网际协议IP.docx
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网际协议IP
网际协议ip
一、实验目的与要求：
（简述本次实验要求达到的目的，涉及到的相关知识点，实验的具体要求及实验环境，实验环境中标明源主机、目的主机的IP地址及MAC地址）
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）
拓扑结构以及各主机IP：
本网段各个主机的MAC为：
二、实验内容
（根据本次实验项目的具体任务和要求，完成相关内容，可包括：
实验原理、实验流程概述、实验具体步骤、关键技术分析、实验过程。
）
1、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。
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：
直接交付->特定主机交付->特定网络交付->默认交付
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”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
一：
编辑并发送IP数据报
二：
特殊的IP地址
三：
IP数据报分片
四：
子网掩码和数据转发
3、实验具体步骤
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；
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
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。
练习二：
特殊的IP地址
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：
172.16.0.255。
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。
IP在计算校验和只包括IP首部
2、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。
主机号
收到IP数据报1
B、C、D
收到IP数据报2
E、F
3、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
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Eping127.0.0.1。
主机F停止捕获数据。
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？
主机F不能收到，127.0.0.1是一个测试地址，网关会默认为主机自己的IP地址，相当于自己给自己发IP数据报，其他主机不能收到。
练习三：
IP数据报分片
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）。
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、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1
分片序号1
Identification字段值
1823
1823
1823
Morefragments字段值
1
1
1
Fragmentoffset字段值
0
800
1600
传输的数据量
800bytes
800bytes
800bytes
练习四：
子网掩码和路由转发
所有主机取消网关
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。
主机Aping主机B（172.16.1.1），主机Cping主机D（172.16.1.4），主机Eping主机F（172.16.0.3）。
记录实验结果
是否ping通
主机A----主机B
通
主机C----主机D
通
主机E----主机F
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？
两个主机分别与子网掩码相与后，得到的网络号是一样的，这样两主机的子网掩码不同，却可以相互通信。
主机A设置子网掩码为255.255.255.252，主机C设置子网掩码为255.255.255.254，用主机Aping主机C（172.16.1.3）。
记录实验结果
是否ping通
主机A----主机C
否
三、实验分析与小结：
（实验结果需有相关截图，分析实验结果；总结实验过程中遇到的问题并分析产生的原因及相关解决方法；附上个人心得体会）
1、实验结果（结果截图）
B给A发送报文：
C的广播报文：
2、实验结果分析
在发送报文时，直接广播报文本网段和其他网段都可以收到报文，但是受限广播报文只有本网段才能收到。
3、实验中遇到的问题及解决法方法
在使用协议分析器时，刚开始别人发送的报文会收不到！
在勾选了过滤的报文类型后就可以收到。
4、心得体会
实验最开始首先要测试各主机的联通性，不能出现同一网段的主机都ping不通（需要注意的是有时主机之间可以ping的通，但拓扑却验证不过）。
本次实验虽然不是很难，但需要小组的人团结一致，共同来完成。
例如主机A发送报文时，其他的主机需要清空缓存，这样方便查看A发送的报文。
编辑报文的人需要特别的细心：
源MAC地址，目的MAC地址，源IP，目的IP一个都不能出错。
还要特别注意校验和等的计算。
四、其它
（思考题）
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同的地址？
答：
IP地址是数据链路层的地址，硬件地址称为MAC地址，是主机物理层的地址，对应不同协议。
IP地址主要用于确定主机的拓扑位置，物理地址是区分不同主机的编号。
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：
MTU是指一种通信协议的某一层上面所能通过的最大数据包大小（以字节为单位）。
最大传输单元这个参数通常与通信接口有关（网络接口卡、串口等）。
大的MTU有效传输数据率高；小的MTU,由于被分成小的片传输，每小片都要加上首部和尾部，使每次传输，有效数据率降低。
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：
将校验工作交给终端，在网络可靠很好，不出差错的情况下，确认次数减少，节省了带宽。
坏处：
在网络可靠性不好时，一旦出差错，需要重传整个文件。
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