计算机网络实验报告2

1、实 验 报 告课程名称 计算机网络 实验项目 _ 网际协议IP 实验仪器 网络协议仿真教学系统 系 别 计算机学院_ 专 业 班级/学号 学生姓名 实验日期 _ _成 绩 _ 指导教师 _ _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、 实验原理 理论基础：(一) IP（网际协议）简介 IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。 IP协议提供不可靠、无连接的数据报传送服务，即它对数据进行“尽力传输”，只负责将分组发送到

2、目的主机， 不管传输正确与否，不作验证、不发确认、也不保证IP数据报到达顺序，将纠错重传问题交由传输层来解决。 (二) IP报文格式IP数据报格式如下图所示，它是由IP首部加数据组成的。普通的IP首部长为20个字节，除非含有选项字段， 但其最大长度不会超过60字节。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(三) IP地址类型及其结构IP地址是网际协议地址（Internet Protocol address）的简称。用于Internet上主机的唯一标识。 通信时

3、要利用IP地址来指定目的主机地址。有两种形式来表示计算机在Internet上的地址：一种是数字表示的地址，通常称为IP地址。 另一种是用字母表示的地址，称为域名地址。1. IP地址的组成 通常我们所说的IP协议使用32比特的地址，也可称为Ipv4。它的地址由类别、网络地址和主机地址共3个部分组成。类别区分地址的使用方式， 网络地址用于区分不同的网络，主机地址用于在一个网络中区分主机。 IP地址分成5类：A类，B类，C类，D类和E类。其中A、B和C类址是基本的Internet地址，是用户使用的地址， D类地址是用于多目标广播的广播地址（也称多播或组播地址），E类地址为保留地址。IP地址的详细结构

4、如下：A类地址通常分配组有许多机器连网的大型网络，它用第一位“0”作为标志。使用24位的主机地址来标识连网计算机，网内主机数目 可以达1600万个，而网络地址使用7位来限制可被识别的网络数目；B类地址用“10”作为标志，使用16位的主机地址和14位的网络地址， 网内主机最多65534个；C类地址用“110”作为标志，主机地址占8位，网内主机数目有254个，网络地址21位， C类地址主要用于连网主机数目少而网络数目多的网络；D类地址的标志是“1110”，用于多目标广播。2. IP地址的表示法 首先将32位的IP地址分成4组，每组为8位，并用句点（.）隔开。然后将这4个组用4个十进制数表示，每个数

5、都小于256。 例如，有一32位IP地址10000001 00001110 00000110 00011111， 可以表示为129.14.6.31，由于它以“10”开头，所以是一个B类地址，其网络地址是129.34，主机地址是6.31。 这种表示法被称为点分十进制计数法。如果用w,x,y,z分别表示这4个字节，则5类IP地址的范围就是：A类：1.x.y.z126.x.y.z（其中，127.0.0.1不作IP地址，用于网络内部使用） B类：128.x.y.z191.x.y.z C类：192.x.y.z223.x.y.z D类：224.0.0.0239.255.255.255（其中224.0.0.

6、0不用，224.0.0.1分配给永久性IP主机组，包括网关） 3. 特殊的IP地址网络地址：主机地址为全“0”的IP地址不分配给任何主机，而是作为网络本身的标识。例：主机202.198.151.136所在网络地址为202.198.151.0 直接广播地址：主机地址为全“1”的IP地址不分配给任何主机，用作广播地址，对应分组传递给该网络中的所有结点 （能否执行广播，则依赖于支撑的物理网络是否具有广播功能）。例：202.198.151.136所在网络的广播地址为202.198.151.255 有限广播地址：32位为全“1”的IP地址（255.255.255.255）称为有限广播地址，通常由无盘工作

7、站启动时使用，希望从网络IP地址 服务器处获得一个IP地址。 主机本身地址：32位全“0”的IP地址（0.0.0.0）称为主机本身地址。 回送地址：127.0.0.1称为回送地址，常用于本机上软件测试和本机上网络应用程序之间的通信地址。 4. 专用IP地址TCP/IP协议需要IP地址支持，随着Internet的普及，IP地址资源已经开始出现告急的趋势，一个解决方案是利用专用网的地址分配 方案。原理是定义两类IP地址：全局IP地址：用于Internet上的公共主机 专用IP地址：仅用于专用网内部的本地主机 公共主机和本地主机可以共存于同一网络和进行互访，而大多数路由器不转发携带本地IP地址的分组

8、。本地主机必须经网络地址转换服务器（NAT或代理服务器）才能访问Internet。RFC1918定义的专用IP地址为：10.0.0.0-10.255.255.255 1个A类网络 172.16.0.0-172.31.255.255 16个连续的B类网络 192.168.0.0-192.168.255.255 256个连续的C类网络 企业内部网主机的IP地址可以设置成专用IP地址，进行企业内部的网络应用；并可通过代理服务器访问Internet。这样 只需要申请少量的IP地址，既解决了IP不足的问题，又解决了网络安全问题。(四) 子网的划分将网络进一步划分成独立的组成部分，每个部分称为这个网络（或

9、者更高一级子网）的子网。子网的设计是为了便于网络的管理、 提高系统的可靠性、防止整个网络通信的瘫痪、改进系统性能、克服简单局域网的技术条件限制、通过设置不同访问权限来增强系统的安全保障。 现在所有的主机都要求支持子网编址。不是把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。 例如，把一个B类网络地址的16位主机号分成8位子网号和8位主机号如下图：这样就允许有254个子网，每个子网可以有254台主机。对A类和B类网络，许多管理员采用自然的划分方法， 即以8 bit为单位划分子网地址和主机号。 这样用点分十进制方法表示的IP地址就可以比较容易确定子网号。

10、但是，并不要求A类或B类地址的子网划分都要以字节为划分界限。 子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织的细节。 任何主机除了IP地址以外，还需要知道IP中有多少比特用于子网号多少比特用于主机号。这是通过使用一个称为“子网掩码”的32bit 值来完成的。其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。下图是一个B类地址的两种不同的子网掩码：给定IP地址和子网掩码以后，主机就可以确定IP数据报的目的是：(1) 本子网上的主机； (2) 本网络中其他子网中的主机；(3) 其他网络上的主机。 如果知道本机的IP地址，那么就知道它是否为A类、B类或C类地址(从IP地址的高位可以得知)， 也就知道

11、网络号和子网号之间的分界线。而根据子网掩码就可知道子网号与主机号之间的分界线。 子网掩码除了可以如IP地址一样用“点分十进制”方式表示外，还可以在IP地址后用一个斜线（/）后面写明子网掩码的位数的方法来表示。 如：192.168.1.25/24表示IP地址192.168.1.25的掩码为255.255.255.0。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: 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

12、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。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：

13、直接交付->特定主机交付->特定网络交付->默认交付。 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。路由选择模块的工作过程如图： 三、 网络结构四、 实验内容主机B启动静态路由服务（方法：在命令行方式下，输入“staticrout

14、e_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。IP在计算校验和时包括那些内容？2. 在主机B（两块网卡分别打开两个

15、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1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： 9.主机B、E是否能捕获到主机A所发

16、送的报文？简述产生这种现象的原因。答：不能，因为LLC减到了0会被丢弃，LLC指报文生存时间。练习三：IP数据报分片 在主机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” 设置以太网端口的MTU为800字节（两个端口都设置）。 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)。 在主机A上，执行命令ping -l 1000 172.16.0.2。 主机A、B、E停止捕获数据。在主机E上重新定义过滤条件（取一个ICMP数据包，按照其IP层的Identification字段设置过滤），如图所示： 将ICMP的报文分片信息填入下表，分析表格内容，理解分片的过程。字段名称分片序号1分片序号1分片序号1Identification字段值  699 699 699More fragments字段值  1 1 0Fragment offset字段值  0 776 1480传输的数据量 796 724 548 分析表格内容，理解分片的过程。5.主机E恢复默认过滤器。主机A、B、E重新开始捕获数据。 6.在主机A上，执行命令ping -l 2000 172.16.0.2。