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@ -1,10 +1,10 @@
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%# -*- coding: utf-8-unix -*-
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\section{IP与ICMP分析}
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\label{sec:c1_s2}
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\label{sec:c:wireshark:s:ip}
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\subsection{实验目的}
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\label{subsec:c1_s2_object}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_object}
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IP和ICMP协议是TCP/IP协议簇中的网络层协议，
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在网络寻址定位、数据分组转发和路由选择等任务中发挥了重要作用。
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@ -12,7 +12,7 @@ IP和ICMP协议是TCP/IP协议簇中的网络层协议，
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分析数据报的分片；掌握基于ICMP协议的ping和traceroute命令及其工作过程。
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\subsection{实验内容}
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\label{subsec:c1_s2_content}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_content}
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启动Wireshark，捕捉网络命令执行过程中本机接受和发送的数据报。
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@ -31,31 +31,31 @@ IP和ICMP协议是TCP/IP协议簇中的网络层协议，
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\end{enumerate}
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\subsection{实验原理、方法和手段}
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\label{subsec:c1_s2_principle}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_principle}
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\subsubsection{IP协议及数据报格式}
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网际互连协议（Internet Protocol，IP），是TCP/IP体系中的网络层协议，
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可实现大规模的异构网络互联互通，为主机提供无连接的、尽力而为的数据包传输服务。
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在网际协议第4版（IPv4）中，IP数据报是一个可变长分组，
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包括首部和数据两部分(如图\ref{c1_ip-structure})。
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包括首部和数据两部分(如图\ref{c:wireshark_ip-structure})。
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首部由20~60字节组成，包含与路由选择和传输有关的重要信息，其各字段意义如下：
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\includegraphics[width=10cm]{c1_ip-structure}
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\includegraphics[width=12cm]{ip-structure}
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\caption{IP数据报结构示意图}
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\label{c1_ip-structure}
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\label{c:wireshark_ip-structure}
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\end{figure}
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\begin{enumerate}
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\item \textbf{版本（4位）：}该字段定义IP协议版本，
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所有字段都要按照此版本的协议来解释。
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\item \textbf{首部长度（4位）：}该字段定义数据报协议头长度，
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表示协议首部具有32位字长的数量，最小值为5，最大值为15。
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|
表示协议首部具有32位字长的数量，最小值为5，最大值为15。
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\item \textbf{服务（8位）：}该字段定义上层协议对处理当前数据报所期望的服务质量，
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并对数据报按照重要性级别进行分配。前3位成为优先位，后面4位成为服务类型，
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最后1位没有定义。这些8位字段可用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性。
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最后1位没有定义。这些8位字段可用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性。
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\item \textbf{总长度（16位）：}该字段定义整个IP数据报的字节长度，
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包括协议首部和数据，其最大值为65535字节。
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\item \textbf{标识（16位）：}该字段包含一个整数，用于标识当前数据报。
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@ -74,7 +74,7 @@ IP和ICMP协议是TCP/IP协议簇中的网络层协议，
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计算过程是先将校验和字段置为0，然后将整个头部每16位划分为一部分，
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将个部分相加，再将计算结果取反码，插入到校验和字段中。
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\item \textbf{源地址（32位）：}源主机的IP地址。
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\item \textbf{目的地址（32位）：}目标主机的IP地址。
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|
\item \textbf{目的地址（32位）：}目标主机的IP地址。
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\end{enumerate}
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一个IP包从源主机传输到目标主机可能需要经过多个传输媒介不同的网络。
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@ -105,31 +105,43 @@ IP和ICMP协议是TCP/IP协议簇中的网络层协议，
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对网络正常运行起着重要的作用。
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ICMP报文的类型可以分为ICMP差错报文和ICMP询问报文两种
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（其结构如图\ref{c1_icmp-structure}）。
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（其结构如图\ref{c:wireshark_icmp-structure}）。
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ICMP差错报告报文主要有终点不可达、源站抑制、超时、参数问题和路由重定向5种。
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ICMP询问报文有回送请求和应答、时间戳请求和应答、
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地址掩码请求和应答以及路由器询问和通告4种。
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其常见的类型与代码如表\ref{tab:c1_icmp-format}所示。
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其常见的类型与代码如表\ref{tab:c:wireshark_icmp-format}所示。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\includegraphics[width=12cm]{c1_icmp-structure}
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\includegraphics[width=12cm]{icmp-structure}
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\caption{ICMP报文结构示意图}
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\label{c1_icmp-structure}
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\label{c:wireshark_icmp-structure}
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\end{figure}
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\begin{table}[!htp]
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\renewcommand{\arraystretch}{1.5}
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\begin{table}[!ht]
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\small
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\centering
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\caption{ICMP各类型报文的格式}
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\label{tab:c1_icmp-format}
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\begin{tabular}{m{1.4cm}<{\centering}m{1.4cm}<{\centering}m{8cm}<{\centering}m{1.4cm}<{\centering}m{1.4cm}<{\centering}} \toprule
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类型(TYPE) & 代码(CODE) & 描述(Description) & 查询类(Query) & 差错类(Error)\\ \midrule
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0 & 0 & Echo Reply——回显应答（Ping应答）& x & \\
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3 & 1 & Host Unreachable——主机不可达 & & x\\
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3 & 3 & Port Unreachable——端口不可达 & & x\\
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3 & 4 & Fragmentation needed but no frag. bit set——需要进行分片但设置不分片比特 & &x\\
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8 & 0 & Echo request——回显请求（Ping请求）& x & \\
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11& 0 & TTL equals 0 during transit——传输期间生存时间为0 & & x\\ \bottomrule
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\label{tab:c:wireshark_icmp-format}
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\begin{tabular}{|m{1.4cm}<{\centering}
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|m{1.4cm}<{\centering}
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|m{7cm}
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|m{1.4cm}<{\centering}
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|m{1.4cm}<{\centering}|}
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\hline
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\heiti 类型(TYPE) &\heiti 代码(CODE) &
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\multicolumn{1}{|c|}{\heiti 描述(Description)} &
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\heiti 查询类(Query) &\heiti 差错类(Error)\\ \hline
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0 & 0 & Echo Reply——回显应答（Ping应答）& $\checkmark$ & \\ \hline
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|
3 & 1 & Host Unreachable——主机不可达 & & $\checkmark$\\ \hline
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|
3 & 3 & Port Unreachable——端口不可达 & & $\checkmark$\\ \hline
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|
3 & 4 & Fragmentation needed but no frag. bit set \newline
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|
|
——需要进行分片但设置不分片比特 & &$\checkmark$\\ \hline
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|
|
8 & 0 & Echo request——回显请求（Ping请求）& $\checkmark$ & \\ \hline
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|
11& 0 & TTL equals 0 during transit \newline
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|
|
——传输期间生存时间为0 & & $\checkmark$\\ \hline
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\end{tabular}
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\end{table}
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@ -142,21 +154,22 @@ ICMP询问报文有回送请求和应答、时间戳请求和应答、
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ping命令可以检测网络的连通性，简单估测数据报的往返时间（Round Trip Time），
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确定是否有数据包丢失或损坏，从而帮助分析网络故障。
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ping命令格式和常用参数如图\ref{fig:ping-cmd}所示。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\begin{code}[text]
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ping [-t] [-a] [-n count] [-l length] [-f] [-i ttl] [-v tos]
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[-r count] [-s count] [-j computer-list] | [-k computer-list]
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[-w timeout] destination-list
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-a 将地址解析为计算机名。
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-n count 发送 count 指定的 ECHO 数据包数。默认值为 4。
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-l length 发送包含由 length 指定的数据量的 ECHO 数据包。默认为 32 字节;最大值是65,527。
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-f 在数据包中发送"不要分片"标志。数据包就不会被路由上的网关分片。
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-i ttl 将"生存时间"字段设置为 ttl 指定的值。 \end{code}
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\caption{ping命令语法及参数}
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\label{fig:ping-cmd}
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\end{figure}
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\begin{code}[text]
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|
ping [-t] [-a] [-n count] [-l length] [-f] [-i ttl] [-v tos]
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|
[-r count] [-s count] [-j computer-list] | [-k computer-list]
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[-w timeout] destination-list
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|
-a 将地址解析为计算机名。
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-n count 发送 count 指定的 ECHO 数据包数。默认值为 4。
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|
-l length 发送包含由 length 指定的数据量的 ECHO 数据包。默认为 32 字节;最大值是65,527。
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|
-f 在数据包中发送"不要分片"标志。数据包就不会被路由上的网关分片。
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|
-i ttl 将"生存时间"字段设置为 ttl 指定的值。
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\end{code}
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\caption{ping命令语法及参数}
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\label{fig:ping-cmd}
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\end{figure}
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\item traceroute/tracert命令，利用TTL字段和ICMP差错类型报文，
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查找IP数据报的路由转发路径（含路由器信息）。
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@ -174,7 +187,7 @@ ICMP询问报文有回送请求和应答、时间戳请求和应答、
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至此，traceroute命令发起者已经获得了通向目标主机路径上的所有路由信息。
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|
tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\begin{code}[text]
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tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j host-list] [-w timeout] [-R]
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@ -205,7 +218,7 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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\end{enumerate}
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\subsection{实验条件}
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\label{subsec:c1_s2_requirement}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_requirement}
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装有Wireshark软件的PC机一台（Linux或OS 操作系统）；局域网环境。
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@ -220,7 +233,7 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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\end{itemize}
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\subsection{实验步骤}
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\label{subsec:c1_s2_procedure}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_procedure}
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\subsubsection{ping命令}
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@ -230,46 +243,46 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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\begin{enumerate}
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\item 在Wireshark监视器中设置过滤条件。
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例如图\ref{fig:c1_wireshark-monitor}设置过滤条件为icmp，
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例如图\ref{fig:c:wireshark_wireshark-monitor}设置过滤条件为icmp，
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则显示出所捕获的ICMP数据包。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\includegraphics[width=16cm]{c1_wireshark-monitor}
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\includegraphics[width=12cm]{wireshark-monitor}
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|
\caption{Wireshark监视器界面}
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\label{fig:c1_wireshark-monitor}
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\label{fig:c:wireshark_wireshark-monitor}
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|
\end{figure}
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|
\item 点击Internet Protocol Version 4展开（如图\ref{fig:c1_ip-view}），
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\item 点击Internet Protocol Version 4展开（如图\ref{fig:c:wireshark_ip-view}），
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查看IP数据报，特别观察IP数据报的首部字段及其内容。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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|
\centering
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\includegraphics[width=16cm]{c1_ip-view}
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\includegraphics[width=12cm]{ip-view}
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\caption{查看IP数据报}
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\label{fig:c1_ip-view}
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|
\label{fig:c:wireshark_ip-view}
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|
|
\end{figure}
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|
\item 点击Internet Control Message Protocol展开（如图\ref{fig:c1_echo-request}），
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|
\item 点击Internet Control Message Protocol展开（如图\ref{fig:c:wireshark_echo-request}），
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查看ICMP报文，并解释回显（Echo Request和Echo Reply）报文的首部字段。
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\begin{figure}[!htp]
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|
\begin{figure}[!ht]
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|
\centering
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\includegraphics[width=16cm]{c1_echo-request}
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\includegraphics[width=12cm]{echo-request}
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|
\caption{Echo request示例}
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\label{fig:c1_echo-request}
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\label{fig:c:wireshark_echo-request}
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|
|
\end{figure}
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|
\item 清空Wireshark监控器，重新发起网络命令（如图\ref{c1_ping-exec}）：
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\item 清空Wireshark监控器，重新发起网络命令（如图\ref{fig:c:wireshark_ping-exec}）：
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ping IP地址/域名 –l \#length，并解释对比前后两次执行ping命令的结果。
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其中，-l \#length确定echo数据报的长度为\#length，
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其默认值为32字节，且小于65,527字节。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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|
\centering
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|
\includegraphics[width=11cm]{c1_ping-exec}
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\includegraphics[width=10cm]{ping-exec}
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|
\caption{ping命令执行示例}
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\label{fig:c1_ping-exec}
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\label{fig:c:wireshark_ping-exec}
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|
\end{figure}
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\item 可以多次改变\#length的大小（例如1000字节、2000字节和4000字节），
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@ -285,23 +298,23 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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|
\begin{enumerate}
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\item 启动Wireshark软件，选择要监听的网络接口，设置过滤条件icmp
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（如图\ref{fig:c1_wireshark-filter-setup}）。
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（如图\ref{fig:c:wireshark_wireshark-filter-setup}）。
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\begin{figure}[!htp]
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|
|
\begin{figure}[!ht]
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|
\centering
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|
|
|
|
\includegraphics[width=16cm]{c1_wireshark-filter-setup}
|
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|
|
\includegraphics[width=12cm]{wireshark-filter-setup}
|
|
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|
\caption{在Wireshark中设置过滤条件}
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|
\label{fig:c1_wireshark-filter-setup}
|
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|
\label{fig:c:wireshark_wireshark-filter-setup}
|
|
|
|
|
\end{figure}
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\item 在终端中使用traceroute命令，
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目的主机是外网的一台设备（如图\ref{fig:c1_traceroute-exec}，示例IP为210.34.0.12）。
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目的主机是外网的一台设备（如图\ref{fig:c:wireshark_traceroute-exec}，示例IP为210.34.0.12）。
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\begin{figure}[!htp]
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\begin{figure}[!ht]
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\centering
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\includegraphics[width=16cm]{c1_traceroute-exec}
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\includegraphics[width=10cm]{traceroute-exec}
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\caption{在终端中执行traceroute命令示例}
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\label{fig:c1_traceroute-exec}
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\label{fig:c:wireshark_traceroute-exec}
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\end{figure}
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\item 点击Internet Control Message Protocol展开，
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@ -311,7 +324,7 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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\end{enumerate}
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\subsection{思考题}
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\label{subsec:c1_s2_rethink}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_rethink}
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\begin{enumerate}
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\item 在有线局域网中，PC1的IP地址为192.168.1.5/24，
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@ -319,7 +332,7 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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PC2的IP地址为192.168.2.6/24，默认路由器的IP地址为192.168.2.1。
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在PC1向PC2发送数据的传输过程中，
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以太网数据帧的首部字段和IP数据报的首部字段是怎样变化的？
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如果有条件，请搭建实验平台进行实验，并使用Wireshark软件验证你的答案。
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如果有条件，请搭建实验平台进行实验，并使用Wireshark软件验证你的答案。
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\item 拒绝服务（Denial of Service，DoS）攻击，通过消耗目标主机设备的某种资源，
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导致其网络服务不能被正常用户使用。
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\begin{enumerate}
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@ -341,7 +354,7 @@ tracert命令（Linux）格式和常用参数如图\ref{fig:tracert-cmd}所示
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\end{enumerate}
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\subsection{考核方法}
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\label{subsec:c1_s2_criterion}
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\label{subsec:c:wireshark:s:ip_criterion}
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本次实验需提交一份实验报告和一组Wireshark数据存储文件。
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报告内容应当包括以下三个部分，其中的分析解释都有对应的截图，
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xphi
4 years ago
