电子科技大学
实验报告
学生姓名：田家翼
学号：2012019030029
指导教师：张科
日期：2014 年 11 月 29 日
实验项目名称： 排错工具——Ping 和Trace
报告评分： 教师签字：
一、实验原理
“PING”这个名字源于声纳定位操作。PING程序的目的是测试另一台主机是否可达，它发送ICMP回送请求报文给被测主机，并等待返回的ICMP回送应答或差错报告报文。ICMP协议（RFC 792）是IP协议的辅助协议，提供差错报告和查询机制。
一台主机的可达性不仅取决于IP层是否可达，还取决于使用的高层协议及端口号。仅当被测主机可达时，PING程序才能收到返回的ICMP回送应答报文，并能测出到该主机的往返时间。如果被测主机不可达，PING程序会收到一些ICMP差错报告报文，甚至收不到任何返回信息。根据ICMP差错报告报文的类型可粗略判定主机不可达的原因。
不同的物理网络具有不同的最大传送单元（MTU）值，因此可能需要对IP分组进行分片操作使其能够通过这些物理网络。当IP分组被分片时，需要修改分组头中的标志、分片偏移和总长度值，其余各字段将被复制到所有分片中。已经分片的IP分组在遇到具有更小MTU的网络时还会被再次分片。
TTL字段是由发送端初始设置在IP分组首部中的一个8 bit字段，不同操作系统上的不同应用程序指定的TTL初始值不同。路由器在转发每个IP分组时需要将该分组的TTL值减1或减去该分组在路由器中停留的秒数。由于大多数路由器转发IP分组的时延都小于1秒钟，因此TTL最终成为一个跳站计数器，即分组每经过一台路由器其TTL值被减1。TTL字段的目的是为了防止分组在选路时被无休止的转发。当路由器收到一份需转发的IP分组时，如果该分组的TTL值为1，路由器则丢弃该分组，并向分组源发送一份ICMP的TTL超时报文。
TRACE程序使用IP分组首部的TTL字段（生存时间）和ICMP报文，让使用者可以看到IP分组从一台主机传到另一台主机所经过的路由。TRACE程序首先发送一份TTL值为1的IP分组给目的主机，处理该IP分组的第1个路由器即会返回一份以自己的IP地址为源的携带有ICMP超时报文的IP分组，这样TRACE程序就得到了该路径中第1个路由器的IP地址。然后，TRACE程序发送一份TTL值为2的IP分组，同样又可获得该路径中第2个路由器的IP地址。TRACE程序不断增加所发送IP分组的TTL值直至IP分组到达目的主机，即可获得到目的主机所经过的每一个路由器地址。
但是，IP分组的目的主机不处理该分组的TTL值，即使收到TTL值为1的IP分组也不会丢弃该分组并产生一份ICMP超时报文。因此，TRACE程序必须判断IP分组是否已到达目的主机，不同操作系统上的TRACE程序的判断方法不同。目前通常有两种实现方法：一种是利用“端口不可达”的ICMP差错报文，另一种则是使用ICMP回送请求和回送应答报文。
在前一种方法中，TRACE程序发给目的主机的IP分组中携带的是一份UDP数据报，该UDP数据报的目的端口是一个目的主机上任一应用程序都不可能使用的UDP端口（通常大于30000）。当该IP分组到达目的主机时，目的主机的UDP模块会产生一份“端口不可达”的ICMP差错报文返回给TRACE程序。这样，TRACE程序即可根据收到的ICMP报文是超时还是端口不可达来判断何时结束。
在后一种方法中，TRACE程序发给目的主机的IP分组中携带的是ICMP回送请求报文。当该IP分组到达目的主机时，目的主机即会返回一份ICMP回送应答报文给TRACE程序。这样，TRACE程序即可根据收到的ICMP报文是超时还是回送应答来判断何时结束。
二、实验目的
1、了解网络连通性测试的方法和工作原理
2、了解网络路径跟踪的方法和工作原理
3、掌握MTU的概念和IP分片操作
4、掌握IP分组生存时间（TTL）的含义和作用
5、掌握路由表的作用和路由查找算法
三、实验内容
实验拓扑中VMware虚拟机PC2、PC3和PC4（未开机）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经由Dynamips软件模拟实现的路由器R3和R4互联，R1、R2、R3和R4之间运行OSPF路由协议，没有缺省路由。
实验者在PC2上使用通信测试命令（ping）和路径跟踪命令（tracert），结合Dynamips软件的分组捕获功能以及Wireshark软件的捕获分组查看功能，测试子网A、B之间的连通性和通信路径，考察IP地址和分组长度对网络间通信的影响以及IP分组生存时间（TTL）对网络间IP分组交付的影响，体会ICMP协议的差错报告机制，理解并掌握PING和TRACE的工作原理和操作命令。
四、实验器材（设备、元器件）
计算机一台，VMware，Dynamips Server，Wireshark等软件。
五、实验步骤
1、依次启动VMware Workstation中TCPIP组内的虚拟机PC2和PC3。（注：不开启PC4）
2、启动Dynamips Server，然后运行lab4.net，在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令启动路由器R1、R2、R3和R4：
=> start R1
=> start R2
=> start R3
=> start R4
3、在PC2上使用“route print”命令查看并记录该主机的路由表。
4、在PC2的cmd窗口键入“ping”命令，查看并记录选项-n、-l、-f的含义和功能。然后在PC2上ping PC3的IP地址确保整个实验网络运行正常。
5、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令捕获子网A和子网B中的分组：
=> capture R1 f0/0 aping.cap
=> capture R2 f0/0 bping.cap
6、在PC2上使用-n选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。
ping -n 1 <PC3的IP地址>
7、在PC2上使用-n和-l选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。
ping -n 1 -l 1500 <PC3的IP地址>
8、在PC2上使用-n、-l和-f选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。
ping -n 1 -l 1500 -f <PC3的IP地址>
9、在PC2上ping未开机的PC4，记录ping回应信息。
ping -n 1 192.168.22.4
10、在PC2上ping 10.1.1.1，记录ping回应信息。
ping -n 1 10.1.1.1
11、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令重新捕获子网A和子网B的分组：
=> no capture R1 f0/0
=> no capture R2 f0/0
=> capture R1 f0/0 atrace.cap
=> capture R2 f0/0 btrace.cap
12、在PC2上trace PC3的IP地址，记录trace回应信息。
tracert <PC3的IP地址>
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和子网B中的分组：
=> no capture R1 f0/0
=> no capture R2 f0/0
14、用Wireshark软件查看并分析捕获的分组文件（aping.cap、bping.cap、atrace.cap、btrace.cap）中的ping和trace通信分组，查看过滤条件为“ip.proto == 1”（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）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）依次关闭PC2和PC3，再关闭VMware窗口；
（3）运行lab2.net所在目录下的“reset.bat”文件。
六、实验数据及结果分析
1、按照显示顺序记录步骤3中PC2的路由表信息：
【分析】
1） 请按照网关（gateway）地址分类分析主机路由表中每条路由表项的网关地址的特征，路由的目的地，以及所采取的分组交付方式。
第一条， 缺省路由。解释：当一个数据包的目的的网段不在你的路由记录中，数据包则发到这个地方。缺省路由的网管由default gatewat决定，它采用间接交付方式。
第二条， 本地环路，127.0.0.0网段内所有地址都指向自己的机器。
第三条， 直联网段的路由记录，当一个数据包的目的的网段是192.168.11.0，则机器将数据包通过192.168.11.2这个接口发出去，采用直接交付。。
第四条， 本地主机路由，当路由器收到发送给自己的数据包将如何处理
当机器接收到的数据包的目的网段是192.168.11.2时，机器会将这个数据包接收下来，因为这个数据包是发给此机器的。
第五条， 本地广播路由，当路由器收到发送给直联网段的本地广播时如何处理
当机器收到广播数据包的目的网段是192.168.11.255时，机器将这个数据包从192.168.11.2接口以广播的形式发送出去
第六条， 组播路由，当路由器收到一个组播数据包时该如何处理
当机器收到组播数据包时，机器将这个数据包从192.168.11.2接口以组播的形式发送出去
第七条， 广播路由，当路由器收到一个绝对广播时该如何处理
当机器收到绝对广播数据包时，将该数据包丢弃掉
2） 本实验中PC2将使用哪条路由发送对目的主机的ping报文？
第三条
2、记录步骤4中PC2上显示的PING命令选项-n、-l、-f的含义。
-n count Number of echo requests to send.
-l size Send buffer size.
-f Set Don't Fragment flag in packet.
3、记录步骤6中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的ICMP报文信息：
【分析】解释PING命令回应信息中的bytes、time和TTL参数的含义。
Bytes 是命令中发送的字节数
Time 是往返所需时间
TTL 是生存时间
4、记录步骤7中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的ICMP报文的IP分组头信息：
注意：“分片偏移”填写的是分组首部中以8字节为单位的片偏移值。
【分析】
1） PC2发出的IP分组（源IP地址PC2，目的IP地址PC3）在子网A和子网B上分别有几个分片？这些分片分别是由实验拓扑中的哪些设备划分的？为什么要划分这些分片？这些分片的重组操作将由实验拓扑中的哪台设备进行？
答：子网A中有两个分片，在子网B中有三个分片，这些分片是路由器R1划分的，因为网络的MTU比报文的长度短，需要分片传输。重组是在目的主机PC3上完成。
2） PC3发出的IP分组（源IP地址PC3，目的IP地址PC2）在子网A和子网B上分别有几个分片？这些分片分别是由实验拓扑中的哪些设备划分的？为什么要划分这些分片？这些分片的重组操作将由实验拓扑中的哪台设备进行？
答：在子网A中有三个分片，在子网B中有两个分片，这些分片是路由器R2划分的，因为网络的MTU比报文的长度短，就得分片传输。重组是在目的主机PC2上完成。
3） 在分片重组操作中，应根据分片首部中的什么信息判断收到的分片属于哪个IP分组？属于同一IP分组的分片需按照分片首部中的什么信息进行重组？
答：根据标识位的数据信息来判断分片属于什么IP分组，属于同一IP分组的分片需要分片偏移和是否还有分片的信息来进行重组。
5、记录步骤8中PC2上的ping命令回应信息。
【分析】本步骤中是否捕获到PC2发送或接收的报文？结合PING回应信息解释其原因。
答：未捕获到，因为-f不分片，而这个报文的长度大于那段介质的MTU， 就会被丢弃。
6、记录步骤9中PC2上的ping命令回应信息。
【分析】
1） 本步骤中是否捕获到PC2发送或接收的报文？结合PING回应信息解释其原因。
答：能捕获到，因为PC2ping一台不存在的主机，路由器R1不会知道，只会转发
2） 在ping时如果收到“Request timed out.”信息，是否能确定目的主机一定未开机响应或一定没有可达的路由？为什么？
答：不一定，有可能是网络过于拥塞。
7、记录步骤10中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A上捕获的ICMP报文信息：
【分析】请指出步骤9和步骤10中目的主机可达性的差异之处，并解释其差异产生的原因。
答：在步骤9中只有主机不可以到达，该网段还是可到达的；
在步骤10中该网段不可以到达。
8、记录步骤12中主机上输入的TRACE命令及其回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的如下报文信息：
说明：TTL、源IP地址和目的IP地址都相同的分组只记录1次；
【分析】
1） TRACE程序根据什么报文中的什么信息获得每一跳路由器的IP地址？
答：根据每一次返回的ICMP报文中的源IP地址确定。
2） TRACE程序在跟踪每一跳路由器时，发送了几个测试报文？这样做的目的是什么？
答：发送了三个测试报文，这样做防止ICMP报文丢失，确保接收到回应信息。
3） WinXP系统的TRACE程序使用何种方法判断测试分组是否已到达目的主机？
答：TRACE程序发给的目的主机的IP分组中携带的是ICMP回送请求报文。当该IP分组达到目的主机时，目的主机回返回一份ICMP会送应答报文给TRACE程序。如此，TRACE程序即可根据收到的ICMP报文是超市还是回答应答来判断何时解释。
七、实验结论
1、总结ICMP差错报告机制的作用和ICMP差错报告报文中数据部分的作用。
答：ICMP差错报告机制使原始的数据发送端知道它自己发送数据失败，而ICMP报文中的数据则可以让发送端知道发送失败的类型和原因。
2、交付出错的哪些IP分组不会产生ICMP差错报告报文？
答：有四种情况，
1.对于携带ICMP差错报文的数据包，不再产生ICMP差错分组；
2.对于分片的数据包，如果不是第一个分片，不再产生ICMP差错分组；
3.对于具有多播地址的数据报，不再产生ICMP差错分组；
4.对具有特殊地址的数据报，不再产生ICMP差错分组。
3、请根据实验中的TRACE回应信息和实验拓扑图，写出路由器R1的F0/1接口、R2的F0/1和S1/0接口、以及R3和R4的所有接口的IP地址，并指出本实验中子网A到子网B的通信路径。
答：R1 F0/1:192.168.13.1
R2 F0/1:192.168.24.1 S1/0:未知
R3 F0/0:192.168.13.2 S1/1:192.168.34.2 S1/0:未知
R4 S1/0:192.168.34.2 F0/0:192.168.24.2
通信路径：PC2→R1→R3→R4→R2→PC3
八、总结及心得体会
PING程序的目的是测试另一台主机是否可达，它发送ICMP回送请求报文给被测主机，并等待返回的ICMP回送应答或差错报告报文。TRACE程序使用IP分组首部的TTL字段（生存时间）和ICMP报文，让使用者可以看到IP分组从一台主机传到另一台主机所经过的路由
九、对本实验过程及方法、手段的改进建议