电子科技大学tcpip实验一

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1、电 子 科 技 大 学实验报告学 生 姓 名 ： 学 号：指 导 教 师 ： 张科日 期： 2014 年 12 月 3 日实验项目名称： IP 分组交付和 ARP 协议报 告 评 分 ： 教师签字：一、实验原理 子网中使用一个 32 比特的掩码来标识一个 IP 地址的网络/子网部分和主机部分。将 IP地址和掩码进行“位与”运算后可以得到该 IP 地址所在 IP 子网的子网地址，结合掩码中0 比特个数可以确定该 IP 子网的 IP 地址空间范围。根据 IP 地址所在 IP 子网的子网地址及其掩码，可以判断这些 IP 地址是否属于同一个 IP 子网。 IP 地址空间中定义了一些特殊地址： 网络/子

2、网地址：标识一个 IP 网络或子网。 直接广播地址：表示该分组应由特定网络上的所有主机接收和处理。 受限广播地址：表示该分组应由源所在网络或子网上的所有主机接收和处理。 本网络上本主机地址：表示主机自己。 环回地址：用来测试机器的协议软件。 IP 分组被交付到最终目的地有两种不同的交付方式：直接交付和间接交付。交付时首先通过路由选择技术确定交付方式：如果 IP 分组的目的与交付者在同一个 IP 网络上，就直接交付该分组至目的站点；如果 IP 分组的目的与交付者不在同一个 IP 网络上，就间接交付该分组至下一个路由器（即下一跳站点）。 在以太网上，IP 分组是封装在以太帧中发送的，因此发送时除了

3、要有接收站的 IP 地址（IP 分组中的目的 IP 地址）外，还需要接收站的 MAC 地址（以太网帧中的目的 MAC 地址）。ARP 协议（RFC 826）实现了 IP 地址（逻辑地址）到 MAC 地址（物理地址）的动态映射，并将所获得的映射存放在 ARP 高速缓存表中。 不同的交付方法将导致不同的 ARP 解析操作，获取不同的目的物理地址。直接交付时，交付者直接将 IP 分组交付给该分组的目的站点，因此交付者使用 ARP 协议找出 IP 分组中目的 IP 地址对应的物理地址。间接交付时，交付者需要将 IP 分组交付给下一跳站点，而不是该 IP 分组的目的端，因此交付者使用 ARP 协议找出下

4、一跳站点 IP 地址对应的物理地址。 IP 网络是一个逻辑网络，一个物理网络可以被逻辑划分成若干个 IP 网络。两个 IP 网络之间的通信必须经由路由器中继，未经路由器互连的两个 IP 网络即使在同一物理网中也不能通信。主机的默认网关地址就是连接该主机所在 IP 网络的路由器接口的 IP 地址。 二、实验目的 1、掌握 IP 子网划分技术、IP 地址分配原则，以及特殊 IP 地址的特征和作用 2、理解掌握直接交付与间接交付 IP 分组过程中的路由选择、ARP 解析和以太网封装技术3、分析子网划分对 IP 分组交付的影响 三、实验内容 实验拓扑中 VMware 虚拟机 PC1、PC2、PC3 和

5、 PC4 分别位于由提供集线器功能的虚拟网卡VMnet1 和 VMnet2 模拟实现的两个以太网 Ethernet1 和 Ethernet2 中，这两个以太网对应的 IP 子网 A 和子网 B 分别连在 Dynamips 软件模拟实现的路由器 R1 和 R2 的 F0/0 接口上。R1 和 R2 之间通过 PPP 链路互联。R1、R2、PC2、PC3 和 PC4 的网络连接均已配置。 实验者首先在 PC1 上配置其网络连接，并配合通信测试命令（ping）来检验特殊 IP 地址的用途以及 IP 子网设置对同一物理网内计算机间通信的影响，从而理解并掌握子网地址、子网广播地址和主机地址的概念、特征与

6、用途。 然后在 PC1 上使用 ping 命令分别进行 IP 子网内通信和 IP 子网间通信，通过 ARP 缓存表操作命令、Dynamips 软件的分组捕获功能以及 Wireshark 软件的捕获分组查看功能，分析IP 分组的直接交付、间接交付操作和路由器的作用，掌握 ARP 协议的工作原理，以及 IP分组投递过程中源 四、实验器材（设备、元器件） PC 电脑一台 五、实验步骤 1、依次启动 VMware Workstation 中 TCPIP 组内的虚拟机 PC1、PC2、PC3 和 PC4，使用ipconfig 命令查看并记录这 4 台 PC 的网络连接信息，在 PC1 上 ping PC

7、2 的 IP 地址，记录并分析 ping 的结果。 2、设置 PC1 的子网掩码为 255.255.255.0，然后将其 IP 地址分别设为192.168.11.0、192.168.11.255，记录并分析设置结果。 3、根据实验拓扑中的各子网信息以及步骤 1 中记录的 PC2、PC3、PC4 的网络连接信息，配置 PC1 的 IP 地址、子网掩码和默认网关，使得 PC1 能够 ping 通 PC2，并在 PC1 上分别ping PC3 和 PC4 的 IP 地址，记录并分析 ping 的结果。 4、在 PC1 上分别 ping 以下 8 个IP 地址：0.0.0.0、255.255.255.

8、255、192.168.11.0、192.168.11.255、127.0.0.0、127.0.0.1、127.0.0.10、127.255.255.255，记录并分析 ping 的结果。 5、启动 Dynamips Server，然后运行 ，在 Dynagen 窗口中提示符“=”后依次输入以下命令启动路由器 R1 和 R2，并进入其CLI： = start R1 = start R2 = con R1 = con R2 6、分别在 R1 的 CLI 提示符“R1”后以及 R2 的 CLI 提示符“R2”后输入“show arp”命令查看并记录两台路由器当前的 ARP 缓存表，例： R1 sh

9、ow arpR2 show arp 7、在 Dynagen 窗口中提示符“=”后依次输入以下命令捕获子网 A、子网 B 和子网 C 中的分组： = captureR1f0/0 a.cap = captureR2 f0/0 b.cap = captureR2s1/0 c.cap PPP 8、分别在 PC1、PC2、PC3、PC4 上使用命令“arp -d *”清空四台 PC 上的 ARP 缓存表，然后使用命令“arp -a”查看并记录清空操作后的 ARP 缓存表。 9、在 PC1 上 ping PC2 的 IP 地址，记录 ping 回应信息。ping 结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4

10、 上使用命令“arp -a”、在 R1 和 R2 的 CLI 上使用命令“show arp”查看并记录四台 PC 和两台路由器的 ARP 缓存表。 10、在 PC1 上 ping PC3 的 IP 地址，记录 ping 回应信息。ping 结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4 上使用命令“arp -a”、在 R1 和 R2 的 CLI 上使用命令“show arp”查看并记录四台 PC 和两台路由器的 ARP 缓存表。 11、在 PC1 上 ping PC4 的 IP 地址，记录 ping 回应信息。ping 结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4 上使用命令“arp -a”、在 R

11、1 和 R2 的 CLI 上使用命令“show arp”查看并记录四台 PC 和两台路由器的 ARP 缓存表。 12、在 PC1 上 ping 子网 A 内一台不存在主机的 IP 地址，记录 ping 回应信息。ping 结束后在 PC1 上使用命令“arp -a”查看并记录其的 ARP 缓存表。 13、在 Dynagen 窗口中提示符“=”后依次输入以下命令停止捕获子网 A、子网 B 和子网C 中的分组： = no captureR1f0/0 = no captureR2 f0/0 = no captureR2s1/0 14、用 Wireshark 软件查看并分析捕获的分组文件（a.cap、

12、b.cap 和 c.cap）中的 ARP 和ICMP 分组，查看过滤条件为“arp | icmp”（在 Wireshark 主窗口界面“过滤工具栏”的“Filter：”域中输入）。 15、实验结束后，按照以下步骤关闭实验软件、上传实验数据、还原实验环境： （1）关闭 R1、R2 的 CLI 窗口，在 Dynagen 窗口中提示符“=”后依次输入以下命令关闭Dynagen 窗口，然后再关闭 Dynamips Server 窗口： = stop /all = exit （2）将 PC1 的网络连接设置为“自动获得 IP 地址”，然后依次关闭 PC1、PC2、PC3 和PC4，关闭 VMware 窗

13、口； （3）运行 所在目录下的“reset.bat”文件。 六、实验数据及结果分析 1、记录实验中 PC1、PC2、PC3 和 PC4 的网络连接。PC1步骤 1 步骤 3 PC2 PC3 PC4IP 地址192.168.10.128192.16.11.3192.168.11.2192.168.22.3192.168.22.4子网掩码255.255.255.0255.255.255.0255.255.255.0255.255.255.0255.255.255.0默认网 - 192.168.1 192.168.11 192.168.11 192.168.11.关 1.254 .254 .254

14、 254【分析】PC1 在步骤 1 和步骤 3 中是否与 PC2、PC3、PC4 在一个 IP 子网中？为什么？2、记录实验中 PC1 的 ping 通信结果。步骤 目的主机 PING 回应信息能否通信1 PC2 Destination host unreachable 否PC2Reply from 192.168.11.2:bytes=32Time物理地址 直接交付：目的 IP 地址-物理地址 间接交付：下一跳 IP 地址 - 物理地址 4) 发送 ARP 请求分组，获取目的 IP（直接）或下一跳 IP 对应的物理地址5）由 ARP 应答分组获取 IP 分组的目的 MAC，封装 IP 分组，

15、实现交付。 ARP 协议和 ARP 缓存表操作步骤： 1)发送站知道目的站的 IP 地址，但不知道目的站的物理地址； 2）先查缓存表，如果不存在目的站的 IP 地址和物理地址的映射关系，则使用 ARP 服务创建 ARP 请求分组，其中目的站的物理地址域填 0； 3）ARP 请求分组送到数据链路层封装成帧，帧结构中源地址为发送者的物理地址，目的地址为物理广播地址（以太网中，物理广播地址为 48 位 1）； 4)网络上的每个主机或路由器都可收到该数据帧，但只有目的站会识出自己的 IP 地址。 5)目的站发送 ARP 响应分组（ 单播），并在自己的 ARP 缓存表中记录源相关信息 6)发送站收到 A

16、RP 应答分组，应答中得到的绑定放入解析表(避免以后再找），ARP 缓存表记录目的站相关信息 7)后续到该目的站的 IP 报文得以发送出去 3、 总结当源和目的主机间跨越多个 IP 网络时，它们的 IP 分组在交付过程中源和目的 IP 地址的变化情况，以及封装该分组的数据帧的源和目的 MAC 地址的变化情况。答：目的 IP 和源 IP 一直不变，MAC 地址逐跳改变。 八、总结及心得体会 在本次实验中，我们熟悉了 IP 分组交付和 ARP 协议的相关原理，并进行了相关的实验操作，加深了对相关知识的理解，熟悉了 IP 分组交付和 ARP 协议的操作步骤，对 ARP 缓存表的相关认识得到了加深，对实验用到的 wireshark 等软件也学会了初步使用。 九、对本实验过程及方法、手段的改进建议 建议再加入一个子网，在繁杂的操作中，更有利于我们梳理理解相关知识，更好的到达实验预期的效果。