计算机网络实验｜基本报文分析
基本报文分析
【实验目的】
1、理解 IP 层的作用以及 IP 地址的分类方法;
2、理解子网的划分和子网掩码的作用;
3、掌握 IP 数据包的组成和网络层的基本功能;
【实验环境】
实验拓扑图
【实验内容】
1、学会根据 IP 地址的分类方式区分各类 IP 地址;
2、掌握 IP 数据报的格式、长度以及各字段的功能;
3、学会利用子网掩码确定 IP 地址的网络号、子网号和主机号;
4、学会分析给定数据包的 IP 首部信息;
5、学会手工计算 IP 校验和的方法;
【实验流程】
1、安装wireshark;
2、熟悉软件使用;
3、分析IP数据包格式;
4、抓包分析http、ping等协议。
【实验原理】
网际协议 IP 是 TCP/IP 协议栈的心脏，也是网络层中最重要的协议。目前几乎所有的上层 网络协议都是基于 IP 协议。在接收数据的时候，网络层接收由数据链路层发送的数据包进 行解封装，并把该数据包发送到更高层——传输层，在发送数据的时候，网络层接受由传输 层发送的数据包进行 IP 封装，然后把数据报交给下层——数据链路层。
IP 协议处于 TCP/IP 协议栈的网际层，用于管理数据通信中源端和目的端之间的报文传送，
是互联网最重要的网际协议。IP 地址是也叫逻辑地址，用于在网络中标识主机。在 IP网络
中，主机之间进行通信时使用 IP 地址来指定接收端的主机地址。 数据进行封装过程中，IP层负责将数据封装成 IP包，IPv4数据包报文格式如下图所示。
如上图所示，在 IP 包中，各字段含义如下所述:
版本:长度为 4 比特，含义为版本号，对于 IPv4 来说，版本号为 4。
报头长度:报头长度字段为 4 比特，用于表示 IP 报头长度，在 IPv4 中，由于选项字段长度可变，因此，报头长度并不固定，报头字节长度为这一字段值的 4 倍。
业务类型:业务类型字段长度为 8 比特，主要用于标识 QOS 服务等级。
总长度:总长度字段共 16 比特，因此 IP 报的最大长度为 65535 字节。
标识符(Identifier):长度 16 比特。该字段和标识及分段偏移字段联合使用，对大的上层数据包进行分段(fragment)操作。
标记(Flags):长度 3 比特。该字段第一位不使用，第二位是 DF 位，DF 位设为1 时表明路由器不能对该上层数据包分段。如果一个上层数据包无法在不分段的情况下进行转发， 则路由器会丢弃该上层数据包并返回一个错误信息。第三位是 MF位，当路由器对一个上层 数据包分段，则路由器会在除了最后一个分段的 IP 包的包头中将 MF 位设为 1。
分段偏移(Fragment Offset):长度 13 比特。用于指明分片 IP 包在原 IP 包中的 偏移量。由于 IP 包在网络上传送的时候不一定能按顺序到达，这个字段保证了目标路由器 在接受到 IP 包之后能够还原分段的上层数据包。当某个包含分段的上层数据包的 IP 包在 传送时丢失，则整个一系列包含分段的上层数据包的 IP 包都会被要求重传。
生存时间(TTL):长度 8 比特。当 IP 包进行传送时，先会对该字段赋予某个特定的 值。当 IP 包经过每一个路由器的时候，路由器会将 IP 包的 TTL 值减少 1。如果TTL 减 少为 0，则该 IP 包会被丢弃。这个字段可以防止由于路由故障而导致 IP 包在网络中不停 被转发。
协议号(Protocol):长度 8 比特。标识了上层所使用的协议。 报头校验和(Header Checksum):长度 16 位，由于 IP 包头是变长的，所以提供一个头部校验来保证 IP 包头中信息的正确性。
源和目标地址(Source and Destination Addresses):这两个地段都是 32 比特。标识了这个 IP 包的起源和目标地址。 可选项(Options):这是一个可变长的字段。该字段由起源设备根据需要改写。
【实验步骤】
步骤一:设定实验环境
1、参照实验拓扑连接网络拓扑;
2、配置 PC 机及路由器 IP 地址;
步骤二:wireshark安装使用
wireshark是非常流行的网络封包分析软件，功能十分强大。可以截取各种网络封包，显示网络封包的详细信息。使用wireshark的人必须了解网络协议，否则就看不懂wireshark 了。
为了安全考虑，wireshark只能查看封包，而不能修改封包的内容，或者发送封包。
wireshark能获取HTTP，也能获取HTTPS，但是不能解密HTTPS，所以wireshark看不懂HTTPS 中的内容，总结，如果是处理HTTP,HTTPS 还是用Fiddler,其他协议比如TCP,UDP 就用 wireshark。
wireshark 开始抓包
开始界面
wireshark是捕获机器上的某一块网卡的网络包，当你的机器上有多块网卡的时候，你需要选择一个网卡。
点击Caputre->Interfaces… 出现下面对话框，选择正确的网卡。然后点击"Start"按钮, 开始抓包
Wireshark 窗口介绍
WireShark 主要分为这几个界面
- Display Filter(显示过滤器)， 用于过滤
- Packet List Pane(封包列表)， 显示捕获到的封包， 有源地址和目标地址，端口号。
- Packet Details Pane(封包详细信息), 显示封包中的字段 4. Dissector Pane(16进制数据)
- Miscellanous(地址栏，杂项)
Wireshark 显示过滤
使用过滤是非常重要的， 初学者使用wireshark时，将会得到大量的冗余信息，在几千 甚至几万条记录中，以至于很难找到自己需要的部分。搞得晕头转向。
过滤器会帮助我们在大量的数据中迅速找到我们需要的信息。
过滤器有两种， 一种是显示过滤器，就是主界面上那个，用来在捕获的记录中找到所需要的记录 一种是捕获过滤器，用来过滤捕获的封包，以免捕获太多的记录。在Capture -> Capture Filters 中设置
保存过滤
在Filter栏上，填好Filter的表达式后，点击Save按钮， 取个名字。比如"Filter 102"
Filter栏上就多了个"Filter 102" 的按钮
| 过滤表达式 | 用途 |
|---|---|
| http | 只查看 HTTP 协议的记录 |
| ip.src == 192.168.1.102 or ip.dst ==192.168.1.102 | 源地址或者目标地址是 192.168.1.102 |
封包列表(Packet List Pane)
封包列表的面板中显示，编号，时间戳，源地址，目标地址，协议，长度，以及封包信息。 你可以看到不同的协议用了不同的颜色显示。
你也可以修改这些显示颜色的规则， View ->Coloring Rules.
封包详细信息 (Packet Details Pane) 这个面板是我们最重要的，用来查看协议中的每一个字段。
各行信息分别为：
Frame: 物理层的数据帧概况
Ethernet II: 数据链路层以太网帧头部信息
Internet Protocol Version 4: 互联网层IP包头部信息
Transmission Control Protocol: 传输层T的数据段头部信息，此处是TCP Hypertext Transfer Protocol: 应用层的信息，此处是HTTP协议
wireshark与对应的OSI七层模型
从下图可以看到wireshark捕获到的TCP包中的每个字段
TCP三次握手过程
用wireshark实际分析下三次握手的过程。
打开wireshark, 打开浏览器输入某个网站，例如www.hdu.edu.cn 在wireshark中输入http过滤， 然后选中GET / HTTP/1.1的那条记录，右键然后点击"Follow TCP Stream",
这样做的目的是为了得到与浏览器打开网站相关的数据包，将得到如下图
图中可以看到wireshark截获到了三次握手的三个数据包。第四个包才是HTTP的， 这说 明HTTP的确是使用TCP建立连接的。
第一次握手数据包
客户端发送一个TCP，标志位为SYN，序列号为0， 代表客户端请求建立连接。 如下图
第二次握手的数据包
服务器发回确认包, 标志位为 SYN,ACK. 将确认序号(Acknowledgement Number)设置 为客户的I S N加1以.即0+1=1, 如下图
第三次握手的数据包
客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0,ACK标志位为1.并且把服务器发来ACK的序 号字段+1,放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写ISN的+1, 如下图:
就这样通过了TCP三次握手，建立了连接
步骤三:wireshark捕获IP数据包格式分析
步骤四:wireshark捕获完整HTTP、ping数据流
【思考问题】
结合实验过程中的实验结果，问答下列问题:
1、实验所用主机的 IP 地址、子网掩码、网络号、子网号分别是多少?该主机的 IP 地址属于哪类?
2、IP 数据包在从源主机出发到达目的主机的过程中，IP 首部中的 IP 源地址和目的地址字段是否发生变化?