1、实验一 IP 协议分析实验1 IP 协议介绍（1）IP 地址的编址方法 IP 地址是为每个连接在互联网上的主机分配的唯一识别的 32 位标识符。IP 地址的编址方法共经历了三个阶段： * 分类的 IP 地址 这是一种基于分类的两级 IP 地址编址的方法。 表 1 IP地址的分类IP 地址类型第一字节十进制范围二进制固定最高位二进制网络位二进制主机位A 类 1-126 0 8 位 24 位B 类 128 191 10 16 位 16 位C 类 192 223 110 24 位 8 位D 类 224 239 1110 组播地址E 类 240 254 1111 保留试验使用如表 1 所示，IP 地址
2、分为 A，B，C，D，E 五类，其中 A、B、C 类地址为可分配主机 地址，而 D 类地址为组播地址，E 类地址保留以备将来的特殊使用。IP 地址采用点分十进制方式记录，每个地址表被视为 4 个以点分隔开的十进制整数，每个整数对应一个字节。A、B、C 三类地址由两部分组成：网络地址和主机地址，这三类地址的网络地址部分的 长度不一样。每个 A 类地址的网络中可以有 1600 万台主机；每个 B 类地址的网络中可以有 65534 台主机；每个 C 类地址的网络中可以有 254 台主机。 这样对于一个共有几十台计算机的局域网来说即使分配一个 C 类地址也是一种浪费。为此，提出了子网和子网掩码的概念。
3、 * 划分子网的 IP 地址 子网就是将一个 A 类、B 类或 C 类网络分割成许多小的网络，每一个小的网络就称为子网。划分子网采用 “网络号”“子网号”“主机号”三级编址的方法。在划分了子网的网络地址中，子网掩码用于确定网络地址。 子网掩码是一个和 IP 地址对应的 32 位二进制数。子网掩码中与 IP 地址的网络地址对应的部分为 1，与主机地址对应的部分为 0。这样把网络接口的 IP 地址与该接口上的掩码相与就得到该接口所在网络的网络地址，而把该 IP 地址与掩码的反码相与则可得到主机地址。 * 无分类域间路由选择 CIDR 无分类域间路由选择 CIDR 是根据划分子网阶段的问题提出的编址
4、方法。IP 地址采用“网络前缀”“主机号”的编址方式。目前 CIDR 是应用最广泛的编址方法，它消除了传统的 A、B、C 类地址和划分子网的概念，提高了 IP 地址资源的利用率，并使得路由聚合的实现成为可能。 （2）IP 报文格式 IP 报文由报头和数据两部分组成，如图 1 所示： 图 1 IP报文格式其中主要字段的意义和功能如下： * 版本：指 IP 协议的版本； * 头长：是指 IP 数据报的报头长度，它以 4 字节为单位。IP 报头长度至少为 20 字节，如果选项部分不是 4 字节的整数倍时，由填充补齐； * 总长度：为整个 IP 数据报的长度； * 服务类型：规定对数据报的处理方式；
5、* 标识：是 IP 协议赋予数据报的标志，用于目的主机确定数据分片属于哪个报文； * 标志：为三个比特，其中只有低两位有效，这两位分别表示该数据报文能否分段和是否该分段是否为源报文的最后一个分段； * 生存周期：为数据报在网络中的生存时间，报文每经过一个路由器时，其值减 1，当生存周期变为 0 时，丢弃该报文；从而防止网络中出现循环路由； * 协议：指 IP 数据部分是由哪一种协议发送的； * 校验和：只对 IP 报头的头部进行校验，保证头部的完整性； * 源 IP 地址和目的 IP 地址：分别指发送和接收数据报的主机的 IP 地址。 （3）IP 数据报的传输过程 在互联网中，IP 数据报根据
6、其目的地址不同，经过的路径和投递次数也不同。当一台主机要发送 IP 数据报时，主机将待发送数据报的目的地址和自己的子网掩码按位 “与” ，判断其结果是否与其所在网络的网络地址相同，若相同，则将数据报直接投递给目的主机，否则，将其投递给下一跳路由器。 路由器转发数据报的过程如下： 当路由器收到一个数据报文时，对和该路由器直接相连的网络逐个进行检查，即用 目的地址和每个网络的子网掩码按位 “与” ，若与某网络的网地址相匹配，则直接投递；否 则，执行 2。 对路由表的每一行，将其中的子网屏蔽码与数据报的目的地址按位 “与” ，若与该行的目的网络地址相等，则将该数据报发往该行的下一跳路由器；否则，执行
7、 3。 若路由表中有一个默认路由，则将数据报发送给路由表所指定的默认路由器。否则，报告转发出错。 2实验环境与说明（1）实验目的 使用 Ping 命令在两台计算机之间发送数据报，用 Ethereal 截获数据报，分析 IP 数据报的格式，理解 IPV4 地址的编址方法，加深对 IP 协议的理解。 （2）实验设备和连接 实验设备和连接图如图 2 所示，一台 R1760 路由器连接 2 台 PC 机，分别命名为PC1、PC2。 图 2 IP协议分析实验连接图（3）实验分组 每名同学为一组，各自独立完成实验。 3实验步骤 步骤 1：按照如图 2 连接好设备； 步骤 2：完成路由器和 PC1、PC2
8、的相关配置 步骤 3：截获 PC1 上 ping PC2 的报文，结果保存为 IP-学号； 步骤 4：任取一个数据报，分析 IP 协议的报文格式，完成下列各题： 1）分析 IP 数据报头的格式，完成表 2； 表 2 IP协议报文分析字段 报文信息 说明 版本 头长 服务类型 总长度 标识 标志 片偏移 生存周期 协议 校验和 源地址 目的地址 2）查看该数据报的源 IP 地址和目的 IP 地址，他们分别是哪类地址？体会 IP 地址的编址方法。 _ _ IP 数据报分片1IP 数据报分片实验原理 我们已经从前边的实验中看到，IP 报文要交给数据链路层封装后才能发送。 理想情况下，每个 IP 报文
9、正好能放在同一个物理帧中发送。但在实际应用中，每种网络技术所支持的最大帧长各不相同。例如：以太网的帧中最多可容纳 1500 字节的数据；FDDI 帧最多可容纳 4470 字节的数据。这个上限被称为物理网络的最大传输单元（MTU，Maxium Transfer Unit） 。 TCP/IP 协议在发送 IP 数据报文时，一般选择一个合适的初始长度。当这个报文要从一个 MTU 大的子网发送到一个 MTU 小的网络时，IP 协议就把这个报文的数据部分分割成能被目的子网所容纳的较小数据分片，组成较小的报文发送。每个较小的报文被称为一个分片 （Fragment） 。每个分片都有一个 IP 报文头，分片后
10、的数据报的 IP 报头和原始 IP 报头除分片偏移、MF 标志位和校验字段不同外，其他都一样。图 3 显示了 Ethereal 捕获的IP 数据报分片的分析情况，可参考。 图 3 IP数据报分片示例重组是分片的逆过程，分片只有到达目的主机时才进行重组。当目的主机收到 IP 报文时，根据其片偏移和标志 MF 位判断其是否一个分片。若 MF 为 0，片偏移为 0，则表明它是一个完整的报文；否则，则表明它是一个分片。当一个报文的全部分片都到达目的主机时，IP 就根据报头中的标识符和片偏移将它们重新组成一个完整的报文交给上层协议处理。 2实验步骤 步骤 1：连接好设备 步骤 2：在 PC1、PC2 两
11、台计算机上运行 Ethereal，为了只截获和实验有关的数据报，设置 Ethereal 的截获条件为对方主机的 IP 地址，开始截获报文； 步骤 3：在 PC1 上执行如下 Ping 命令，向主机 PC2 发送 4500B 的数据报文： Ping l 4500 n 2 172.16.20.100 步骤 4：停止截获报文，分析截获的报文，回答下列问题： 1）以太网的 MTU 是多少？ _ 2）对截获的报文分析，将属于同一 ICMP 请求报文的分片找出来，主机 PC1 向主机PC2 发送的 ICMP 请求报文分成了几个分片？ _ 3）若要让主机 PC1 向主机 PC2 发送的数据分为 3 个分片，则 Ping 命令中的报文长度应为多大？为什么？ _ _ _ 4 ）将第二个 ICMP 请求报文的分片信息填入表 3： 表 3 ICMP请求报文分片信息分片序号 标识(Identification) 标志(Flag) 片偏移 (Fragment Offset) 数据长度5 ）实验结果的片偏移和理论算法矛盾吗？请说明。_ _ _
