本人一直想找时间系统整理一下之前做过的一些实验，便于后续用到的时候可以尽快的使用，po出来也便于大家交流学习，有问题欢迎交流指正，与诸君共勉！
实验目的及要求
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实验内容
- 熟悉计算机网络常用数据包抓取方法
- 熟悉IP协议数据报格式以及IP数据报首部各部分的作用
实验环境
硬件：PC 机，网线，Wireshark软件
实验步骤
1. 选取分析的协议 IP 协议，复习教材相关内容。
2. 准备好必须的硬件设备及网络； 按照实验环境中的硬件要求在机房中选取符合实验条件的 pc 机。
3. 启动 Wireshark 抓包软件。
4. 启动协议 IP 所必须的软件环境或应用。
5. 抓包并选取具有代表性的数据包进行分析； 在抓的所有包中选择出一个便于分析网络层 IP 协议的，进行分析
6. 撰写实验报告
实验结果
1、基础知识——IP数据报格式、首部各字段意义
图1-1 IP数据报格式
IP数据报格式如图1-1所示，每个字段的含义如下：
(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。
2、实验步骤——截图及详细说明
2.1 了解wireshark软件
启动wireshark软件，开启抓包界面如图2-1。
图2-1 wireshark抓包界面
Display Filter(显示过滤器)，用于设置过滤条件进行数据包列表过滤。
Packet List Pane(数据包列表)，用于显示捕获到的数据包，每个数据包包含编号，时间戳，源地址，目标地址，协议，长度，以及数据包信息。不同协议的数据包使用了不同的颜色区分显示。
抓包界面数据包列表的着色规则如图2-2。
图2-2 着色规则
说明：数据包列表区中不同的协议使用了不同的颜色区分。协议颜色标识定位在菜单栏View-->Coloring Rules，可自定义。
Packet Details Pane(数据包详细信息), 在数据包列表中选择指定数据包，在数据包详细信息中会显示数据包的所有详细信息内容。
数据包详细信息面板是最重要的，用来查看协议中的每一个字段。各部分信息分别为
（1）Frame: 物理层的数据帧概况
（2）Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
（3）Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息
（4）Transmission Control Protocol: 传输层T的数据段头部信息，此处是TCP
（5）Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议
Dissector Pane(数据包字节区)。
2.2 了解wireshark过滤器
（1）抓包过滤器
捕获过滤器的菜单栏路径为Capture-->Capture Filters。用于在抓取数据包前设置。如图2-3。
图2-3 Capture Filters初界面
图2-4 设置捕获过滤器情况
如图2-4为设置捕获过滤器情况。设置过滤器为ip host 192.168.43.95 and icmp，只捕获主机IP为192.168.43.95的ICMP数据包。
本机ping www.baidu.com后捕获的报文如图2-5。
图2-5 本机ping www.baidu.com后捕获的报文
显示过滤器是用于在抓取数据包后设置过滤条件进行过滤数据包。
在捕获时未设置捕获规则直接通过网卡进行抓取所有数据包，如图2-6。
图2-6 未设置捕获规则抓包
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2.3抓包并选取数据包进行分析
图2-7抓包界面
抓包并选取一个数据包进行分析，抓包界面如图2-7。
3、实验结果截图及分析
选取数据包的详细信息如图2-8。
图2-8抓取数据包详细信息
对该数据包分析如下：
A. Version: 4，IP协议版本为IPv4；
B. Header length: 20 bytes，头部数据长度为20字节；
C. Differentiated Services Field: 0x00 (DSCP 0x00: Default; ECN: 0x00: Not-ECT (Not ECN-Capable Transport))，区分的服务领域：0x00 (默认的是DSCP：0x00)；
D. Total Length：40，整个数据报的长度；
E. Identification：0x02f0(752)，表示当前的数据报；
F. Flags: 0x40 ,Don't Fragment，不支持分片；
G. Fragment offset: 0，分组偏移量为0；
H. Time to live: 64，TTL，生存时间为64，表示该包在被丢弃前最多能经过的路由器个数为64，当数据包传输到一个路由器之后，TTL就自动减1，如果减到0了还没有传送到目标主机，那么就自动丢失。
I. Protocol：TCP(6)，上层协议为TCP(6)
J. Header checksum: 0X0000[valid disabled]，头部校验和
K. [Header checksum status: Unverified]：头部数据校验状态。
L. Source Address: 192.168.43.95，源IP地址为192.168.43.95；
M. Destination Address: 163.177.151.109，目标IP地址为163.177.151.109。
4.实验心得或实验过程中遇到的问题和解决的方法
4.1 实验心得
本次实验前首先对IP协议的理论知识进行了巩固，实验前下载了wireshark软件，并通过网络方式寻找辅助使用教程，对wireshark软件的使用方法有了初步掌握。实验过程中使用wireshark软件的进行抓包分析的过程更使我熟练掌握了wireshark软件的使用方法。通过实验加深了对于网络层IP协议理论知识的理解，学会了独立分析协议的具体内容。
通过对于wireshark工具的学习，体会到计算机学科中实践操作的重要性，以及实践操作对于理论知识理解的显著积极作用。实验过程中也通过自己的兴趣与解决问题的导向，自主探索了许多IP知识，了解了更多计算机网络中数据传输的具体过程，对课本理论知识有了更为深刻的理解。今后的学习生活中也要时刻提醒自己，对于理论知识的理解要基于实践与应用的基础之上。
4.2 实验过程中遇到的问题及解决办法
本次实验过程中的主要问题来自于对于wireshark软件的使用以及各个功能的理解，如数据包列表区中不同的协议使用的不同的颜色区分的含义、过滤器的设置方法等。
通过在网络上搜集相关资料，较为全面地了解了wireshark的功能，学习了wireshark的使用方法，并成功利用wireshark完成了本次实验。
5、实验习题
5.1 IP 数据报中的首部检验和并不检验数据报中的数据。这样做的最大好处是什么？坏处是什么？
好处：每次分组转发时都要计算首部检验和，IP数据报中的首部检验和不检验数据部分，减少了计算量，加快了分组转发的速率。
坏处：数据部分出现差错时不能及早发现。
5.2 试说明IP地址与硬件地址的区别。为什么要使用这两种不同的地址？
区别：IP地址位于IP数据报的首部，硬件地址位于MAC帧的首部，在网络层及以上使用IP地址，在数据链路层及以下使用硬件地址。在 IP 层抽象的互连网上,我们看到的只是 IP 数据报,路由器根据目的站的IP地址进展选路。在具体的物理网络的链路层,我们看到的只是MAC帧,IP 数据报被封装在MAC帧里面。MAC帧在不同的网络上传送时,其MAC帧的首部是不同的。这种变化在上面的IP 层上是看不到的。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-775285.html
原因：每个路由器都有 IP 地址和硬件地址。各种各样的MAC地址之间的转换工作比较复杂。使用 IP 地址与硬件地址,尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不一样, IP 层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的但细节,并使我们能够使用统一的、抽象的 IP 地址进展通信。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-775285.html
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