基于Packet Tracer的网络协议研究

张志浩

一、前言

数据封装与传输和OSI参考模型密不可分，OSI参考模型是每位计算机专业学生必学的知识，每层的内容和功能学生们一般掌握的都比较好，但是对数据链路层协议和网络层协议的理解的一般都不够直观、不够深刻，仅仅停留在了解的层面。本文章通过思科公司的Cisco Packet Tracer 模拟器直观的描绘数据的封装与传输用到常用协议。.

二、仿真实验

1、仿真实验

模拟淄博职业学院综合楼522机房，机器互联的过程，设备有522接入交换机、522-01和522-02普通PC机器，为了让学生理解更深刻选用比较特殊的C类地址193.169.2.1和193.169.2.2分别为522-01和522-02配置IP地址，可以用ipconfig /all查看522-01和522-02的MAC地址分别是000B.BE20.D0E1、0060.70AB.13D0拓扑图1所示。

2、 连通性测试

配置522-1和522-2主机IP地址信息后，接入交换机因为是二层设备，无需任何配置。交换机和终端设备用直通线相连，用show mac-address-table 查看立德楼接入交换机的MAC地址表，MAC地址表中无任何地址，查看结果如图2所示。在522-1用ping命令测试和522-2连通性后，MAC地址表中就增加了两条MAC地址 ，再过5分钟，查看MAC地址表，MAC地址表地址信息消失，这是以为MAC地址表的老化时间是300秒。

2、通信过程分析

开启packet tracer Simulation模式，就很方便的抓取报文，抓取的报文种类有ICMP、ARP、STP，不同的报文颜色有所不同，这样可以区分报文类型。第一个是ICMP报文如图3所示。从主机522-1向主机522-2发送PING报文，我们可以查看数据报的数据链路层为空，这是在初始状态下，主机522-1不知道522-2的MAC地址。在这样的情况下，522-1需要发送ARP报文，寻找目的主机193.169.2.2的MAC地址信息，所以后面的报文是ARP报文。主机522-1发送的第一个ARP报文，OSI参考模型的第二层目的地址为全F的广播地址。当主机522-2收到主机522-1的ARP报文后，立即回复ARP报文。报文的目的地址变成了522-1的MAC地址000B.BE20.D0E1，源地址是主机522-2的MAC地址，再次查看交换机的MAC地址表，已经有地址，说明交换机MAC地址学习完毕。

主机522-1收到522-2的ARP报文后，即获得了522-2地MAC地址，主机522-1再次封装ICMP报文，我们可以直观的看到OSI参考模型的第二层已经有源MAC地址和目的MAC地址，522接入交换机收到报文后，根据MAC地址表进行转发，主机522-1和522-2完成一次通信，后续两主机不再发送ARP报文，而是直接封装MAC地址开始传输数据。

3、 IP数据报和ICMP数据报的PDU格式

双击捕获到的数据报，点击Outbound PDU Details，可以分析OSI参考模型如图4所示，分析出是ICMP数据报在OSI第二层封装的是Ethernet II 格式，Ethernet II帧格式包括8字节的前导码，6字节的目的MAC，MAC地址是0060.70AB.13D0，也就是522-2的MAC地址。源MAC地址是000B.BE20.D0E1，是522-1的MAC地址。后面是高層的协议类型，类型号是0x800，表示上层使用是IP协议。再后面是数据，最后面是帧校验序列。PDU的OSI参考模型第三层封装的是IP协议，IP协议封装格式我们也可以直观的看到，4位的版本信息，这是值为4，表示是IPV4版本，4位的首部长度，8位的区分服务，总长度16位，目前的值位128字节，TTL值位128，说明522-1和522-2直接通信，没有经过路由器。后面是32位的源IP地址，值位193.169.2.1，是522-1的IP地址，目的IP地址是193.169.2.2，是522-2的IP地址。PDU的IP协议上层是ICMP协议，8位的TYPE值为8，8位的CODE值为0，说明是ICMP请求报文。我们还能捕获到TYPE值位0，CODE值位0，的ICMP回显应答报文。通过这样直观的分析，学生们能更好的理解OSI参考模型的数据链路层、网络层的协议。

综述

通过packet tracer对数据抓取分析，学生再去学习OSI参考模型的网络层和数据链路层，就能深刻理解OSI网络参考模型二层和三层的功能和工作原理，并降低了实验成本、提高的实验效率。

作者简介：淄博职业学院 人工智能与大数据学院教师，副教授职称，全国职业院校技能大赛优秀指导教师、淄博市技术能手，淄博市行业岗位能手。