电子科技大学

实验报告

学生姓名：

学号：

指导教师：      苏俭

日期：  20##  年  11 月  3  日

实验项目名称：    IP分组交付和ARP协议           

报告评分：                          教师签字：                  

一、  实验原理

IP子网中使用一个32比特的掩码来标识一个IP地址的网络/子网部分和主机部分。将IP地址和掩码进行“位与”运算后可以得到该IP地址所在IP子网的子网地址，结合掩码中0比特个数可以确定该IP子网的IP地址空间范围。根据IP地址所在IP子网的子网地址及其掩码，可以判断这些IP地址是否属于同一个IP子网。

IP地址空间中定义了一些特殊地址：

网络/子网地址：标识一个IP网络或子网。

直接广播地址：表示该分组应由特定网络上的所有主机接收和处理 受限广播地址：表示该分组应由源所在网络或子网上的所有主机接收和处理。

本网络上本主机地址：表示主机自己。

环回地址：用来测试机器的协议软件。

IP分组被交付到最终目的地有两种不同的交付方式：直接交付和间接交付。交付时首先通过路由选择技术确定交付方式：如果IP分组的目的与交付者在同一个IP网络上，就直接交付该分组至目的站点；如果IP分组的目的与交付者不在同一个IP网络上，就间接交付该分组至下一个路由器（即下一跳站点）。

在以太网上，IP分组是封装在以太帧中发送的，因此发送时除了要有接收站的IP地址（IP分组中的目的IP地址）外，还需要接收站的MAC地址（以太网帧中的目的MAC地址）。ARP协议（RFC 826）实现了IP地址（逻辑地址）到MAC地址（物理地址）的动态映射，并将所获得的映射存放在ARP高速缓存表中。

不同的交付方法将导致不同的ARP解析操作，获取不同的目的物理地址。直接交付时，交付者直接将IP分组交付给该分组的目的站点，因此交付者使用ARP协议找出IP分组中目的IP地址对应的物理地址。间接交付时，交付者需要将IP分组交付给下一跳站点，而不是该IP分组的目的端，因此交付者使用ARP协议找出下一跳站点IP地址对应的物理地址。

IP网络是一个逻辑网络，一个物理网络可以被逻辑划分成若干个IP网络。两个IP网络之间的通信必须经由路由器中继，未经路由器互连的两个IP网络即使在同一物理网中也不能通信。主机的默认网关地址就是连接该主机所在IP网络的路由器接口的IP地址。

二、实验目的

1、掌握IP子网划分技术、IP地址分配原则，以及特殊IP地址的特征和作用

2、理解掌握直接交付与间接交付IP分组过程中的路由选择、ARP解析和以太网封装技术

3、分析子网划分对IP分组交付的影响

三、实验内容

实验拓扑中VMware虚拟机PC1、PC2、PC3和PC4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之间通过PPP链路互联。R1、R2、PC2、PC3和PC4的网络连接均已配置。

实验者首先在PC1上配置其网络连接，并配合通信测试命令（ping）来检验特殊IP地址的用途以及IP子网设置对同一物理网内计算机间通信的影响，从而理解并掌握子网地址、子网广播地址和主机地址的概念、特征与用途。

然后在PC1上使用ping命令分别进行IP子网内通信和IP子网间通信，通过ARP缓存表操作命令、Dynamips软件的分组捕获功能以及Wireshark软件的捕获分组查看功能，分析IP分组的直接交付、间接交付操作和路由器的作用，掌握ARP协议的工作原理，以及IP分组投递过程中源/目的IP地址与源/目的MAC地址的特征，理解IP子网对IP分组交付的影响。四、实验器材（设备、元器件）

电脑，VMN

五、实验步骤

1、依次启动VMware Workstation中TCPIP组内的虚拟机PC1、PC2、PC3和PC4，使用ipconfig命令查看并记录这4台PC的网络连接信息，在PC1上ping PC2的IP地址，记录并分析ping的结果。

2、设置PC1的子网掩码为255.255.255.0，然后将其IP地址分别设为192.168.11.0、192.168.11.255，记录并分析设置结果。

3、根据实验拓扑中的各子网信息以及步骤1中记录的PC2、PC3、PC4的网络连接信息，配置PC1的IP地址、子网掩码和默认网关，使得PC1能够ping通PC2，并在PC1上分别ping PC3和PC4的IP地址，记录并分析ping的结果。

4、在PC1上分别ping以下8个IP地址：0.0.0.0、255.255.255.255、192.168.11.0、192.168.11.255、127.0.0.0、127.0.0.1、127.0.0.10、127.255.255.255，记录并分析ping的结果。

5、启动Dynamips Server，然后运行lab1.net，在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令启动路由器R1和R2，并进入其CLI：

=> start R1

=> start R2

=> con R1

=> con R2

6、分别在R1的CLI提示符“R1>”后以及R2的CLI提示符“R2>”后输入“show arp”命令查看并记录两台路由器当前的ARP缓存表，例：

R1> show arpR2> show arp

7、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令捕获子网A、子网B和子网C中的分组：

=> captureR1f0/0 a.cap

=> captureR2 f0/0 b.cap

=> captureR2s1/0 c.cap PPP

8、分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp -d *”清空四台PC上的ARP缓存表，然后使用命令“arp -a”查看并记录清空操作后的ARP缓存表。

9、在PC1上ping PC2的IP地址，记录ping回应信息。ping结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp -a”、在R1和R2的CLI上使用命令“show arp”查看并记录四台PC和两台路由器的ARP缓存表。

10、在PC1上ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。ping结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp -a”、在R1和R2的CLI上使用命令“show arp”查看并记录四台PC和两台路由器的ARP缓存表。

11、在PC1上ping PC4的IP地址，记录ping回应信息。ping结束后分别在PC1、PC2、PC3、PC4上使用命令“arp -a”、在R1和R2的CLI上使用命令“show arp”查看并记录四台PC和两台路由器的ARP缓存表。

12、在PC1上ping子网A内一台不存在主机的IP地址，记录ping回应信息。ping结束后在PC1上使用命令“arp -a”查看并记录其的ARP缓存表。

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、子网B和子网C中的分组：

=> no captureR1f0/0

=> no captureR2 f0/0

=> no captureR2s1/0

14、用Wireshark软件查看并分析捕获的分组文件（a.cap、b.cap和c.cap）中的ARP和ICMP分组，查看过滤条件为“arp || icmp”（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）关闭R1、R2的CLI窗口，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）将PC1的网络连接设置为“自动获得IP地址”，然后依次关闭PC1、PC2、PC3和PC4，关闭VMware

3）运行lab1.net所在目录下的“reset.bat”文件。

六、实验数据及结果分析

1、记录实验中PC1、PC2、PC3和PC4的网络连接

【分析】PC1 在步骤 1 和步骤 3 中是否与 PC2、PC3、PC4 在一个 IP 子网中？为什么？

2、记录实验中 PC1 的 ping 通信结果。

说明：因 Dynamips 软件模拟问题，在步骤 10 和步骤 11 中 R2 不会转发 PC1发给 PC3 和 PC4 的第 1 个 ping 测试请求报文，故实验中请忽略该报文。

‘

【分析】PC1 在什么情况下能与 PC2、PC3、PC4 通信？

3、记录实验中 PC1、PC2、PC3、PC4、R1 和 R2 的 ARP 缓存表项：

说明：如果某个步骤中某设备的 ARP 缓存表为空，则填写“无”。如果某个步骤中某设备有多条 ARP 缓存表项，则要填写每一条表项。

【分析】

1）每台 PC 的 ARP 缓存表中能否有其它 IP 子网中 PC 的地址映射？为什么？

2）在实验中 PC2 的 ARP 缓存表中能否会有其默认网关 192.168.11.254 的地址映射？为什么？

3）如果步骤 11 中出现了某条 ARP 表项消失的情况，原因可能是什么？

4、记录步骤 9、步骤 10、步骤 11、步骤 12 中捕获的分组信息：

说明：MAC 和 IP 地址可用对应的设备标识填写（如“R1 f0/0”、“PC1”），如果无对应的设备标识，则填写 16 进制 MAC 地址或点分十进制 IP 地址；如果某个步骤中某子网内没有捕获到相应类型的分组，则填写“无”。

【分析】

1）4 个步骤中是否在子网 A、B 和 C 中都有 ARP 分组？为什么？

2）4 个步骤中 PC1 是否每次都发出了封装着 ICMP 报文的 IP 分组？为什么？

3）4 个步骤中 PC1 是否每次都收到了封装着 ICMP 报文的 IP 分组？为什么？

4）如果 PC1、PC2 和路由器 R1 之间采用以太网交换机连接，那么在步骤 9 中R1 能否捕获到 PC1 ping PC2 时产生的 ARP 请求分组、ARP 响应分组以及ICMP 回送请求报文和 ICMP 回送应答报文？为什么？

5）步骤 10 中路由器 R1 和 R2 在转发源为 PC1、目的为 PC3 的 IP 分组时，分别采用的是直接交付还是间接交付？为什么？

七：实验结论

1、根据步骤 2 和 4，总结本实验中所有特殊 IP 地址的地址结构特征，以及它们在通信中的使用情况。

2、总结主机发送 IP 分组时的直接交付和间接交付操作过程，以及过程中 ARP 协议和 ARP 缓存表的具体操作步骤。

3、总结当源和目的主机间跨越多个 IP 网络时，它们的 IP 分组在交付过程中源和目的 IP 地址的变化情况，以及封装该分组的数据帧的源和目的 MAC 地址的变化情况。

八、总结及心得体会

九、对本实验过程及方法、手段的改进建议

第二篇：电子科技大学 TCPIP lab4实验报告

电子科技大学

实验报告

学生姓名：

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指导教师：

日期：       年       月       日

实验项目名称：                                                                 

报告评分：                          教师签字：                  

一、  实验原理

RIP 协议（RFC 1058）是一个基于距离向量路由选择的内部网关协议：每台路由器 定期与邻居路由器交换各自路由表中的所有路由信息，使用 Bellman-Ford 算法计算路由 表。RIP 协议的路由度量（Metric）是到目的网络的跳数（hop count），最大跳数值为 15。

运行 RIP 协议的路由器初始接入到网络上时，它的路由表中只有根据其接口上的 IP 配置信息获得的直连网络的直连路由。随着 RIP 路由信息的不断交换，互联网中的每台 RIP 路由器最终会掌握整个互联网的知识，即 RIP 协议收敛。

RIP 协议有 2 种类型的报文：RIP 请求报文和 RIP 响应报文，它们都封装在 UDP 数 据报中广播发送。

-   RIP 请求报文可以询问特定路由项目或所有路由项目。当运行 RIP 协议的路由 器刚接入网络中时，会广播发送一份询问所有路由项目的 RIP 请求报文。

-   RIP 响应报文可以是询问或非询问的。询问的 RIP 响应报文仅在回应 RIP 请求 报文时单播发送给请求者，发送的内容是请求报文中所请求的特定路由项目或 整个路由表的路由项目。非询问的 RIP 响应报文则是定期的广播发送，发送的 内容是整个路由表中的路由项目。RIP 响应报文中携带的 RIP 路由通告信息只 有目的网络地址和跳数值。

RIP 协议使用 3 个计时器来支持 RIP 协议的操作。

-   定期计时器（30 秒）控制定期的 RIP 路由通告，但为了避免出现整个互联网 中的路由器同时更新而引起的过载问题，实际实现中路由器的 RIP 路由通告间 隔通常是 25～35 之间的一个随机数。

-   截止期计时器（180秒）管理 RIP 路由的有效性，路由器每次收到一条 RIP 路 由的更新信息，就复位该路由的截止期计时器。如果一条 RIP 路由的截止期计 时器期满，则将该路由标记为无效，即将其跳数设置为 16，表示该路由的目 的不可达。

-   路由器收到邻居通告的一条无效路由，或因为截至计时器期满而产生一条无效 路由时，并不立即从路由表中清除无效路由，而是为该无效路由启动一个无用 信息收集计时器（120 秒），并继续在定期的路由通告中通告跳数为 16 的无效 路由。仅当无效路由的无用信息收集计时器期满时才将其清除。无用信息收集 计时器使得邻居路由器能够获知某条路由是无效的。

RIP 协议存在缓慢收敛和不稳定的问题。为了解决这些问题，RIP 协议中采用了触 发更新和水平分割方法。

-   触发更新是当网络有变化时，路由器立即发送更新信息；如果网络没有变化，则仍是定期发送更新信息。触发更新不会影响路由器的 RIP 定期计时器。

-   水平分割是在发送路由信息时，路由器根据发送接口选择发送路由表中的路由 信息，简单的说就是从某个接口收到的路由信息不能再从该接口发送出去。

二、实验目的

1、掌握 RIP 协议在路由更新时的发送信息和发送方式

2、掌握 RIP 协议的路由更新算法

三、实验内容

实验拓扑中 Dynamips 软件模拟实现的路由器 R1、R2 和 R3 互联了的子网 1、子网 2 和子网 3，路由器之间使用 RIPv1 协议进行路由选择。

实验者使用 Dynamips 软件捕获三个子网上传送的 RIP 报文，使用 Wireshark 软件查 看捕获的 RIP 报文，分析 RIP 协议的路由更新过程。

四、实验器材（设备、元器件）

PC，Dynamips软件，Wireshark软件

五、实验步骤

注意：为方便分阶段分析 RIP 路由更新过程，实验中请记录下步骤 3、4、5、6 的 操作时间！

1、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 和 R3，并进入其 CLI：

=> start R1

=> start R2

=> start R3

=> con R1

=> con R2

=> con R3

2、在 R1 的 CLI 提示符“R1>”后输入“showip route”命令查看路由器 R1 当前的 路由表，确保实验网中的 RIP 协议已经收敛。

R1> show ip route

3、在 Dynagen 窗口中提示符“=>”后输入以下命令捕获子网 1、2 和 3 中的分组：

=> capture R1 f0/0 1.cap

=> capture R2 f0/0 2.cap

=> capture R3 f0/0 3.cap

4、2 分钟后，在路由器 R1 的 CLI 中输入以下命令断开 R1 与子网 2 的连接（如图 B

所示）：

en                                对应的 CLI 提示符为“R1>”

conf    t                        对应的 CLI 提示符为“R1#”

int    f0/1                      对应的 CLI 提示符为“R1(config)#”

shut                             对应的 CLI 提示符为“R1(config-if)#”

5、5 分钟后，在路由器 R1 的 CLI 中输入以下命令将拓扑恢复成图 A 所示拓扑，即恢复路由器 R1 与子网 2 的连接。

en                                对应的 CLI 提示符为“R1>”

conf    t                        对应的 CLI 提示符为“R1#”

int    f0/1                      对应的 CLI 提示符为“R1(config)#”

no shut                        对应的 CLI 提示符为“R1(config-if)#” 说明：请根据 R1CLI的当前提示符输入对应的命令。

6、3 分钟后，在 Dynagen 窗口中提示符“=>”后输入以下命令停止捕获：

=> no capture R1 f0/0

=> no capture R2 f0/0

=> no capture R3 f0/0

7、用 Wireshark 软件查看并分析捕获的分组文件（1.cap、2.cap 和 3.cap）中的 RIP 报文，查看过滤条件为“rip”（在 Wireshark 主窗口界面“过滤工具栏”的“Filter：” 域中输入）。

8、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）关闭 R1 的 CLI 窗口，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）运行 lab4.net 所在目录下的“reset.bat”文件。

六、实验数据及分析

1、步骤 2 中根据 R1 路由表中的哪些信息可以确保实验网中的 RIP 协议已经收敛？ 为什么？

2、汇总 3 个子网上捕获的 RIP 报文。按照报文的捕获顺序，分阶段分析记录每个 子网中每台路由器在两次拓扑变化（第 1 次拓扑变化：图 Aà图 B，第 2 次拓扑 变化：图 Bà图 A）过程中发出的 RIP 报文信息：

1）阶段 1：第 1 次拓扑变化开始前（RIP 已收敛）的 2 个周期的 RIP 报文；

2）阶段 2：第 1 次拓扑变化时 RIP 收敛过程中的所有 RIP 报文；

3）阶段 3：第 1 次拓扑变化时 RIP 完成收敛后的 2 个周期的 RIP 报文；

4）阶段 4：第 2 次拓扑变化时 RIP 收敛过程中的所有 RIP 报文；

5）阶段 5：第 2 次拓扑变化时 RIP 完成收敛后的 2 个周期的 RIP 报文。 提示：RIP已收敛是指路由表中已经获得所有可达网络的RIP路由，并且已删除所有不可达（跳数＝16）的RIP路由。

具体记录的报文信息如下：

说明：每个子网中的每台路由器一张 RIP 报文信息记录表； “命令”＝请求，响应；

“捕获时间”＝Wireshark 窗口分组列表栏中的“Time”值 要求：“Time”查看格式为菜单“ViewàTime Display FormatàSeconds Since Beginning of Capture”。

2、RIP 计时器分析：

-   在本实验中，RIP  的定期计时器、截止期计时器和无用信息收集计数器实际上是多少秒？

   

-   为什么定期计时器并不是 RFC 中规定的固定值，而是一个时间范围内的随 机值？

   

3、阶段 1 分析：

-   该阶段中为什么在子网 3 上捕获不到路由器 R3 的 RIP 报文？

4、阶段 2 分析：

-   分析子网 1 中路由器 R1 的 RIP 报文信息记录，根据哪一个 RIP 报文，可以 推断出 R1 大约何时断开与子网 2 的连接的？为什么？

-   该阶段中记录的哪些 RIP 报文是触发更新报文？是如何推断出来的？

-   产生这些触发更新报文的原因分别是什么？

-   RIP 的触发更新报文和定时更新报文在通告的路由信息数量上有何不同？

6、阶段 3 分析：

-   路由器 R1、R2 和 R3 在第 1 次拓扑改变时的 RIP 收敛时间大概分别是多少 秒钟？整个网络的 RIP 收敛时间是多少秒钟？

-   为什么 R1 的收敛时间明显短于 R2 和 R3？

-   该阶段中为什么在子网 1 中捕获不到路由器 R1 的 RIP 报文？

7、阶段 4 分析：

-   分析子网 2 中路由器 R1 的 RIP 报文信息记录，根据哪一个 RIP 报文，可以 推断出 R1 大约何时恢复与子网 C 的连接的？为什么？

-   该阶段中记录的哪些 RIP 报文是触发更新报文？

-   产生这些触发更新报文的原因分别是什么？

-   该阶段中为什么路由器 R2 会在子网 2 上发送单播和广播这两种 RIP 响应分 组？

8、阶段 5 分析：

-   路由器 R1、R2 和 R3 在第 2 次拓扑改变时的 RIP 收敛时间分别是多少秒钟？ 整个网络的 RIP 收敛时间是多少秒钟？

-   比较 2 次拓扑变化时 RIP 的收敛时间，分析 RIP 协议对好消息（网络可达） 和坏消息（网络不可达）的传递哪一种更快？并分析产生这种现象的原因

七、实验结论

1、总结 RIP 协议的路由通告机制，即路由器何时发送 RIP 路由通告？发送哪些内 容？发送方式？

说明：询问响应不是路由通告机制。

 

 

 

 

2、总结 RIP 协议的路由更新算法，即路由器收到 RIP 响应报文后，如何更新自己 的路由表？

3、总结 RIP 协议的 3 个计时器的工作原理：计时对象？何时启动？何时复位？何 时终止？期满时对计时对象的处理？

八、总结及心得体会

九、对本实验过程及方法、手段的改进建议