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1、课程设计基于基于 PacketTracerPacketTracer 的网络层的网络层 PDUPDU 的传输过程研究的传输过程研究摘要：摘要：本文主要介绍了网络层 PDU，即 IP 数据包的传输过程。包括 PDU 在七层结构中的传输方式及过程，IP 数据包的封装与解封装过程，IP 数据包在网络中的路由转发过程，同时介绍了P 数据报的组成和路由器的工作方式。通过 PacketTracer 实验仿真，对进行跟踪研究并分析，解释了网络层在因特网中的传输机制。Abstract:Abstract:This paper mainly introduces the network layer pdu, the
2、 transfer process of ip packets 。Icluding the pdu to seven tiers in the way of transmission and procedures, ip packets to the encapsulation of the packing process and data packages in a network ip routing forward this process, introduced the ip data submitted to the composition and working methods.
3、through the router packettracer experiment emulation, the pdu to track research and analysis, interpretation of the network layer pdu in the internet transfer mechanisms.关键词：关键词：网络层 数据包 传输过程 路由 PacketTracer1目目 录录一概述-3二原理知识介绍-32.1 OSI 参考模型的七层结构 -32.2 网络层介绍-32.3 IP 数据报的结构 -42.4 路由器的介绍 -5三设计实现-53.1 所设的
4、网络拓扑结构-53.2 设计过程-5四实验结果及分析-64.1 在客户端的网络层 PDU 传输过程分析-64.2 网络层 PDU 在路由器 B 的传输过程分析-74.3 网络层 PDU 在路由器 A 的传输过程分析-84.4 网络层 PDU 在服务器的传输过程分析-9五设计总结-10六参考文献-102一、概述：一、概述：通过 PacketTracer 实验仿真，跟踪研究数据包在网络中的传输过程，充分了解并掌握 OSI 参考模型的分层结构， 网络层的相关知识，数据包的相关知识以及路由器的工作方式等一系列与网络层数据传输相关联的网络基础知识。通过 PacketTracer 设计模拟一个简单网络，进
5、行正确的配置后，在网络中添加，使其在所设网络中正常传输，如由用户向服务器发送的，利用 PacketTracer 模拟模式的捕获功能对传输过程中的进行捕获跟踪，研究网络层传输的具体过程和网络层在此传输过程中的变化，数据包经过路由器的变化，进一步学习网络层的主要功能，学习并证明网络层在数据传输中的重要作用。本文希望把因特网网络层数据报传输机制解释清楚，以便于各种研究利用，可以为各种计算机网络研究提供一个依据。二、原理知识介绍：二、原理知识介绍：2.12.1 OSI 参考模型的七层结构：2 2. .2 2 网络层介绍：网络层是 OSI 参考模型中的第三层，是通信子网的最高层。网络层关系 到通信子网的
6、运行控制，体现了网络应用环境中资源子网访问通信子网的方 式。网络层向上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报 服务，且不提供服务质量的承诺。概括地说，网络层应该具有以下功能： (1) 为传输层提供服务 ： 3网络层提供的服务有两类：面向连接的网络服务和无连接的网络服务。虚电路服务是网络层向传输层提供的一种使所有数据包按顺序到达目的结点的可靠的数据传送方式，进行数据交换的两个结点之间存在着一条为它们服务的虚电路；而 数据报服务 是不可靠的数据传送方式，源结点发送的每个数据包都要附加地址、序号等信息，目的结点收到的数据包不一定按序到达，还可能出现数据包的丢失现象。 (2) 组包和拆包
7、：在网络层，数据传输的基本单位是数据包（也称为分组） 。在发送方，传输层的报文到达网络层时被分为多个数据块，在这些数据块的头部和尾部加上一些相关控制信息后，即组成了数据包（组包） 。数据包的头部包含源结点和目标结点的 网络地址（逻辑地址） 。在接收方，数据从低层到达网络层时，要将各数据包原来加上的包头和包尾等控制信息去掉（拆包） ，然后组合成报文，送给传输层。 (3) 路由选择： 路由选择也叫做路径选择，是根据一定的原则和路由选择算法在多结点的通信子网中选择一条最佳路径。确定路由选择的策略称为路由算法。 在数据报方式中，网络结点要为每个数据包做出路由选择；而在虚电路方式中，只需在建立连接时确定
8、路由。 (4) 拥塞控制： 拥塞控制的作用是防止网络性能下降或其业务陷入停顿，避免死锁。 2 2. .3 3 IP 数据报的结构：在网络层进行封装后的称为数据包，通常指数据包，从数据包离开源主机的网络层至其到达目主机的网络层， 网络层封装的始终保持不变。 传输中只考虑报头内容，报头结构如下：42 2. .4 4 路由器的介绍：在互联网中，两台主机之间传送数据的通路会有很多条，数据包从一台主机出发，中途要经过多个站点才能到达另一台主机。这些中间站点通常由称为路由器的设备担当，其作用就是为数据包选择一条合适的传送路径。 路由器工作在 OSI 模型的网络层，是根据数据包中的逻辑地址（网络地址）来转发
9、数据包的。 路由器的主要工作是为经过路由器的每 个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。路由器不仅有网桥的全部功能，还具有路径的选择功能，可根据网络的拥塞程度，自动选择适当的路径传送数据。 三三、设设计计实实现现：3 3. .1 1 利用 PacketTracer 的模拟模式进行设计实现，所设的网络拓扑结构如下：客户端： 服务器：3.23.2 设计过程：假定已经发生了 ARP.DNS,.TCP 进程，通过 PacketTracer 的模拟模式关注 并跟踪由 HTTP 发起的数据包在网络中的传输。由客户端向服务器发起 请求。初始化网络。 1在实时模式中，从 PC 客户端的
10、 Desktop（桌面）打开 Web Browser（Web 浏览器） 。在 URL 中键入 192.0.2.7，然后按 Enter 键。设置事件列表过滤器。2切换到模拟模式。单击 Edit Filters（编辑过滤器）按钮。只选择 HTTP 事件。只查看 HTTP 事件，DNS、ARP、TCP 和 RIP 进程仍在进行中，但不会显 示。逐步运行模拟。 35在 PC 客户端的浏览器中单击 Go（转到）按钮重新请求网页。单击 Capture/Forward（捕获/转发）按钮，研究数据包。打开数据包以便研究过程 中每个步骤的数据包。分析整个传输过程，主要研究网络层的详细传输过程。4四、实验结果及分
11、析：四、实验结果及分析：4.1 AT DEVICE：客户端 源：客户端 目的：HTTP CLIENT在客户端应用层发起对服务器的请求，应用层经过传输层封装后变为传输层（数据段） ，再向下传输给网络层，网络层对其进行封装变为网络层，在包头中加入目的 IP 地址和源 IP 地址（数据包） ，再到数据链路层进行封装（帧） ，最后在物理层变为比特流将其发送到网络中。客户端网络层对其进行如下分析处理：1.网络层分析出报头中的目的 IP 地址不属于源主机所在的同一子网也不是广播地址。2.默认网关已设，将数据包发送到默认网关。出站网络层：6通过观察 PDU 报头可得该 PDU 的源 IP 地址为：10.1.
12、1.1 目的 IP 地址为：192.0.2.7，生存时间 TTL=128，以及其它对应项值。4.24.2 AT DEVICE： routerB 源：客户端 目的：HTTP CLIENT路由器物理层接收该 PDU 向上传输给数据链路层，该帧的物理地址与路由 器接收端口物理地址匹配，再对该帧进行解封装变为网络层 PDU 投递给路由器 的网络层。在路由器网络层对 pdu 进行以下分析处理： 1.路由器查找能够到达目的 IP 地址的出口。 2.查表后得该网络层 PDU 可通过 IP 为 192.168.1.6.的路由器转发到达目 的网络。3.路由器使 PDU 的 ip 报头中的 TTL 值减一。然后此
13、网络层 PDU 将在路由器的第二层被封装成 PPP 帧，再从路由器物理层（串行端口）以比特流的形式送往下一跳：192.168.1.6。入站 PDU 与出站 PDU 对比图如下：7观察对比图可知网络层 PDU 中源 IP 地址和目的 IP 地址未发生改变，只有IP 报头中的 TTL 值由入站的 128 变为了出站时的 127。4.34.3 AT DEVICE：routerA 源：客户端 目的：HTTP CLIENT路由器 A 的网络层接收到由其第二层解封装后投递的网络层 PDU，将进行以下分析处理：1.在路由表中查询 PDU 报头中目的 IP 地址，并找到一个能够到达此目的地址的出口。2.查得目
14、的网络是直连网络，路由器将目的地址设为为下一跳地址。83.将网络层 PDU 的 IP 报头中的 TTL 值减 1。送往下一层进行以太网帧封装。入站 PDU 与出站 PDU 对比图：观察对比图可知网络层 PDU 在入站和出站中只有报头中的 TTL 值由入站时的127 变为了出站时的 126，其它信息未发生改变。与客户端和路由器 B 的出站入站 PDU 情况对比可知，网络层 PDU 的数据部分-即所封装的传输层 PDU-在网络的各个传输过程中都将保持不变。网络层 PDU 的 IP 报头中的 TTL 值每经过一次路由器，其值减 1。4.44.4 AT DEVICE：服务器 源：客户端 目的：HTTP CLIENT服务器的物理层接收该 PDU 将其投递给上一层，校验数据帧的物理目的地址与接收端口匹配，便进行解封装（解封装后的 PDU 为网络层 PDU） ，投递给网络层。服务器网络层接收 PDU 后将进
