实验三 网际协议IP

1、计算机网络原理实验报告 2015/2016(1) 实验题目 网际协议IP 学生姓名傅攀、陈泽川、陆佳峰 学生班级计算机+自动化1402 任课教师杨旭华 提交日期2015年11月 计算机科学与技术学院17计算机网络原理实验报告 浙江工业大学计算机学院【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【实验环境配置】A、B、C、D、E、F主机按下图配置IP地址图1 主机与IP地址【实验原理】一、 IP报文格式     IP数据报是由IP首部加数据组成的

2、。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

3、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： l 直接交付：路由表表项的“目的地址”字段是交付主机的本网络地址。l 特定主机交付：路

4、由表表项的“目的地址”字段是某台特定主机的IP地址。l 特定网络交付：路由表表项的“目的地址”字段是另一个网络的地址。l 默认交付：路由表表项的“目的地址”字段是一个默认路由器（默认网关）。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”

5、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。路由选择模块的工作过程：图2 路由选择模块的工作过程【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172.16.1.1接口的MAC）。    源M

6、AC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。  &

7、#160; IP在计算校验和时包括那些内容？ 【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在计算校验和时包括IP数据报的首部。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

8、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：报文数据发生变化，变化的字段为：生存时间、首部校验和，由于A发送给E的报文跨网段，经过路由器B，B在转发数据报前将生存时间（TTL）减1，并重新计算校验和。B主机和E主机捕获的报文比较B主机E主机序号: 1源地址ECA86B-C53961172.16.1.2目标地址ECA86B-C44766172.16.0.2概要描述IPv4 (网际协议IPv4): 172.16.1.2 => 172.16.0.2 (Len 23)帧长: 60 字节时间: 10:08:04.8660460时间间隔: 74.0000

9、000Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C44766源MAC地址 = ECA86B-C53961协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 23标识 = 37960标志和偏移量 = 4000保留未用 = 0.不分片 = .1.还有分片 = .0.分片偏移量 = 0生存时间 = 128高层协议类型 = 0首部校验和 = 0D7A (correct) 源IP地址 = 172.

10、16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2自定义数据数据 = .00000000: EC A8 6B C4 47 66 EC A8 6B C5 39 61 08 00 45 00 歙k腉f歙k?a.E. 00000010: 00 17 94 48 40 00 80 00 0D 7A AC 10 01 02 AC 10 .H.z?.? 00000020: 00 02 AB CD EF 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 .?. 00000030: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 . 序号: 0源地址00133B-0C2

11、AD0172.16.1.2目标地址ECA86B-C4C809172.16.0.2概要描述IPv4 (网际协议IPv4): 172.16.1.2 => 172.16.0.2 (Len 23)帧长: 60 字节时间: 10:07:22.5661870时间间隔: Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C4C809源MAC地址 = 00133B-0C2AD0协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标

12、志 = .0总长度 = 23标识 = 37960标志和偏移量 = 4000保留未用 = 0.不分片 = .1.还有分片 = .0.分片偏移量 = 0生存时间 = 127高层协议类型 = 0首部校验和 = 0E7A (correct) 源IP地址 = 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2自定义数据数据 = .00000000: EC A8 6B C4 C8 09 00 13 3B 0C 2A D0 08 00 45 00 歙k娜.;.*?.E. 00000010: 00 17 94 48 40 00 7F 00 0E 7A AC 10 01 02 AC 10 .H.z?.?

13、 00000020: 00 02 AB CD EF 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 .?. 00000030: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 . 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捕获到了A主机发送的报文，E未捕获A主机发送的

14、报文。B主机对应于172.16.1.1的网卡与A主机在同一局域网内，所以B主机收到了A主机发送的报文，而B主机作为路由器在转发数据报前将报文的生存时间减1得到0，将该数据报丢弃，不转发。所以E主机（172.16.0.2）没有收到数据报。练习二：特殊的IP地址1. 直接广播地址。 （1）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：172.16.1.255。  校验和：在其他字段填

15、充完毕后，计算并填充。 （2）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。 （3）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

16、）。 (4) 主机B、C、D、E、F开始捕获数据。 (5) 主机A发送这两个数据报。 (6) 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（172.16.1.1）、C、D收到IP数据报2  B（172.16.1.1、172.16.0.1）、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，指定了一个特定网络的“所有主机”，一个直接广播的单一拷贝被发送到一个指定的网络，在那里他被广播到所有网络终端。图3 A主机发送的

17、数据报1图4 A主机发送的数据报12. 受限广播地址。 (1) 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。(2) 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）。(3) 主机B、C、D、E、F重新开始捕获数据。(4) 主机A发送这个数据报。(5) 主机B、C、D、E、F停止捕获数据。记录实验结果:    &

18、#160;      主机号 收到主机A发送的IP数据报 B（172.16.1.1）、C、D未收到主机A发送的IP数据报 B（172.16.0.1）、E、F结合实验结果，简述受限广播地址的作用。答：受限的广播地址是255.255.25.255（全1），路由器不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。所以只有本局域网内的B、C、D主机收到了A主机发送的IP数据报。3. 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

19、获数据。· 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E发送的IP数据报，因为若主句发送一个目的地址以为环回地址（127.0.0.1）的IP数据报，则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据，而不会把数据报发送到任何网络。所以F主机不会收到E主机发送的目的地址为127.0.0.1的数据报。图5 主机E ping 127.0.0.1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)

20、。 3. 在主机A上，执行命令ping -l 1000 172.16.0.2。 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分片序号3Identification字段值28372837More fragments字段值10Fragment offset字段值097（8字节）传输的数据量796字节252字节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

21、.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。 字段名称分片序号1分片序号2分片序号3Identification字段值295829582958More fragments字段值110Fragment offset字段值097（8字节）185（8字节）传输的数据量796字节724字节548字节两次结果分析与比较：第一次A主机（MTU 1500）发送的数据报（2837）总长度为1028字节（A主机捕获），则数据部分1028-20=1008字节，分片数为1。E主机收到2个分片。分片1总长度796字节，数据部分长度为776字节，分片偏移量为0

22、,。分片2总长度252字节，数据部分长度232字节，分片偏移量97（8字节）=776字节。由于主机B的MTU被设置成了800字节，所以B在转发数据时重新分片，分片长度不超过800字节，除去固定部分20字节，数据部分不超过780字节而分片长度必须是8字节的整数倍，所以分片1数据长度为776字节，加上20字节固定首部长度，所以分片1的长度为796字节。剩余数据组成分片2。第二次A主机（MTU 1500）发送的数据报（2958），有2个分片，总长度分别为1500字节、548字节（A主机捕获）。A主机分片1，数据部分长度1480，在经过B主机分割后成为2个分片，1480-776=704字节，加上20字

23、节固定首部长度，E主机捕获的分片2总长度为724。A主机分片2总长度548字节，分片偏移量185（8字节）。E主机捕获分片3总长度548字节，分片偏移量185（8字节）。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。 练习四：子网掩码和路由转发1. 所有主机取消网关 2. 主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.224,主机B、D、F设置子网掩码为255.255.255.240。 3. 主机A ping 主机B（172.16.1.1），主机C ping 主机D（172.16.1.4），主机E ping 主机F（172.

24、16.0.3）。 记录实验结果  是否ping 通 主机A-主机B  能ping通主机C-主机D  能ping通主机E-主机F  能ping通请问什么情况下两主机的子网掩码不同，却可以相互通信？答：A ： IP ：172. 16. 1.2 00000010子网掩码：255.255.255.224 11100000按位与结果 172.16.1.0B ： IP ：172. 16. 1.1 00000001子网掩码：255.255.255.240 11110000按位与结果 172.16.1.0C ： IP ：172. 16. 1.3 00000011子网掩码

25、：255.255.255.224 11100000按位与结果 172.16.1.0D ： IP ：172. 16. 1.4 00000100子网掩码：255.255.255.240 11110000按位与结果 172.16.1.0E ： IP ：172. 16. 0.2 00000010子网掩码：255.255.255.224 11100000按位与结果 172.16.0.0F ： IP ：172. 16. 0.3 00000011子网掩码：255.255.255.240 11110000按位与结果 172.16.0.0当两台主机在同一网段时可以相互通信。4. 主机A设置子网掩码为255.25

26、5.255.252，主机C设置子网掩码为255.255.255.254，用主机A ping 主机C（172.16.1.3）。 记录实验结果  是否ping 通 主机A-主机C  否答：A ： IP ：172. 16. 1.2 00000010子网掩码：255.255.255.252 11111100按位与结果 172.16.1.0C ： IP ：172. 16. 1.3 00000011子网掩码：255.255.255.254 11111110按位与结果 172.16.1.2两主机所在网段不同，无法通信。【思考问题】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

27、同的地址？ 答：IP地址就是给因特网上的每一个主机或路由器的每一个接口分配一个在全世界范围唯一的32位的标识符。IP使得在因特网上很方便的寻址。IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。硬件地址即物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，是主机或路由器接口的标识符。在居于网链路层只能看见MAC帧，IP层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节在网路曾讨论问题，就能使用统一的、抽象的IP地址研究主机与主机或路由器之间的通信。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，IP数据报就长，这样使其的传输效率提高，IP数据

28、报首部占数据报的总长度比例减小。使用小的MTU，IP数据报就短，IP数据报越短，路由器转发速度越快。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：好处：数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算首部校验和，不检验数据部分可以减少计算的工作量。坏处：网络层无法提供可靠的传输，将检验的任务交给上层协议，增加了上层协议的复杂性。练习三IP数据报分片 A、E主机捕获的数据报（数据与协议数据内容略去，前三为A主机捕获、其余为E捕获）序号: 1源地址ECA86B-C53961172.16.1.2目标地址ECA86B-C44766172.16.0.2概要描述I

29、CMP (Internet控制报文协议) 回显请求帧长: 1042 字节时间: 10:40:20.4731620时间间隔: 5.0000000Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C44766源MAC地址 = ECA86B-C53961协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 1028标识 = 2837标志和偏移量 = 0000保留未用 = 0.不分片 = .0.还有分片

30、= .0.分片偏移量 = 0生存时间 = 128高层协议类型 = 1 (ICMP协议)首部校验和 = 0000 (incorrect) 源IP地址 = 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2ICMP (Internet控制报文协议)类型 = 8 (回显请求)代码 = 0校验和 = 4D60 (correct) 标识号 = 512序列号 = 768协议数据 = 序号: 0源地址ECA86B-C53961172.16.1.2目标地址ECA86B-C44766172.16.0.2概要描述ICMP (Internet控制报文协议) 回显请求帧长: 1514 字节时间: 10:56:

31、56.8601250时间间隔: Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C44766源MAC地址 = ECA86B-C53961协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 1500标识 = 2958标志和偏移量 = 2000保留未用 = 0.不分片 = .0.还有分片 = .1.分片偏移量 = 0生存时间 = 128高层协议类型 = 1 (ICMP协议)首部校验和 = B06E

32、 (correct) 源IP地址 = 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2ICMP (Internet控制报文协议)类型 = 8 (回显请求)代码 = 0校验和 = 6F78 (incorrect) 标识号 = 512序列号 = 2560协议数据 = 序号: 1源地址ECA86B-C53961172.16.1.2目标地址ECA86B-C44766172.16.0.2概要描述IPv4 (网际协议IPv4): 172.16.1.2 => 172.16.0.2 (Len 548)帧长: 562 字节时间: 10:56:56.8601340时间间隔: 0.0000000Et

33、hernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C44766源MAC地址 = ECA86B-C53961协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 548标识 = 2958标志和偏移量 = 00B9保留未用 = 0.不分片 = .0.还有分片 = .0.分片偏移量 = 185生存时间 = 128高层协议类型 = 1 (ICMP协议)首部校验和 = D36D (correct) 源IP地址

34、= 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2自定义数据数据 = 序号: 1源地址00133B-0C2AD0172.16.1.2目标地址ECA86B-C4C809172.16.0.2概要描述ICMP (Internet控制报文协议) 回显请求帧长: 810 字节时间: 10:42:01.8508580时间间隔: 5.0000000Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C4C809源MAC地址 = 00133B-0C2AD0协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分

35、服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 796标识 = 2837标志和偏移量 = 2000保留未用 = 0.不分片 = .0.还有分片 = .1.分片偏移量 = 0生存时间 = 127高层协议类型 = 1 (ICMP协议)首部校验和 = B4A7 (correct) 源IP地址 = 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2ICMP (Internet控制报文协议)类型 = 8 (回显请求)代码 = 0校验和 = 4D60 (incorrect) 标识号 = 512序列号 = 768协议数据 = 序号: 2源地

36、址00133B-0C2AD0172.16.1.2目标地址ECA86B-C4C809172.16.0.2概要描述IPv4 (网际协议IPv4): 172.16.1.2 => 172.16.0.2 (Len 252)帧长: 266 字节时间: 10:42:01.8508710时间间隔: 0.0000000Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C4C809源MAC地址 = 00133B-0C2AD0协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 0000

37、00.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 = .0总长度 = 252标识 = 2837标志和偏移量 = 0061保留未用 = 0.不分片 = .0.还有分片 = .0.分片偏移量 = 97生存时间 = 127高层协议类型 = 1 (ICMP协议)首部校验和 = D666 (correct) 源IP地址 = 172.16.1.2目的IP地址 = 172.16.0.2自定义数据数据 = 序号: 0源地址00133B-0C2AD0172.16.1.2目标地址ECA86B-C4C809172.16.0.2概要描述ICMP (Internet控制报文协议) 回显请求帧长: 810 字节时间: 10:58:38.2279920时间间隔: Ethernet 802.3目的MAC地址 = ECA86B-C4C809源MAC地址 = 00133B-0C2AD0协议类型或数据长度 = 0800 (IP协议)IPv4 (网际协议IPv4)版本号和首部长度 = 45版本 = 4首部长度 = 5区分服务 = 00区分服务码点 = 000000.显式拥塞传输标志 = .0.经历拥塞标志 =