EduCoder 计算机网络实验 IP协议分析
第1关：跟踪抓包
- 任务描述
- 相关知识
- IPV4数据包
- 截获数据报
- 分析截获结果
- 使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
- 操作要求
任务描述
本关任务：使用 Ping 命令发送数据报，用 Wireshark 截获数据报，分析 IP 数据报的格式，理解 IPV4 地址的编址方法，加深对 IP 协议的理解。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：
- 截获数据报；
- 简单分析数据包格式。
IPV4数据包
网际协议第 4 版（Internet Protocol version 4，IPv4）是 TCP/IP 协议使用的数据报传输机制。数据报是一个可变长分组，由两部分组成：头部和数据。头部长度可由 20~60 个字节组成，该部分包含有与路由选择和传输有关的重要信息。头部各字段意义按顺序如下：
（1）版本（ 4 位）：该字段定义 IP 协议版本，负责向处理机所运行的 IP 软件指明此 IP 数据报是哪个版本，所有字段都要按照此版本的协议来解释。如果计算机使用其他版本，则丢弃数据报； （2）头部长度（ 4 位）：该字段定义数据报协议头长度，表示协议头部具有 32 位字长的数量。协议头最小值为 5 ，最大值为 15； （3）服务（ 8 位）：该字段定义上层协议对处理当前数据报所期望的服务质量，并对数据报按照重要性级别进行分配。前 3 位成为优先位，后面 4 位成为服务类型，最后 1 位没有定义。这些 8 位字段用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性； （4）总长度（ 16 位）：该字段定义整个 IP 数据报的字节长度，包括协议头部和数据。其最大值为 65535 字节。以太网协议对能够封装在一个帧中的数据有最小值和最大值的限制（ 46~1500 个字节）； （5）标识（ 16 位）：该字段包含一个整数，用于识别当前数据报。当数据报分段时，标识字段的值被复制到所有的分段之中。该字段由发送端分配，帮助接收端集中数据报分段； （6）标记（ 3 位）：该字段由 3 位字段构成，其中最低位（ MF ）控制分段，存在下一个分段置为 1 ，否则置 0 代表该分段是最后一个分段。中间位（ DF ）指出数据报是否可进行分段，如果为 1 则机器不能将该数据报进行分段。第三位即最高位保留不使用，值为 0； （7）分段偏移（ 13 位）：该字段指出分段数据在源数据报中的相对位置，支持目标 IP 适当重建源数据； （8）生存时间（ 8 位）：该字段是一种计数器，在丢弃数据报的每个点值依次减 1 直至减少为 0 。这样确保数据报拥有有限的环路过程（即 TTL ），限制了数据报的寿命； （9）协议（ 8 位）：该字段指出在 IP 处理过程完成之后，有哪种上层协议接收导入数据报。这个字段的值对接收方的网络层了解数据属于哪个协议很有帮助； （10）头部校验和（ 16 位）：该字段帮助确保 IP 协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变，这就需要对每个点重新计算和检验。计算过程是先将校验和字段置为 0 ，然后将整个头部每 16 位划分为一部分，将个部分相加，再将计算结果取反码，插入到校验和字段中； （11）源地址（ 32 位）：源主机 IP 地址，该字段在 IPv4 数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变； （12）目的地址（ 32 位）：目标主机 IP 地址，该字段在 IPv4 数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。
截获数据报
打开 Wireshark ，开始截获报文，我们只需截获与此实验相关内容报文，将 Wireshark 的 Captrue Filter 设置为No Broadcast and no Multicast。
在终端输入命令ping www.sina.com.cn。 停止截获报文，在过滤窗口输入 IP ，分析截获的结果：
分析截获结果
根据截获的结果简单分析内容：
使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
评测通关后，需要推送文件到远程仓库，请在评测通关后，执行以下操作：
-
在桌面空白处点击鼠标右键，点击“在此打开终端”，通过代码
cd /data/workspace/myshixun/，进入到实训代码仓库； -
执行 git 命令：
git pull --unshallow origin mastergit add .git commit -m "Fisrt commit"git push origin master
“Fisrt commit”相当于备注，可以是其它内容。这里需要输入 educoder 的用户名和密码，用户名输入 educoder 平台的登录用户名、手机号或者邮箱，密码输入 educoder 平台的登录密码，按照提示输入即可。
注意：密码输入过程中 Shell 窗口并不会显示输入的字符，正常输入后回车即可，注意不能使用退格键。
操作要求
双击打开桌面上的工作区文件夹”workspace”，再打开实训文件夹”myshixun”，并打开文件message-1.txt，将查询的信息保存到文件message-1.txt。具体要求如下： （1）打开 Wireshark ，加载实训文件夹中的ip-ethereal-trace-1文件并筛选出其中的 IP 报文； （2）查看计算机的 IP 地址是多少，填写到文件中； （3）展开 IP header ，查看上层协议字段的值是多少，填写到文件中； （4）查看 IP 头文件有多少 Byte ，IP 报的总长度是多少 Byte ，数据长度有多长（根据 IP 报总长度= IP 头长度 + IP 数据长度），填写到文件中； （5）保存文件并使用 git 将文件 message-1.txt 推送到远程仓库，此步骤不影响评测。
第2关：ICMP响应中IP包分析
- 任务描述
- 相关知识
- 抓取 ICMP
- 简单分析
- 使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
- 操作要求
- 测试说明
任务描述
本关任务：简单的 ICMP 响应中 IP 包分析。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：
- 抓取 ICMP ；
- 简单分析。
抓取 ICMP
运行 Wireshark ，开始抓包；运行虚拟终端，输入指令traceroute www.baidu.com，截图如下：
待指令完成，暂停抓包，截图如下：
简单分析
展开 ICMP 报头，消息截图如下：
展开第一个返回超时路由返回给我们的 IP 报信息（因为 IP 报才有生存时间） 我们可以看到存活时间TTL=63，ID 字段为 15173 ：
使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
评测通关后，需要推送文件到远程仓库，请在评测通关后，执行以下操作：
-
在桌面空白处点击鼠标右键，点击“在此打开终端”，通过代码
cd /data/workspace/myshixun/，进入到实训代码仓库； -
执行 git 命令：
git add .git commit -m "Fisrt commit"git push origin master
“Fisrt commit”相当于备注，可以是其它内容。这里需要输入 educoder 的用户名和密码，用户名输入 educoder 平台的登录用户名、手机号或者邮箱，密码输入 educoder 平台的登录密码，按照提示输入即可。
注意：密码输入过程中 Shell 窗口并不会显示输入的字符，正常输入后回车即可，注意不能使用退格键。
操作要求
双击打开桌面上的工作区文件夹”workspace”，再打开实训文件夹”myshixun”，并打开文件message-2.txt，将查询的信息保存到文件message-2.txt。具体要求如下： （1）打开 Wireshark ，加载实训文件夹中的ip-ethereal-trace-1文件并筛选出其中的 ICMP 报文，展开第一个返回超时路由的 IP 报信息（ info 信息中带有 Time to live exceedded 的数据帧）； （2）ID 字段和 TTL 字段的值是多少，填入文件中； （3）保存文件并使用 git 将文件 message-2.txt 推送到远程仓库，此步骤不影响评测。
第3关：IP的分片组织
- 任务描述
- 相关知识
- IP分片产生
- IP数据报分片分析
- 报文排序筛选
- ICMP 报文分片查看
- ICMP 报文分片数的判断
- 使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
- 操作要求
- 测试说明
任务描述
本关任务：ICMP 响应包中 IP 的分片分析。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：
- IP 包分片；
- 分片组织。
IP分片产生
链路层具有最大传输单元 MTU 这个特性，它限制了数据帧的最大长度，不同的网络类型都有一个上限值。以太网的 MTU 是 1500，你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果 IP 层有数据包要传，而且数据包的长度超过了 MTU ，那么 IP 层就要对数据包进行分片( fragmentation )操作，使每一片的长度都小于或等于 MTU 。
假设要传输一个 UDP 数据包，以太网的 MTU 为 1500 字节，一般 IP 首部为 20 字节，UDP 首部为 8 字节，数据的净荷（ payload ）部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于 1472 字节，就会出现分片现象。 ######分片与重组字段 
IP 报文的首部包含了分片和重组所需的信息：
- Identification：发送端发送的 IP 数据包标识字段都是一个唯一值，该值在分片时被复制到每个片中。
- R：保留未用。
- DF：Don’t Fragment，“不分片”位，如果将这一比特置 1 ，IP 层将不对数据报进行分片。
- MF：More Fragment，“更多的片”，除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置 1 。
- Fragment Offset：该片偏移原始数据包开始处的位置。偏移的字节数是该值乘以 8 。
注意：当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。
IP数据报分片分析
运行 Wireshark ，我们只截获和实验有关的数据报，在过滤窗口设置捕获条件为 ICMP ，执行命令ping www.sina.com.cn:
待命令结束后，停止截获报文，获取到的消息如下，根据偏移量（ Fragment offset=0 ）发现是第一个片段，且数据长度为 1500 byte（抓包帧显示 1514 是因为还抓了 14 byte 的以太网头）：
以太网头：
报文排序筛选
点击NO.,Time...可实现按照No.，Time字段对报文排序。
按 Time 顺序排序：
点击 Time ，按 Time 逆序排序：
ICMP 报文分片查看
筛选 ICMP 报文，找到request/reply数据报，在对应的 IPV4 信息中查看 Fragment 信息，得到分片数及每片大小：
ICMP 报文分片数的判断
由上可知，一个分片最多存储1480bytes,若数据大于1480bytes则需要分片。设数据大小为s，则分片数k=⌈s/1480⌉。
使用git将本地文件推送到远程仓库永久保存
评测通关后，需要推送文件到远程仓库，请在评测通关后，执行以下操作：
-
在桌面空白处点击鼠标右键，点击“在此打开终端”，通过代码
cd /data/workspace/myshixun/，进入到实训代码仓库； -
执行 git 命令：
git add .git commit -m "Fisrt commit"git push origin master
“Fisrt commit”相当于备注，可以是其它内容。这里需要输入 educoder 的用户名和密码，用户名输入 educoder 平台的登录用户名、手机号或者邮箱，密码输入 educoder 平台的登录密码，按照提示输入即可。
注意：密码输入过程中 Shell 窗口并不会显示输入的字符，正常输入后回车即可，注意不能使用退格键。
操作要求
双击打开桌面上的工作区文件夹”workspace”，再打开实训文件夹”myshixun”，并打开文件message-3.txt，将查询的信息保存到文件message-3.txt。具体要求如下： （1）打开 Wireshark ，加载实训文件夹中的ip-ethereal-trace-1文件并筛选出其中的 ICMP 报文； （2）查看第一条 ICMP 请求报文(info信息中带有request字段)的Fragment offset字段，判断此报文是否分片（是/否）； （3）对最后一条（按时间排序）ICMP 应答报文(info信息中带有reply字段)，此报文分成几个分片，填写到文件中； （4）若让主机发送的数据分为 4 个分片，则 Ping 命令中的报文长度最小为多少，最大为多少，填写到文件中； （5）保存文件并使用 git 将文件 message-3.txt 推送到远程仓库，此步骤不影响评测。
