计算机网络实验报告2.docx
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计算机网络实验报告2.docx
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计算机网络实验报告2
实验报告
课程名称计算机网络
实验项目__网际协议IP
实验仪器网络协议仿真教学系统
系别计算机学院_
专业
班级/学号
学生姓名
实验日期____________
成绩_______________________
指导教师_____________
一、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
二、实验原理
理论基础:
(一)IP(网际协议)简介
IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。
所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输。
IP协议提供不可靠、无连接的数据报传送服务,即它对数据进行“尽力传输”,只负责将分组发送到目的主机,不管传输正确与否,不作验证、不发确认、也不保证IP数据报到达顺序,将纠错重传问题交由传输层来解决。
(二)IP报文格式
IP数据报格式如下图所示,它是由IP首部加数据组成的。
普通的IP首部长为20个字节,除非含有选项字段,但其最大长度不会超过60字节。
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
(三)IP地址类型及其结构
IP地址是网际协议地址(InternetProtocoladdress)的简称。
用于Internet上主机的唯一标识。
通信时要利用IP地址来指定目的主机地址。
有两种形式来表示计算机在Internet上的地址:
一种是数字表示的地址,通常称为IP地址。
另一种是用字母表示的地址,称为域名地址。
1.IP地址的组成
通常我们所说的IP协议使用32比特的地址,也可称为Ipv4。
它的地址由类别、网络地址和主机地址共3个部分组成。
类别区分地址的使用方式,网络地址用于区分不同的网络,主机地址用于在一个网络中区分主机。
IP地址分成5类:
A类,B类,C类,D类和E类。
其中A、B和C类址是基本的Internet地址,是用户使用的地址,D类地址是用于多目标广播的广播地址(也称多播或组播地址),E类地址为保留地址。
IP地址的详细结构如下:
A类地址通常分配组有许多机器连网的大型网络,它用第一位“0”作为标志。
使用24位的主机地址来标识连网计算机,网内主机数目可以达1600万个,而网络地址使用7位来限制可被识别的网络数目;B类地址用“10”作为标志,使用16位的主机地址和14位的网络地址,网内主机最多65534个;C类地址用“110”作为标志,主机地址占8位,网内主机数目有254个,网络地址21位,C类地址主要用于连网主机数目少而网络数目多的网络;D类地址的标志是“1110”,用于多目标广播。
2.IP地址的表示法
首先将32位的IP地址分成4组,每组为8位,并用句点(.)隔开。
然后将这4个组用4个十进制数表示,每个数都小于256。
例如,有一32位IP地址10000001000011100000011000011111,可以表示为129.14.6.31,由于它以“10”开头,所以是一个B类地址,其网络地址是129.34,主机地址是6.31。
这种表示法被称为点分十进制计数法。
如果用w,x,y,z分别表示这4个字节,则5类IP地址的范围就是:
A类:
1.x.y.z~126.x.y.z(其中,127.0.0.1不作IP地址,用于网络内部使用)
B类:
128.x.y.z~191.x.y.z
C类:
192.x.y.z~223.x.y.z
D类:
224.0.0.0~239.255.255.255(其中224.0.0.0不用,224.0.0.1分配给永久性IP主机组,包括网关)
3.特殊的IP地址
网络地址:
主机地址为全“0”的IP地址不分配给任何主机,而是作为网络本身的标识。
例:
主机202.198.151.136所在网络地址为202.198.151.0
直接广播地址:
主机地址为全“1”的IP地址不分配给任何主机,用作广播地址,对应分组传递给该网络中的所有结点(能否执行广播,则依赖于支撑的物理网络是否具有广播功能)。
例:
202.198.151.136所在网络的广播地址为202.198.151.255
有限广播地址:
32位为全“1”的IP地址(255.255.255.255)称为有限广播地址,通常由无盘工作站启动时使用,希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址。
主机本身地址:
32位全“0”的IP地址(0.0.0.0)称为主机本身地址。
回送地址:
127.0.0.1称为回送地址,常用于本机上软件测试和本机上网络应用程序之间的通信地址。
4.专用IP地址
TCP/IP协议需要IP地址支持,随着Internet的普及,IP地址资源已经开始出现告急的趋势,一个解决方案是利用专用网的地址分配方案。
原理是定义两类IP地址:
全局IP地址:
用于Internet上的公共主机
专用IP地址:
仅用于专用网内部的本地主机
公共主机和本地主机可以共存于同一网络和进行互访,而大多数路由器不转发携带本地IP地址的分组。
本地主机必须经网络地址转换服务器(NAT或代理服务器)才能访问Internet。
RFC1918定义的专用IP地址为:
10.0.0.0-10.255.255.2551个A类网络
172.16.0.0-172.31.255.25516个连续的B类网络
192.168.0.0-192.168.255.255256个连续的C类网络
企业内部网主机的IP地址可以设置成专用IP地址,进行企业内部的网络应用;并可通过代理服务器访问Internet。
这样只需要申请少量的IP地址,既解决了IP不足的问题,又解决了网络安全问题。
(四)子网的划分
将网络进一步划分成独立的组成部分,每个部分称为这个网络(或者更高一级子网)的子网。
子网的设计是为了便于网络的管理、提高系统的可靠性、防止整个网络通信的瘫痪、改进系统性能、克服简单局域网的技术条件限制、通过设置不同访问权限来增强系统的安全保障。
现在所有的主机都要求支持子网编址。
不是把IP地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成,而是把主机号再分成一个子网号和一个主机号。
例如,把一个B类网络地址的16位主机号分成8位子网号和8位主机号如下图:
这样就允许有254个子网,每个子网可以有254台主机。
对A类和B类网络,许多管理员采用自然的划分方法,即以8bit为单位划分子网地址和主机号。
这样用点分十进制方法表示的IP地址就可以比较容易确定子网号。
但是,并不要求A类或B类地址的子网划分都要以字节为划分界限。
子网对外部路由器来说隐藏了内部网络组织的细节。
任何主机除了IP地址以外,还需要知道IP中有多少比特用于子网号多少比特用于主机号。
这是通过使用一个称为“子网掩码”的32bit值来完成的。
其中值为1的比特留给网络号和子网号,为0的比特留给主机号。
下图是一个B类地址的两种不同的子网掩码:
给定IP地址和子网掩码以后,主机就可以确定IP数据报的目的是:
(1)本子网上的主机;
(2)本网络中其他子网中的主机;(3)其他网络上的主机。
如果知道本机的IP地址,那么就知道它是否为A类、B类或C类地址(从IP地址的高位可以得知),也就知道网络号和子网号之间的分界线。
而根据子网掩码就可知道子网号与主机号之间的分界线。
子网掩码除了可以如IP地址一样用“点分十进制”方式表示外,还可以在IP地址后用一个斜线(/)后面写明子网掩码的位数的方法来表示。
如:
192.168.1.25/24表示IP地址192.168.1.25的掩码为255.255.255.0。
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:
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。
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。
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。
路由选择模块的工作过程如图:
三、网络结构
四、实验内容
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数据报
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172.16.1.1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那些内容?
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。
5.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。
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,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:
9.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:
不能,因为LLC减到了0会被丢弃,LLC指报文生存时间。
练习三:
IP数据报分片
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)。
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、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),如图所示:
将ICMP的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1
分片序号1
Identification字段值
699
699
699
Morefragments字段值
1
1
0
Fragmentoffset字段值
0
776
1480
传输的数据量
796
724
548
分析表格内容,理解分片的过程。
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-l2000172.16.0.2。
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。
五、实验结果
仿真编辑器:
6、实验总结:
通过此次实验的重点是掌握IP的分片过程,以太网的MTU是1500,超过这个值就要进行分片。
除了最后一片外,其他每个组成数据报的片都要把该比特置1,另外,当数据报被分片后,每个片的总长度值要改为该片的长度值。
同时理解了IP数据报的报文格式并掌握了IP校验和的计算方法以及子网掩码和路由转发。
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- 计算机网络 实验 报告
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