23-IP数据包分析实验
00 分钟
2023-12-1
2023/11/27

实验目的

本实验旨在深入理解和掌握IP协议的数据报文格式和传输过程。通过对IP数据包的分析，我们可以更好地理解网络层的工作机制，包括数据报的封装与拆封、首部格式、分片和重组机制等。这有助于我们在网络设计和故障排除中更有效地应用这些知识。

实验原理

IP协议是一种无连接的、不可靠的传输协议，用于在网络层进行数据传输。实验涉及到IP数据报的首部格式、不同字段的功能以及如何封装和拆封数据。包括版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议、首部检验和以及源地址和目的地址。此外，实验也涉及IP数据报的选项处理、分段处理、以及路由选择等高级特性。

实验设备

  • 操作系统：Windows 11
  • 网络环境：局域网
  • 软件：Cisco Packet Tracer虚拟实验环境

实验步骤

  1. 打开Cisco Packet Tracer虚拟实验环境，按照下面的网络结构图连线
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  1. 设置web服务器
      2. 增加一台sever，并为其配置静态IP
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  1. 打开PC1的Web Browser，输入配置web服务器的IP地址（http://192.163.1.13），产生IP数据报文
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  1. 分析所产生的报文
  1. 用WireShark抓取本机的IP数据包，解读报文情况

实验现象

  1. Cisco Packet Tracer虚拟实验环境中的报文
      2. 如在Switch1->Router0的报文中
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      • OSI Model分析：
        • Layer 3 Inbound: 数据包进入的IP头部显示源IP地址为192.168.2.12，目的IP地址为192.168.1.13。
        • Layer 2 Inbound: 以太网II帧的源MAC地址是0010.1123.C50E，目的MAC地址是路由器接口的MAC地址0007.EC20.5202。
        • Layer 1 Inbound: 数据包通过GigabitEthernet0/1接口进入。
          • 当数据包通过路由器Router0时，路由器处理了数据包的MAC地址。在数据链路层，路由器将自身的出站接口MAC地址作为新的源MAC地址，并将下一个跳点的MAC地址设置为目的MAC地址，以确保数据包能正确地在局域网中传递至下一个设备。
      • IP报文分析：
          • notion image
          结合上图对本实验过程中的IP报文进行分析有：
        • 版本（Version）：4，代表使用的是IPv4协议。
        • 首部长度（IHL, Internet Header Length）：通常表示IP数据包头部的长度，以32位字为单位。这里的值是5（即5个32位字，或者20字节）。
        • 区分服务（DSCP, Differentiated Services Code Point）：用于标识数据包的服务类型，这里为0x0，表示没有特殊的区分服务。
        • 总长度（Total Length）：表示整个IP数据包的长度，包括头部和数据。这里没有具体数值显示。
        • 标识（Identification）：用于唯一识别主机发送的每一个数据报，这里为0x1f。
        • 标志（Flags）和片偏移（Fragment Offset）：标志位通常用于控制和识别数据包的分片行为，片偏移表示数据片在原始数据报文中的位置。这里的片偏移为0x0，通常表示这是未分片的数据包或者是第一个分片。
        • 生存时间（TTL, Time To Live）：<u>表示数据包在网络中可以经过的最大路由器数。在左侧的TTL是128，右侧的TTL是127，表明数据包经过了一个路由器，TTL减少了1。</u>
        • 协议（Protocol）：表示数据包的上层协议，这里是0x06，代表TCP协议。
        • 头部校验和（Header Checksum）：用于错误检测，保证头部信息的正确性。这个值在每个跳（hop）的基础上可能会变化，因为TTL的变化需要重新计算校验和。
        • 源IP地址（Source IP）：发送数据包的主机IP地址，这里为192.168.2.12。
        • 目的IP地址（Destination IP）：接收数据包的主机IP地址，这里为192.168.1.13。
        • 选项（Options）：可选字段，通常用于网络测试等高级功能，这里为0x0，表示没有使用选项。
  1. 解析本机的IP报文情况
      2. 使用WireShark截取了一段报文如下：
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      对其IP报文进行分析有：
      • 版本（Version）：4，这表示使用的是IPv4协议。
      • 首部长度（Header Length）：20字节（5个32位字），这是不包含任何选项的标准IPv4头部长度。
      • 区分服务字段（Differentiated Services Field，也被称为DSCP）：0x00，表示没有特殊的区分服务或流量优先级被设置。
      • 总长度（Total Length）：这个字段指定了整个IP数据包的长度，包括头部和数据。在这个截图中，该字段的值是45，但这个值似乎与实际的数据包长度不符，因为总长度应该是一个较大的数值，可能是截图中未显示完全。
      • 标识（Identification）：0xf4ac，这是一个用于唯一标识主机发送的每一个数据报的值，它在数据报的分片和重组过程中起到关键作用。
      • 标志（Flags）：Don't fragment，表示该数据包不应被分片。
      • 片偏移（Fragment Offset）：0，这表明该数据包不是一个更大数据包的分片，或者是一系列分片中的第一个。
      • 生存时间（Time to Live，TTL）：这个字段的值是43，它减少的次数通常等于数据包经过的路由器数量。
      • 协议（Protocol）：TCP（6），这表明上层协议是TCP。
      • 头部校验和（Header Checksum）：这是一个用于检测头部信息在传输过程中是否出现错误的校验和。
      • 源IP地址（Source Address）：110.249.194.68，发送数据包的设备的IP地址。
      • 目的IP地址（Destination Address）：100.80.165.198，接收数据包的设备的IP地址。

分析讨论

  1. 在Cisco中一开始发送HTTP请求，出现的是TCP数据块，这是为什么？
      2. HTTP是应用层上的协议，TCP是传输层上的协议，HTTP（超文本传输协议）是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。HTTP协议基于TCP协议，原因如下：
      • 可靠性：HTTP需要可靠的数据传输方式来确保网页内容准确无误地传达到用户。TCP通过其错误检测和纠正功能提供了这种可靠性。
      • 顺序保证：网页可能包含多个资源（如文本、图片、视频等），这些资源的加载顺序很重要。TCP保证数据包的顺序性，确保所有资源正确地组装在一起。
      • 面向连接的特性：HTTP通常需要与服务器建立持久的连接，以便有效地传输多个资源。TCP的面向连接的特性使得这种持续的通信成为可能。
      • 拥塞控制：在网络拥塞时，TCP可以调整数据发送速率，这有助于维持网络的稳定性和效率。
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