協議分析軟件探試在計算機網絡實驗教學中的應用
摘要：通過分析計算機專業網絡實驗課程的特點及教學現狀，提出將協議分析軟件貫穿于整個網絡實驗課程教學中的思路，并給出了協議分析軟件在計算機網絡實驗課程教學中的具體應用，實踐證明協議分析軟件對改進計算機網絡實驗課程的教學方法具有非常重要的參考價值。
關鍵詞：計算機網絡實驗教學;協議分析軟件;教學方法
計算機網絡課程是計算機軟件、應用、網絡實驗技術、信息管理、電子商務等專業的重要基礎課程。而計算機專業網絡的實驗教學具有概念抽象的特點，強調對網絡理論知識的理解，尤其是貫穿整個課程的層次協議的原理與實現更是重中之重。網絡實驗協議分析軟件是一種計算機網絡實驗調試和數據包嗅探軟件，通過對網絡實驗數據包的分析確定問題，常應用于網絡實驗管理中的故障修復 。由于協議分析軟件能夠捕獲各種網絡實驗協議的數據包并進行解析，在計算機網絡實驗課程的網絡實驗協議教學中應用協議分析軟件，就能夠剖析網絡實驗通信的整個過程，明確TCP/IP網絡實驗協議在整個通信過程過程中所起的作用。
1、計算機網絡實驗教學的現狀
對于計算機專業的學生來說，以開放互連參考模型或TCP/IP參考模型為主導的網絡實驗原理知識是不可回避的一個問題�？v觀國內外教材，對整個網絡實驗協議主要是圍繞協議報文結構和協議工作機理的講解展開的。這部分內容由于涉及網絡實驗底層，定義復雜和抽象，而學生接觸較多的是網絡實驗應用軟件，因此學生對這部分知識沒有直觀的認識，在做實驗時也無法有效地將已學理論和實驗結合。
協議分析軟件雖然是在網絡實驗故障排除中常用的管理工具，但由于這種工具能夠動態捕獲網絡實驗流量，如果將這種軟件與計算機網絡實驗的理論教學結合起來，讓學生直觀看到網絡實驗中的數據包，把抽象的東西以直觀的形式表現出來，能夠加強學生對基礎理論的理解，提高學生的學習興趣。
2、協議分析軟件的作用
協議分析軟件具有跟蹤網絡實驗狀況、識別并解決故障作用。通過捕捉流經本主機及局域網實驗環境中的所有數據包，然后進行上層分析，進而得出關于網絡實驗流量等信息，為網絡實驗管理員做出某些決策提供依據，例如，主機在和服務器網絡實驗通信，這些主機分別在服務器上做了哪些操作。
得到這些信息后，系統管理員就可以做出決策，使得服務器更加安全。協議分析軟件和TCP/IP協議棧的關系非常緊密，大多數協議分析軟件的實現嚴格按照TCP/IP協議棧的層次關系實現的。一般來說，協議分析工具可以解析的各種協議在TCP/IP協議棧中都有定義和實現，現在最常用的 Wireshark(原名etherea1)工具支持可達500種協議。
目前常用的協議分析軟件有Sniffer pro，Wire—shark，Tcpdump等幾種。Sniffer軟件是NAI公司推出的功能強大的協議分析軟件，具有捕獲網絡實驗流量進行詳細分析、實時監控網絡實驗活動、利用專家分析系統診斷問題、收集網絡實驗利用率和錯誤等強大功能。但其功能復雜，對初學者使用有困難。
Wireshark是一個開放源碼的網絡實驗分析系統，也是目前最好的開放源碼的網絡實驗協議分析器，支持Linux和Windows平臺。借助這個程序，直接從網絡上抓取數據進行分析，也可以對由其它協議分析工具抓取后保存在硬盤上的數據進行分析。通過交互式瀏覽抓取到的數據包，查看每一個數據包的摘要和詳細信息。Tcpdump是Linux平臺下一個很重要的抓包工具，Tcpdump提供了源代碼，公開了接口，因此具備很強的可擴展性，對于網絡實驗維護和入侵者都是非常有用的工具。這些軟件都可以自由選擇，在實際的教學過程中，我們選擇Wireshark進行網絡實驗課程的輔助教學。
3、利用Wireshark進行網絡實驗課程教學的案例
3.1 案例一：HTTP協議傳輸分析
(1)針對HTTP協議的TCP/IP的分層結構
HTTP協議是應用層協議，處于最高層，其通過下層傳輸層的TCP進行可靠連接，網絡實驗層IP選路，鏈路層Ethernet II，最后在物理上以位(Bit)進行傳輸。
其分層結構如下所示。
應用層——HTTP
傳輸層——TcP
網絡實驗層——IP
鏈路層——Ethemet II
(2)HTTP協議工作原理
HTTP協議符合請求/響應模式。一個客戶機與服務器建立連接后，發送一個請求給服務器，請求方式的格式為：統一資源標識符(URL)、協議版本號，MIME信息包括請求修飾符、客戶機信息和可能的內容。服務器接到請求后，給予相應的響應信息，包括信息的協議版本號和一個成功或錯誤的代碼，后邊是 MIME信息包括服務器信息、實體信息和可能的內容。
(3)數據包分析
進行捕獲數據包的分析，通過分析理解HTTP協議建立連接，發送請求信息，然后發送響應信息，最后關閉連接。
�、� 抓取HTTP協議數據包
啟動“ethereal”以后，選擇菜單“Capature一>Start”。然后通過瀏覽器訪問一臺服務器地址，當頁面顯示出來時，按一下“stop”，抓的包就會顯示在面板中。
�、� 建立連接過程
編號為67、69、70的數據包是HTYP協議使用下層TCP協議通過三次握手原則建立連接的過程。通過這幾個數據包的分析，可以給學生講解HTTP 通訊是發生在TCP協議之上，Web服務使用的默認端口是80端口，所以HTTP是一個可靠的協議。還可以給學生講解TCP建立連接的過程中標志位的作用，使學生了解到三次握手過程。可以明確看到客戶端向Web服務器發送一個SYN同步連接請求，SYN標志位被置為1。Web服務器收到請求后向客戶端發送一個SYN/ACK數據包，同意客戶端的連接請求并向客端發起同步，客戶端收到該數據包后再次確認，從而成功建立TCP連續。
③發送請求信息
第71號數據包是建立連接后向服務器發出HTTP請求的數據包。從圖中我們可以看到數據包解析中HTTP協議發送請求信息的一些特征。
�、茼憫畔�
第75個數據包是服務器的響應包信息，可以看出，服務器在處理完客戶的請求之后，要向客戶機發送響應消息。在服務器給的回應請求中，我們可以從狀態碼中看到訪問的相關信息。
3.2 案例二：網絡實驗安全原理分析
在講述計算機網絡故障檢測時，協議分析軟件是一個有力的工具。教師在乎時應注意收集病毒感染環境的樣本，以便在課堂中進行有效的案例教學。下面以arp病毒攻擊為例，進行教學示范。首先教師要講清楚arp協議的基本原理以及arp病毒的攻擊特點。
在網絡出現符合arp病毒攻擊的一些特征時，可開啟Wireshark進行捕獲數據包操作。點擊“Cap.ture一>start”進行抓包，大約10秒鐘后點擊“stop”停止，抓到數據包。在數據包中可以看到大量的廣播(broadcast)數據包，協議類型為ARP。
為進一步進行分析，可要求學生對所捕獲數據包進行統計分析。例如可使用“Statistics一>protocolHierarchy”進行數據包按協議分類。在樣本數據中可看到，總抓包量為4292個。其中，ARP數據包有3921個，占到了總抓包量的91.36% 。在正常的網絡實驗環境中是不會出現的，因此定位異常情況為過量的ARP數據包占用網絡實驗帶寬。由此可判斷網絡實驗內部及其感染了arp病毒的可能性。
那么尋找感染機器源頭成為下一步的重要工作。使用filter過濾所有arp數據包，然后繼續使用“Statistics 一>coversations”可對各個源地址發出的arp數據包進行分類統計。結果顯示多數機器都向外發出了廣播信息，尤其以 192.168.0.71為多。
4、結束語
本文提出將協議分析軟件應用于計算機專業的網絡實驗課程教學活動中，學生通過對網絡實驗數據包的跟蹤和分析，了解計算機網絡實驗技術的基本概念、原理。通過協議分析軟件，改善計算機網絡實驗課程的教學工作，提高學生對本學科的理論水平和學習興趣。同時，這些工具和教學方法可以促進學生在課內外時間對計算機網絡實驗進行更深入的學習 。
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