《TCP/IP协议原理》
实验指导书
班级： 1100310514
姓名： 梁彦漳
计算机科学与工程学院
2014年12月
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一、 数据链路层协议分析
TCP/IP 协议栈分为四层，从下往上依次为网络接口层、网际层、传输层和应用层，而网 络接口层没有专门的协议，而是使用连接在 Internet 网上的各通信子网本身所固有的协议。 如以太网 （Ethernet）的802.3 协议、令牌环网 （TokenRing）的802.5 协议、分组交换网的X.25 协议等。
目前Ethernet 网得到了广泛的应用，它几乎成为局域网代名词。因此，这一部分将对以 太网链路层的帧格式和 802.1Q 帧格式进行分析验证，使学生初步了解TCP/IP 链路层的主要协议以及这些协议的主要用途和帧结构。
1. 以太网链路层帧格式分析实验
1．以太网简介 IEEE 802 参考模型把数据链路层分为逻辑链路控制子层 （LLC，Logical Link Control） 和介质访问控制子层 （MAC，Media Access Control）。与各种传输介质有关的控制问题都放
在MAC 层中，而与传输介质无关的问题都放在LLC 层。因此，局域网对LLC 子层是透明的，只有具体到MAC 子层才能发现所连接的是什么标准的局域网。
IEEE 802.3 是一种基带总线局域网，最初是由美国施乐 （Xerox ）于1975 年研制成功的，并以曾经在历史上表示传播电磁波的以太 （Ether）来命名。1981 年，施乐公司、数字设备公司（Digital）和英特尔（Intel）联合提出了以太网的规约。1982 年修改为第二版，即DIX Ethernet V2，成为世界上第一个局域网产品的规范。这个标准后来成为IEEE 802.3 标准的基础。
在 802.3 中使用1 坚持的CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）协议。现在流行的以太网的MAC 子层的帧结构有两种标准，一种是802.3 标准， 另一种是DIX Ethernet V2 标准。
图14 802.3 和Ethernet V2 MAC 帧结构
图14 画出了两种标准的MAC 帧结构。它们都是由五个字段组成。MAC 帧的前两个
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字段分别是目的地址字段和源地址字段，长度是2 或6 字节。但在IEEE 802.3 标准规定对 10Mb/s 的基带以太网则使用6 字节的地址字段。
两种标准的主要区别在于第三个字段 （2 字节）。在 802.3 标准中，这个字段是长度
字段，它指后面的数据字段的字节数，数据字段就是 LLC 子层交下来的 LLC 帧，其最小长度 46字节，最大长度 1500 字节。在Ethernet V2 标准中，这个字段是类型字段，它指出LLC 层使用的协议类型。由于数据字段的最大长度为1500 字节，因此，以太网V2 标准中将各种协议的代码规定为大于 1500 的数值，这样就不至于发生误解，并借此实现兼容。最后一个字段是一个长度为4 字节的帧校验序列FCS，它对前四个字段进行循环冗余 （CRC）校验。
为了使发送方和接收方同步，MAC 帧在总线上传输时还需要增加7 个字节的前同步码 字段和 1 字节的起始定界符 （它们是由硬件生成的），其中前同步码是 1 和0 的交替序列，
供接收方进行比特同步之用；紧跟在前同步码之后的起始定界符为10101011，接收方一旦接 收到两个连续的 1 后，就知道后面的信息就是MAC 帧了。需要注意的是前同步码、起始定 界符和MAC 帧中的FCS 字段在网卡接收MAC 帧时已经被取消，因此，在截获的数据报中 看不到这些字段。
注意：由于802.3 标准在MAC 帧中封装802.2 帧，相比Ethernet V2 增加了 8 个字节的开销，而且实践表明，这样做过于繁琐，使得其在实际中很少得到使用。因此，本节实验中重点分析Ethernet V2 MAC 帧格式，802.3MAC 帧不作具体讨论。
2．实验环境与说明 （1）实验目的
了解EthernetV2 标准规定的EthernetV2 MAC 帧结构，初步了解TCP/IP 的主要协议和协议的层次结构。
（2）实验设备和连接
实验设备和连接图如图15 所示，用华为eNSP建立虚拟网络。
图15 Ethernet 链路层帧结构实验连接图
3．实验步骤
步骤1：按照如图15 所示连接好设备，配置PC1 和PC2 的IP 地址；（编者注：实验
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室中任何一台PC都可以作为模型中的PC1或PC2。）
步骤2：在：PC1 和PC2 上运行Ethereal 截获报文，为了只截获和实验内容有关的报文；
步骤3：在： PC1 的“运行”对话框中输入命令 “Ping 1.1.1.2”，单击 “确定”按钮；
步骤4：停止截获报文：结果如下，并对截获的报文进行分析：
列出截获的报文中的协议类型，观察这些协议之间的关系。
数据段前6个字节是目的MAC地址，为54-89-98-A7-48-77，后面6个字节是源MAC地址，为54-89-98-39-3E-27，后面2个字节是协议类型，为0806（ARP协议类型），数据为16字节长，加上最后4个字节的FCS。 4.实验总结
通过此次实验我们可以很简单的使用wireshark软件，并可以从捕获的数据中分析出所需的结果，比如：分析源IP地址和目的IP地址，源MAC地址和目的MAC地址，来了解数据链路层的协议。
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二、 网络层协议分析
该层是网络互联层，负责相邻计算机之间的通信。该层上的主要协议是IP 协议，此外， 这一层还包括三个子协议：ICMP 协议、ARP 协议和RARP 协议。
* 互联网控制信息协议 （ICMP，Internet Control Message Protocol）
ICMP 是TCP/IP 协议簇的的一个子协议，它和IP 协议属于同一层， 但ICMP 数据报是 被封装在IP 数据报中发送的。ICMP 协议通常被用于在IP 主机、路由器之间传递控制消息。 控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息 虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。该协议经常被用作调试 和监视网络。
* 网际协议 （IP，Internet Protocol）
这个协议是 TCP/IP 协议中最主要的协议之一，他负责处理来之传输层的分组发送请求 和输入的数据报文。该层以上各层的协议都要使用IP 协议。
* 地址解析协议 （ARP ）和反地址解析协议 （RARP，Reverse Address Resolution Protocol）
它们分别负责实现从IP 地址到物理地址 （如以太网网卡MAC 地址）和从物理地址到IP 地址的映射。
1. ICMP 协议分析实验
1． ICMP 协议介绍
ICMP（Internet Control Message Protocol）是因特网控制报文协议[RFC792]的缩写，是因特网的标准协议。ICMP允许路由器或主机报告差错情况和提供有关信息，用以调试、监视网络。
（1）ICMP 的报文格式
图20 ICMP 回送请求和应答报文格式
在网络中，ICMP 报文将封装在IP 数据报中进行传输。由于ICMP 的报文类型很多，且 又有各自的代码，因此，ICMP 并没有一个统一的报文格式供全部 ICMP 信息使用，不同的 ICMP 类别分别有不同的报文字段。
ICMP 报文只在前 4 个字节有统一的格式，即类型、代码和校验和 3 个字段。接着的4 个字节的内容与ICMP 报文类型有关。图20 描述了ICMP 的回送请求和应答报文格式，ICMP
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