计算机网络专业课程设计方案报告.doc

目 录
一． 课程目和任务 3
二． 课程基本内容和规定 3
2.1 实验理论 3
2.2 实验内容 3
1. 惯用网络命令 3
2. 互换机与路由器 17
3. 网络编程 30
三． 课程设计总结体会 36

一． 课程目和任务
本课程规定学生在“计算机网络原理”理论学习基本上，验证和加深对计算机网络概念理解。通过本课程实践，培养学生独立思考、综合分析和动手实践能力。
通过本课程学习，达到如下目的：
(1). 理解计算机网络体系构造和工作原理，掌握惯用网络命令，可以对命令功能进行解释，分析命令执行成果，得到合理有效结论。
(2). 掌握Packet Tracer软件操作办法，可以使用该软件模仿组网、配备互换机、路由器，可以按照实验方案实行仿真实验，采集和整顿数据。
(3). 具备网络编程能力，可以设计抓包程序获取数据包，结合有关合同对数据包各个字段含义进行分析、解决和解释，获取有效结论。

二． 课程基本内容和规定
2.1 实验理论
1.惯用网络命令工作原理及合同
2. ARP原理
3.ICMP合同及原理
4.telnet远程登录原理
5.IP报文格式及路由转发
6.以太网CSMA/CD合同原理
7.透明网桥、以太网互换机
8.虚拟局域网VLAN
9.路由器作用、静态路由、动态路由
10.IP报文格式及IP合同
11. Socket网络编程
2.2 实验内容
1. 惯用网络命令
规定在Windows环境下掌握ipconfig,ping,netstat,tracert,arp,telnet进行网络状态监测、跟踪办法。

(a).ipconfig
ipconfig功能：
可用于显示本机所有当前TCP/IP配备设立值，刷新动态主机配备合同（DHCP），以及域名系统设立（DNS）。
1.不带参数ipconfig
该命令用于查看适配器IP地址子网掩码等属性
图中可以看到以太网适配器IP地址10.136.6.220，其子网掩码255.255.240.0

2.带参数ipconfig
(1).ipconfig/all
该命令用于查看适配器IP地址，子网掩码等属性，较不带参数ipconfig多了显示MAC地址，下图可以看到各个组件物理地址，与ipconfig相比较更为详细

(2).ipconfig/renew
即重新获取IP地址

(3).ipconfig/release
该命令用于释放即归还所有适配器IP地址，与不带参数ipconfig相比较，以太网适配器，即网卡IP地址没有显示，阐明已被释放

(b)ping
ping命令作用
用于检查网络与否连通，到某个目地址与否可达，可以协助分析网络故障
ping命令原理
基于ICMP合同，PING使用了回送祈求与回送回答报文。依照与否收到报文来判断目端口与否可达，依照发送报文个数与接受到回答报文个数来判断链路质量，依照RTT来判断源端与目端之间距离。
1.不带参数ping
图1是ping环回地址，图2则是一种本网内不存在IP，可以看到图1ping通，而图二祈求超时

2.带参数ping
(1).ping –t
该命令即始终ping某个地址，直到结束为止，在ctrl+c输入前始终不会停止

(2).ping –a
该命令是将地址解析为顾客名，图中Advertisement就是解析出顾客名

(3).ping –n
该命令用于设立发送个数，设立1即发送1个，8即8个

(c).netstat
netstat命令作用
显示网络连接、路由表和网络接口信息，显示当前有哪些网络连接正在工作。可用于检查本机各端口网络连接状况。
1.不带参数netstat
该命令用于监控TCP/IP网络，显示活动TCP连接，
图中显示了活动中TCP连接，不涉及LISTENING状态连接

2.带参数netstat
(1).netstat –a
显示所有连接和侦听端口，所有有效连接信息列表(由于数据过多，只截取了某些)。

(2).netstat –s
显示每个合同各项记录(数据诸多，只截取了一某些)

(3).netstat –e
该命令即显示总量记录，数值上为-s 各个合同总和

(4).netstat –r
该命令显示核心路由表

(d) .Tracert
Tracert命令作用
用于查看IP数据包在访问目的时采用途径
Tracert命令原理
从源主机向主机发送一连串IP数据报，其中分装是是无法交付UDP顾客数据报，通过设立数据包生存时间TTL，到路由器时TTL正好为1，接着路由器将TTL变为0，丢弃数据报并向源主机发送ICMP时间超过差错报告报文。当达到目主机时，由于无法交付UDP顾客数据报，目主机向源主机发送ICMP终点不可达差错报告报文。源主机可以从这些差错报文中懂得途径上路由信息。
1.不带参数Tracert
该命令用于查看数据包在访问目的时采用途径，不带参数则默认30个跃点跟踪

2.带参数Tracert
(1).Tracert –h
控制跃点跟踪个数，设立5个就只显示5个

(2).Tracert –d
设立不把地址解析为计算机名，与不带参数Tracert对比可见计算机名没有显示

(e).arp
arp命令作用
arp命令用于显示和修改ARP使用“IP到物理”地址转换表。
arp命令原理
每台装有网卡主机中均有一种ARP表，保存着同一网络中IP到MAC之间映射记录。ARP表并不是一成不变，大概每2分钟更新一次，这种纪录称为动态式（Dynamic）记录。尚有一种称为静态记录，也就是表中记录不变，直到TCP/IP合同重启后才会消失。
1.arp命令
(1).arp –s与arp -d
arp –s 用于增长ARP项，arp-d用于删除ARP项目，先增长了138.125.12.14和其相应MAC地址3C-FD-A1-85-34-12，再查询可以查到，再通过-d删除，之后便查不到了

(2).arp –a与arp-a-v
arp –a 用于显示所有ARP项目，arp-a-v则是详细显示（-v会显示无效项目），arp-a后加IP地址则显示IP地址相应ARP项目（如上图）

(f).telnet
telnet作用
顾客可以登录到远地另一台主机上，可以使用目的主机上软、硬件资源，是一种简朴远程终端合同。
telnet原理
使用客户服务器方式。在本地系统运营Telnet客户进程，远地运营服务器进程。
1.telnet IP
即连接这个IP地址，图中连接了127.0.0.1即环回地址，连接成功

2.建立连接后有这些操作

3. sen
即发送字符串，图中发送了456798

4. display
显示操作参数，

5.set与unset
图1和图2为协助中某些设立操作，图3图4测试了进行身份验证设立，图三设立了进行身份验证，图四解除了这个设立

6.close
关闭连接，关闭了与127.0.0.1连接，再次企图发送数据则显示未连接

2. 互换机与路由器
安装packet tracer，在packet tracer仿真环境下，熟悉互换机命令、互换机初始化配备；
在互换机上实现VLAN配备，规定：创立三个VLAN，给出拓扑，查看VLAN信息
基于Console控制台登录配备路由器，学习路由器配备有关命令；
基于packet tracer构建网络环境，分别进行静态路由配备和基于RIP动态路由配备。规定：静态路由配备拓扑中至少4个路由器；RIP动态路由配备中源站和目站之间设立两条跳数不同途径，通过RIP配备后查看选取是哪条途径。 节点涉及主机、路由器、互换机等都要依照个人名字首字母加学号后两位进行命名。
规定给出网络设计思路、拓扑构造、配备办法与过程及验证思路与过程。提供截图

实验内容：
1.在互换机上实现VLAN配备
(1). 建立VLAN思路
需要构建三个VLAN，一方面需要用6台主机。用两台互换机，则主机和互换机之间需要直通线缆6根，两个互换机之间需要交叉线缆一根。在HKB11 switch0上，创立三个VLAN，即VLAN 10，VLAN 20，VLAN30，把三个端口分别划给这三个VLAN。HKB11 switch1上也是如此，之后把两个互换机相连
(2).拓扑构造

(3).配备过程
主机
IP地址
连接互换机/端口
所属VLAN
HKB11 PC0
192.168.1.1
HKB11 Switch0 Fa0/1
VLAN1
HKB11 PC1
192.168.1.2
HKB11 Switch0 Fa0/2
VLAN2
HKB11 PC2
192.168.1.3
HKB11 Switch0 Fa0/3
VLAN3
HKB11 PC3
192.168.1.4
HKB11 Switch1 Fa0/1
VLAN1
HKB11 PC4
192.168.1.5
HKB11 Switch1 Fa0/2
VLAN2
HKB11 PC5
192.168.1.6
HKB11 Switch1 Fa0/3
VLAN3
(a).配备主机IP地址，子网掩码以及修改名称(以PC0为例)
将PC0IP地址设为192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0，名称为HKB11 PC0

(b).修改互换机名称(以Switch0为例)
将Switch0名称设为HKB11 Switch0

(c).设立VLAN
在互换机Switch0中增长了VLAN 10,VLAN 20,VLAN 30,Switch1中同理

(d).把端口划分给这三个VLAN
端口1划分给VLAN1,端口2划分给VLAN2，端口3划分给VLAN3，Switch1中相似操作

(e).设立互换机互连接口
我互换机互连接口均为10号，图中为Switch0设立，1同理，

(4).验证构造对的
(a).查看VLAN表
图中为Switch0VLAN表，可以看到三个VLAN中个有一种端口

(b).ping命令
PC0分别pingPC2,PC3,PC4
PC0和PC2在同一种互换机下，ping不通
PC0和PC3属于同一种VLAN，ping通
PC0和PC4既不属于同一种VLAN，也不在同一种互换机下，ping不通
阐明VLAN建立对的
pc2

pc3

pc4

2.静态路由设立
(1).建立静态路由思路
一方面依照题目规定需要4个路由器，则需要至少8台主机，4台互换机，8台主机两两一组，分为4组，4组分别处在不同网段下，各自连接一种互换机，之后互换机再连接一种路由器，路由器之间互相连接
(2).拓扑构造

(3).配备过程
路由器
网段
主机1
主机2
Router0
192.168.4.0
Pc0 192.168.4.2
Pc1 192.168.4.3
Router1
192.168.5.0
Pc2 192.168.5.2
Pc3 192.168.5.3
Router2
192.168.6.0
Pc4 192.168.6.2
Pc5 192.168.6.3
Router3
192.168.7.0
Pc6 192.168.7.2
Pc7 192.168.7.3
(a).配备主机
以PC0为例，IP地址设为192.168.4.2，子网掩码255.255.255.0,默认网关设为192.168.4.1，即其路由器IP地址

(b)配备路由器
一方面关闭路由器电源，然后把WIC-2T拖到图中花圈除再打开电源

然后设立FastEthernet0/0端口，填入IP地址和子网掩码，之后再Port Status处点击On打开连接

然后，设立Serial0/3/0(0/3/1)同理，同样设立IP地址和子网掩码，然后Clock Rate处进行设立，最后Post Status处设立
ps.Router0与Router1之间为192.168.1.0网段，Router1与Router2之间为192.168.2.0网段，Router2与Router3之间为192.168.3.0网段

最后设立下一跳
Router0

Router1

Router2

Router3

(4).验证构造对的
(a).ping命令此处由PC0依次pingPC1(192.168.4.3) PC2(192.168.5.2),PC4(192.168.6.2),
PC6(192.168.7.2)

pc1

pc2

pc4

pc6

可见被ping四个主机位于4个不同子网中，均能ping通，可见静态路由建立成功
(b).tracert命令来验证对的
此处由PC0查看其到PC4，PC6途径
pc4

pc6

由途径也可以看到与设立下一跳完全吻合

3. RIP动态路由配备
(1).动态路由思路
一种端口到另一种端口有两条跳数不同途径，则最简朴构造为三角构造，即需要三个路由器两两互连，再各自连上一台主机
(2).拓扑构造

(3).配备过程

路由器
网段
主机
Router0
192.168.4.0
PC0 192.168.4.2
Router1
192.168.5.0
PC1 192.168.5.2
Router2
192.168.6.0
PC2 192.168.6.2
(a).配备主机(以主机PC0为例)
设立IP地址为192.168.4.2，子网掩码255.255.255.0，默认网关192.168.4.1

(b).配备路由器
一方面同样关闭电源将WIC-2T拖入黑圈处，再打开电源

然后配备FastEthernet0/0端口，IP为192.168.4.1，子网掩码255.255.255.0，然后点击On打开

然后配备Serial0/3/0端口，3/1同样

此处Router0和Router之间为192.168.1.0网段，Router1与Router2之间为192.168.2.0网段，Router2与Router0之间为192.168.3.0网段
最后配备路由表
Router0

Router1

Router2

(4).验证构造对的
(a).ping命令
由PC0分别pingPC1和PC2
pc1

pc2

均能ping通
(b).Tracert命令
查看PC0到PC1途径

显示途径符合RIP动态路由
3. 网络编程
编程需求：捕获本机网卡IP包，对捕获IP包进行解析。规定必要输出如下字段：版本号、总长度、标志位、片偏移、合同、源地址和目地址。
实验总结与心得体会（5分）
(1).操作系统和实验软件
操作系统为Windows10，软件为Visual Studio
(2).IP数据报首部各个字段
版本号： 占4位，IP合同版本号，IPv4此字段值为4，IPv6此字段值为6
首部长度：占4位，涉及固定某些和可选某些，因而首部最长为60字节，最短为20字节(不涉及选项和填充某些);
服务类型：占8位，(由于该字段始终弃而不用，因而不用考虑)
总长度：占16位，以字节为单位，总长度包括IP头部和数据某些，IP数据报最大长度为65535字节，但是注意最大不要超过MTU长度
标记：占16位，唯一标记一种数据报,可以将之当成一种计数器，每发送一种数据包，则该值加1，如果数据报分片,则每个分片标记都同样，各个分片共享一种标记号
标志位：占3位，最高位为0；最低位MF=1（0），背面尚有分片（最后一种报片）；DF=1（0），不能分片（可以分片）
片偏移：占13位，用以指出该分段第一种数据字节在原始数据报中偏移位置(以8字节为单位),IP分片后每一种分组都具备自己首部，并且标志位相似，但是片偏移值不同，通过片偏移值接受端可以重新组装IP包
生存时间：占8位，表达数据报最多可通过路由器数量. 取值0～255,每通过一种路由器，TTL值减1,为0时被丢弃，并发送ICMP报文告知源主机，TTL可以避免数据报在路由器之间不断循环
合同类型：占8位，指明IP层上承载是哪个高档合同，在分用过程中，合同栈懂得该交给上层哪个合同解决，如1为ICMP，2为IGMP，6为TCP，17为UDP等.。
首部检查和：占16位，保证数据报头部数据完整性,但校验不涉及数据某些。
源地址：32位，发送方IP地址
目地址：32位，接受方IP地址
(3).设计思路
socket编程，在理解IP数据报首部前提下去进行，先定义IP数据包头类，然后初始化套接字，将网卡设立为混杂模式，监听数据包，最后接受通过IP包并输出
(4). 实验成果与分析

第一种数据包UDP包，源地址为10.136.6.220即本机，目地址为192.168.113.1，第二个包为UDP包，源地址为192.168.113.1，目地址为10.136.6.220即本机
(5). 程序流程图

(6).实验总结
这算是一种全新领域吧，起码对我而言是这样，之前没有接触过任何关于这方面东西，完全不懂得如何下手，没办法只能去搜查资料，通过这次实验也对这方面有了点理解了，不会像开始那样不懂得怎么写了
源代码：
IP_HEAD.h

#include <winsock2.h>
class IP_HEAD //IP首部
{
public:
BYTE ver_hlen； //IP合同版本和IP首部长度。高4位为版本，低4位为首部长度(单位为4bytes)
BYTE byTOS； //服务类型
WORD wPacketLen； //IP包总长度。涉及首部，单位为byte。
WORD wSequence； //标记，普通每个IP包序号递增。
union
{
WORD Flags； //标志
WORD FragOf； //分段偏移
};
BYTE byTTL； //生存时间
BYTE byProtocolType；//合同类型，见PROTOCOL_TYPE定义
WORD wHeadCheckSum； //IP首部校验
DWORD dwIPSrc； //源地址
DWORD dwIPDes； //目地址
BYTE Options； //选项
};
main.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>
#include <string.h>
#include <mstcpip.h>
#include "IP_HEAD.h"
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")
using namespace std;
int number;
int DecodeIP(char *buf，int len)
{
int n = len;
if (n >= sizeof(IP_HEAD))
{
IP_HEAD iphead;
iphead = *(IP_HEAD*)buf;
cout << "第 " << number++ << " 个IP数据包信息：" << endl;
cout << "合同版本:" << (iphead.ver_hlen >> 4) << endl;
cout << "首部长度:" << ((iphead.ver_hlen & 0x0F) << 2) << endl;//单位为4字节
cout << "服务类型:Priority：" << (iphead.byTOS >> 5) << ",Service：" << ((iphead.byTOS >> 1) & 0x0f) << endl;
cout << "IP包总长度:" << ntohs(iphead.wPacketLen) << endl；//网络字节序转为主机字节序
cout << "标记:" << ntohs(iphead.wSequence) << endl;
cout << "标志位:" << "DF=" << ((iphead.Flags >> 14) & 0x01) << ",MF=" << ((iphead.Flags >> 13) & 0x01) << endl;
cout << "片偏移:" << (iphead.FragOf & 0x1fff) << endl;
cout << "生存周期:" << (int)iphead.byTTL << endl;
cout << "合同类型:" << int(iphead.byProtocolType) << endl;
cout << "首部校验和:" << ntohs(iphead.wHeadCheckSum) << endl;
cout << "源地址:" << inet_ntoa(*(in_addr*)&iphead.dwIPSrc) << endl;
cout << "目地址:" << inet_ntoa(*(in_addr*)&iphead.dwIPDes) << endl;
cout << "---------------------------------------------------" << endl << endl;
}
return 0;
}
void AutoWSACleanup()
{
::WSACleanup()； // 终结Winsock使用
}
int main()
{
int n;
WSADATA wd； //一种数据构造,这个构造被用来存储被WSAStartup函数调用后返回Windows Sockets数据,它包括Winsock.dll执行数据。
n = WSAStartup(MAKEWORD(2，2)，&wd)； //返回winsock服务初始化与否成功，若返回1则输出错误
if (n)
{
cerr << "WSAStartup函数错误！" << endl;
return -1;
}
atexit(AutoWSACleanup)；
SOCKET sock = socket(AF_INET，SOCK_RAW，IPPROTO_IP)； //创立SOCKET
if (sock == INVALID_SOCKET)
{
cerr << WSAGetLastError();
return 0;
}
//获取本机地址
char name[128];
if (-1 == gethostname(name，sizeof(name)))
{
closesocket(sock);
cout << WSAGetLastError();
return 0;
}
struct hostent * pHostent;
pHostent = gethostbyname(name);
//绑定本地地址到SOCKET
sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr = *(in_addr*)pHostent->h_addr_list[0]；//IP
addr.sin_port = 8888；//端口，IP层端口可随意填
if (SOCKET_ERROR == bind(sock，(sockaddr *)&addr，sizeof(addr)))
{
closesocket(sock);
cout << WSAGetLastError();
return 0;
}
//设立该SOCKET为接受所有流经绑定IP网卡所有数据，涉及接受和发送数据包
u_long sioarg = 1;
DWORD wt = 0;
if (SOCKET_ERROR == WSAIoctl(sock，SIO_RCVALL，&sioarg，sizeof(sioarg)，NULL，0，&wt，NULL，NULL))
{
closesocket(sock);
cout << WSAGetLastError();
return 0;
}
//咱们只需要接受数据，因而设立为阻塞IO，使用最简朴IO模型
u_long bioarg = 0;
if (SOCKET_ERROR == ioctlsocket(sock，FIONBIO，&bioarg))
{
closesocket(sock);
cout << WSAGetLastError();
return 0;
}
//开始接受数据
//由于前面已经设立为阻塞IO，recv在接受到数据前不会返回。
number = 1;
char buf[65535];
int len = 0;
do
{
len = recv(sock，buf，sizeof(buf)，0);
if (len > 0)
{
DecodeIP(buf，len);
}
} while (len > 0);
closesocket(sock);
return 0;
}