以太网帧格式分析

实验报告

实验名称以太网帧格式分析

姓名学号实验日期

实验报告要求：1.实验目的 2.实验要求 3.实验环境 4.实验作业

5.问题及解决

6.思考问题

7.实验体会

【实验目的】

1．复习Wireshark抓包工具的使用及数据包分析方法。

2．通过分析以太网帧了解以太网数据包传输原理。

【实验要求】

用Wireshark1.4.9截包，分析数据包。

观察以太网帧，Ping同学的IP地址，得到自己和同学的mac地址。

观察以太网广播地址，观察ARP请求的帧中目标mac地址的格式。

用ping-l指定数据包长度，观察最小帧长和最大帧长。

观察封装IP和ARP的帧中的类型字段。

【实验环境】

用以太网交换机连接起来的windows 7操作系统的计算机，通过802.1x方式接入Internet。

【实验中出现问题及解决方法】

1．在使用命令行“ping -l 0 IP”观察最小帧长时抓到了长度为42字节的帧，与理论上最小帧长64字节相差甚远。通过询问教员和简单的分析，知道了缺少字节的原因是当Wireshark抓到这个ping请求包时，物理层还没有将填充（Trailer）字符加到数据段后面，也没有算出最后4字节的校验和序列，导致出现最小42字节的“半成品”帧。可以通过网卡的设置将这个过程提前。

2．在做ping同学主机的实验中，发现抓到的所有ping请求帧中IP数据部分的头校验和都是错误的。原本以为错误的原因与上一个问题有关，即校验和错误是因为物理层还没有将填充字符加到数据段后面。但是这个想法很快被证明是错误的，因为在观察最大帧长时，不需要填充字符的帧也有同样的错误。一个有趣的现象是，封装在更里层的ICMP数据包的校验和都是正确的。这就表明IP层的头校验和错误并没有影响正常通信。进一步观察发现，这些出错的头校验和的值都是0x0000，这显然不是偶然的错误。虽然目前还没有得到权威的答案，但是可以推测，可能是这一项校验实际上并没有被启用。作为中间层的IP头的意义是承上启下，而校验的工作在更需要的上层的IMCP包和下层MAC头中都有，因此没有必要多此一举。

【思考问题】

1．为什么可以ping到同宿舍（连接在同一个交换机上）的主机而ping不到隔壁宿舍的主机？

通常情况下，如果配置正确，设备都连接着同一个网络（互联网），而且没有防火墙等阻拦，就可以正常ping到同一网络中的任何主机。在第一次实验中，我们曾成功地ping到了的IP。

在ping其他宿舍的IP时需要通过宿舍的交换机将ping请求先转发给楼层交换机，再由楼层交换机转发给目标IP所在的宿舍交换机。分析无法ping到隔壁宿舍主机的原因，很可能是楼层交换机设置了禁止内部ping的防火墙，阻止了本楼层交换机地址段内的主机相互ping对方。而同宿舍之所以可以相互ping 到，是因为ping请求没有经过楼层交换机，直接由宿舍交换机转发给了目标IP主机。

2．什么是ARP攻击？

让我们继续分析4.1 ARP原理，A得到ARP应答后，将B的MAC地址放入本机缓存。但是本机MAC 缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。（类似与我们所学的学习网桥）。

然而，ARP协议并不只在发送了ARP请求才接收ARP应答。当计算机接收到ARP应答数据包的时候，就会对本地的ARP缓存进行更新，将应答中的IP和MAC地址存储在ARP缓存中。

这时，我们假设局域网中的某台机器C冒充B向A发送一个自己伪造的ARP应答，即IP地址为B

的IP，而MAC地址是伪造的，则当A接收到伪造的ARP应答后，就会更新本地的ARP缓存，这样在A 看来B的IP地址没有变，而它的MAC地址已经不是原来那个了。由于局域网的网络流通不是根据IP地址进行，而是按照MAC地址进行传输。所以，那个伪造出来的MAC地址在A上被改变成一个不存在的MAC地址，这样就会造成网络不通，导致A不能Ping通B！这就是一个简单的ARP欺骗。

【实验体会】

这次实验最大的感触是体会到了网络通信过程的趣味性。在做ping同学IP的实验时，我发现抓到的包之间有紧密的联系，相互的应答过程很像实际生活中人们之间的对话。尤其是ARP帧，为了获得对方的MAC地址，乐此不疲地在网络中广播“谁有IP为XXX的主机？”，如果运气好，会收到网桥中某个路由器发来的回复“我知道，XXX的MAC地址是YYY！”。另外，通过ping同学主机的实验，以及对实验过程中问题的分析，使我对之前模糊不清的一些概念有了全面的认识，如交换机、路由器的区别与功能，局域网各层次的传输顺序与规则等。还有一点就是，Wireshark不是万能的，也会有错误、不全面的地方，这时更考验我们的理论分析与实践论证能力。

成绩优良中及格不及格

教师签名：日期：

【实验作业】

1 观察并分析通常的以太网帧

1.1 以太网帧格式

目前主要有两种格式的以太网帧：Ethernet II（DIX 2.0）和IEEE 802.3。我们接触过的IP、ARP、EAP和QICQ协议使用Ethernet II帧结构，而STP协议则使用IEEE 802.3帧结构。

Ethernet II是由Xerox与DEC、Intel（DIX）在1982年制定的以太网标准帧格式，后来被定义在RFC894中。IEEE 802.3是IEEE 802委员会在1985年公布的以太网标准封装结构（可以看出二者时间

相差不多，竞争激烈），RFC1042规定了该标准（但终究二者都写进了IAB管理的RFC文档中）。

下图分别给出了Ethernet II和IEEE 802.3的帧格式：

⑴前导码（Preamble）：由0、1间隔代码组成，用来通知目标站作好接收准备。以太网帧则使用8个字节的0、1间隔代码作为起始符。IEEE 802.3帧的前导码占用前7个字节，第8个字节是两个连续的代码1，名称为帧首定界符（SOF），表示一帧实际开始。

⑵目标地址和源地址（Destination Address & Source Address）：表示发送和接收帧的工作站的地址，各占据6个字节。其中，目标地址可以是单址，也可以是多点传送或广播地址。