Wireshark 实验

1. 简介

本部分实验按照数据链路层、网络层、传输层以及应用层进行分类，共 10 个实验。需要使用协议分析软件 Wireshark 。

2. 实验

1. 数据链路层

1.1 熟悉 Ethernet 帧结构

• 要求： 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。
• 结果：
  

• 思考： Wireshark 展现的帧中没有校验字段，请了解一下原因。

1.2 了解子网内/外通信时的 MAC 地址

• 要求：

• 结果：
  
• 分析：

• 思考： 通过以上的实验，解释为什么：
  1. 访问本子网的计算机时，目的 MAC 就是该主机的。
  2. 访问非本子网的计算机时，目的 MAC 是网关的。

1.3 掌握 ARP 解析过程

• 要求：

• 结果：
  

• 思考：
  ARP 请求都是使用广播方式发送的，如果访问的是本子网的 IP，那么 ARP 解析将直接得到该 IP 对应的 MAC；如果访问的非本子网的 IP， 那么 ARP 解析将得到网关的 MAC。为什么？

2.网络层

2.1 熟悉IP包结构

• 要求： 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。

• 结果：

• 思考： 为提高效率，应让使IP 的头部尽可能精简。但 IP 头部却既有头部长度字段，也有总长度字段。为什么？

2.2 IP 包的分段与重组

• 要求： 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

• 结果：
  

• 思考： 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？

2.3 考察 TTL 事件

• 要求： 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。

• 结果：
  
  

• 思考： 在 IPv4 中，TTL 虽然定义为生命期即 Time To Live，但现实中我们都以跳数/节点数进行设置。如果你收到一个包，其 TTL 的值为 50，那么可以推断这个包从源点到你之间有多少跳？

3. 传输层

3.1 熟悉 TCP 和 UDP 段结构

• 要求：

1. 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。
2. 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。

• 结果：

• 思考： 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？

3.2 分析 TCP 建立和释放连接

• 要求：

1. 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。
2. 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。
3. 请在你捕获的包中找到四次挥手释放连接的包，并说明为何它们是用于释放连接的，有什么特征。

• 结果：
  

• 思考：

1. 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？

2. 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？

4. 应用层

4.1 了解 DNS 解析

• 要求：

1. 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）。
2. 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。
3. 可了解一下 DNS 查询和应答的相关字段的含义

• 结果：
  
  

• 思考： 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？

4.2 了解 HTTP 的请求和应答

• 要求：

1. 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。
2. 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。
3. 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。

• 结果：
  
  

• 思考： 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？