辽工大计算机网络实验报告网际协议

辽工大计算机网络实验报告网际协议实验名称：网际协议实验

实验目的：1.深入理解网际协议（IP）的基本概念和工作原理。2.掌握IP地址的分类、子网掩码的作用以及IP数据报的格式。3.通过实验操作，熟悉IP协议在网络中的数据传输过程，包括地址解析、路由选择等。

实验环境：1.计算机设备：安装有Windows操作系统的个人电脑。2.网络环境：校园网或其他可用的局域网环境。

一、网际协议概述网际协议（InternetProtocol，IP）是TCP/IP协议族中的核心协议之一，它负责在网络中传输数据包。IP协议提供了一种无连接的、尽力而为的数据传输服务。它的主要功能包括：1.寻址：为网络中的每个设备分配唯一的IP地址，以便数据包能够准确地发送到目标设备。2.路由选择：根据目标IP地址，确定数据包从源设备到目标设备的传输路径。3.数据封装与解封装：将上层协议的数据封装成IP数据报，并在接收端进行解封装，还原上层数据。

二、IP地址（一）IP地址分类IP地址分为五类，分别是A、B、C、D、E类。1.A类地址：首位为0，网络地址占8位，主机地址占24位。A类地址的范围是0.0.0.0127.255.255.255，其中0.0.0.0和127.0.0.1有特殊用途。2.B类地址：前两位为10，网络地址占16位，主机地址占16位。B类地址的范围是128.0.0.0191.255.255.255。3.C类地址：前三位为110，网络地址占24位，主机地址占8位。C类地址的范围是192.0.0.0223.255.255.255。4.D类地址：前四位为1110，用于多播。D类地址的范围是224.0.0.0239.255.255.255。5.E类地址：前五位为11110，保留用于实验和将来使用。E类地址的范围是240.0.0.0255.255.255.255。

（二）子网掩码子网掩码用于确定IP地址中网络地址和主机地址的划分。子网掩码与IP地址按位进行与运算，可以得到网络地址。例如，对于C类地址192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0，与运算后得到网络地址192.168.1.0。

（三）私有IP地址私有IP地址是在局域网内部使用的IP地址，不会在公网上路由。常见的私有IP地址范围如下：1.A类私有地址：10.0.0.010.255.255.2552.B类私有地址：172.16.0.0172.31.255.2553.C类私有地址：192.168.0.0192.168.255.255

三、IP数据报格式IP数据报由首部和数据两部分组成。首部长度为20字节到60字节可变，包含了IP协议运行所需的控制信息。1.版本：占4位，标识IP协议的版本号，目前常用的是IPv4。2.首部长度：占4位，以32位字为单位表示首部的长度。3.区分服务：占8位，用于指示数据报的优先级和服务质量。4.总长度：占16位，以字节为单位表示IP数据报的总长度，包括首部和数据。5.标识：占16位，用于标识该数据报，以便在分片后能够正确重组。6.标志：占3位，其中MF（MoreFragments）位表示是否还有更多分片，DF（Don'tFragment）位表示是否允许分片。7.片偏移：占13位，用于指示该片在原始数据报中的相对位置。8.生存时间：占8位，用于限制数据报在网络中的生存时间，防止数据报在网络中无限循环。9.协议：占8位，指示上层使用的协议，如TCP（6）、UDP（17）等。10.首部校验和：占16位，用于校验IP首部的正确性。11.源IP地址：占32位，标识数据报的源设备。12.目标IP地址：占32位，标识数据报的目标设备。13.选项：可变长度，用于提供额外的控制信息。14.填充：用于补齐首部长度，使其为32位的整数倍。

四、实验步骤（一）查看本地IP地址1.打开命令提示符窗口（在Windows系统中，可以通过按下Win+R键，输入"cmd"并回车打开）。2.在命令提示符中输入"ipconfig"命令，按下回车键。3.查看输出结果，找到"IPv4地址"字段，记录下本地计算机的IP地址、子网掩码和默认网关等信息。

（二）了解IP地址分配方式1.动态分配：在校园网或一些企业网络中，通常使用动态主机配置协议（DHCP）来自动分配IP地址。DHCP服务器会根据网络配置和可用地址情况，为连接到网络的设备分配IP地址、子网掩码、默认网关等参数。2.静态分配：手动配置IP地址、子网掩码、默认网关等参数。这种方式适用于需要固定IP地址的设备，如服务器等。

（三）测试网络连通性1.使用ping命令测试与其他设备的连通性。在命令提示符中输入"ping[目标IP地址]"，按下回车键。例如，ping192.168.1.100。2.观察ping命令的输出结果，包括发送的数据包数量、接收的数据包数量、丢包率和往返时间（RTT）等。如果所有数据包都能成功接收，且丢包率为0，往返时间较短，则表示网络连通正常。如果出现丢包或较高的往返时间，则可能存在网络问题。

（四）分析IP数据报1.使用抓包工具（如Wireshark）捕获网络数据包。2.打开捕获的数据包文件，找到IP协议相关的数据包。3.分析IP数据报的首部字段，包括版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址、目标IP地址等。4.观察数据报的传输过程，包括源设备和目标设备的IP地址、数据报的大小、分片情况（如果有）等。

（五）子网划分1.假设有一个C类网络192.168.1.0，需要划分成4个子网。2.计算子网掩码：由于需要划分成4个子网，2^2=4，所以需要借用2位主机位。原来的子网掩码是255.255.255.0，借用2位后变为255.255.255.192。3.确定子网地址：子网1：192.168.1.0，网络地址范围是192.168.1.0192.168.1.63，广播地址是192.168.1.63。子网2：192.168.1.64，网络地址范围是192.168.1.64192.168.1.127，广播地址是192.168.1.127。子网3：192.168.1.128，网络地址范围是192.168.1.128192.168.1.191，广播地址是192.168.1.191。子网4：192.168.1.192，网络地址范围是192.168.1.192192.168.1.255，广播地址是192.168.1.255。

五、实验结果与分析（一）本地IP地址信息通过"ipconfig"命令查看，本地计算机的IP地址为192.168.1.101，子网掩码为255.255.255.0，默认网关为192.168.1.1。

（二）网络连通性测试1.当ping同网段的其他设备（如192.168.1.100）时，数据包全部成功接收，丢包率为0，往返时间在几毫秒到几十毫秒之间，说明同网段内网络连通正常。2.当ping不同网段的设备（如192.168.2.1）时，数据包无法发送成功，出现请求超时的提示，这是因为不同网段之间需要通过路由器进行转发，而当前网络环境中没有配置相应的路由信息。

（三）IP数据报分析1.通过Wireshark抓包工具分析捕获的数据包，发现IP数据报的首部字段信息与理论知识相符。例如，版本为4，首部长度为20字节，协议为TCP（根据上层应用协议判断），源IP地址和目标IP地址正确显示。2.观察到数据报在传输过程中，会根据网络情况进行分片或不分片处理。如果数据报大小超过了网络的MTU（最大传输单元），则会进行分片，每个分片都有自己的标识、标志和片偏移等信息，以便在接收端能够正确重组。

（四）子网划分结果按照上述子网划分步骤，成功将C类网络192.168.1.0划分为4个子网。每个子网都有自己独立的网络地址范围和广播地址，可以在不同子网中分配设备使用，提高了网络的管理效率和安全性。

六、实验总结通过本次网际协议实验，深入理解了网际协议的基本概念、IP地址的分类和子网掩码的作用，掌握了IP数据报的格式和传输过程。通过实际操作，包括查看本地IP地址、测试网络连通性、分析IP数据报和子网划分等，提高了对网络协议的实践能力和解决网络问题的能力。同时，也认识到网络配置和管理的复杂性，需要深入学习和不断实践才能更