网络协议分析与仿真课程设计预习报告.doc

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西 安 邮 电 大 学
（计算机学院）

网络协议分析与仿真课程设计
预习报告

专业名称： 网络工程
班 级：
学生姓名：
学号（8位）：
指导教师：
设计起止时间：2013年12月2日—2013年12月13日

题目一网络流量分析
一、 课程设计目的
l 加深对IP、DNS 、TCP、UDP、HTTP等协议的理解；
l 掌握流量分析工具的使用，学习基本的流量分析方法。
二、课程设计地点及时间
二号实验楼442网络实验室，12月2日至12月6日，每天8：00-14：00
三、课程设计实验条件

Ø 工具：Wireshark（Windows或Linux），tcpdump（Linux）
Ø 要求：使用过滤器捕获特定分组；用脚本分析大量流量数据（建议用perl）。
Ø 内容：Web流量分析
四、课程设计原理

1、DNS域名解析：首先，客户端的应用层会封装数据到达传输层，在传输层标识源端口号与目的端口号（源端口号为大于1023随机，目的端口号为UDP53端口）及应用层服务（这里因该是请求DNS查询服务吧）。传输层封装数据产生数据段传给网络层，在网络层标识源IP地址及目的IP地址（源IP地址为客户端IP，目的IP地址为DNS服务器IP地址），网络层将数据段封装为数据包传给数据链路层，在数据链路层将会在数据包里加入源MAC地址及目的MAC地址（源MAC地址为客户端网卡MAC地址，目的MAC地址为DNS服务器MAC地址），这里应该查询MAC缓存。数据链路层根据客户端与DNS服务器之间的链路，将数据包封装成帧，传给物理层。物理层会将数据帧转化为电信号放到物理介质上。
电信号到达DNS服务器后会从物理层到达应用层（这里和客户端发送数据差不多，只不过这个过程变成了解封装），DNS服务器做完域名解析后再将数据传给客户端，传输过程同客户端发送数据。

2、建立TCP/IP连接：客户端知道WEB服务器IP地址之后，在网络层产生建立TCP/IP三次握手的数据包（TCP/IP三次握手：客户端向服务器端发送SYN信息，服务器端收到SYN信息后回复给客户端SYN+ACK确认信息，客户端收到确认信息后再向服务器发送ACK信息建立连接），应用层标识HTTP服务将数据发送到传输层，传输层将数据+源端口号（大于1023）、目的端口号（80）+上层服务WWW封装为数据段传给网路层。网络层将数据段+源ip与目的ip（WWW服务器的ip地址）封装为数据包发送到数据链路层。数据链路层参照ARP缓存表确定源MAC地址（本机MAC地址）及目的MAC地址（客户端与路由B相连端口的MAC地址）将数据包封装成数据帧。这里还需要CRC校验。。。。。。数据帧到达物理层后变成电信号发送到介质上（这里还需要访问控制方法DSMA/CD）
路由B收到电信号后传给路由器的数据链路层，这里还需要CRC,FCS校验。。。。。。确定数据帧没有损坏后查看目的MAC地址与路由器端口地址是否相同，如果相同将解封装，将数据包发送到路由器B的物理层，路由器查看路由表确定数据包的转发端口，路由器B确定与路由A之间的链路，创建帧。
路由B与路由A可以看成是点对点，即路由B将创建PPP帧。路由A收到电信号后，确定帧的完整性，如果完整即将数据帧解封装发送到网络层，路由A查询路由表将数据包转发到与WEB相连的路由端口。
路由A的数据链路层将查询ARP缓存表确定WWW服务器的MAC地址，路由A将创建源MAC地址（路由A）及目的MAC地址（WEB服务器MAC地址）的数据帧。WEB服务器收到数据帧后比较MAC地址，确定数据帧是发给WEB服务器的，传给WEB服务器的网络层，查看目的IP地址是否与WEB服务器IP地址是否相同，相同即发送到传输层，查看为TCP协议及80端口号。应用层收到数据即向客户端响应WWW服务请求。
发送网页与请求网页数据发送相同
五、课程设计方案
熟练运用wireshark，进行抓包和解析即可，Wireshark[2]使用目的
以下是一些使用Wireshark目的的例子：
网络管理员使用Wireshark来检测网络问题，网络安全工程师使用Wireshark来检查资讯安全相关问题，开发者使用Wireshark来为新的通讯协定除错，普通使用者使用Wireshark来学习网络协定的相关知识。当然，有的人也会“居心叵测”的用它来寻找一些敏感信息……
Wireshark不是入侵侦测系统（Intrusion Detection System,IDS）。对于网络上的异常流量行为，Wireshark不会产生警示或是任何提示。然而，仔细分析Wireshark撷取的封包能够帮助使用者对于网络行为有更清楚的了解。Wireshark不会对网络封包产生内容的修改，它只会反映出目前流通的封包资讯。 Wireshark本身也不会送出封包至网络上。

题目二网络模拟
一、 课程设计目的
掌握网络模拟工具NS2的使用，学习基本的网络模拟方法。
二、课程设计地点及时间
二号实验楼425网络实验室，12月9日至12月13日，每天8：00-14：00
三、课程设计实验条件
Winxp/win7操作系统，ns2，perl，shell和awk多种语言
四、课程设计原理

Ns2：NS2是指 Network Simulator version 2，NS（Network Simulator） 是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。此外，NS也可作为一种辅助教学的工具，已被广泛应用在了网络技术的教学方面。因此，目前在学术界和教育界，有大量的人正在使用或试图使用NS。NS2（Network Simulator,version 2）是一种面向对象的网络仿真器，本质上是一个离散事件模拟器,由UC Berkeley开发而成。它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网，已经实现的一些仿真有网络传输协议，比如TCP和UDP,业务源流量产生器，比如FTP,Telnet,Web CBR和VBR；路由队列管理机制，比如Droptail,RED和CBQ；路由算法，比如AODV、DSDV、DSR等无线路由协议。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC 子层协议。
Awk：AWK是一种优良的文本处理工具。它不仅是 Linux 中也是任何环境中现有的功能最强大的数据处理引擎之一。
五、 课程设计方案
从网络拓扑仿真、协议仿真和通信量仿真等方面介绍NS的相应元素：
1．网络拓扑主要包括节点、链路。NS的节点由一系列的分类器（Classifier，如地址分类器等）组成，而链路由一系列的连接器（Connector）组成。
2．在节点上，配置不同的代理可以实现相应的协议或其它模型仿真。如NS的TCP代理，发送代理有：TCP，TCP/Reno，TCP/Vegas，TCP/Sack1，TCP/FACK，TCP/FULLTCP等，接收代理有：TCPSINK，TCPSINK/DELACK。TCPSINK/SACK1，TCPSINK/SACK1/DELACK等。此外，还提供有UDP代理及接收代理Null（负责通信量接收）、Loss Monitor（通信量接收并维护一些接收数据的统计）。
3．网络的路由配置通过对节点附加路由协议而实现。NS中有三种单播路由策略：静态、会话、动态。
4．在链路上，可以配置带宽、时延和丢弃模型。NS支持：Drop-tail（FIFO）队列、RED缓冲管、CBO（包括优先权和Round-robin 调度）。各种公平队列包括：FQ，SFQ，DRR等。
5．通信量仿真方面，NS提供了许多通信应用，如FTP，它产生较大的峰值数据传输；Telnet则根据相应文件随机选取传输数据的大小。此外，NS提供了四种类型的通信量产生器：EXPOO，根据指数分布（On/Off）产生通信量，在On阶段分组以固定速率发送，Off阶段不发送分组，On/Off的分布符合指数分布，分组尺寸固定；POO，根据Pareto分布（On/Off）产生通信量，它能用来产生长范围相关的急剧通信量；CBR，以确定的速率产生通信量，分组尺寸固定，可在分组间隔之间产生随机抖动；Traffic Trace，根据追踪文件产生通信量。
6使用方法
使用NS进行网络仿真的方法和一般过程。
进行网络仿真前，首先分析仿真涉及哪个层次，NS仿真分两个层次：一个是基于OTcl编程的层次。利用NS已有的网络元素实现仿真，无需修改NS本身，只需编写OTcl脚本。另一个是基于C++和OTcl编程的层次。如果NS中没有所需的网络元素，则需要对NS进行扩展，添加所需网络元素，即添加新的C++和OTcl类，编写新的OTcl脚本。
假设用户已经完成了对NS的扩展，或者NS所包含的构件已经满足了要求，那么进行一次仿真的步骤大致如下：
1．开始编写OTcl脚本。首先配置模拟网络拓扑结构，此时可以确定链路的基本特性，如延迟、带宽和丢失策略等。
2．建立协议代理，包括端设备的协议绑定和通信业务量模型的建立。
3．配置业务量模型的参数，从而确定网络上的业务量分布。
4．设置Trace对象。NS通过Trace文件来保存整个模拟过程。仿真完后，用户可以对Trace文件进行分析研究。
5．编写其他的辅助过程，设定模拟结束时间，至此OTcl脚本编写完成。
6．用NS解释执行刚才编写的OTcl脚本。
7．对Trace文件进行分析，得出有用的数据。
8．调整配置拓扑结构和业务量模型，重新进行上述模拟过程。
NS2采用两级体系结构，为了提高代码的执行效率，NS2 将数据操作与控制部分的实现相分离，事件调度器和大部分基本的网络组件对象后台使用C++实现和编译，称为编译层，主要功能是实现对数据包的处理；NS2的前端是一个OTcl解释器，称为解释层，主要功能是对模拟环境的配置、建立。从用户角度看，NS2 是一个具有仿真事件驱动、网络构件对象库和网络配置模块库的OTcl脚本解释器。NS2中编译类对象通过OTcl连接建立了与之对应的解释类对象，这样用户间能够方便地对C++对象的函数进行修改与配置，充分体现了仿真器的一致性和灵活性。

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