合肥学院TCPIP协议分析及应用实验报告 4.docx
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合肥学院TCPIP协议分析及应用实验报告4
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
项目名称网际协议IP
班级
学号
姓名
同组人员
实验日期2014.11.14
1、实验目的与要求：
1、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
2、实验环境（标明拓扑结构、源主机、目的主机的IP地址及MAC地址）
2、实验内容
1、实验原理
（1）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
（2）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。
（3）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
（4）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。
2、实验流程概述
（1）编辑并发送IP数据包
（2）对于一些特殊IP地址的报文编辑及发送
（3）IP数据包分片的报文发送
3、实验具体步骤及结果
练习一：
编辑并发送IP数据包
1）主机A启动仿真编辑器，编辑一个IP数据报：
MAC层：
目的MAC地址:
主机B的MAC地址（对应于172.16.1.1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（172.16.1.2）
目的IP地址:
主机E的IP地址（172.16.0.2）
校验和：
在其他所有字段填充完毕后计算并填充
【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。
IP在计算校验和时包括哪些内容？
答：
IP的首部校验和只检验数据报的首部,但不包括数据部分。
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。
答：
发生了变化,发生变化的字段有“生存空间”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。
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，并回答以下问题：
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：
主机B对应于172.16.1.1的接口可以捕获到主机A发送的报文。
主机B对应于172.16.0.1的接口和主机E并不能捕获到主机A发送的报文。
原因：
当“生存时间”字段的值减到0时，路由器将该报文因为报文丢弃不转发。
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172.16.1.1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。
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172.16.1.2接收和发送的所有IP数据包，设置地址过滤条件如下：
172.16.1.2<->Any）。
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。
记录实验结果:
主机号
收到IP数据报1
B、C、D、E、F
收到IP数据报2
B、E、F
结合实验结果，简述直接广播地址的作用。
答：
直接广播地址的作用是限制在同一网络的都能收到报文。
2、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，172.16.1.2<->Any）。
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。
记录实验结果:
主机号
收到主机A发送的IP数据报
B、C、D
未收到主机A发送的IP数据报
E、F
结合实验结果，简述受限广播地址的作用。
答：
受限广播地址只可以向本网段内广播。
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-l1000172.16.0.2。
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）。
将ICMP的报文分片信息填入下表：
字段名称
分片序号1
分片序号2
Identification字段值
2249
2248
Morefragments字段值
1
0
Fragmentoffset字段值
0
776
传输的数据量
768
232
分析表格内容，理解分片的过程。
答：
IP分片:
MTU限制了数据帧的最大长度。
不同的类型都有一个上限值。
如果IP层有数据包要传输，而数据包超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片传输。
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-l2000172.16.0.2。
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。
三、实验分析与小结：
实验问题解决方案：
1、初次实验，发现主机网卡指示灯不亮，或者在同一共享模块的主机之间不能连通？
主要原因在于机柜上的网线插接错误，要严格按照实验拓扑要求进行实验网线的插接；同时主机后的网卡要连接正确的网线，双网卡的主机两块网卡要注意区分。
2、编辑好的报文不能发送，提示有长度错误、校验和错误？
报文编辑除相应的ip地址和MAC地址要填写，报文的总长度和校验和也要通过手动计算获得后进行填写。
实验总结:
做tcp/ip课程的实验着重加强对理论的理解，平时看理论搭拓扑、编报文都是记忆理解，等到真正实验插接网卡连接主机时，会出现各种问题；同样，编辑报文都需要细心，关键词的填写不能遗忘。
填写ip地址mac地址时，可以双击侧面的主机列表，直接替换报文中的地址，方便且不容易出错。
四、其它
1、试说明IP地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？
答：
IP地址在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层以上使用的是IP地址，而链路层以下使用的是硬件地址。
每个路由器都有IP地址和硬件地址。
使用IP地址与硬件地址，尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同，IP层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，并使我们能够使用统一的、抽象的IP地址进行通信。
2、不同协议的MTU的范围从296到65535。
使用大的MTU有什么好处？
使用小的MTU有什么好处？
答：
使用大的MTU会减少分片数目，实现报文的快速传输，减少出错；使用小的MTU会减少每次传输性能的要求。
3、IP数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。
这样做的最大好处是什么？
坏处是什么？
答：
IP数据报对传输的数据不做检验，这样做的最大好处是减少IP数据报的处理复杂度，提高数据报的传输速度。
坏处是，这样做实际上把检验的任务交给了上层协议，增加了上层协议的复杂性。
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