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数据链路层

实验内容概览

1.以太网链路层帧格式分析

实验环境搭建

  1. 组网
  2. 配置IP地址
  3. PCA：IP地址192.168.1.22，子网掩码255.255.255.0
  4. PCB：IP地址192.168.1.21，子网掩码255.255.255.0
  5. 清空交换机配置
  6. 可以正常进入系统视图说明交换机正常工作
  7. 该部分实验不需要什么特殊的交换机配置，直接开始实验即可
  8. 手动开启NWLink，使实验时能够抓到基于IEEE 802.3的报文

实验过程

  1. 在PCA和PCB上都启动 Wireshark 捕获报文,然后PCA进入 Windows 命令行窗口,执行如下命令ping 192.168.1.21。命令执行完毕后,终止截获报文,将截获报文保存为“ping-学号”,并上传到FTP服务器
  3. 导出截获的报文
  4. 对截获的报文进行分析。
  5. 请列出截获报文的协议种类,各属于哪种网络协议?
    1. ARP协议：属于网络层，用于将IP地址解析为MAC地址，从而能够在数据链路层通信
    2. ICMP协议：属于网络层，本次实验中ICMP报文包括Echo Request（ping请求）和Echo Reply（ping响应），用于测试网络连通性和测量往返时间。
    3. DHCP协议：属于应用层，用于获取IP地址。计算机启动时，如果设置为自动获取IP，会发送DHCP Discover广播，用来寻找网络中的DHCP服务器，请求分配IP地址
      1. 但是我已经手动设置了固定IP所有这个包肯定不是PCA发送的
      2. 查看数据包中的详细信息验证发送方的MAC地址和PCA的MAC地址不同证明不是PCA发送的
    4. STP协议：属于数据链路层，用于防止网络环路，交换机启动后默认开启STP协议
  6. 查找并分析一个基于IEEE 802.3的报文,体会 IEEE 802.3 MAC帧的结构。
    2. 该STP报文基于IEEE 802.3
      1. 前6字节为目的MAC地址
      2. 紧接着6字节为源MAC地址
      3. 接着2字节为长度0x0069 = 105（十进制）小于1500也可以证明这是基于IEEE 802.3的报文。0x0069 = 105表示后面LLC头+数据的长度是105字节
      4. 在接着3字节是LLC头部该头部用于告知接收方数据应该交给哪个上传协议（Ethernet II帧用2字节的"类型"字段直接告诉上层）
        1. DSAP：目的服务访问点，告诉接收方这个帧的数据应该交给本机的哪个上层协议，DSAP=0x42说明是STP协议使用的服务访问点
        2. SSAP：源服务访问点，告诉接收方这个帧的数据来自发送方的哪个上层协议，SSAP=0x42说明是STP协议使用的服务访问点
        3. 为什么需要 SSAP？接收方可能需要向发送方回复，知道来源协议，可以正确地将回复路由回去。在某些协议中，DSAP 和 SSAP 可以不同（表示不同协议之间的通信）
        4. Control：控制字段，标识 LLC 帧的类型，以及是否使用编号、流量控制等，Control = 0x03，表示这是 UI 帧，不编号、不确认、不用流量控制。这是最简单、最常见的 LLC 帧类型
      5. 剩余字节为STP数据部分
  7. 查找并分析一个基于Ethernet V2 标准规定的报文
    1. 目的MAC地址
    2. 源MAC地址
    3. 上层协议类型，0080大于0060（1536）因此该字段表示协议类型，0800表示上层协议为IP协议
    4. ip头部
    5. icmp+数据
  8. 在网络课程学习中,IEEE 802.3 和 Ethernet V2 规定了以太网 MAC层的报文格式分为7字节的前导符、1字节的起始符6字节的目的MAC地址、6字节的源 MAC地址、2字节的类型、数据字段和4字节的数据校验字段。对于选中的报文,缺少哪些字段?为什么?
  9. 根据上面对报文的详细分析发现缺少7字节的前导符、1字节的起始符、4字节的数据校验字段（FCS）
  10. 原因
    1. 看不到前导符和起始符是因为：前导符和起始符是物理层用于比特同步和帧界定的，不是数据链路层的内容。网卡硬件在接收帧后，会自动去掉这两个字段，只把MAC帧交给上层软件抓包软件（如Wireshark），工作在数据链路层或更高层，根本看不到物理层的信息
    2. 看不到数据校验字段（FCS）是因为：网卡硬件校验后剥离。网卡收到帧后，会用CRC32算法计算并验证FCS，如果校验通过：去掉FCS，将帧交给上层（证明帧没有错误），如果校验失败：直接丢弃该帧（不会交给上层）。因此，Wireshark看到的都是已经通过校验的好帧，FCS已经被移除

实验总结

通过实验,对 Ethernet V2 标准规定的MAC层报文结构进行了详细分析,初步了解 TCP/IP协议簇中的主要协议及其层次结构,验证了IEEE 802.3 标准规定的MAC层报文结构

2.交换机的MAC地址表和端口聚合

实验环境搭建

  1. IP地址设置
  2. PCA
  3. PCB

实验过程

2.1MAC地址表实验
  1. 该部分实验的网络拓扑和实验1一样
  2. 在计算机 PCA上执行 ping 192.168.1.21命令
  3. 然后查看交换机MAC地址表
  4. 解释MAC地址表中各字段的含义？
    1. MAC Address：交换机学习到的物理地址
    2. VLAN ID：该MAC地址所属的VLAN编号。交换机将MAC地址与VLAN关联，实现不同VLAN之间的隔离。
    3. State：MAC地址表项的状态。Learned表示交换机动态学习到的条目，Static表示管理员静态配置的条目，Blackhole表示被丢弃的条目。
    4. Port/Nickname：该MAC连接的交换机端口。交换机根据此字段决定向哪个端口转发数据帧。
    5. Aging：老化时间（单位：秒）。动态学习到的MAC地址会开始倒计时，如果在计时归零前没有再次收到该源MAC地址的帧，该条目将被删除。默认老化时间为300秒。
  5. 清空交换机的MAC地址表
  6. 再次查看MAC地址表发现又有新条目，但根据PCA和PCB的MAC地址，这两个条目既不是PCA的也不是PCB的，这是交换机自身的不同端口对应的不同MAC地址
  7. 再次清理发现清理干净了
  8. 在PCA中pingPCB
  9. 再次查看MAC地址表
  10. 这个实验能够说明MAC地址表的学习是来源于数据帧的源MAC地址而非目的MAC地址吗？如果能，为什么？如果不能，试给出一个验证方法。
    1. 能，刚刚是PCA对PCB发起的ping请求查看PCA的mac地址查看PCB的MAC地址。发现MAC地址表中的PCB的mac地址记录比PCA的MAC地址记录晚出现，说明是交换机收到该帧后，提取帧中的源MAC地址（PCA的MAC）和接收端口（GE1/0/1），并在MAC地址表中添加一条记录：000c-298b-3a4c → GE1/0/1。然后收到PCB的ping响应包的mac帧又把PCB对于的MAC地址记录加入到MAC地址表中，所有PCB的MAC地址记录在最上面
    2. 不能，万一该MAC地址表不是按照时间顺序排列的上述方法不可用，需要换个思路
      1. 清空MAC地址表ok没有PCA和PCB的就行了
      2. 断开PCB与S1的连接
      3. 然后在PCA中pingPCB，因为PCB和PCA之间已经没有任何连接了所有ping不通是正常的
      4. 再次查看MAC地址表发现只有PCA的mac地址记录证明是交换机收到帧后，提取帧中的源MAC地址（PCA的MAC）和接收端口（GE1/0/1），并在MAC地址表中添加一条记录：000c-298b-3a4c → GE1/0/1。
2.2广播风暴实验&&2.3端口聚合实验

为避免给实验设备带来伤害，不实际操作。

实验总结

通过在一台交换机上划分 VLAN 和配置 Trunk 端口,并用ping 命令测试在同一 VLAN 和不同VLAN 中设备的连通性,进一步理解IEEE 802.14 协议标准规定的VLAN 技术的基本

3.VLAN的配置与分析

实验过程

3.1VLAN基本配置
实验环境搭建
  1. 组网
  2. 配置IP地址
  3. PCA
  4. PCB
  5. PCC
  6. PCD
  7. 清空S1的配置
进行实验
  1. 在S1上进行VLAN配置
  2. 验证同一VLAN中的两台计算机能否通信
  3. VLAN之间的计算机能否通信
3.2Trunk配置
实验环境搭建
  1. 组网
  2. 清空S1和S2的配置
  3. 配置IP地址
  4. 配置好S1和S2并划分VLAN2和VLAN3配置
3.3VLAN tag 标记的分析

实验总结

通过在一台交换机上划分 VLAN 和配置 Trunk 端口,并用ping 命令测试在同一 VLAN 和 不同VLAN 中设备的连通性,进一步理解IEEE 802.14 协议标准规定的VLAN 技术的基本原理

4.广域网协议分析

实验环境搭建

实验过程

实验总结

5.设计型实验

实验环境搭建

实验内容

实验总结

问题与思考

  1. 为什么抓到的大部分都是基于Ethernet V2的报文
  2. 虽然IEEE 802.3是以太网的官方标准，但它主要定义了物理层规范（网线、光纤、速率等）。在数据链路层的帧格式方面，市场选择了Ethernet II，而不是IEEE 802.3的帧格式。目前几乎所有的TCP/IP协议簇（ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等）都使用Ethernet II帧格式
  3. Ethernet II 的优势
  4. 什么时候会用到IEEE 802.3【我分析的是STP报文】
  5. 为什么TCP/IP协议栈选择Ethernet II？
  6. 实验3.1中交换机在没有配置VLAN时,冲突域和广播域各有哪些端口?配置了VLAN以后呢?
  7. 实验3.3中步骤1比较,截获的报文有何不同?请结合 VLAN 端口分类和PVID的作用,解释这种 情况下报文转发的过程