IP 数据包的解析-计算机网络
一、 实验目的
1.1 学习并分析 IP 数据包的结构、含义
二、 实验环境
2.1 Wireshark 网络分析软件
2.2 实验文件“计算机网络实验.cap”
三、 实验内容
3.1 ARP 地址解析协议数据
打开文件“计算机网络实验”，这是一个网络通信记录，详细记录了分组的序号、相对时间、源地址、目标地址、协议类型、内容，如图 1 是对第 26 个分组的详细信息。在协议框内，分别显示了该分组的各层协议：接口层以太网协议(eth)、arp 地址解析协议。
从图中的 Frame 26 为例，可以发现该 MAC 帧目标 address 是 ff:ff:ff:ff:ff:ff，是一个广播帧（broadcast），源地址是 00 25 11 4e 02 34 ，帧类型是地址解析协议 ARP（0806），本机查询网关的物理地址。
第 27 个分组是对 26 分组的应答，网关给出了其物理地址发给本地主机，数据字段的长度小于 46 字节，在数据字段的后面加入整数字节的填充字段 Trailer，以保证以太网的MAC 帧长不小于 64 字节（含 FCS）。（注意：最下栏左面的序号为 16 进制，如 0010 是 16十进制），填充内容一般常见是连续的 0。
3.2 IP 数据包的解析
观察文件内第 71 个分组的 IP 数据包详细信息，见图 3。
l 它的前 8 位是 45（H）＝0100 0101（B），其中 0100（B）＝4 ，表示 IP 协议的版本是4； 0101（B）＝5，表示首部长度是 20 字节（一个单位为 4 字节，合计 5 个单位）。
l 差异服务类型字段为 00000000(B)，没有使用。
l 总长度——占 16 bit，指首部和数据之和的长度，00 40（H）＝64 字节(64byte)
l 标识(identification) 占 16 bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识，便于重装分片的同一数据报，当前值为 4EA8;
l 标志(flag) 占 3 bit,，当前值是 000，表明可以分片（注：如果数据报的长度超过网络的MTU，需将数据包分片；否则事实上不进行分片），该分组是最后的一个分片，再结合后面的片偏移，可以确定它是完整的未分片。
l 片偏移占 13 bit，当前值是 0 0000 0000 0000 ；
l 生存时间(8 bit)记为 TTL (Time To Live)，这是为了限制数据报在网络中的生存时间，当前值是 127，数据报每经过一个路由器，其值就减 1；
l 协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议，当前值是 06(H)=06,为 TCP 协议。
l 首部检验和(16 bit)字段检验数据报的首部，当前值是 baf1；
l IP 源地址当前值是 172.30.0.19；
l IP 目的地址当前值是 219.222.170.14。
四、 实验问题
问题一：什么是 IP 地址？IP 数据包的结构和含义是怎样的？
答：
IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
IP数据报结构如下图
1) 版本（version）
占 4 位，表示 IP 协议的版本。通信双方使用的 IP 协议版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为 4，即 IPv4。
2) 首部长度（网际报头长度IHL）
占 4 位，可表示的最大十进制数值是 15。这个字段所表示数的单位是 32 位字长（1 个 32 位字长是 4 字节）。因此，当 IP 的首部长度为 1111 时（即十进制的 15），首部长度就达到 60 字节。当 IP 分组的首部长度不是 4 字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。
数据部分永远在 4 字节的整数倍开始，这样在实现 IP 协议时较为方便。首部长度限制为 60 字节的缺点是，长度有时可能不够用，之所以限制长度为 60 字节，是希望用户尽量减少开销。最常用的首部长度就是 20 字节（即首部长度为 0101），这时不使用任何选项。
3) 区分服务（tos）
也被称为服务类型，占 8 位，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998 年 IETF 把这个字段改名为区分服务（Differentiated Services，DS）。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。
4) 总长度（totlen）
首部和数据之和，单位为字节。总长度字段为 16 位，因此数据报的最大长度为 2^16-1=65535 字节。
5) 标识（identification）
用来标识数据报，占 16 位。IP 协议在存储器中维持一个计数器。每产生一个数据报，计数器就加 1，并将此值赋给标识字段。当数据报的长度超过网络的 MTU，而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报。
6) 标志（flag）
占 3 位。第一位未使用，其值为 0。第二位称为 DF（不分片），表示是否允许分片。取值为 0 时，表示允许分片；取值为 1 时，表示不允许分片。第三位称为 MF（更多分片），表示是否还有分片正在传输，设置为 0 时，表示没有更多分片需要发送，或数据报没有分片。
7) 片偏移（offsetfrag）
占 13 位。当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。所以，除了最后一个分片，其他分片的偏移值都是 8 字节（64 位）的整数倍。
8) 生存时间（TTL）
表示数据报在网络中的寿命，占 8 位。该字段由发出数据报的源主机设置。其目的是防止无法交付的数据报无限制地在网络中传输，从而消耗网络资源。
路由器在转发数据报之前，先把 TTL 值减 1。若 TTL 值减少到 0，则丢弃这个数据报，不再转发。因此，TTL 指明数据报在网络中最多可经过多少个路由器。TTL 的最大数值为 255。若把 TTL 的初始值设为 1，则表示这个数据报只能在本局域网中传送。
9) 协议
表示该数据报文所携带的数据所使用的协议类型，占 8 位。该字段可以方便目的主机的 IP 层知道按照什么协议来处理数据部分。不同的协议有专门不同的协议号。
例如，TCP 的协议号为 6，UDP 的协议号为 17，ICMP 的协议号为 1。
10) 首部检验和（checksum）
用于校验数据报的首部，占 16 位。数据报每经过一个路由器，首部的字段都可能发生变化（如TTL），所以需要重新校验。而数据部分不发生变化，所以不用重新生成校验值。
11) 源地址
表示数据报的源 IP 地址，占 32 位。
12) 目的地址
表示数据报的目的 IP 地址，占 32 位。该字段用于校验发送是否正确。
13) 可选字段
该字段用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由（数据报必须经过指定的路由）、网际时间戳（经过每个路由器时的时间戳记录）和安全限制。
14) 填充
由于可选字段中的长度不是固定的，使用若干个 0 填充该字段，可以保证整个报头的长度是 32 位的整数倍。
15) 数据部分
表示传输层的数据，如保存 TCP、UDP、ICMP 或 IGMP 的数据。数据部分的长度不固定。
问题二：根据文件“计算机网络实验.cap”，参照实验 4.2 回答以下问题：
1、 分析第 2 个 IP 数据包的结构和含义？
答：
IP协议版本号： IPv4
服务类型： 0x00(DSCP:CS0,ECN:Not-ECT)
IP报文头长度： 20 bytes ，说明没有使用可选字段
数据报总长度： 39
标识： 0x1669(5737)
数据报是否要求分段： Not set
分段偏移量 ： 0
生存时间： 127
上层协议名称： ICMP
报文头校验和： 0x947a
源地址： 10.10.0.252
目标地址： 219.222.170.14
2、 分析第 35 个 IP 数据包的结构和含义？
答：
IP协议版本号： IPv4
服务类型： 0x00(DSCP:CS0,ECN:Not-ECT)
IP报文头长度： 20 bytes ，说明没有使用可选字段
数据报总长度： 52
标识： 0x25bf(9663)
数据报是否要求分段： Not set
分段偏移量 ： 0
生存时间： 128
上层协议名称： TCP
报文头校验和： 0xa2e6
源地址： 219.222.170.14
目标地址： 172.30.0.19
3、 分析第 95 个 IP 数据包的结构和含义？
答：
IP协议版本号： IPv4
服务类型： 0x00(DSCP:CS0,ECN:Not-ECT)
IP报文头长度： 20 bytes ，说明没有使用可选字段
数据报总长度： 58
标识： 0x25e7(9703)
数据报是否要求分段： Not set
分段偏移量 ： 0
生存时间： 128
上层协议名称： UDP
报文头校验和： 0xf3f6
源地址： 219.222.170.14
目标地址： 219.222.191.9
4、 分析第 197 个 IP 数据包的结构和含义？
答：
IP协议版本号： IPv4
服务类型： 0x00(DSCP:CS0,ECN:Not-ECT)
IP报文头长度： 20 bytes ，说明没有使用可选字段
数据报总长度： 92
标识： 0x2615(9749)
数据报是否要求分段： Not set
分段偏移量 ： 0
生存时间： 12
上层协议名称： ICMP
报文头校验和： 0xdc44
源地址： 219.222.170.14
目标地址： 58.63.236.27
