計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗報告2

1、實 驗 報 告課程名稱 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 實驗項目 _ 網(wǎng)際協(xié)議IP 實驗儀器 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng) 系 別 計算機(jī)學(xué)院_ 專 業(yè) 班級/學(xué)號 學(xué)生姓名 實驗日期 _ _成 績 _ 指導(dǎo)教師 _ _一、 實驗?zāi)康?. 掌握IP數(shù)據(jù)報的報文格式2. 掌握IP校驗和計算方法3. 掌握子網(wǎng)掩碼和路由轉(zhuǎn)發(fā)4. 理解特殊IP地址的含義5. 理解IP分片過程二、 實驗原理 理論基礎(chǔ)：(一) IP（網(wǎng)際協(xié)議）簡介 IP是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP數(shù)據(jù)都以IP數(shù)據(jù)報格式傳輸。 IP協(xié)議提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報傳送服務(wù)，即它對數(shù)據(jù)進(jìn)行“盡力傳輸”，只負(fù)責(zé)將分組發(fā)送到

2、目的主機(jī)， 不管傳輸正確與否，不作驗證、不發(fā)確認(rèn)、也不保證IP數(shù)據(jù)報到達(dá)順序，將糾錯重傳問題交由傳輸層來解決。 (二) IP報文格式IP數(shù)據(jù)報格式如下圖所示，它是由IP首部加數(shù)據(jù)組成的。普通的IP首部長為20個字節(jié)，除非含有選項字段， 但其最大長度不會超過60字節(jié)。4位版本4位首部長度8位服務(wù)類型16位總長度（字節(jié)數(shù)）16位標(biāo)識3位標(biāo)志13位片偏移8位生存時間8位協(xié)議類型16位首部檢驗和32位源IP地址32位目的IP地址選項（如果有）數(shù)據(jù)(三) IP地址類型及其結(jié)構(gòu)IP地址是網(wǎng)際協(xié)議地址（Internet Protocol address）的簡稱。用于Internet上主機(jī)的唯一標(biāo)識。 通信時

3、要利用IP地址來指定目的主機(jī)地址。有兩種形式來表示計算機(jī)在Internet上的地址：一種是數(shù)字表示的地址，通常稱為IP地址。 另一種是用字母表示的地址，稱為域名地址。1. IP地址的組成 通常我們所說的IP協(xié)議使用32比特的地址，也可稱為Ipv4。它的地址由類別、網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址共3個部分組成。類別區(qū)分地址的使用方式， 網(wǎng)絡(luò)地址用于區(qū)分不同的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)地址用于在一個網(wǎng)絡(luò)中區(qū)分主機(jī)。 IP地址分成5類：A類，B類，C類，D類和E類。其中A、B和C類址是基本的Internet地址，是用戶使用的地址， D類地址是用于多目標(biāo)廣播的廣播地址（也稱多播或組播地址），E類地址為保留地址。IP地址的詳細(xì)結(jié)構(gòu)

4、如下：A類地址通常分配組有許多機(jī)器連網(wǎng)的大型網(wǎng)絡(luò)，它用第一位“0”作為標(biāo)志。使用24位的主機(jī)地址來標(biāo)識連網(wǎng)計算機(jī)，網(wǎng)內(nèi)主機(jī)數(shù)目 可以達(dá)1600萬個，而網(wǎng)絡(luò)地址使用7位來限制可被識別的網(wǎng)絡(luò)數(shù)目；B類地址用“10”作為標(biāo)志，使用16位的主機(jī)地址和14位的網(wǎng)絡(luò)地址， 網(wǎng)內(nèi)主機(jī)最多65534個；C類地址用“110”作為標(biāo)志，主機(jī)地址占8位，網(wǎng)內(nèi)主機(jī)數(shù)目有254個，網(wǎng)絡(luò)地址21位， C類地址主要用于連網(wǎng)主機(jī)數(shù)目少而網(wǎng)絡(luò)數(shù)目多的網(wǎng)絡(luò)；D類地址的標(biāo)志是“1110”，用于多目標(biāo)廣播。2. IP地址的表示法 首先將32位的IP地址分成4組，每組為8位，并用句點(diǎn)（.）隔開。然后將這4個組用4個十進(jìn)制數(shù)表示，每個數(shù)

5、都小于256。 例如，有一32位IP地址10000001 00001110 00000110 00011111， 可以表示為129.14.6.31，由于它以“10”開頭，所以是一個B類地址，其網(wǎng)絡(luò)地址是129.34，主機(jī)地址是6.31。 這種表示法被稱為點(diǎn)分十進(jìn)制計數(shù)法。如果用w,x,y,z分別表示這4個字節(jié)，則5類IP地址的范圍就是：A類：1.x.y.z126.x.y.z（其中，127.0.0.1不作IP地址，用于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部使用） B類：128.x.y.z191.x.y.z C類：192.x.y.z223.x.y.z D類：224.0.0.0239.255.255.255（其中224.0.0.

6、0不用，224.0.0.1分配給永久性IP主機(jī)組，包括網(wǎng)關(guān)） 3. 特殊的IP地址網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)地址為全“0”的IP地址不分配給任何主機(jī)，而是作為網(wǎng)絡(luò)本身的標(biāo)識。例：主機(jī)202.198.151.136所在網(wǎng)絡(luò)地址為202.198.151.0 直接廣播地址：主機(jī)地址為全“1”的IP地址不分配給任何主機(jī)，用作廣播地址，對應(yīng)分組傳遞給該網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn) （能否執(zhí)行廣播，則依賴于支撐的物理網(wǎng)絡(luò)是否具有廣播功能）。例：202.198.151.136所在網(wǎng)絡(luò)的廣播地址為202.198.151.255 有限廣播地址：32位為全“1”的IP地址（255.255.255.255）稱為有限廣播地址，通常由無盤工作

7、站啟動時使用，希望從網(wǎng)絡(luò)IP地址 服務(wù)器處獲得一個IP地址。 主機(jī)本身地址：32位全“0”的IP地址（0.0.0.0）稱為主機(jī)本身地址。 回送地址：127.0.0.1稱為回送地址，常用于本機(jī)上軟件測試和本機(jī)上網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序之間的通信地址。 4. 專用IP地址TCP/IP協(xié)議需要IP地址支持，隨著Internet的普及，IP地址資源已經(jīng)開始出現(xiàn)告急的趨勢，一個解決方案是利用專用網(wǎng)的地址分配 方案。原理是定義兩類IP地址：全局IP地址：用于Internet上的公共主機(jī) 專用IP地址：僅用于專用網(wǎng)內(nèi)部的本地主機(jī) 公共主機(jī)和本地主機(jī)可以共存于同一網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)行互訪，而大多數(shù)路由器不轉(zhuǎn)發(fā)攜帶本地IP地址的分組

8、。本地主機(jī)必須經(jīng)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器（NAT或代理服務(wù)器）才能訪問Internet。RFC1918定義的專用IP地址為：10.0.0.0-10.255.255.255 1個A類網(wǎng)絡(luò) 172.16.0.0-172.31.255.255 16個連續(xù)的B類網(wǎng)絡(luò) 192.168.0.0-192.168.255.255 256個連續(xù)的C類網(wǎng)絡(luò) 企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)主機(jī)的IP地址可以設(shè)置成專用IP地址，進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；并可通過代理服務(wù)器訪問Internet。這樣 只需要申請少量的IP地址，既解決了IP不足的問題，又解決了網(wǎng)絡(luò)安全問題。(四) 子網(wǎng)的劃分將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步劃分成獨(dú)立的組成部分，每個部分稱為這個網(wǎng)絡(luò)（或

9、者更高一級子網(wǎng)）的子網(wǎng)。子網(wǎng)的設(shè)計是為了便于網(wǎng)絡(luò)的管理、 提高系統(tǒng)的可靠性、防止整個網(wǎng)絡(luò)通信的癱瘓、改進(jìn)系統(tǒng)性能、克服簡單局域網(wǎng)的技術(shù)條件限制、通過設(shè)置不同訪問權(quán)限來增強(qiáng)系統(tǒng)的安全保障。 現(xiàn)在所有的主機(jī)都要求支持子網(wǎng)編址。不是把IP地址看成由單純的一個網(wǎng)絡(luò)號和一個主機(jī)號組成，而是把主機(jī)號再分成一個子網(wǎng)號和一個主機(jī)號。 例如，把一個B類網(wǎng)絡(luò)地址的16位主機(jī)號分成8位子網(wǎng)號和8位主機(jī)號如下圖：這樣就允許有254個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可以有254臺主機(jī)。對A類和B類網(wǎng)絡(luò)，許多管理員采用自然的劃分方法， 即以8 bit為單位劃分子網(wǎng)地址和主機(jī)號。 這樣用點(diǎn)分十進(jìn)制方法表示的IP地址就可以比較容易確定子網(wǎng)號。

10、但是，并不要求A類或B類地址的子網(wǎng)劃分都要以字節(jié)為劃分界限。 子網(wǎng)對外部路由器來說隱藏了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)組織的細(xì)節(jié)。 任何主機(jī)除了IP地址以外，還需要知道IP中有多少比特用于子網(wǎng)號多少比特用于主機(jī)號。這是通過使用一個稱為“子網(wǎng)掩碼”的32bit 值來完成的。其中值為1的比特留給網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號，為0的比特留給主機(jī)號。下圖是一個B類地址的兩種不同的子網(wǎng)掩碼：給定IP地址和子網(wǎng)掩碼以后，主機(jī)就可以確定IP數(shù)據(jù)報的目的是：(1) 本子網(wǎng)上的主機(jī)； (2) 本網(wǎng)絡(luò)中其他子網(wǎng)中的主機(jī)；(3) 其他網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)。 如果知道本機(jī)的IP地址，那么就知道它是否為A類、B類或C類地址(從IP地址的高位可以得知)， 也就知道

11、網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號之間的分界線。而根據(jù)子網(wǎng)掩碼就可知道子網(wǎng)號與主機(jī)號之間的分界線。 子網(wǎng)掩碼除了可以如IP地址一樣用“點(diǎn)分十進(jìn)制”方式表示外，還可以在IP地址后用一個斜線（/）后面寫明子網(wǎng)掩碼的位數(shù)的方法來表示。 如：192.168.1.25/24表示IP地址192.168.1.25的掩碼為255.255.255.0。IP報文格式： IP數(shù)據(jù)報是由IP首部加數(shù)據(jù)組成的。IP首部的最大長度不超過60字節(jié)。 IP數(shù)據(jù)報文格式如下圖所示: IP分片：鏈路層具有最大傳輸單元（MTU）這個特性，它限制了數(shù)據(jù)幀的最大長度。不同的網(wǎng)絡(luò)類型都有一個上限值。以太網(wǎng)通常是1500字節(jié)。 如果IP層有數(shù)據(jù)包要傳輸，而數(shù)

12、據(jù)包的長度超過了MTU，那么IP層就要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片操作。使每一片長度都小于MTU。 IP首部中“16位標(biāo)識”、“3位標(biāo)志”和“13位片偏移”包含了分片和重組所需的信息。另外，當(dāng)數(shù)據(jù)被分片后，每個片的“16位總長度” 值要改為該片的長度值。IP路由表： 大部分網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備都存儲著一張記錄路由信息的表格，稱為路由表。它由許多條項目組成。網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備收到數(shù)據(jù)報后，根據(jù)其目的IP地址查找路由表確定數(shù)據(jù)報傳輸?shù)淖罴崖窂?下一跳)。然后利用網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議重新封裝數(shù)據(jù)報，利用下層提供的服務(wù)把數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)出去。 路由表的項目一般含有五個基本字段：目的地址、網(wǎng)絡(luò)掩碼、下一跳地址、接口、度量。路由表按如下順序匹配：

13、直接交付->特定主機(jī)交付->特定網(wǎng)絡(luò)交付->默認(rèn)交付。 路由選擇過程：路由選擇模塊從IP處理模塊接收到IP分組后，使用該分組的目的IP地址同路由表中的每一個項目按特定的順序（按照前面介紹的“路由表匹配順序”）查找匹配項，當(dāng)找到第一個匹配項后就不再繼續(xù)尋找了，這樣就完成了路由選擇過程。匹配路由表項的方法是將IP地址與路由表中的一個項目的“子網(wǎng)掩碼”進(jìn)行按位“與”操作，然后判斷運(yùn)算結(jié)果是否等于該項目的“目的地址”，如果等于，則匹配成功，否則，匹配失敗。路由選擇模塊的工作過程如圖： 三、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)四、 實驗內(nèi)容主機(jī)B啟動靜態(tài)路由服務(wù)（方法：在命令行方式下，輸入“staticrout

14、e_config”）。 按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖連接網(wǎng)絡(luò)，使用拓?fù)潋炞C檢查連接的正確性。 練習(xí)一：編輯并發(fā)送IP數(shù)據(jù)報1.主機(jī)A啟動仿真編輯器，編輯一個IP數(shù)據(jù)報，其中： MAC層： 目的MAC地址：主機(jī)B的MAC地址（對應(yīng)于172.16.1.1接口的MAC）。 源MAC地址：主機(jī)A的MAC地址。 協(xié)議類型或數(shù)據(jù)長度：0800。 IP層： 總長度：IP層長度。 生存時間：128。 源IP地址：主機(jī)A的IP地址（172.16.1.2）。 目的IP地址：主機(jī)E的IP地址（172.16.0.2）。 校驗和：在其他所有字段填充完畢后計算并填充。IP在計算校驗和時包括那些內(nèi)容？2. 在主機(jī)B（兩塊網(wǎng)卡分別打開兩個

15、捕獲窗口）、E上啟動協(xié)議分析器，設(shè)置過濾條件（提取IP協(xié)議），開始捕獲數(shù)據(jù)。 3.主機(jī)A發(fā)送第1步中編輯好的報文。 4.主機(jī)B、E停止捕獲數(shù)據(jù)，在捕獲到的數(shù)據(jù)中查找主機(jī)A所發(fā)送的數(shù)據(jù)報，并回答以下問題： 第1步中主機(jī)A所編輯的報文，經(jīng)過主機(jī)B到達(dá)主機(jī)E后，報文數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化？若發(fā)生變化，記錄變化的字段，并簡述發(fā)生變化的原因。 5.將第1步中主機(jī)A所編輯的報文的“生存時間”設(shè)置為1。重新計算校驗和。 6.主機(jī)B、E重新開始捕獲數(shù)據(jù)。 7.主機(jī)A發(fā)送第5步中編輯好的報文。 8.主機(jī)B、E停止捕獲數(shù)據(jù)，在捕獲到的數(shù)據(jù)中查找主機(jī)A所發(fā)送的數(shù)據(jù)報，并回答以下問題： 9.主機(jī)B、E是否能捕獲到主機(jī)A所發(fā)

16、送的報文？簡述產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。答：不能，因為LLC減到了0會被丟棄，LLC指報文生存時間。練習(xí)三：IP數(shù)據(jù)報分片 在主機(jī)B上使用“開始程序網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真教學(xué)系統(tǒng) 通用版工具M(jìn)TU工具” 設(shè)置以太網(wǎng)端口的MTU為800字節(jié)（兩個端口都設(shè)置）。 主機(jī)A、B、E啟動協(xié)議分析器，打開捕獲窗口進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲并設(shè)置過濾條件(提取ICMP協(xié)議)。 在主機(jī)A上，執(zhí)行命令ping -l 1000 172.16.0.2。 主機(jī)A、B、E停止捕獲數(shù)據(jù)。在主機(jī)E上重新定義過濾條件（取一個ICMP數(shù)據(jù)包，按照其IP層的Identification字段設(shè)置過濾），如圖所示： 將ICMP的報文分片信息填入下表，分析表格內(nèi)容，理解分片的過程。字段名稱分片序號1分片序號1分片序號1Identification字段值  699 699 699More fragments字段值  1 1 0Fragment offset字段值  0 776 1480傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 796 724 548 分析表格內(nèi)容，理解分片的過程。5.主機(jī)E恢復(fù)默認(rèn)過濾器。主機(jī)A、B、E重新開始捕獲數(shù)據(jù)。 6.在主機(jī)A上，執(zhí)行命令ping -l 2000 172.16.0.2。