* 版本：指IP 协议的版本； * 头长：是指IP 数据报的报头长度，它以4 字节为单位。IP 报头长度至少为 20 字节， 如果选项部分不是4 字节的整数倍时，由填充补齐； * 总长度：为整个IP 数据报的长度； * 服务类型：规定对数据报的处理方式；
* 标识：是IP 协议赋予数据报的标志，用于目的主机确定数据分片属于哪个报文； * 标志：为三个比特，其中只有低两位有效，这两位分别表示该数据报文能否分段和是 否该分段是否为源报文的最后一个分段；
* 生存周期：为数据报在网络中的生存时间，报文每经过一个路由器时，其值减 1，当生存周期变为 0 时，丢弃该报文；从而防止网络中出现循环路由； * 协议：指IP 数据部分是由哪一种协议发送的；
* 校验和：只对IP 报头的头部进行校验，保证头部的完整性；
* 源IP 地址和目的IP 地址：分别指发送和接收数据报的主机的IP 地址。 （3）IP 数据报的传输过程
在互联网中，IP 数据报根据其目的地址不同，经过的路径和投递次数也不同。当一台主 机要发送 IP 数据报时，主机将待发送数据报的目的地址和自己的子网掩码按位 “与”，判断其结果是否与其所在网络的网络地址相同，若相同，则将数据报直接投递给目的主机，否则，将其投递给下一跳路由器。 路由器转发数据报的过程如下：
① 当路由器收到一个数据报文时，对和该路由器直接相连的网络逐个进行检查，即用 目的地址和每个网络的子网掩码按位 “与”，若与某网络的网地址相匹配，则直接投递；否 则，执行2。
② 对路由表的每一行，将其中的子网屏蔽码与数据报的目的地址按位 “与”，若与该行
的目的网络地址相等，则将该数据报发往该行的下一跳路由器；否则，执行3。
③ 若路由表中有一个默认路由，则将数据报发送给路由表所指定的默认路由器。否则， 报告转发出错。
2．实验环境与说明 （1）实验目的
使用 Ping 命令在两台计算机之间发送数据报，用Ethereal 截获数据报，分析IP 数据报的格式，理解IP V4 地址的编址方法，加深对IP 协议的理解。 （2）实验设备和连接
用两台电脑来进行连接，通过wireshark来进行捕获数据。 3．实验步骤
步骤1：按照以上连接好设备；
步骤2：捕获的数据如下：
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步骤4：任取一个数据报，分析IP 协议的报文格式，完成下列各题： 1）分析IP 数据报头的格式，完成表9；
表9 IP 协议报文分析 字段 版本 头长 服务类型 报文信息 4 5 00 说明 IPv4，互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版 4个字节，IP数据报报头区的长度 IP协议服务类型 12
总长度 标识 标志 片偏移 生存周期 协议 校验和 源地址 目的地址 0224 0409 00 00 80 01 32b0 c0a8400a c0a8400c 数据总长度 IP的标识 表示为IP数据报最后一个分段 IP数据报在网络中传输最长时间 01为ICMP协议发出的数据报文 保证数据报文在传输过程中的正确性和完整性 源IP地址：192.168.64.10 目的IP地址：192.168.64.12 4.实验小结
了解到我们生活中经常使用的网站地址是如何在网络层传输的和保证传输过程中的正确性、完整性，这不仅仅是我们平时上网打一个网址而已，其中包含了许许多多的协议和校验方法，让我们能正确的打开所需的、安全的网站。
三、 传输层协议分析
TCP/IP 的传输层有两个协议，即：传输控制协议TCP（Transmission Control Protocal）和用户数据报 （User Datagram Protocol ）。在TCP 体系中，根据所使用的协议是TCP 或UDP，传输的数据单元分别称之为TCP 报文段或UDP 数据报。
TCP 提供面向连接的可靠的传输服务。在传输数据之前必须建立连接，数据传送结束后 释放连接。因此，不可避免地增加了很多开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等。 这样不仅使协议数据单元的首部加长，还要占用许多处理器资源。
UDP 在传输数据前不需要建立连接，远程主机的传输层在收到 UDP 数据报后不需要提 供任何确认信息。虽然UDP 提供的是一种不可靠的传输服务，但在某些请况下，UDP 是一 种有效率的工作方式。 在一台主机上，常常有多个应用程序运行，为了区分一台主机上的多个应用程序，TCP/IP 协议中引入了端口的概念。每个端口都有一个 16 位的标志符，这个标志符被称为端口号， TCP 和UDP 都有自己的端口号。
1. IP 数据报分片实验
我们已经从前边的实验中看到，IP 报文要交给数据链路层封装后才能发送。
理想情况下，每个IP 报文正好能放在同一个物理帧中发送。但在实际应用中，每种网络技术所支持的最大帧长各不相同。例如：以太网的帧中最多可容纳 1500 字节的数据；FDDI 帧最多可容纳4470 字节的数据。这个上限被称为物理网络的最大传输单元 （MTU，Maxium Transfer Unit）。
TCP/IP 协议在发送 IP 数据报文时，一般选择一个合适的初始长度。当这个报文要从
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一个 MTU 大的子网发送到一个 MTU 小的网络时，IP 协议就把这个报文的数据部分分割成能被目的子网所容纳的较小数据分片，组成较小的报文发送。每个较小的报文被称为一个分片 （Fragment）。每个分片都有一个 IP 报文头，分片后的数据报的 IP 报头和原始 IP 报头除分片偏移、MF 标志位和校验字段不同外，其他都一样。图25 显示了Ethereal 捕获的IP 数据报分片的分析情况，可参考。
图25 IP 数据报分片示例
重组是分片的逆过程，分片只有到达目的主机时才进行重组。当目的主机收到IP 报文时，根据其片偏移和标志MF 位判断其是否一个分片。若MF 为0，片偏移为0，则表明它是一个完整的报文；否则，则表明它是一个分片。当一个报文的全部分片都到达目的主机时，IP 就根据报头中的标识符和片偏移将它们重新组成一个完整的报文交给上层协议处理。
2．实验环境与说明 （1）实验目的
使用Ping 命令在两台计算机之间发送发送大于MTU 的数据报，验证分片过程，加深对 IP 协议的理解。
（2）实验设备和连接
用两台电脑分别安装一个为server服务器端和client客户端，从客户端发送数据包给服务器端，通过wireshark软件来进行对服务器来截获。
3．实验步骤
1、检查实验用机网络连接是否正常
2、在一台主机上运行给定服务器程序server.exe，需要带一个TCP端口号参数 例如：server 2000 3、在另一台主机上
（1）运行wireshark，设置捕获过滤器，开始捕捉报文
（2）运行给定客户端程序client.exe，需带2个参数，分别是服务器端ip地址、端口号 例如：client 192.168.64.99 2000
4、从客户端，选择一个长度为10k字节左右的数据文件，经网络传输到服务器端。 5、对捕获到的整个通信过程报文进行分析，主要内容有：
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TCP协议的报文形式；
TCP连接的建立和释放过程；
TCP数据传输中编号与确认的过程； TCP重传机制。
6、反复进行4次传输文件，按下表每次分别选择不同的文件分割尺度，借助于网络协议解码工具所捕获数据，通过统计、计算填写下表，并进行分析。 序号 文件分割尺文件总长度（字节） （字节） 10 100 1460 6000 10311 10311 10311 10311 文件分割块数（个） 1032 104 8 2 经网络传输的数据块数 10 9 9 9 传输效率（对发送方） 10311/11463=0.8995 10311/11341=0.9092 10311/11347=0.9087 10311/11219=0.9190 1 2 3 4
2. TCP 协议分析实验
1．TCP 协议介绍
TCP 是传输控制协议 （Transmission Control Protocal）的缩写，提供面向连接的可靠的传输服务。在TCP/IP 体系中，HTTP、FTP、SMTP 等协议都是使用TCP 传输方式的。
（1）TCP 报文格式
图28 TCP 报文段格式
TCP 报文分为首部和数据两个部分。如图28 所示，TCP 报文段首部的前20 字节是固 定的，后面有4 ×n 字节是可选项。其中：
* 源端口和目的端口：各2 字节，用于区分源端和目的端的多个应用程序；
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