实验五 IP协议分析实验

1.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8 所示，IP 地址分为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。
* 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；
* 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：
① 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。
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3。
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IP V4 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，一台思科路由器连接2台PC 机，分别命名为PC1、PC2。

                        图2  IP 协议分析实验连接图

3．实验步骤
步骤1：按照如图24 所示连接好设备；
步骤2：完成路由器和PC1、PC2 的相关配置，与4.1 实验步骤2 相同；
步骤3：按照4.1 实验方法，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1；
表1 IP 协议报文分析
字段报文信息说明
版本 4 版本序号为4，代表IPv4
头长 20 bytes 文件头长度，为20个字节
服务类型 0x00 规定对数据报的处理方式
总长度 99 显示该数据的总长度
标识 0x3b17 是IP 协议赋予数据报的标志
标志 0x00 可以分片
片偏移 0 第一个分片
生存周期 64 表示TTL值的大小，说明一个数据包可以保存多久。
协议 ICMP (0x01) 显示协议值，icmp协议
校验和 0x6694 只对IP 报头的头部进行校验，保证头部的完整性
源地址 172.27.64.65 显示了数据的来源地址
目的地址 172.27.64.119 显示了数据访问的目的地址

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。
都是B类地址
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：
1.分类的IP 地址
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

2.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。
3.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方法

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