合肥学院TCPIP协议分析及应用实验报告 (1)

1、计算机科学与技术系 实 验 报 告专业名称 网络工程 课程名称 TCP/IP协议 项目名称 TCP/UDP 班 级 学 号 姓 名 同组人员 实验日期 2014.11 1、 实验目的与要求：1、 实验目的:TCP：1) 掌握TCP协议的报文格式2) 掌握TCP连接的建立和释放过程3) 掌握TCP数据传输中编号与确认的过程4) 掌握TCP协议校验和的计算方法5) 理解TCP的重传机制UDP：1) 掌握UDP协议的报文格式2) 掌握UDP协议校验和的计算方法3) 理解UDP协议的优缺点2、实验环境2、 实验内容1、 实验原理TCP：1) TCP报文格式16位源端口号16位目的端口号32位序号32位

2、确认序号4位首部长度保留（6位）URGACKPSHRSTSYNFIN16位窗口大小16位校验和16位紧急指针选项数据2) TCP连接的建立TCP是面向连接的协议。在面向连接的环境中，开始传输数据之前，在两个终端之间必须先建立一个连接。对于一个要建立的连接，通信双方必须用彼此的初始化序列号seq和来自对方成功传输确认的应答号ack（指明希望收到的下一个八位组的编号）来同步，习惯上将同步信号写为SYN，应答信号写为ACK。 整个同步的过程称为三次握手.3) TCP连接的释放对于一个已经建立的连接，TCP使用四次握手来结束通话（使用一个带有FIN附加标记的报文段）。4) TCP重传机制TCP每发送一

3、个报文段，就对这个报文段设置一次计时器。只要计时器设置的重传时间到期，但还没有收到确认，就要重传这一报文段。5) 实验流程概述1 在机房调试好需做的拓扑结构2 根据拓扑结构，配置小组成员各自电脑的IP地址，子网掩码和网管3 根据课件中的具体实验要求和实验步骤进行操作UDP：1) UDP报文格式每个UDP报文称为一个用户数据报（User Datagram）。用户数据报分为两个部分：UDP首部和UDP数据区。 源端口目的端口报文长度校验和数据2) UDP单播与广播 在UDP单播通讯模式下，客户端和服务端之间建立一个单独的数据通道。 从一台服务端传送出的数据包只能由一个客户端接收。 众所周知，UDP

4、协议是不可靠的，数据包可能在传输过程中丢失、重复、没有按照发送顺序到达， 而且作为UDP数据包，其大小还受限于数据包的最大上限。 在UDP广播通讯模式下，一个单独的数据包拷贝发送给网络上所有主机。 当不能明确具体的服务器，而又要求该服务时，UDP广播提供了传输不区分种类的消息的便捷方式。在多数情况下UDP广播仅仅作为本地网络通信形式。受限的广播地址是55。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。 已知

5、网络主机的IP地址和子网掩码，可以算得指向主机所在子网的广播。 子网广播地址 = （主机IP） “或” （子网掩码取反）。3) UDP校验和的计算3、实验具体步骤及结果TCP：练习一：察看TCP连接的建立和释放1. 主机B、C、D启动协议分析器进行数据捕获,并设置过滤条件（提取TCP协议）。2. 主机A启动仿真编辑器，进入TCP连接视图。在“服务器信息/IP地址”中填入主机C的IP地址；使用“端口扫描”获取主机C的TCP端口列表，在“服务器信息/端口”中填入主机C的一个TCP端口(大于1024)；点击“连接”按钮进行连接。3. 察看主机B、C、D捕获的数据，填写下表。字段名称报文1报文2报文3

6、Sequence Number375730584018801033583757305841Acknowledgement Number037573058411880103359ACK011SYN1104. TCP连接建立时，前两个报文的首部都有一个“maximum segment size”字段，它的值是多少？作用是什么？结合IEEE802.3协议规定的以太网最大帧长度分析此数据是怎样得出的 maximum segment size=14605. 主机A断开与主机C的TCP连接。 6. 察看主机B、C、D捕获的数据，填写下表。 字段名称报文4报文5报文6报文7Sequence Number58

7、810841235714588363571458836588108413Acknowledgement Number35714588365881084135881084133571458837ACK1111SYN00007. 结合步骤3、5所填的表，理解TCP的三次握手建立连接和四次握手的释放连接过程，理解序号、确认号等字段在TCP可靠连接中所起的作用。练习二：利用仿真编辑器编辑并发送TCP数据包1) 主机B启动协议分析器捕获数据，设置过滤条件（提取http协议）。 2) 主机A上启动仿真编辑器，在界面初始状态下，程序会自动新建一个单帧，可以利用仿真编辑器打开时默认的以太网帧进行编辑。 3)

8、填写该帧的以太网协议首部，其中：源MAC地址：主机A的MAC地址。目的MAC地址：服务器的MAC地址。协议类型或数据长度：0800（IP协议）。4) 填写IP协议头信息，其中： 高层协议类型：6（上层协议为TCP）。 总长度：40（IP首部+TCP首部）。 源IP地址：主机A的IP地址。 目的IP地址：服务器的IP地址(0)。 其它字段任意。 应用前面学到的知识计算IP首部校验和。 5) 填写TCP协议信息，其中： 源端口：任意大于1024的数，不要使用下拉列表中的端口。 目的端口：80（HTTP协议）。 序列号：选择一个序号ISN（假设1942589885），以后的数据都

9、按照这个来填。 确认号：0。 首部长度和标志位：5002（即长度20字节，标志SYN=1）。 窗口大小：任意。 紧急指针：0。 使用协议仿真编辑器的“手动计算”方法计算校验和；再使用协议仿真编辑器的“自动计算”方法计算校验和。将两次计算结果相比较，若结果不一致，则重新计算。 TCP在计算校验和时包括哪些内容？将设置完成的数据帧复制2份；修改第二帧的TCP 层的“首部长度和标志”位为5010（即标志位ACK=1），TCP层的“序号”为1942589885+1。修改第三帧的TCP层的“首部长度和标志”位为5011（即标志位ACK=1、FIN=1），TCP层的“序号”为1942589885+1。 6

10、) 在发送该TCP连接请求之前，先ping 一次目标服务器，让目标服务器知道自己的MAC地址。 7) 使用“仿真编辑器/工具菜单/TCP屏蔽/启动屏蔽”功能，为TCPIP协议栈过滤掉收到的TCP数据。 8) 点击菜单栏中的“发送”按钮，在弹出对话框中选择发送第一帧。9) 我们假设接收字节序号为：3246281765，修改第二帧和第三帧的TCP层的“ACK确认序号”的值：3246281766。 10) 计算第二帧的TCP校验和，将该帧发送。对服务器的应答报文进行确认。11) 计算第三帧的TCP校验和，将该帧发送。断开连接，完成TCP连接的全过程。12) 协议分析器一端截获相应的请求及应答报文并分

11、析，注意观察“会话分析”中的会话过程。 13) 仿真端主机使用“仿真编辑器/工具菜单/TCP屏蔽/停止屏蔽”功能，恢复正常网络功能。综合发送报文：UDP：练习一：编辑并发送UDP数据报本练习将主机A和B作为一组，主机C和D作为一组，主机E和F作为一组。现仅以主机A和B为例，说明实验步骤。1. 主机A打开协议仿真编辑器。编辑发送给主机B的UDP数据报。MAC层：目的MAC地址：接收方MAC地址。 源MAC地址：发送方MAC地址。 协议类型或数据长度：0800，即IP协议。 IP层： 总长度：包括IP层、UDP层和数据长度。 高层协议类型： 17，即UDP协议。 首部校验和：其他所有字段填充完毕后

12、填充此字段。 源IP地址：发送方IP地址。 目的IP地址：接收方IP地址。 UDP层： 有效负载长度：UDP层及其上层协议长度。 计算校验和，其他字段默认. UDP在计算校验和时包括那些内容? 2. 在主机B上启动协议分析器,并设置过滤条件（提取UDP协议）开始捕获数据。3. 主机A发送已编辑好的数据报。4. 主机B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：UDP单播通信1. 主机B、C、D、E、F上启动“开始/程序/网络协议仿真教学系统 通用版/工具/UDP工具”，作为服务器端，监听端口设置为2483。2. 主机C、E上启动协议分析器开始捕获数据。3. 主机A上启动“

13、开始/程序/网络协议仿真教学系统 通用版/工具/UDP工具”，作为客户端，以主机C的IP为目的IP地址，以2483为端口，填写数据并发送。4. 察看主机B、C、D、E、F上的“UDP工具”接收的信息。哪台主机上的“UDP工具”接收到主机A发送的UDP报文?5. 察看主机C协议分析器上的UDP报文，并回答以下问题：UDP是基于连接的协议吗?阐述此特性的优缺点。解：不是，优点：传输效率高，不需进行编号，不必进行连接建立和连接终止；缺点：使用UDP的进程不能向UDP发送数据流，也不能期望UDP将这个数据流分割成为许多不同的相关联的用户数据报。相反，每个请求必须足够小，使其能够装入到用户数据报中。UD

14、P报文交互中含有确认报文吗?阐述此特性的优缺点。解：没有，优点：提高传输效率；缺点：在传输过程中可能有丢失、重复、乱序的现象。6. 主机A上使用仿真编辑器向主机E发送UDP报文，其中:“目的IP地址” 设置为主机E的IP地址。 “目的端口”设置为2483。“校验和”设置为0。发送此报文，并回答以下问题：主机E上的UDP通信程序是否接收到此数据包?UDP是否可以使用0作为校验和进行通信?解：主机E可以收到数据包。UDP可以使用0作为校验和进行通信。7. 将第6步中编辑的数据包的校验和修改为一个错误值，并将其发送。8. 察看主机E协议分析器上捕获的数据，并回答以下问题：简述UDP的差错处理能力。练

15、习三：UDP广播通信1. 主机B、C、D、E、F上启动“开始/程序/网络协议仿真教学系统 通用版/工具/UDP工具”，作为服务器端，监听端口设为2483。2. 主机B、C、D、E、F上启动协议分析器捕获数据,并设置过滤条件（提取UDP协议）3. 主机A上启动“开始/程序/网络协议仿真教学系统 通用版/工具/UDP工具”，作为客户端，以55为目的地址，以2483为端口，填写数据并发送。4. 察看主机B、C、D、E、F上的“UDP连接工具”接收的信息。 哪台主机接收到主机A发送的UDP报文?5. 察看协议分析器上捕获的UDP报文，并回答以下问题： 主机A发送的报文的目的M

16、AC地址和目的IP地址的含义是什么? 解：目的MAC地址为FFFFFF-FFFFFF，广播地址；目的IP地址为55，受限广播地址。若将主机A发送的报文的目的MAC地址改为某一主机的MAC地址，结果会怎样?为什么? 解：主机A发送的报文的目的MAC地址为某一主机的MAC地址，而目的IP地址无论是某一主机的IP地址，还是55，结果都是只有目的MAC地址所对应的主机可收到主机A发送的报文。因为目的MAC地址对应主机才是真正接收数据的主机。若将主机A发送的报文的目的IP地址改为某一主机的IP地址，结果会怎样?为什么? 解：两种情况：如果目的MAC为广

17、播地址，则结果为所有主机都可接收主机A的报文；如果目的MAC为某一主机的MAC，则主机A发送的数据只能被该主机接收。原因：目的MAC地址对应主机才是真正接收数据的主机。3、 实验分析与小结：1 发送tcp数据包时，前几次实验发送后抓不到数据，后来发现要求实验步骤中有一条，发送该TCP连接请求之前，先ping 一次目标服务器，让目标服务器知道自己的MAC地址。进行此步操作后，实验便可正常进行。2 计算校验和需学会手动计算，自动计算时，原先表格中的校验和需要改为0000，才能计算出正确的校验和。4、 其它1.试用具体例子说明为什么在运输连接建立时要使用三次握手。说明如不这样做可能会出现什么情况。

18、解：三次握手解决了连接建立过程中要解决的三个问题：（1） 要使每一方能够确定对方的存在。（2） 要允许双发协商一些参数（如最大报文段长度、最大窗口大小、服务质量等）。（3） 能够对运输实体资源（如缓存大小、连接表中的项目等）进行分配。如不这样做：主机A共发送了两个连接请求报文段，其中的第二个到达了主机B。现在假定出现另一种情况，即主机A发送的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络结点滞留时间太长，以致延误到在这次的连接释放以后才传送到主机B。本来这是一个已经失效的报文段，但主机B收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是主机A又发出一次新的连接请求。于是就向主机A发出确认报文段，同意建立连接。主机A由于并没有要求建立连接，因此不会理睬主机B的确认，也不会向主机B发送数据。但主机B却以为运输连接就这样建立了，并一直等待主机A发来数据。主机B的许多资源就这样白白浪费了。2.使用TCP对实时话音数据的传输有没有什么问题？使用UDP在传送数据文件时会有什么问题？ 解：TCP协议可能导致实时语音通讯的延迟。使用UDP传出的数据可能导致数据文件