基于网络协议仿真软件的实验教学浅探

摘 要：本文针对实验教学中对网络协议关注较少的问题,将协议仿真技术引入到计算机网络的实验教学当中,并进行了实践探索,获得了较好的效果.

关 键 词：网络；协议；仿真；实验

在计算机网络课程中,涉及大量的协议,贯穿着计算机网络体系结构的各个层次.协议内容抽象、复杂,仅通过理论教学很难让学生理解和掌握这些内容.如何完善计算机网络实验教学体系,搭建网络协议仿真平台进行网络协议实验教学,增强学生对网络协议的感性认识,使学生更加深入地理解、验证和巩固课堂教学内容,培养学生理论与实践相结合的能力,是我们亟需解决的课题.

一、网络协议实验课程的重要性

计算机网络协议是网络软、硬件运行时实现的规则集,是计算机网络实现其功能的最基本机制.网络协议存在于网络体系结构的各个层次,相互协调工作,是一个复杂的系统,完成着计算机网络的怎么写作功能.计算机网络的每一个功能层面,都有专门的协议负责在该层次的数据传输,并为其上面的层次提供怎么写作功能接口.网络协议必须与网络资源的特点相适应,以发挥各自的特点,更好地提供网络怎么写作.

二、网络协议实验教学设置

协议仿真平台包括两个功能模块：会话分析和协议解析.会话分析功能将网络通讯过程中捕获到的数据帧加入到会话列表,并且将会话次序和数据传输方向以图示形式显示完整的会话过程.协议解析模块包括概要代码显示、详细解码和原始数据显示等功能,能够详细地解释和说明协议,并且可以根据选择实现动态跟踪显示方便对数据的分析.

在本课程的实验教学中,根据TCP/IP体系结构,共设置了四个计算机网络协议实验,包括：UDP协议仿真实验、TCP协议仿真实验、IP协议仿真实验和以太网帧结构实验.实验采用分组进行的方式,每组6台机器,标示为A、B、C、D、E、F.实验采用2种拓扑结构进行环境配置.拓扑结构如图1和图2所示.

1.UDP协议仿真实验

该实验采用结构一进行,通过UDP单播通信和广播通信,分析和理解UDP协议原理及工作过程.

实验步骤为：（1）UDP单播通信过程.在协议仿真平台上,设置该组的端口,主机A作为客户端,分别以主机B、C和D的IP地址为目的IP地址,填写数据并发送,观察其他主机捕获的报文情况.（2）UDP广播通信过程.主机A作为客户端,以255.255.255.255为目的地址,编辑数据并发送,观察其他主机捕获的报文情况.实验完成后,分析报文中目的IP地址和MAC地址的含义,讨论UDP协议能否确保数据报的发送和接收顺序,查看UDP会话过程,理解UDP协议并掌握UDP的工作原理.

2.TCP协议仿真实验

该实验采用结构一进行,通过TCP连接的建立和释放、编辑发送TCP数据包和TCP重传机制,深入理解TCP协议.

实验步骤：（1）TCP连接过程.主机A在“怎么写作器信息/IP地址”中填入主机C的IP地址；使用“端口扫描”功能获取主机C的TCP端口列表,在“怎么写作器信息/端口”中填入主机C的一个TCP端口,并进行TCP连接.查看主机B、C、D捕获的数据,分析不同报文中SequenceNumber、ACK和SYN的值.（2）利用仿真编辑器编辑并发送TCP数据包.选择怎么写作器主机上的一个进程作怎么写作器进程,并发送一个建立连接请求的报文,对应答的确认报文和断开连接的报文也编辑发送.填写TCP协议信息,包括源端口、目的端口、序列号、确认号等.（3）TCP的重传机制.在主机A向主机B发送数据时,主机B使用仿真平台的屏蔽功能,过滤掉接收到的TCP数据.主机A向主机B再发送一条信息.主机B刷新捕获显示,恢复正常网络功能,分析主机B捕获的数据情况.在该实验中,帮助学生理解TCP的三次握手建立连接和四次握手的释放连接过程,TCP协议格式和TCP的重传机制.

3.IP协议仿真实验

IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议,所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输.

该实验采用结构二进行.具体实验内容为：（1）编辑并发送IP数据报.主机A启动仿真编辑器,编辑一个IP数据报,其中：MAC层

包括目的主机B的MAC地址,源主机A的MAC地址,协议类型或数据长度.IP层：总长度、生存时间、源主机A的IP地址、目的主机E的IP地址、校验和.在主机B、E捕获数据.在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报并分析.（2）IP数据报分片.在主机B上设置以太网端口的MTU为800字节（两个端口都设置）.主机A、B、E启动协议分析器,打开捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP协议）.主机E恢复默认过滤器.主机A、E重新开始捕获数据.主机A、E停止捕获数据.察看主机A、E捕获到的数据,比较两者的差异,体会两次分片过程.（3）子网掩码和路由转发.所有主机取消网关.主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.224,主机B、D、F设置子网掩码为255.255.255.240.主机Aping主机B,主机Cping主机D,主机Eping主机F.记录实验结果.通过本实验,可以更好地理解和掌握IP数据报的报文格式、IP分片过程、子网掩码和路由转发.

4.以太网帧结构实验

该实验采用结构一进行,主要是分析以太网报文格式.实验步骤：主机B启动协议分析器,新建捕获窗口进行数据捕获并设置过滤条件（提取ICMP协议）.主机Aping主机B,查看主机B协议分析器捕获的数据包,分析MAC帧格式.本实验的目的是使学生掌握以太网的报文格式、MAC地址的作用.