计算机网络实验报告三网际协议IP.doc

计算机网络实验报告
实验题目：网际协议IP
学号:201200301106
日期：2014/11/20
班级：2012级软工3班
姓名： 李凯峰
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；
6.理解协议栈对IP协议的处理方法；
7.理解IP路由表作用以及IP路由表的管理。
实验环境： 
该实验采用网络结构二
实验原理：
IP协议简介、IP地址及其表示方法、IP报文格式、路由选择等知识。
实验内容及结果：
练习1：
各主机打开协议分析器，进入相应的网络结构并验证网络拓扑的正确性，如果通过拓扑验证，关闭协议分析器继续进行实验，如果没有通过拓扑验证，请检查网络连接。

本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。
1.主机B在命令行方式下输入staticroute_config命令，开启静态路由服务。
2.主机A启动协议编辑器，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：在其它所有字段填充完毕后计算并填充。
自定义字段：
数据：填入大于1字节的用户数据。
说明：先使用协议编辑器的“手动计算”校验和，再使用协议编辑器的“自动计算”校验和，将两次计算结果相比较，若结果不一致，则重新计算。

IP在计算校验和时包括哪些内容？
答：IP计算校验和包括在主机端计算校验和和在接收端计算校验和两部分：在发送端先计算校验和，并把得到的结果与数据包一起发送出去。接收端对整个数据包重复进行同样的计算。若得到的结果正确则接受这个数据包；否则就把它丢弃。

1.在发送端计算校验和
在发送端，将数据包按16位长度分段。把这些段用反码算数运算相加，将相加后得到的和再取反码就得出了校验和。
2.在接收端计算校验和
接收端把收到的数据包按16位长度分段，并把这些段相加。把得到的和取反码。若结果为0，则接受这个数据包；否则就拒绝这个数据包。IP数据包的校验和只校验IP首部部分而不校验IP数据部分。这是因为所有将数据封装在IP数据报中的高层协议，都有覆盖整个数据包的校验和。因此，IP数据报的校验和就不必再检验所封装的数据部分。其次，每经过一个路由器，IP数据包的首部就要改变一次，但数据部分不改变。
3.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。
4.主机A发送第1步中编辑好的报文

5.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：发生了变化。B和E收到的报文MAC地址不同，A到B的传输B收到的是B在A所属子网的MAC地址，而E收到的是A在所属E的子网中的另一个MAC地址。另外，生存时间不一样。
6.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。
7.主机B、E重新开始捕获数据。
8.主机A发送第5步中编辑好的报文。
9.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：
l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：B可以捕获到A的报文 ，但是E捕获不到，由于超出生存时间 ，被丢弃。

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。

练习2：
本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。

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。
自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。
校验和：在其它字段填充完毕后，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172.16.1.1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。
自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。
校验和：在其它字段填充完毕后，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172.16.1.2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）。
（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：
表3-4实验结果

主机号
收到IP数据报1

收到IP数据报2
BCDEF

结合实验结果，简述直接广播地址的作用。
答：所谓广播地址指同时向指定网上所有的主机发送报文，也就是说，不管物理网络特性如何，internet网支持广播传输。

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。
自定义字段数据：填入大于1字节的用户数据。
校验和：在其它字段填充完毕后，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。
（3）主机B、C、D、E、F重新开始捕获数据。
（4）主机A发送这个数据报。
（5）主机B、C、D、E、F停止捕获数据。

记录实验结果：
表3-5实验结果

主机号
收到主机A发送的IP数据报
BCDEF
未收到主机A发送的IP数据报

结合实验结果，简述受限广播地址的作用。
答：不被路由支持，只作本地广播。

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：收不到。因为使用还回地址，我们可以实现在同一台主机上实现CLIENT和SERVER。
受限广播地址的作用范围？
答：同一子网。
受限广播地址和直接广播地址的区别？
答：广播地址是一种特殊的IP地址形式，一种是直接广播地址，一种是有限广播地址。 直接广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，如你说的202.163.30.255，255就是一个主机号，202则是C类的IP地址，C类IP地址就是我们常接触到的。 受限广播地址是32位全1的IP地址（255.255.255.255）。受限的广播地址是255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。在任何情况下，路由器都不转发目的地址为受限的广播地址的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。
路由器转发受限广播吗？
答：否。
练习3：
本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。
1.在主机B上使用“实验平台上工具栏中的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，ping B。
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层的标识字段设置过滤）

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。
表3-6实验结果
字段名称
分片序列1
分片序列2
“标识”字段值
802
802
“还有分片”字段值
1
0
“分片偏移量”字段值
0
97
传输的数据量
252
796

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，ping B。
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“实验平台上工具栏中的MTU工具”恢复以太网端口的MTU为1500字节。
练习4：
本练习将主机A、B、C、D、E、F作为一组进行实验。
1.所有主机取消网关。
2.主机A、C、E设置子网掩码为255.255.255.192，主机B（172.16.1.11）、D、F设置子网掩码为255.255.255.224。
3.主机A ping 主机B（172.16.1.11），主机C ping 主机D（172.16.1.4），主机E ping 主机F（172.16.0.13）。
4.主机B在命令行方式下输入recover_config命令，停止静态路由服务。
5.所有主机恢复到网络结构二的配置。
表3-7实验结果

是否PING通
主机A——主机B
不通
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？
答：两主机连在一个分享模块上的时候。
IP数据报中的首部校验和并不检验数据报中的数据，这样做的最大好处是什么？缺点是什么？
答：首部校验和字段是根据IP首部计算检验和码。它不对后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均包含有同时覆盖首部和数据检验和码。为了计算一份数据报IP校验和，首先把校验字段置为0。然后对首部中每个16bit进行二进制反码求和，结果存放检验的字段中。当收到一份数据报后，同样对首部中的每个16bit进行二进制反码求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的校验和，因此如果在传输过程中没发生任何差错，那么接收方计算的校验和结果应全为1。如果不全为1（即校验和错误），那么IP就丢弃收到的数据报。但不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
ICMP，IGMP，TCP和UDP都采用相同校验和算法，尽管TCP和UDP除了本身的首部和数据外，在IP首部中还包含不同的字段。
由于路由器经常只修改TTL字段（减1），因此当路由器转发一份报文时可以增加它的校验和，而不需要对IP整个首部进行重新计算。

结论分析与体会：
通过这次实验，我们更加具体的了解了计算机网络，经过了实验3的练习1234，我们掌握IP数据报的报文格式，IP校验和计算方法，子网掩码和路由转发，理解特殊IP地址的含义，理解IP分片过程，理解协议栈对IP协议的处理方法，理解IP路由表作用以及IP路由表的管理。