下。

1 •网络拓扑图（图3-11)
图3-l l ARP实验的网络拓扑
•IP地址配置（表3-6)
四、实验步骤、结果（程序+注释+截图）及分析
1、任务一：在Packet Tracer中熟悉arp命令
提示：在Packet Tracer中，arp命令只支持两个参数a和d。

arp：不带
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参数，显示可用的选项。

步骤1：访问主机的命令提示符窗口
步骤2：观察ARP缓存中条目的动态增减
进入Simulation模式。

设置Event List Filters只显示ICMP事件。

2、任务二：使用Packet Tracer观察ARP的工作原理
步骤1：捕获并观察ARP数据包的转发
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步骤2：研究ARP报文格式和封装方式
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步骤3：研究不同广播域内主机间互访时的ARP执行过程
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五、实验遇到的困难及解决
遇到的困难：操作不熟练，虽然可以完成实验，但原理理解不透彻。

解决：老师提供给实验指导书，与同学一起讨论，重新回顾教材上的理论知识。

六、实验心得总结
通过实验掌握了基本的ARP命令并不断地熟悉ARP报文格式和数据封装方式以及理解了ARP的工作原理。

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计算机科学与技术学院计算机网络实验报告
年级2013 学号2013434151 姓名汪凡成绩
专业计科实验地点c1-422 指导教师常卓
实验项目实验 3.5：路由协议分析实验日期2016/5/6
一、实验目的
1）理解网络路由，学习静态路由配置能力。

2）理解RIP动态路由协议的工作原理。

3）理解OSPF动态路由协议的工作原理。

二、实验原理
1.什么是路由协议
路由协议主要运行于路由器上，用于动态获得IP数据报的转发路径，即建立路由表。

Internet将路由协议分为两大类：内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP)和夕卜部网关协议（External Gateway Protocol，EGP)。

IGP是
在一个自治系统内部使用的路由选择协议，主要包括RIP和OSPF协议。

EGP 用于将路由选择信息传递到另一个自治系统，目前使用最多的是BGP-4。

2.静态路由
静态路由是指管理员人工配置路由表，它只适用于简单的网络环境。

要求管理员了解整个网络的拓扑信息和链路信息，并且当网络拓扑结构和链路状态发生变化时，所有路由器的路由表都需要人工进行调整修改。

默认路由也是一种特殊的静态路由，是指当路由表中找不到匹配的出口表项时，路由器采取的路由选择。

默认路由可减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。

3.RIP
RIP (Routing Information Protocol)是最先得到广泛使用的内部网关协
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议，它是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。

RIP中的“距离”定义为“跳数每经过一个路由器则距离加1。

R1P要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目标网络的距离记录，并每隔30s就和邻居路由器交换自己的路由表。

RIP使用UDP报文传送，其最大的优点就是实现简单、开销较小，但存在坏消息传递慢、仅适用于小型网络的缺点。

为了改善RIP的不足，IETF于1998年发布了RIP2。

RIP2支持子网路由选择、CIDR和组播，并提供了验证机制支持多播。

4.OSPF协议
OSPF(Open Shortest Path First，幵放式最短路径优先）是IETF 在20世纪80年代末期开发的一种基于分布式链路状态的内部网关协议，用于在单一自治系统内决策路由。

0SPF协议使用Dijkstra算法来计算最短路由，并直接使用IP数据报传送（协议字段值为89)。

其工作原理是.•当链路状态发生变化时，该协议使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态信息，即本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”（Metric),每个路由器接收到所有的链路状态信息后，可以总结出整个网络的拓扑，并利用Dijkstra算法计算到其他路由器的路径。

三、实验要求
画出拓扑图以及配置IP地址完成实验。

四、实验步骤结果及分析
初始拓扑图（IP已分配好）
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任务一：静态配置路由
打开“3-5-1静态路由实验.pka”练习文件，观察网络拓扑，尝试为每个路由器设计合理的静态路由信息，使得网络中的任意两台主机都能连通, 表3-10为参考答案。

今步骤2:为每个路由器3己置路由表在拓扑工作区中单击Routel路由器，并进入其Config面板；单击Static 按钮打幵静态路由配置区，按表3-9所示信息配置Routed的静态路由。

然后，以同样的方式分别配置R〇uter2、Router3、Router4路由器的静态路由。

配置完毕后，可使用右侧工具栏中的Inspect工具检查每台路由器的路由表是否正确。

今步骤3:检查路由酉己置是否正确单击位于PT Activity窗口下方的Check Results (检查结果）按钮检查配置。

如果显示为100%则说明配置成功，否则使用ping程序或者Add Simple PDU方法，分别测试任意两个主机的连通性；通过跟踪数据报的转发过程，检查并排除路由配置故障，直到成功为止。

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任务二：观察路由环路问题
在Router 3和Router 4间增加一条串行线，并启用Router 3的SeO /0/l 接 口和 Router 4 的
SeO /0/l 接口。

修改Router 2的静态路由，将通往10.0.0.0网络的下一跳接口改为 192.168.2.2 (即
Router 3 的 Se 0/0/0 接口 )；修改 Router 3 的静态路由，将通 往 10.0.0.0 网络的下一跳接
口改为 192.168.4.2 (即 Router 4 的 SeO /0/l 接口）。

上述操作实现了在R 〇uter 2、Router 3和Router 4之间生成一条通往 10.0.0.0的路由环路。

步骤
2 :观察数据包在环路中的转发情•况
进入Simulation (模拟）模式。

设置Event List Filters (事件列表过滤器） 只显示ICMP 事
件。

单击Add Simple PDU (添加简单PDU )按钮，然后分 别单击PC 4和PC 1 (让PC 4发送一个ICMP 包给PC 1)。

单击Capture/Forward
观察该数据报文的转发情况。

此时可以观察到发送报文在R 〇uter 2、Routed 和R 〇uter 4三者之间循环转发，像在绕圈，这就是路由环路问题。

任务三：观察RIP 路由协议的运行情况
步骤1：打开“3-5-2 rip 协议分析.pka ”练习文件，单击Simulation 选项卡进入模拟模式。

可以使用位于Packet Tracer 右侧工具栏的Inspect 工具（放大镜）先观察每台路由器的路由表情况。

步骤2 :观察RIP 数据报文的转发情况
单击AutoCapture/Play (自动捕获/播放）按钮，自动运行模拟，此时可 观察到许多RIP
报文在各邻近路由器间周期交互。

请注意，RIP 周期性地与 邻居交换路由表，因此，即使网络中没有用户数据流量在发送，网络也会“充 满”通信业务，使路由器获得如何转发数据包到其目的地的最新情况。

步骤3 :检查路由更新情况和RLP 数据报文
单击Reset Simulation 重新进行模拟实验，并且进入每个路由器清空其 路由表。

操作步骤为.•在路由器的CLI 面板中输入en ,回车；再输入clear ip route *，回车即可。

单击Capture/Forward 按钮，逐步控制模拟进程，当产生第一条RIP 数 据报时，单击数据包信封，或者在Event List (事件列表）的Info (信息） 列中单击彩色正方形，以打幵PDU 信息窗口，检查这些路由更新数据包。

使用 OSI Model (OSI 模型）选项卡视图和
Inbound/Outbound PDU Details (入站/出站PDU 详细数据）选项卡视图可以更详细了解RIP 报文格式。

跟踪路由信息的更新过程。

当这些更新数据报到达邻居路由器后，使 用Inspect 工具显示这些路由器的路由表，观察其更新情况。

任务四.•观察OSPF 路由协议的运行情况
打开“3-5-3 ospf 协议分析.pka ”练习文件，参照任务2的步骤，观察 OSPF 路由协议的运行情况。

值得注意的是，OSPF 需要交换两种数据包： 一种是Hello 包，用于周期维护邻居状态；另一种是链路更新的数据包。

请 注意观察并区别两种数据包的传送范围。

完成路由配置
第3章网络层协议实验螭◄◄添加一条串行线
修改router2的路由
第3章网络层协议实验螭◄◄修改router3的路由
PC4给PC1发包
第3章网络层协议实验螭◄◄转发过程
第3章网络层协议实验螭◄◄
第3章网络层协议实验螭◄◄
第3章网络层协议实验螭◄◄
可以看到报文在router2,3,4之间循环转发，像在绕圈。

RIP报文的转发情况
第3章网络层协议实验螭◄◄
观察到许多RIP报文在各邻近路由器间周期交互。

请注意，RIP周期性地与邻居交换路由表，因此，即使网络中没有用户数据流量在发送，网络也会“充满”通信业务，使路由器获得如何转发数据包到其目的地的最新情况。

清除路由表
第3章网络层协议实验螭◄◄RIP数据报文
OSPF路由协议
五、实验遇到的困难及解决
第3章网络层协议实验螭◄◄
自己画拓扑图的时候有一条线无法画出，于是就用的例子里面给的图。

修改IP 地址的时候没有点击SA VE 导致无法添加更改。

六、实验心得总结
通过实验更加清楚地学习了静态路由、RIP 以及OSPF 协议的工作原理以及各自的特点。