计算机网络实验报告2

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（InternetProtocoladdress）的简称。用于Internet上主机的唯一标识。通信时要利用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，每个数都小于256。例如，有一32位IP地址10000001000011100000011000011111，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.z～126.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.z～191.x.y.zC类：192.x.y.z～223.x.y.zD类：224.0.0.0～239.255.255.255（其中224.0.0.0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。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：10.0.0.0-10.255.255.2551个A类网络172.16.0.0-172.31.255.25516个连续的B类网络192.168.0.0-192.168.255.255256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8bit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。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：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“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-l1000172.16.0.2。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699699699Morefragments字段值110Fragmentoffset字段值07761480传输的数据量796724548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-l2000172.16.0.2。7.主机A、B、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。五、实验结果仿真