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计算机网络综合实验指南

backend 2025/5/19 3:34:44

计算机网络综合实验指南

本实验将结合《计算机网络自顶向下》前三章的核心概念，通过实际操作加深对应用层、运输层和网络层的理解。实验涵盖 HTTP/TCP抓包分析、DNS解析观察、网页性能评估及简单Socket编程，帮助你将理论转化为实践。

实验准备

工具：
- Wireshark（下载链接）
- Chrome 浏览器
- Python 环境（推荐安装 Python 3.x）
网络环境：确保能访问互联网（如访问 http://example.com）。

实验任务 1：使用 Wireshark 捕获 HTTP/TCP 流量

目标：观察 TCP 三次握手、HTTP 请求/响应、TCP 四次挥手。

步骤：

启动 Wireshark：
- 选择监听的网络接口（如 Wi-Fi）。
- 设置过滤条件：tcp.port == 80（仅捕获 HTTP 流量）。
- 点击 蓝色鲨鱼鳍按钮 开始抓包。
触发 HTTP 请求：
- 打开浏览器，访问 http://example.com。
停止抓包：
- 返回 Wireshark，点击 红色方块按钮 停止捕获。
分析数据包：
- TCP 三次握手：
  - 查找前三个 TCP 包（Flags: SYN → SYN-ACK → ACK）。
  - 点击 SYN 包，查看 Transmission Control Protocol 下的 Sequence Number 和 Acknowledgment Number。
- HTTP 请求/响应：
  - 查找 GET / HTTP/1.1 请求包，展开 Hypertext Transfer Protocol 查看请求头。
  - 找到状态码为 200 OK 的响应包，查看响应内容。
- TCP 四次挥手：
  - 过滤 tcp.flags.fin == 1，观察 FIN 和 ACK 包的交互。

验证问题：

三次握手中，Client 和 Server 的初始序列号（ISN）分别是多少？
HTTP 响应包中的 Content-Type 是什么？
四次挥手中，哪一方先发送了 FIN 包？

实验任务 2：分析 DNS 查询

目标：理解域名解析过程，观察 DNS 协议交互。

步骤：

清空 DNS 缓存（可选）：
- Windows：ipconfig /flushdns
- macOS/Linux：sudo dscacheutil -flushcache
捕获 DNS 流量：
- 在 Wireshark 中设置过滤条件：dns。
- 在浏览器中访问一个新域名（如 http://neverssl.com）。
分析 DNS 数据包：
- 查找 DNS Query 和 DNS Response。
- 展开 Domain Name System，查看查询类型（如 A 记录）、响应 IP 地址。
- 注意事务 ID（Transaction ID）如何匹配请求与响应。

验证问题：

DNS 查询的类型是 A 记录还是 AAAA 记录？
域名解析耗时多少毫秒？（查看 Time 列）
DNS 响应中返回的 IP 地址是什么？

实验任务 3：使用 Chrome 开发者工具分析网页性能

目标：评估网页加载性能，识别关键耗时阶段。

步骤：

打开 Network 面板：
- Chrome 中按 F12 → 切换到 Network 标签。
- 勾选 Disable cache（避免缓存干扰）。
捕获网页加载过程：
- 访问一个复杂网页（如 http://www.nytimes.com）。
- 观察所有请求的加载顺序和时间线。
分析性能瓶颈：
- 按 Time 列排序，找到耗时最长的请求。
- 点击该请求 → 查看 Timing 标签，分析各阶段耗时：
  - Queuing：请求排队时间。
  - DNS Lookup：DNS 查询耗时。
  - Initial connection：TCP 握手 + SSL 握手（HTTPS）。
  - Content Download：下载内容耗时。

验证问题：

页面加载共发起了多少个请求？
耗时最长的请求是哪种类型（JS、图片、XHR）？
该请求的 Content Download 阶段耗时多少？

实验任务 4：编写简单的 Socket 程序

目标：体验 TCP/UDP 通信，理解协议差异。

步骤：

TCP 客户端/服务端通信：

服务端代码（Python）：

python

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.bind(('0.0.0.0', 8080))
s.listen()
conn, addr = s.accept()
print(f"Connected by {addr}")
data = conn.recv(1024)
print(f"Received: {data.decode()}")
conn.send(b"Hello from server!")
conn.close()

客户端代码（Python）：

python

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
s.connect(('localhost', 8080))
s.send(b"Hello from client!")
data = s.recv(1024)
print(f"Received: {data.decode()}")
s.close()

运行观察：
- 先启动服务端，再运行客户端，查看控制台输出。

UDP 客户端/服务端通信：

服务端代码：

python

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.bind(('0.0.0.0', 8080))
data, addr = s.recvfrom(1024)
print(f"Received from {addr}: {data.decode()}")
s.sendto(b"Hello from UDP server!", addr)

客户端代码：

python

import socket
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto(b"Hello from UDP client!", ('localhost', 8080))
data, addr = s.recvfrom(1024)
print(f"Received: {data.decode()}")
s.close()