计算机网络课程网际协议IP地址实验报告.doc

重庆师范大学

课程名称：计算机网络
实验题目：网际协议IP

姓 名：

专 业：

学 院：

指导老师：

时

实验三 网际协议IP
实验目的：
1、 掌握IP数据报的报文格式
2、 掌握IP检验和计算方法
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
采用网络结构二

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位首部校验和
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。不同的网络类型有一股上限值。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”的值要改为该片的长度值。
三、 IP路由表
大部分网络层设备（包括PC机、三层交换机、路由器等）都存储着一张记录路由信息的表格，称为路由表。一张路由表由许多表项组成。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。
路由表匹配顺序如下：
直接交付：路由表项的“目的地址”字段是交付主机的本网络地址。
特定主机交付：路由表项的“目的地址”字段是某台特定主机的IP地址。
特定网络交付：路由表项的“目的地址”字段是另一个网络的地址。
默认交付： 路由表项的“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（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：
对路由表中的每一个表项使用分组的目的IP地址与项目 相匹配

匹配成功

该项目的“目的地址”是另一个网络

使用该项目路由表中的“下一跳地址/网关”作为下一跳地址
该项目的“目的地址”是本网络，使用分组的目的IP地址作为下一跳地址

发送ICMP差错报文

把分组连同下一跳地址发送到分片模块

停止

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报文
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. 71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. 72）。
目的IP地址：主机E的IP地址（172.16. 0. 72）。
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哪些内容？
答：校验和包括IP报文首部
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：会发生变化。MAC地址会发生变化，因为在主机B转发报文时，数据链路层是依据MAC层地址来转发的。所以MAC地址会发生变化。
5、 将第1步中主机A所编辑饿报文的“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发生第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能捕获主机A所发送的报文，但是主机E不能捕获。因为主机A所发送的报文把生存时间设置为1，当报文到达主机B时，就会将生存时间减为0，当生存时间为0时，就会丢弃报文。所以B能收到报文，但是却不转发，致使E不能捕获报文。
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172.16.1.71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172.16.1.72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）。
（4） 主机B、C、D、E、F开始捕获数据。
（5） 主机A同时发送这两个数据报。
（6） 主机B、C、D、E、F停止捕获数据。
记录实验结果
主机号

B、C、D
收到IP数据报1

E、F
收到IP数据报2

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，在本网段的所有主机都可以收到这个报文，但是不在本网段内的主机就不能收到这个报文。
2、 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：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：255.255.255.255
校验和：在其他字段填充完毕后，计算并填充。
（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协议捕获172.16.1.72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）。
（3） 主机B、C、D、E、F开始捕获数据。
（4） 主机A同时发送这两个数据报。
（5） 主机B、C、D、E、F停止捕获数据。
记录实验结果
主机号

B、C、D、E、F
收到主机A发送的IP数据报

无
未收到主机A发送的IP数据报

3、 环回地址
（1） 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）。
（2） 主机E ping 127.0.0.1。
（3） 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？
答：F能捕获E的数据报。因为127.0.0.1是环回地址，所以在本网段的主机F能收到E发送的数据报。
练习三：IP数据报分片
1、 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）。
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 -1 1000 172.16.0.2 。
4、 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）。
将ICMP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2
分片序号3
Identification 字段值
63234
63234
63234
More fragments字段值
1
1
0
Fragment offset字段值
0
499
999
传输的数据量
548
548
49
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 -1 2000 172.16.0.72 。
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。
练习四：子网掩码与路由转发
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（172.16.1.71）、D、F设置子网掩码为255.255.255.240 。
3、 主机A ping 主机B（172.16.1.71），主机 C ping 主机D （172.16.1.74），主机E ping 主机F （172.16.0.73）。
记录实验结果

是否ping通
主机A----主机B
是
主机C----主机D
否
主机E----主机F
否
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：当两主机之间有路由转发，即使子网掩码不同，也可以相互通信。
4、 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A ping 主机C（172.16.1.3）。
记录实验结果

是否ping通
为什么
主机A----主机C
否
不在同一个网段