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《计算机网络—自顶向下方法》 第六章Wireshark实验：Ethernet and ARP

2023-05-16

实验描述：

在本实验中，我们将研究以太网协议和 ARP 协议。在开始实验之前， 您可以查看课本的 6.4.1 节（链路层地址和 ARP）和 6.4.2（以太网）, 您也可以去看 RFC 826(ftp://ftp.rfc-editor.org/in-notes/std/std37.txt)了解关于 ARP 的协议详细信息,该协议可以根据 IP 地址获取远程主机的的物理地址(MAC地址)。

实验过程：

第一部分：捕获和分析以太网帧

让我们从捕获一组以太网帧开始研究。 请执行下列操作 ：

  • 首先，确保浏览器的缓存为空(清除浏览器缓存)，对于Chorme浏览器，如下图所示，然后启动 Wireshark数据包嗅探器。在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • 打开以下 URL http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/HTTP-ethereal-lab-file3.html 您的浏览器应显示相当冗长的美国权利法案。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  • 接下来停止 Wireshark数据包捕获，找到您向 gaia.cs.umass.edu的 HTTP GET消 息的数据包编号以及 gaia.cs.umass.edu相应您的 HTTP回应。您的抓包结果应 看起来向下面一样:
    在这里插入图片描述

  • 由于本实验是关于以太网和 ARP的，我们对 IP或更高层协议不感兴趣。 因此，让我们更改 Wireshark的“捕获数据包列表”窗口，以便它仅显示有关 IP 以下协议的信息。 要让 Wireshark执行此操作，请选择 Analyze-> Enabled Protocols(分析-启用的协议)。 然后取消选中 IP框(这里指的 IPV4 协议，下面有搜索)并选择确定。
    （下面的图应该是取消IPv4的“勾”即可，不要全部禁用，懒得去改了）
    在这里插入图片描述
    您现在 Wireshark窗口应该如下所示：
    在这里插入图片描述

回答问题：

第一部分：捕获和分析以太网帧

为了回答以下问题，您需要查看数据包详细信息 和 数据包内容窗口（Wireshark中 的中间和下部的显示窗口）。

选择包含 HTTP GET消息的以太网帧。 （回想一下，**HTTP GET请求是被加上 TCP头封装到 TCP段进行传输,TCP段加上 IP头被封装到 IP数据报进行传输,IP数据报又被加上以太网头封装成以太网帧进行传输;**如果你发现这个封装有点令人困惑，请重读文本中的第 1.5.2节）。 在数据包详细信息窗口中展开以太网 II 信息。 请注意，以太网帧的内容（标题以及有效负载）显示在数据包内容窗口中。

根据包含 HTTP GET消息的以太网帧进行分析，如果有可能建议您使用标记的方式展现您的答案。
  1. 你的电脑 48位的地址是多少？

答：我的电脑的MAC地址为：5a:00:dd:d9:3c:7f
在这里插入图片描述

  1. 以太网帧中的 48位目标地址是什么？这是 gaia.cs.umass.edu的以太网地址吗？（提示：答案是否定的）。那么它是什么?

答：直接看上面的图，以太网帧中的目的MAC地址为：a8:9c:ed:c3:ad:2c，不是gaia.cs.umass.edu的以太网地址吗，这是我手机的虚拟路由地址（我用小米手机开的热点做的实验）。

  1. 以太网帧上层协议 16进制值是什么?这对应的上层协议是什么？

答：16进制值是0x0800，对应的是网络层的IPv4协议。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  1. 从以太帧的开始，一直到“GET”中的 ASCII“G”出现在以太网帧中为止，有多少字节？

答：两个16进制代表一个字节，
第一行、第二行、第三行都是16个字节，总共48个字节，第四行到G总共有7个字节，所以总共55个字节。
在这里插入图片描述

接下来，根据包含 HTTP响应消息的第一个字节的以太网帧的内容(带有OK的响应消息)，回答以下问题。在这里插入图片描述
  1. 这个以太网帧中，以太网源地址的值是多少？这是你的计算机的地址，还是 gaia.cs.umass.edu的地址（提示：答案是否定的）。拥有这个以太网地址的设备是什么？

答：以太网源地址为：a8:9c:ed:c3:ad:2c，这不是我计算机的地址(我的地址第一题一句说了)，也不是远端服务器的地址，而是我手机的虚拟路由地址，因为可以看得出前面有个小米手机。
在这里插入图片描述

  1. 以太网帧中的目的地址是什么？这是您的计算机的以太网地址吗？

答：目的地址就是我的计算机的以太网地址了，为 5a:00:dd:d9:3c:7f。

  1. 以太网帧上层协议16进制值是什么? 这对应的上层协议是什么？

答：还是像第三题那样，16进制值是0x0800，对应的是网络层的IPv4协议。
在这里插入图片描述

  1. 从以太帧的开始，一直到“OK”中的 ASCII“O”出现在以太网帧中为止，有多少字节？

答：4*16+4 = 68个字节。
在这里插入图片描述

实验过程：

第二部分：地址解析协议

回想一下，ARP协议通常在您的计算机上维护 IP 到 以太网地址(MAC地址) 转换缓存，.arp 命令（在 MSDOS和 Linux / Unix中）用于查看和操作此缓存的内容。由于 arp命令和 ARP协议具有相同的名称，因此很容易混淆它们。但请记住，它们是不同的:

  • arp命令，用于查看和操作 ARP缓存内容(就是IP转到MAC地址的转换表)，
  • ARP协议，定义了发送和接收的消息的格式和含义，并定义了对消息传输和接收所采取的操作。

我们来看看您计算机上ARP缓存的内容
我的是Windows，我就直接在cmd命令行操作了：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

为了观察您的计算机发送和接收 ARP消息，我们需要清除 ARP缓存，否则您的计算机很可能在其缓存中找到所需的 IP-Ethernet地址转换关系，因此不会发送 ARP 消息。
在这里插入图片描述

抓取 ARP 消息

请进行以下操作：(很多都是和第一部分的实验差不多，有的截图没有贴出来)

  • 清除arp表的缓存，如上图。

  • 清除浏览器的缓存。

  • 启动 Wireshark捕捉封包。

  • 打开以下 URL，http://gaia.cs.umass.edu/wireshark-labs/HTTP-ethereal-lab-file3.html。你的浏览器应该再次显示相当长的美国权利法案。

  • 同样设置不显示 IP和更高层协议，请选择 Analyze-> Enabled Protocols(分析 -启用的协议)。 然后取消选中 IP框，之后窗口内容应该如下：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

回答问题：

第二部分：地址解析协议

  1. 写下计算机 ARP缓存的内容。每个列值的含义是什么？

答: 每个列值的含义其实都在上面说了，分别表示Internet地址(也就是IP地址)、物理地址(也就是MAC地址)、类型(动态，表示如果某个表项在一定的时间内没有被用到就被删除，静态则永久保存)
ARP动态与静态类型参考资料
在这里插入图片描述

  1. 包含 ARP请求消息的以太网帧中源和目标地址的十六进制值是什么？

答：这里的arp请求消息就是广播消息，因为一开始的时候arp缓存被清空了，所以就会发出arp广播，但是好像要有无线路由器才能抓取arp广播消息Broadcast，所以这里直接使用官方抓取的数据包了。
对应的源地址为: 00:d0:59:a9:3d:68，目的地址为: ff:ff:ff:ff:ff:ff
在这里插入图片描述

  1. 以太网帧上层协议 16进制值是什么?

答：如上图可知，以太网帧上层协议(以太网帧封装在ip数据包中，上层协议就是ip协议)，对应的16进制值是：0x0806。在这里插入图片描述

  1. 分析ARP请求
    在这里插入图片描述

a) ARP 操作码字段 开始从以太网帧的最开始有多少字节？

答：ARP协议报文的格式
在这里插入图片描述
这道题问的就是ARP操作码之前有多少个字节，ARP操作码就是 Opcode，找到即可，前面总共是16 + 5 = 21字节：

在这里插入图片描述

b) 在进行ARP请求的以太网帧的ARP负载部分中，操作码字段的值是多少？

答：如上图可以看到，字段的值为1。

c) ARP 消息是否包含发送方的 IP 地址？

答：包含，如下图所示
在这里插入图片描述

d) 在 ARP 请求中从哪里看出我们要查询相应 IP 的以太网地址?

答：操作码字段中有request，表示要请求，也就是查询响应IP的以太网地址。
在这里插入图片描述

  1. 分析ARP结果
    在这里插入图片描述

a) ARP 操作码字段开始从以太网帧的最开始有多少字节？

答：跟ARP请求其实是一样的，都是21个字节。

b) 在进行 ARP 响应的以太网帧的 ARP 负载部分中，操作码字段的值是多少？

答：上图可以看到，响应的值为2。

c) 在响应 ARP 中从哪里看出现早期 ARP 请求的答案?

答：从下面可以看出：
在这里插入图片描述

  1. 包含 ARP 回复消息的以太网帧中的源地址和目标地址的十六进制值是多少？

答：源地址：00:06:25:da:af:73，目的地址：00:d0:59:a9:3d:68
在这里插入图片描述

  1. 在作者抓包结果中，他有两台电脑，一台运行 wireshark 进行抓包，一台没有，那么为什么运行 wireshark 那台电脑发送 ARP 请求得到了应答，另外一台电脑的 ARP 请求没有得到应答?(没有相应第 6 帧的 ARP 的请求)

答：因为 ARP 广播信息是广播的，所有该网段内的电脑均可收到，而 ARP 广播回复是单播的，只有请求的那台电脑才能收到，因此抓不到另外一台电脑的 ARP 请求。 【参考自别人】

参考资料：

https://github.com/moranzcw/Computer-Networking-A-Top-Down-Approach-NOTES

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