实验五 IP协议和ICMP协议

实验五IP协议和ICMP协议【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. 掌握ICMP协议的报文格式

7. 理解不同类型ICMP报文的具体意义

8. 了解常见的网络故障

【实验学时】

建议2学时

一、IP协议

【实验环境配置】

采用网络结构

路由器A

【实验原理】

一、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

二、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。

三、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：路由表表项的“目的地址”字段是交付主机的本网络地址。

●特定主机交付：路由表表项的“目的地址”字段是某台特定主机的IP地址。

●特定网络交付：路由表表项的“目的地址”字段是另一个网络的地址。

●默认交付：路由表表项的“目的地址”字段是一个默认路由器（默认网关）。四、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：

【实验步骤】

练习一：编辑并发送IP数据报

1.进入仿真模式，主机B在命令行下运行“arp -d”命令，清空ARP高速缓存表，

2.主机B发出一个Ping应用的数据包，其中：

源IP地址:主机B的IP地址（172.16.1.2）。

目的IP地址:主机E的IP地址（172.16.0.2）。

生存时间（TTL）:128。

3.设置过滤条件（提取ICMP协议），开始捕获数据。

3.逐步观察数据包的传递过程。

主机B: 请求交换机：请求

路由器：请求集线器：请求主机E:

做出应答：

集线器：做出应答路由器:作出应答

交换机：作出应答

最后主机B得到回应，一个ICMP数据报发送成功

4.停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机B所发送的数据包，并回答以下问题：

第1步中创建出的数据包，由主机B发出，经过路由器A到达主机E后，包数据是否发生变化？若发生变化，记录变化的字段，并简述发生变化的原因。

•发生了变化，变化的字段是ICMP类型字段，因为发送包的时候，ICMP数据报是处于请求状态，类型字段为0x8，而得到目的主机的回应后，ICMP

类型字段变为0x0.

5.将第1步中创建的数据包的“生存时间”设置为1，发送。

捕获失败:

6.重新捕获数据，逐步观察数据包的传递过程。

7.停止捕获数据，在捕获到的数据中查找主机B所发送的数据包，并回答以下问题：

•主机E是否能捕获到主机B所发送的数据包？简述产生这种现象的原因。

不能，因为在生存时间内，数据报不能达到主机B，TTL=1，但是主机B和主机E中间还存在路由器和集线器。

练习二：特殊的IP地址

1.直接广播地址。

（1）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：permit ip host 172.16.1.2 any和permit ip any host

172.16.1.2）。

（2）编辑IP数据报1，其中: 源IP地址：B的IP地址。目的IP地址：172.16.1.255。发送数据报。捕获数据，逐步观察数据包的传递。

B发送请求给交换机; 交换机发送请求给C: 交换机发送请求给D；

（3）编辑IP数据报2，其中:源IP地址：B的IP地址。目的IP地址：172.16.0.255。发送数据报。捕获数据，逐步观察数据包的传递。

记录实验结果:

主机号

收到IP数据报1 主机C、D

收到IP数据报2 B

结合实验结果，简述直接广播地址的作用。

广播地址可以用于对某一线路内所有主机发送请求，在在未知发送线路的情况下，利用广播地址发送广播接收回应，从而产生新的ARP表，这样在下次发送数据时候，路由器就可以根据ARP缓存表里面的地址映射来获得线路。

2.受限广播地址。

(1) 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：permit ip host 172.16.1.2 any和permit ip any host 172.16.1.2）。

（2）编辑IP数据报，其中: 源IP地址：B的IP地址。目的IP地址：255. 255. 255.255。

发送数据报。捕获数据，逐步观察数据包的传递。

交换机请求路由：