华东师范大学软件工程学院实验报告三
一、实验目的

1. 学会通过Wireshark分析ip协议
2. 了解IP数据报的组成
3. 了解IP各部分的含义

二、实验内容与实验步骤
实验内容：
1、启动Wireshark，在菜单栏的捕获->选项中进行设置，选择已连接的以太网，设置捕获过滤器为“tcp port 80”，将混杂模式设为关闭,勾选 enable network name resolution.然后开始捕获。
2、打开windows的命令行，在里面输入wget www.sina.com
3、打开Wireshark， 停止捕获。
4、根据你对IP报文的理解，画出IP报文的结构。需要显示出IP报头字段的位置和大小（字节为单位）。
5、你的计算机和远程服务器的IP地址是多少？
6、总长度字段是否包括IP头加IP有效载荷，或只是IP有效载荷？
7、在不同的数据包中标识字段的值如何更改或保持相同的值？例如，在同一个TCP连接中的数据包中标识字段的值是否相同，还是每个都不同？不同传输方向上会相同吗？如果标识字段的值有变化，你能从中找出规律吗？
8、从计算机发送的报文的TTL字段初始值是什么？它是最大可能的值，还是一些较低的值？
9、如何判断一个数据包是否被分片？普通操作下的大多数的IP数据包不会被分片的。但是接收者需要有办法去确定。
10、IP报头的长度是多少，它是如何被编码进报头长度域的
11、在DOS命令行下使用tracert命令:tracert www.sina.com，保存输出。根据输出画出网络路径。*号可能是因为某些路由不会为TTL超时发送“已超时”信息。
12、IP报头的校验和可以用来验证一个数据包是否正确。选择一个IP报文，计算它的checksum。

三、实验环境

1. Wireshark v3.0.6
2. Windows 10
3. wget

四、实验过程与分析
提到IP协议，那可是久仰大名了。老师在计算机网络理论课第一章就讲过，IP协议是非常重要、难以替代的一个协议，几乎凭着一己之力撑起了整个网络层。

除了一个在之前实验里面提到过的，为了解决IP协议不可靠性而辅助IP协议的ICMP协议，网络层就一个IP协议了。通过wireshark设置捕获过滤器为“tcp.port == 80”，关闭混杂模式，勾选网络名称解析；再在windows命令行，里面输入wget www.sina.com，然后开始捕获。这样就可以一睹IP其真容了。

1、启动Wireshark，在菜单栏的捕获->选项中进行设置，选择已连接的以太网，设置捕获过滤器为“tcp port 80”，将混杂模式设为关闭,勾选 enable network name resolution.然后开始捕获。

2、打开windows的命令行，在里面输入wget www.sina.com

3、打开Wireshark， 停止捕获。

4、根据你对IP报文的理解，画出IP报文的结构。需要显示出IP报头字段的位置和大小（字节为单位）。

首先看到的是IPv4头部的总大小，在底下显示是20字节。这里其实是有一点误导人的；其实IPv4头部不一定是20字节，而是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节。可用的IP选项包括：记录路由（record route），数据报途经的所有路由器的IP地址；时间戳（timestamp），每个路由器中数据报被转发的时间（或时间与IP地址对）；此外还有，松散源路由选择（loose source routing）和严格源路由选择（strict source routing）。
前20个字节又往往以4字节，即32位一组的形式被列成一个表格，这个表格助教列在PPT里面了。

先看前32位。第一个字段是4位的版本号（version）。对IPv4来说，版本号是4，其他还有的例如说我这次还抓到的IPv6，就是6。由于版本号只有4位，这也就意味着至多只有IP的也就最多16个版本。
第二个字段是4位的头部长度（header length），用来标识该IP头部有多少个4字节，形象地说就是4字节一行来画IP头部，能画多少行。因为4位二进制数最大是15，对应IP头部大小的上限是60字节。
第三个字段是8位的服务类型（Type Of Service，TOS）由8位构成，用来表明服务质量。这里wireshark给了一个下拉框来显示其内部详细信息。

可以看到8位又被分成两块。前面的6位被称作，Differential Services Codepoint，差分服务代码点（DSCP），用来进行质量控制；后面2位被称作Explicit Congestion Notification，显式拥塞通告（ECN），用来报告网络拥堵情况。
第四个字段是16位的总长度（total length）来表示是指整个IP数据报的字节数，即长度。也因此，因此IP数据报的最大长度为216-1个字节。但由于最大传输单元，MTU（Maximum Transmission Unit）的限制，长度超过MTU的数据报都将被分片传输，所以实际传输的IP数据报（或分片）的长度都远远没有达到最大值。
接下来的32位，共包括了3个字段，就是来描述描述分片是如何实现的。

第一个字段是16位的标识字段（identification），它是用来唯一地标识主机发送的每一个数据报。它的初始值由系统随机生成；每发送一个数据报加1。一般，不同包标识符不同；但是原是同一个数据包的片，在分片后，标识符相同，这样接收端就可以把包组合起来

第二个字段在wireshark里面被简单称为flags，包括各自独立的三个位。第一位是保留位，为0。第二位（Don’t Fragment，DF）表示“禁止分片”；如果为1，数据不分片。此时若IP数据报长度超过MTU的话，网络将丢弃该数据报并报错，这就用到了实验二里面提到的ICMP协议。第三位（More Fragment，MF）表示“更多分片”；除了数据报的最后一片外，其他片都为1。
第三个字段是13位的分片偏移（fragmentation offset）是用来标识被分片的每一分段想对于原始数据的位置，第一个分片对应的值为0。但实际的偏移值是该值左移3位（乘8）后得到的。由于这个原因，除了最后一个IP分片外，每个IP分片的数据部分的长度必须是8的整数倍（这样才能保证后面的IP分片拥有一个合适的偏移值）。

再往后面的32位，第一个字节被称为，生存时间(Time To Live，TTL)，是指包可以中转多少个路由器的意思。每经过一个路由器，TTL会减少1，知道变为0在丢弃该包。TTL值可以防止数据报陷入路由循环。
第二个字节是，协议(Protocol)：标识IP头部是属于哪个协议的，例如为6就是TCP协议。最后两个字节是头部的校验和。
最后的8字节，前四字节是发送端口的IP地址，后四字节是接收端口的IP地址。这样一个IP头部就被分析得干干净净了。

问：你的计算机和远程服务器的IP地址是多少？

答：计算机IP地址192.168.43.91；服务器210.52.217.139

问：总长度字段是否包括IP头加IP有效载荷，或只是IP有效载荷？
答：包括IP头和IP有效载荷

问：在不同的数据包中标识字段的值如何更改或保持相同的值？例如，在同一个TCP连接中的数据包中标识字段的值是否相同，还是每个都不同？不同传输方向上会相同吗？如果标识字段的值有变化，你能从中找出规律吗？
答：通个链接中的数据报可能相同，因为可能原来是一个包，只是后来被分片了。不同传输方向上相同可能性不大，因为发送端和接收端标识字段是各自标识的，且标识字段的初始值是随机的。标识字段的规律是，同个计算机的标识不减：不分片，简单加一；分片，保持一致。

问：从计算机发送的报文的TTL字段初始值是什么？它是最大可能的值，还是一些较低的值？
答：TTL值被发送端设置为允许经过的路由器的最多个数，常见的值是64。数据报在转发过程中每经过一个路由，该值就被路由器减1。当TTL值减为0时，路由器将丢弃数据报，并向源端发送一个ICMP差错报文。

问：如何判断一个数据包是否被分片？普通操作下的大多数的IP数据包不会被分片的。但是接收者需要有办法去确定。
答：

如果收到的 IP 报头中 Fragmentation Flags 为 1 则未分片
而如果收到的IP报头的Fragment Flag为0，则表明其可以被分片

问：IP报头的长度是多少，它是如何被编码进报头长度域的？
答： 首部的前一部分header length是固定长度，共 20Bytes，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部 的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。首部中的源地址和目的地 址都是 IP 协议地址。 IP 报头长度域(IHL)以 32 位字(4 字节)进行计数。当它的值为 n 时，其所表达的字 节数为 n×4 个。 所以在本次试验中，报头长度域等于 20/4=5

问：在DOS命令行下使用tracert命令:tracert www.sina.com，保存输出。根据输出画出网络路径。*号可能是因为某些路由不会为TTL超时发送“已超时”信息。
跟踪路径：

网络路径：

最后，我要计算一个包的校验和是否正确。此处是以一开始wireshark抓到的包为例。

IP Header 除了 checksum 之外数值为：
4500 0029 d375 4000 4006 ac1e e28c 6f07 44d3
根据 checksum 计算方法并处理进位后，得到总和为 db2b
最后取反得到 checksum 为24d4，和 IP 头部的 checksum 一致。

五、实验结果总结
本次实验实验首先探究了IP头部的结构与，每个部分的作用；然后回答了老师在ppt上的问题。
然后通过tracert命令，了解到了网络中路由的一个具体路径。
最后计算IP头的校验和。发现只有发给主机的IP包头部校验和是经过计算的；而从主机向外发出的IP包头部校验和，在wireshark中，仍然为初始的0000。

六、附录
本次实验报告内容参考Exp3.ppt以及：

1. https://www.cnblogs.com/ziyunlong/p/6119418.html
2. https://blog.csdn.net/luokh327/article/details/50801190
3. mtu_百度百科
   4.https://wenku.baidu.com/view/ce984ed327fff705cc1755270722192e453658ed.html
   5.https://blog.csdn.net/MAOTIANWANG/article/details/9198065
   6.http://www.99cankao.com/digital-computation/hex-addition-calculator.php