实验：IP 与 ICMP 分析

一、实验目的

IP 和 ICMP 协议是 TCP/IP 协议簇中的网络层协议，在网络寻址定位、数据分组转发和路由选择等任务中发挥了重要作用。本实验要求熟练使用 Wireshark 软件，观察 IP数据报的基本结构，分析数据报的分片；掌握基于 ICMP 协议的 ping 和 traceroute 命令其工作原理ࣿ

实验内容

启动 Wireshark，捕捉网络命令执行过程中本机接受和发送的数据报。

1. 执行 ping 命令，观察 IP 数据报和 ICMP 询问报文的结构：通过 Wireshark 监视器观察捕获流量中的 ICMP 询问报文和 IP 数据报的结构。注意比较 ICMP 请求帧与回应帧，ࣿ其 IP 头部数据字段的异同。
2. 改变 ping 命令的参数，观察 IP 数据报分片：更改 ping 命令参数 MTU，使其发出长报文以触发 IP 数据报分片，再观察 IP 数据报的结构变化。
3. 执行 Traceroute 命令（Windows 系统 tracert)，观察 ICMP 差错报文的结构，并分析其工作原理：使用Linux 操作系统提供的 traceroute 命令（或者 Windows 系统提供的 tracert 命令），捕获和分析该命令所产生的 IP 数据报，特别注意相关的 ICMP 差错报文。结合捕获的具体数据，画出命令执行过程中数据交互的示意图，掌握 traceroute 的工作原理。

实验命令

实验的手段和方法

1. 使用 Wireshark 软件，捕获本机在 ping 和 traceroute 网络命令执行过程中接收和
   发出的全部数据流量。
2. 合理设置过滤条件，观察 IP 数据报和 ICMP 报文，着重分析报文首部和内容变
   化，从而掌握协议的工作原理。
3. 调整 ping 命令的参数，观察并分析 IP 数据报分片情况。
4. 结合所捕获的数据报，画出 traceroute 命令过程中数据交互示意图。

实验步骤

1、启动 Wireshark 软件，终端 ping IP 地址/域名（win + R-> cmd, ping sina.com.cn为例）。 Wireshark 监视器中设置过滤条件。例下图设置过滤条件为 icmp，则显示出所捕获的 ICMP

点击 Internet Protocol Version 4 展开，查看 IP 数据报：

点击 Internet Control Message Protocol 展开，查看 ICMP 报文：

2、清空 Wireshark 监控器，终端 再 ping IP 地址/域名 –l #length，并解释对比前后两次执行 ping 命令的结果。其中，-l #length 确定 echo 数据报的长度为 #length，其默认值为 32 字节，且小于 65,527 字节。可以多次改变 #length 的大小（例如 1000 字节、2000 字节和 4000 字节），观察IP 数据报何时会分片？请解释 IP 数据报分片的原因和具体情况。

先解释为什么最后一个分片到4007，因为片位移8字节倍数，4000相当于第4001字节，所以最后一片4007才能分片；
分片原因，以太网的 最大传送单元 MTU 是 1500 字节 ;超过则自动分片，减去IP首部20字节，所以IP数据部 能发1480字节；
片位移计算=起点位置/8

2、在终端中使用 traceroute (windows tracert)命令，目的主机是外网的一台设备，点击 Internet Control Message Protocol 展开，查看 ICMP 差错报文，观察并解释ICMP 报文结构和字段内容。

终点不可达的数据报文的类型标号为3，表示这是终点不可达错误类型，代码标号是0 - 15，表示引发终点不可达错误类型的具体错误原因有16种可能，其中标识符和序列号全都用0来填充。
tracert工作原理：首先源主机发起一个 TTL=1 的 ICMP 报文。第一个路由器收到该报文后，TTL减 1 变为 0 并丢弃此报文，返回一个 [ICMP time exceeded] 的消息。源主机通过这个消息获知 IP 数据报转发路径上的第一个路由器信息。然后，依次增加发送ICMP 报文的 TTL 值，可以获取路径上的后续路由器的信息。当到达目的地时，目标主机返回一个 [ICMP port unreachable] 的消息，使发起者确认 IP 数据报已经正常到达。

3、在实际操作中，Traceroute 命令返回的某些条目以“*”号表示。请思考有哪些原
因可能导致这样的情况。
1）可能是防火墙封掉了ICMP的返回信息，所以我们得不到什么相关的数据包返回数据。
2）中间任何一个router上如果封了ICMP Echo Request ， traceroute就不能工作 ；中间的router看不到 ，但能看到packet 到达了最后的destination；如果封了ICMP Echo Reply，中间的全能看到，最后的destination看不到。

4、发送方要怎样决定 IP 数据报分组大小，才能避免因为不同网络 MTU 不一致而引起分片呢？
探测路径最小MTU，发送探测IP包，在包头中设置不可分片，然后通过是否受到ICMP消息即可确定路径MTU。限制最长数据报，一般不要超过1480字节，即以太网MTU（1500）——IP首部（20）。

5、心得
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