本部分按照数据链路层、网络层、传输层以及应用层进行分类，共有 10 个实验。

了解 Wireshark 的基本使用：

wireshark用途 1.网络管理员使用它来解决网络问题 2.网络安全工程师使用它来检查安全问题 3.质量检查工程师使用它来验证网络应用 4.开发人员使用它来调试协议实现 5.人们用它来学习网络协议内部

使用 Wireshark 任意进行抓包，熟悉 Ethernet 帧的结构，如：目的 MAC、源 MAC、类型、字段等。 目的MAC与源MAC 类型 你会发现 Wireshark 展现给我们的帧中没有校验字段，请了解一下原因 答：wireshark把尾部四个字节的校验字段给过滤了。

ping 你旁边的计算机（同一子网），同时用 Wireshark 抓这些包（可使用 icmp 关键字进行过滤以利于分析），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址是多少？这个 MAC 地址是谁的？

目的MAC是主机的

然后 ping qige.io （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址 这个 MAC 地址是谁的？ 目的MAC是网关的

再次 ping www.cqjtu.edu.cn （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 icmp 过滤），记录一下发出帧的目的 MAC 地址以及返回帧的源 MAC 地址又是多少？这个 MAC 地址又是谁的？

ping baidu.com

目的MAC是网关的

通过以上的实验，你会发现：

访问本子网的计算机时，目的 MAC 就是该主机的 访问非本子网的计算机时，目的 MAC 是网关的 请问原因是什么？ 不出入子网不需要经过网关，所以MAC是主机的 网关是出入本子网和其他子网需要到达的地方，所以目的MAC是网关的

为防止干扰，先使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存

这步出现了“ARP项删除失败，请求操作需要提升” 解决方法：右键，点击Window PowerShell，进入管理员界面，输入arp -a

ping 你旁边的计算机（同一子网），同时用 Wireshark 抓这些包（可 arp 过滤），查看 ARP 请求的格式以及请求的内容，注意观察该请求的目的 MAC 地址是什么。再查看一下该请求的回应，注意观察该回应的源 MAC 和目的 MAC 地址是什么。 再次使用 arp -d * 命令清空 arp 缓存 然后 ping qige.io （或者本子网外的主机都可以），同时用 Wireshark 抓这些包（可 arp 过滤）。查看这次 ARP 请求的是什么，注意观察该请求是谁在回应。

结论：如果访问的是计算机所处的本子网的ip，那么ARP解析协议将会直接得到该ip对应的Mac地址，但是如果访问的是非本子网的ip，那么ARP解析将直接得到网关的mac地址。所以要想访问对方，在处于同一子网的条件下，应该知道对方的MAC地址，但是不处于同一子网，需要知道对方所处子网网关的Mac地址。 因为ARP代理，访问非子网IP时是通过路由器访问的，路由器再把发出去，目标IP收到请求后，再通过路由器端口IP返回回去，那么ARP解析将会得到网关的MAC。

使用 Wireshark 任意进行抓包（可用 ip 过滤），熟悉 IP 包的结构，如：版本、头部长度、总长度、TTL、协议类型等字段

可以观察到 版本：IPV4；头部长度：20 bytes 总体长度:68；存活时间TTL：63s

版本号（Version）：长度4比特。标识目前采用的IP协议的版本号。一般的值为0100（IPv4），0110（IPv6） IP包头长度Header Length长度4比特。这个字段的作用是为了描述IP包头的长度，因为在IP包头中有变长的可选部分。该部分占4个bit位，单位为32bit（4个字节），即本区域值= IP头部长度（单位为bit）/(84)，因此，一个IP包头的长度最长为“1111”，即154＝60个字节。IP包头最小长度为20字节。 IP包总长Total Length长度16比特。 以字节为单位计算的IP包的长度 (包括头部和数据)，所以IP包最大长度65535字节。 标识符Identifier长度16比特。该字段和Flags和Fragment Offest字段联合使用，对较大的上层数据包进行分段（fragment）操作。路由器将一个包拆分后，所有拆分开的小包被标记相同的值，以便目的端设备能够区分哪个包属于被拆分开的包的一部分。 标记（Flags）：长度3比特。该字段第一位不使用。第二位是DF（Don’t Fragment）位，DF位设为1时表明路由器不能对该上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发，则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。第三位是MF（More Fragments）位，当路由器对一个上层数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的IP包的包头中将MF位设为1。 片偏移（Fragment Offset）：长度13比特。表示该IP包在该组分片包中位置，接收端靠此来组装还原IP包。 生存时间（TTL）：长度8比特。当IP包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的值。当IP包经过每一个沿途的路由器的时候，每个沿途的路由器会将IP包的TTL值减少1。如果TTL减少为0，则该IP包会被丢弃。这个字段可以防止由于路由环路而导致IP包在网络中不停被转发。 协议Protocol长度8比特。标识了上层所使用的协议。 头部校验Header Checksum：长度16位。用来做IP头部的正确性检测，但不包含数据部分。 因为每个路由器要改变TTL的值,所以路由器会为每个通过的数据包重新计算这个值。

问题 为提高效率，我们应该让 IP 的头部尽可能的精简。但在如此珍贵的 IP 头部你会发现既有头部长度字段，也有总长度字段。请问为什么？ 答：便于传输时的识别IP总长度，因为接收端需要读数据，接收数据当长度超过1500B时就会被返回链路层进行分段，有标明可以有效节省时间。

根据规定，一个 IP 包最大可以有 64K 字节。但由于 Ethernet 帧的限制，当 IP 包的数据超过 1500 字节时就会被发送方的数据链路层分段，然后在接收方的网络层重组。 缺省的，ping 命令只会向对方发送 32 个字节的数据。我们可以使用 ping 202.202.240.16 -l 2000 命令指定要发送的数据长度。 此时使用 Wireshark 抓包（用 ip.addr == 202.202.240.16 进行过滤），了解 IP 包如何进行分段，如：分段标志、偏移量以及每个包的大小等

分段标志：Flags 偏移量：Fragment Offset 分段与重组是一个耗费资源的操作，特别是当分段由传送路径上的节点即路由器来完成的时候，所以 IPv6 已经不允许分段了。那么 IPv6 中，如果路由器遇到了一个大数据包该怎么办？ 答：丢弃并通知发送方。

在 IP 包头中有一个 TTL 字段用来限定该包可以在 Internet上传输多少跳（hops），一般该值设置为 64、128等。

在验证性实验部分我们使用了 tracert 命令进行路由追踪。其原理是主动设置 IP 包的 TTL 值，从 1 开始逐渐增加，直至到达最终目的主机。

请使用 tracert www.baidu.com 命令进行追踪， 此时使用 Wireshark 抓包（用 icmp 过滤），分析每个发送包的 TTL 是如何进行改变的，从而理解路由追踪原理。

主机发送的数据生存周期呈递增变化

用 Wireshark 任意抓包（可用 tcp 过滤），熟悉 TCP 段的结构，如：源端口、目的端口、序列号、确认号、各种标志位等字段。 用 Wireshark 任意抓包（可用 udp 过滤），熟悉 UDP 段的结构，如：源端口、目的端口、长度等。

TCP报文段： 报文段包括了20~60字节的首部，其中20字节是没有选项的，后面40字节可选。 源地址端口：16位字段，发送该报文段的主机中应用程序的端口号 序号：32位字段。指派给本报文段第一个数据字节的编号，TCP传输保证连接性，发送的每个字节都要编上号。序号就是告诉终点，报文段中的第一个字节是序列中的哪个。建立连接时，发收双发使用各自的随机数产生器产生一个初始序号(ISN)，通常，两个方向的ISN是不同的。 确认号：32位字段定义了接收方期望从对方接受的字节编号。如果报文段的接收方成功的接受了对方发过来的编号x的字节，那么返回x+1作为确认号，确认号可以和数据捎带一起发送。 HLEN：4位，指出TCP首部一共有多少个4字节，所以范围是5~15 保留： 控制：定义了6中不同的控制位或者标志位。 紧急指针：只有当紧急标志置位时URG，该16位的字段才有效。紧急指针定义了一个数值，把这个数值加到序号上就得到版文段数据部分中最后一个紧急字节的编号。

UDP的分组： UDP的分组称用户数据报：它有8字节的固定首部 总长度：16位字段，定义了用户数据报的总长度为0~65535字节。但实际长度肯定比65535小，因为用户数据报要放在总长度为65535的IP数据报中，封装在IP数据报中。因此UDP长度=IP长度-IP首部长度。 检验和：增加一个伪首部，对于UDP协议来说协议字段的值为17。若在传输过程中这个值发生改变，接收端计算检验和就能检测出来。UDP使用检验和是可选的，如果不计算就将这16位全部填0.

用wireshark抓包（tcp过滤） 用wireshark抓包（udp过滤） 问题 由上大家可以看到 UDP 的头部比 TCP 简单得多，但两者都有源和目的端口号。请问源和目的端口号用来干什么？

答：用来“找路”，端口是确定数据到达用户的哪个进程的一种标识。

打开浏览器访问 qige.io 网站，用 Wireshark 抓包（可用 tcp 过滤后再使用加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间使得能够捕获释放连接的包。 qige.io的包和数据流

请在你捕获的包中找到三次握手建立连接的包，并说明为何它们是用于建立连接的，有什么特征。 第一次握手：syn=1,ack=0 第二次握手：syn=1,ack=1 第三次握手：syn=0,ack=1

问题一 去掉 Follow TCP Stream，即不跟踪一个 TCP 流，你可能会看到访问 qige.io 时我们建立的连接有多个。请思考为什么会有多个连接？作用是什么？

答：这是因为我们浏览器在访问qige.io的时候，不止一个端口与qige.io建立连接，而是许多端口同时与它建立连接，这样同时进行加载数据，可以提高运行速度。

问题二 我们上面提到了释放连接需要四次挥手，有时你可能会抓到只有三次挥手。原因是什么？

答：因为我们抓包的时间不够长，这建立的是长连接，如果时间不够，连接还没释放，所以有可能抓不到。

先使用 ipconfig /flushdns 命令清除缓存，再使用 nslookup qige.io 命令进行解析，同时用 Wireshark 任意抓包（可用 dns 过滤）。

你应该可以看到当前计算机使用 UDP，向默认的 DNS 服务器的 53 号端口发出了查询请求，而 DNS 服务器的 53 号端口返回了结果。 可了解一下 DNS 查询和应答的相关字段的含义

DNS应答字段含义

1.QR：查询/应答标志。0表示这是一个查询报文，1表示这是一个应答报文 2.opcode，定义查询和应答的类型。0表示标准查询，1表示反向查询（由IP地址获得主机域名），2表示请求服务器状态 3.AA，授权应答标志，仅由应答报文使用。1表示域名服务器是授权服务器 4.TC，截断标志，仅当DNS报文使用UDP服务时使用。因为UDP数据报有长度限制，所以过长的DNS报文将被截断。1表示DNS报文超过512字节，并被截断 5.RD，递归查询标志。1表示执行递归查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将向其他DNS服务器继续查询，如此递归，直到获得结果并把该结果返回给客户端。0表示执行迭代查询，即如果目标DNS服务器无法解析某个主机名，则它将自己知道的其他DNS服务器的IP地址返回给客户端，以供客户端参考 6.RA，允许递归标志。仅由应答报文使用，1表示DNS服务器支持递归查询 7.zero，这3位未用，必须设置为0 8.rcode，4位返回码，表示应答的状态。常用值有0（无错误）和3（域名不存在）清除缓存

问题 你可能会发现对同一个站点，我们发出的 DNS 解析请求不止一个，思考一下是什么原因？

答：因为计算机域名解析服务器可能有很多个，所以会同时向几个域名解析服务器发出请求。

打开浏览器访问 qige.io 网站，用 Wireshark 抓包（可用http 过滤再加上 Follow TCP Stream），不要立即停止 Wireshark 捕获，待页面显示完毕后再多等一段时间以将释放连接的包捕获。

请在你捕获的包中找到 HTTP 请求包，查看请求使用的什么命令，如：GET, POST。并仔细了解请求的头部有哪些字段及其意义。 请在你捕获的包中找到 HTTP 应答包，查看应答的代码是什么，如：200, 304, 404 等。并仔细了解应答的头部有哪些字段及其意义。

状态码： 1xx：接收到请求且正在处理 2xx：请求正常处理完毕：eg：200 OK 3xx：重定向状态，表示浏览器需要进行附加操作 4xx：服务器无法处理这个请求 eg ：404 Page Not Found 5xx：服务器处理出错 eg：502 Bad Gateway

URL：是一个相对的URL。是相对下面的Host来说的。两者组合就是一个完整的URL；这里联合http组合之后就是：http://www.people.com.cn/ 版本：HTTP/1.1；

Host: 也就是是你要访问的主机的名字； Connection：keep-alive 值代表的意思是保持连接。这样子有利于在你访问的网页中有很多图片等其他资源的时候，可以使用同一个TCP连接接收，而不是针对每一个文件都建立一次TCP/IP的连接。这个也就是课本上面说的“持久连接”。

建议： HTTP 请求和应答的头部字段值得大家认真的学习，因为基于 Web 的编程中我们将会大量使用。如：将用户认证的令牌信息放到头部，或者把 cookie 放到头部等。

✎ 问题 刷新一次 qige.io 网站的页面同时进行抓包，你会发现不少的 304 代码的应答，这是所请求的对象没有更改的意思，让浏览器使用本地缓存的内容即可。那么服务器为什么会回答 304 应答而不是常见的 200 应答？

答：200（成功） 服务器已成功处理了请求。通常，这表示服务器提供了请求的网页。如果是对您的 robots.txt 文件显示此状态码，则表示 Googlebot 已成功检索到该文件。

304（未修改） 自从上次请求后，请求的网页未修改过。服务器返回此响应时，不会返回网页内容。 如果网页自请求者上次请求后再也没有更改过，您应将服务器配置为返回此响应（称为 If-Modified-Since HTTP 标头）。服务器可以告Googlebot 自从上次抓取后网页没有变更，进而节省带宽和开销。

提示：以上就是计算机网络的wirshark抓包实验，通过这次实验，我对计算机网络的分层有了更深的理解，也掌握了从下到上各层的构成与协议及各协议的作用，这次实验使我受益匪浅，但是要完全理解计算机网络还有很长的路要走，还需继续努力学习。