计算机网络协议分析 协议分析三 网际协议IP 哈理工版本.doc

成绩：实 验 报 告课程名称：计算机网络协议分析实验项目：网际协议IP(C端)姓 名：专 业：班 级：学 号：计算机科学与技术学院实验教学中心 年 月 日哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院实验教学中心 实验报告实验项目名称： 网际协议IP （ 2学时）一、实验目的1. 掌握IP数据报的报文格式2. 掌握IP校验和计算方法3. 掌握子网掩码和路由转发4. 理解特殊IP地址的含义5. 理解IP分片过程二、实验内容一、 IP报文格式 IP数据报是由IP首部加数据组成的。IP首部的最大长度不超过60字节。 IP数据报文格式如下图所示:4位版本4位首部长度8位服务类型16位总长度（字节数）16位标识3位标志13位片偏移8位生存时间8位协议类型16位首部检验和32位源IP地址32位目的IP地址选项（如果有）数据二、 IP分片 链路层具有最大传输单元（MTU）这个特性，它限制了数据帧的最大长度。不同的网络类型都有一个上限值。以太网通常是1500字节。 如果IP层有数据包要传输，而数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片操作。使每一片长度都小于MTU。 IP首部中“16位标识”、“3位标志”和“13位片偏移”包含了分片和重组所需的信息。另外，当数据被分片后，每个片的“16位总长度” 值要改为该片的长度值。三、 IP路由表 大部分网络层设备都存储着一张记录路由信息的表格，称为路由表。它由许多条项目组成。网络层设备收到数据报后，根据其目的IP地址查找路由表确定数据报传输的最佳路径(下一跳)。然后利用网络层的协议重新封装数据报，利用下层提供的服务把数据报转发出去。 路由表的项目一般含有五个基本字段：目的地址、网络掩码、下一跳地址、接口、度量。路由表按如下顺序匹配： 直接交付-特定主机交付-特定网络交付-默认交付四、 路由选择过程 路由选择模块从IP处理模块接收到IP分组后，使用该分组的目的IP地址同路由表中的每一个项目按特定的顺序（按照前面介绍的“路由表匹配顺序”）查找匹配项，当找到第一个匹配项后就不再继续寻找了，这样就完成了路由选择过程。 匹配路由表项的方法是将IP地址与路由表中的一个项目的“子网掩码”进行按位“与”操作，然后判断运算结果是否等于该项目的“目的地址”，如果等于，则匹配成功，否则，匹配失败。三、实验步骤主机B启动静态路由服务（方法：在命令行方式下，输入“staticroute_config”）。 按照拓扑结构图连接网络，使用拓扑验证检查连接的正确性。练习一：编辑并发送IP数据报1. 主机A启动仿真编辑器，编辑一个IP数据报，其中：MAC层：目的MAC地址:主机B的MAC地址（对应于172.16.0.65接口的MAC）。源MAC地址：主机A的MAC地址。协议类型或数据长度：0800。IP层：总长度：IP层长度。生存时间:128。源IP地址:主机A的IP地址（172.16.0.66）。目的IP地址:主机E的IP地址（172.16.0.130）。校验和：在其他所有字段填充完毕后计算并填充。2. 在主机B（两块网卡分别打开两个捕获窗口）、E上启动协议分析器，设置过滤条件（提取IP协议），开始捕获数据。3. 主机A发送第1步中编辑好的报文。4. 主机B、E停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报，并回答以下问题：第1步中主机A所编辑的报文，经过主机B到达主机E后，报文数据是否发生变化？若发生变化，记录变化的字段，并简述发生变化的原因。5. 将第2步中主机A所编辑的报文的“生存时间”设置为1。重新计算校验和。6. 主机B、E重新开始捕获数据。7. 主机A发送第5步中编辑好的报文。8. 主机B、E停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机A所发送的数据报。练习二：特殊的IP地址1. 直接广播地址。主机A编辑IP数据报1，其中:目的MAC地址：FFFFFF-FFFFFF。源MAC地址：A的MAC地址。源IP地址：A的IP地址。目的IP地址：172.16.0.255。校验和：在其他字段填充完毕后，计算并填充。主机A再编辑IP数据报2，其中:目的MAC地址：主机B的MAC地址（对应于172.16.0.65接口的MAC）。源MAC地址：A的MAC地址。源IP地址：A的IP地址。目的IP地址：172.16.0.255。校验和：在其他字段填充完毕后，计算并填充。2. 主机B、C、D、E、F启动协议分析器并设置过滤条件（提取IP协议，捕获172.16.0.66接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：172.16.0.66Any）。主机B、C、D、E、F开始捕获数据。主机A发送这两个数据报。主机B、C、D、E、F停止捕获数据。3. 受限广播地址。主机A编辑一个IP数据报，其中:“目的MAC地址”设置为FFFFFF-FFFFFF。“目的IP地址”设置为255.255.255.255。主机B、C、D、E、F重新启动协议分析器并设置过滤条件（提取IP协议，172.16.0.66Any）。主机B、C、D、E、F重新开始捕获数据。主机A发送这个数据报。主机B、C、D、E、F停止捕获数据。4. 环回地址。 主机F重新启动协议分析器开始捕获数据并设置过滤条件（提取IP协议）。主机E ping 127.0.0.1。主机F停止捕获数据。练习三：IP数据报分片1. 在主机B上使用“MTU工具” 设置以太网端口的MTU为800字节（两个端口都设置）。2. 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)。3. 在主机A上，执行命令ping -l 1000 172.16.0.130。4. 主机A、E停止捕获数据。主机E如下图所示，重新定义过滤条件（取一个ICMP数据包，按照其上层协议IP的Identification字段设置过滤）。5. 主机E恢复默认过滤器。主机A、E重新开始捕获数据。6. 在主机A上，执行命令ping -l 2000 172.16.0.130。7. 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。8. 主机B上使用“开始程序网络协议仿真教学系统 通用版工具MTU工具”恢复以太网端口的MTU为1500字节。四、实验结果练习一：编辑并发送IP数据报1.【说明】先使用仿真编辑器的“手动计算”校验和，再使用仿真编辑器的“自动计算”校验和，将两次计算结果相比较，若结果不一致，则重新计算。2.IP在计算校验和时包括哪些内容？3.主机B、E是否能捕获到主机A所发送的报文？简述产生这种现象的原因答：IP报文中的首部 报文数据发生变化。发生变化的字段有：“生存时间”和“首部校验和”。原因：主机B为路由器，数据包每经过一路由器“生存时间”字段的值会减1，并重新计算校验和。 主机B对应于172.16.0.65的接口可以捕获到主机A所发送的报文；主机B对应于172.16.0.129的接口和主机E不能捕获到主机A所发送的报文；原因：当“生存时间”字段的值减至为0时，路由器将该报文丢弃不进行转发。练习二：特殊的IP地址1.记录实验结果: 主机号收到IP数据报1主机B的接口1（172.16.0.65）、主机C、主机D收到IP数据报2主机B的接口2（172.16.0.129）、主机E、F；主机B的接口1（172.16.0.65）、主机C、主机D（以上三主机因为与主机A同在一个交换模块上）结合实验结果，简述受限广播地址的作用。答：路由器使用这种地址把一个分组发送到一个特定网络上的所有主机。所有的主机都会收到具有这种类型目的地址的分组。2记录实验结果:主机号收到主机A发送的IP数据报主机B的接口1（172.16.0.65）、主机C、主机D未收到主机A发送的IP数据报主机B的接口2（172.16.0.129）、主机E、主机F 结合实验结果，简述受限广播地址的作用。 答：这个地址用于定义在当前网络上的广播地址。一个主机若想把报文发送给所有其他主机，就可使用这样的地址作为分组中的目的地址。但路由器把具有这种类型地址的分组阻挡住，使这样的广播只局限在本地网络。3环回地址 主机F是否收到主机E发送的目的地址为127.0.0.1的IP数据报？为什么？答：主机F没有收到主机E发送的报文，因为使用回环地址时，分组永远不离开这个机器；这个分组就简单地返回到协议软件。练习三：IP数据报分片分析表格内容，理解分片的过程。1.字段名称分片序号1分片序号2分片序号3Identification字段值为一随机数同分片序号1More fragments字段值10Fragment offset字段值0776传输的数据量768 bytes232 bytes2.字段名称分片序号1分片序号2分片序号3Identification字段值为一随机数同分片序号1同分片序号1More fragments字段值110Fragment offset字段值07761552传输的数据量768 bytes776 bytes456 bytes第一次传输的数据长度为1000bytes，而MTU为800，因此需要进行1次分片；第二次传输的数据长度为2000bytes，而MTU为800，因此需要进行2次分片；