电子科大 tcpip实验报告二(排错工具ping和trace)

电子科技大学

实

验

报

告

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“PING”这个名字源于声纳定位操作。PING程序的目的是测试另一台主机是否可达，它发送ICMP回送请求报文给被测主机，并等待返回的ICMP回送应答或差错报告报文。ICMP协议（RFC 792）是IP协议的辅助协议，提供差错报告和查询机制。

一台主机的可达性不仅取决于IP层是否可达，还取决于使用的高层协议及端口号。仅当被测主机可达时，PING程序才能收到返回的ICMP回送应答报文，并能测出到该主机的往返时间。如果被测主机不可达，PING程序会收到一些ICMP 差错报告报文，甚至收不到任何返回信息。根据ICMP差错报告报文的类型可粗略判定主机不可达的原因。

不同的物理网络具有不同的最大传送单元（MTU）值，因此可能需要对IP 分组进行分片操作使其能够通过这些物理网络。当IP分组被分片时，需要修改分组头中的标志、分片偏移和总长度值，其余各字段将被复制到所有分片中。已经分片的IP分组在遇到具有更小MTU的网络时还会被再次分片。

TTL字段是由发送端初始设置在IP分组首部中的一个8 bit字段，不同操作系统上的不同应用程序指定的TTL初始值不同。路由器在转发每个IP分组时需要将该分组的TTL值减1或减去该分组在路由器中停留的秒数。由于大多数路由器转发IP分组的时延都小于1秒钟，因此TTL最终成为一个跳站计数器，即分组每经过一台路由器其TTL值被减1。TTL字段的目的是为了防止分组在选路时被无休止的转发。当路由器收到一份需转发的IP分组时，如果该分组的TTL值为1，路由器则丢弃该分组，并向分组源发送一份ICMP的TTL超时报文。

TRACE程序使用IP分组首部的TTL字段（生存时间）和ICMP报文，让使用者可以看到IP分组从一台主机传到另一台主机所经过的路由。TRACE程序首先发送一份TTL值为1的IP分组给目的主机，处理该IP分组的第1个路由器即会返回一份以自己的IP地址为源的携带有ICMP超时报文的IP分组，这样TRACE程序就得到了该路径中第1个路由器的IP地址。然后，TRACE程序发送一份TTL值为2的IP分组，同样又可获得该路径中第2个路由器的IP地址。TRACE程序不断增加所发送IP分组的TTL值直至IP分组到达目的主机，即可获得到目的主机所经过的每一个路由器地址。

但是，IP分组的目的主机不处理该分组的TTL值，即使收到TTL值为1的IP 分组也不会丢弃该分组并产生一份ICMP超时报文。因此，TRACE程序必须判断IP分组是否已到达目的主机，不同操作系统上的TRACE程序的判断方法不同。目前通常有两种实现方法：一种是利用“端口不可达”的ICMP差错报文，另一种则是使用ICMP回送请求和回送应答报文。

在前一种方法中，TRACE程序发给目的主机的IP分组中携带的是一份UDP 数据报，该UDP数据报的目的端口是一个目的主机上任一应用程序都不可能使用的UDP端口（通常大于30000）。当该IP分组到达目的主机时，目的主机的UDP 模块会产生一份“端口不可达”的ICMP差错报文返回给TRACE程序。这样，TRACE程序即可根据收到的ICMP报文是超时还是端口不可达来判断何时结束。

在后一种方法中，TRACE程序发给目的主机的IP分组中携带的是ICMP回送请求报文。当该IP分组到达目的主机时，目的主机即会返回一份ICMP回送应答报文给TRACE程序。这样，TRACE程序即可根据收到的ICMP报文是超时还是回送应答来判断何时结束。

1、了解网络连通性测试的方法和工作原理

2、了解网络路径跟踪的方法和工作原理

3、掌握MTU的概念和IP分片操作

4、掌握IP分组生存时间（TTL）的含义和作用

5、掌握路由表的作用和路由查找算法

三、实验内容

R1 F0/0 = 192.168.11.254/24 R2 F0/0 = 192.168.22.254/24 R1～R4间4个IP子网掩码均为/30 PC2 = 192.168.11.2/24 PC3 = 192.168.22.3/24 PC4 = 192.168.22.4/24（未开机）

实验拓扑中VMware虚拟机PC2、PC3和PC4（未开机）分别位于由提供集线器功能的虚拟网卡VMnet1和VMnet2模拟实现的两个以太网Ethernet1和Ethernet2中，这两个以太网对应的IP子网A和子网B分别连在Dynamips软件模拟实现的路由器R1和R2的F0/0接口上。R1和R2经由Dynamips软件模拟实现的路由器R3和R4互联，R1、R2、R3和R4之间运行OSPF路由协议，没有缺省路由。

实验者在PC2上使用通信测试命令（ping）和路径跟踪命令（tracert），结合Dynamips软件的分组捕获功能以及Wireshark软件的捕获分组查看功能，测试子网A、B之间的连通性和通信路径，考察IP地址和分组长度对网络间通信的影响以及IP分组生存时间（TTL）对网络间IP分组交付的影响，体会ICMP协议的差错报告机制，理解并掌握PING和TRACE的工作原理和操作命令。

四、实验器材（设备、元器件）

PC计算机一台。

五、实验步骤

1、依次启动VMware Workstation中TCPIP组内的虚拟机PC2和PC3。（注：

不开启PC4）

2、启动Dynamips Server，然后运行https://www.360docs.net/doc/b329719.html,，在Dynagen窗口中提示符“=>”

后依次输入以下命令启动路由器R1、R2、R3和R4：

=> start R1

=> start R2

=> start R3

=> start R4

3、在PC2上使用“route print”命令查看并记录该主机的路由表。

4、在PC2的cmd窗口键入“ping”命令，查看并记录选项-n、-l、-f的含义

和功能。然后在PC2上ping PC3的IP地址确保整个实验网络运行正常。

5、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令捕获子网A和子网

B中的分组：

=> capture R1 f0/0 aping.cap

=> capture R2 f0/0 bping.cap

6、在PC2上使用-n选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。

ping -n 1

7、在PC2上使用-n和-l选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。

ping -n 1 -l 1500

8、在PC2上使用-n、-l和-f选项ping PC3的IP地址，记录ping回应信息。

ping -n 1 -l 1500 -f

9、在PC2上ping未开机的PC4，记录ping回应信息。

ping -n 1 192.168.22.4

10、在PC2上ping 10.1.1.1，记录ping回应信息。

ping -n 1 10.1.1.1

11、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令重新捕获子网A

和子网B的分组：

=> 、

=> no capture R2 f0/0

=> capture R1 f0/0 atrace.cap

=> capture R2 f0/0 btrace.cap

12、在PC2上trace PC3的IP地址，记录trace回应信息。

tracert

13、在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令停止捕获子网A

和子网B中的分组：

=> no capture R1 f0/0

=> no capture R2 f0/0

14、用Wireshark软件查看并分析捕获的分组文件（aping.cap、bping.cap、

atrace.cap、btrace.cap）中的ping和trace通信分组，查看过滤条件为“ip.proto == 1”（在Wireshark主窗口界面“过滤工具栏”的“Filter：”

域中输入）。

15、实验结束后，按照以下步骤关闭实验软件、上传实验数据、还原实验环

境：

（1）在Dynagen窗口中提示符“=>”后依次输入以下命令关闭Dynagen 窗口，然后再关闭Dynamips Server窗口：

=> stop /all

=> exit

（2）依次关闭PC2和PC3，再关闭VMware窗口；

（3）运行https://www.360docs.net/doc/b329719.html,所在目录下的“reset.bat”文件。

六、实验数据及结果分析

1、按照显示顺序记录步骤3中PC2的路由表信息：

1）请按照网关（gateway）地址分类分析主机路由表中每条路由表项的网关地址的特征，路由的目的地，以及所采取的分组交付方式。

No.1：缺省路由。

当系统收到一个目的地址不在路由表中的数据包时，系统会将该数据包发送到缺省网关192.168.11.254；采取间接交付。

No.2：本地环路。

当系统接收到一个发往目标网段127.0.0.0的数据包时，系统将接收发往该网段的所有数据包。采取直接交付。

No.3：直连网段。

当系统接收到一个发往目的网段192.168.11.0的数据包时，系统会将该数据

包通过192.168.11.2这个接口发送出去（表中没给出interface的相应记录，对于该表项，gateway和interface是同一个，因为分组的目的网段正是路由器所直连的网段）。采取直接交付。

No.4：本地主机路由。

当系接收到一个目标IP地址为本地网卡IP地址的数据包时，系统将接收该数据包。采取直接交付。

No.5：本地广播路由。

当系统接收到一个发给直连网段的本地广播数据包时，系统会将该数据包从192.168.11.2这个接口以广播的形式发送出去（对于该表项，gateway和interface 相同）。

No.6：组播路由。

当系统接收到一个组播数据包时，系统会将该数据包从192.168.11.2这个接口以组播的形式发送出去（对于该表项，gateway和interface相同）。

No.7：广播路由

当系统接收到一个广播数据包时，系统会将该数据包从192.168.11.2这个接口直接发送出去。

2）本实验中PC2将使用哪条路由发送对目的主机的ping报文？

答：使用第一条，即缺省路由。

2、记录步骤4中PC2上显示的PING命令选项-n、-l、-f的含义。

-n count Number of echo requests to send.

-l size Send buffer size.

-f Set Don't Fragment flag in packet.

3、记录步骤6中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的ICMP报文信息：

说明：IP地址用点分十进制表示，其他值均用十进制表示。

【分析】解释PING命令回应信息中的bytes、time和TTL参数的含义。bytes：发送字节数

time：往返时间

TTL：生存时间

4、记录步骤7中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的ICMP报文的IP分组头信息：

说明：IP地址用点分十进制表示，其他值均用十进制表示。

注意：“分片偏移”填写的是分组首部中以8字节为单位的片偏移值。

【分析】

（1）PC2发出的IP分组（源IP地址PC2，目的IP地址PC3）在子网A和子网B上分别有几个分片？这些分片分别是由实验拓扑中的哪些设备划分的？为什

么要划分这些分片？这些分片的重组操作将由实验拓扑中的哪台设备进行？答：

子网A：2个分片，子网B：3个分片；子网A的分片由PC2划分，子网B 的分片由路由器R3划分；从实验记录可知PC2发送的分组总长度为1500字节，在Ethernet 1中，当数据报被封装成帧时，帧的长度大于了它的MTU（1500），因此PC2要将数据报分片；当分组到达路由器R3时，从实验拓扑图可以看出，R3-R4之间的链路带宽比较大，分组将选择该路径，而链路的MTU是800，因此对总长度为1500的那个分组还要继续分片，而总长度为48的分组则不需要，分片的过程由R3完成；分片的重组操作将由目的主机PC3进行。

（2）PC3发出的IP分组（源IP地址PC3，目的IP地址PC2）在子网A和子网B上分别有几个分片？这些分片分别是由实验拓扑中的哪些设备划分的？为什

么要划分这些分片？这些分片的重组操作将由实验拓扑中的哪台设备进行？答：

子网A：3个分片，子网B：2个分片；子网B的分片由PC3划分，子网A 的分片由路由器R4划分；PC3发送的分组总长度为1500字节，在Ethernet 2中，当数据报被封装成帧时，帧的长度大于了它的MTU（1500），因此PC3要将数据报分片；当分组到达路由器R2时，从实验拓扑图可以看出，R2-R4之间的链路带宽比较大，分组将选择该路径，它的MTU是1500，被分片的2个分组都可正常通过，当分组到达路由器R4时，R4-R3是下一跳必须要经过的路径，而它的MTU只有800，因此对总长度为1500的分组还要继续分片，而总长度为48的分组则不需要，分片的过程由R4完成；分片的重组操作将由目的主机PC2进行。

（3）在分片重组操作中，应根据分片首部中的什么信息判断收到的分片属于哪个IP分组？属于同一IP分组的分片需按照分片首部中的什么信息进行重组？

答：

应根据分片首部中的“标识”字段判断收到的分片所属的IP分组；属于同一IP分组的分片需按照分片首部中“标志”字段中的第三位（M，即“还有分片”位）和“分片偏移”字段进行重组。

5、记录步骤8中PC2上的ping命令回应信息。

【分析】本步骤中是否捕获到PC2发送或接收的报文？结合PING回应信息解释其原因。

答：

没有捕获到。PING回应信息意思是分组应该被分片才能正常通信。Ping命令中-f使得分组不分片，导致分组封装成帧后长度大于以太链路的MTU而无法传输。

6、记录步骤9中PC2上的ping命令回应信息。

【分析】

（1）本步骤中是否捕获到PC2发送或接收的报文？结合PING回应信息解释其原因。

答：

能捕获到PC2发送的报文，但不能捕获到PC2希望接收的报文。PING回应信息的意思是请求超时，因为PC4没有开机，所以无法给予应答。

（2）在ping时如果收到“Request timed out.”信息，是否能确定目的主机一定未开机响应或一定没有可达的路由？为什么？

答：

不一定。有可能是因为请求分组丢失或网络拥塞等原因。

7、记录步骤10中PC2上的ping命令回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A上捕获的ICMP报文信息：

说明：IP地址用点分十进制表示，其他值均用十进制表示。

【分析】请指出步骤9和步骤10中目的主机可达性的差异之处，并解释其差异产生的原因。

答：

差异在于PING回应信息内容不同。步骤9中主机不可达，但主机所在的子网是可达的，而步骤10中主机和主机所在的子网均不可达。

8、记录步骤12中主机上输入的TRACE命令及其回应信息，并按分组的捕获顺序记录该步骤在子网A和子网B上捕获的如下报文信息：

说明：TTL、源IP地址和目的IP地址都相同的分组只记录1次；

【分析】

1）TRACE程序根据什么报文中的什么信息获得每一跳路由器的IP地址？答：

根据每次返回的TTL Exceeded类型的ICMP报文中的源IP地址。

2）TRACE程序在跟踪每一跳路由器时，发送了几个测试报文？这样做的目的是什么？

答：

发送了3条测试报文。类似于PING，是为了防止因报文丢失或网络拥塞而收到错误的回应。

3）WinXP系统的TRACE程序使用何种方法判断测试分组是否已到达目的主机？

答：

根据收到的ICMP应答中IP分组首部的源IP地址，如果源地址是所要跟踪的目的地址（这里是192.168.22.3），则意味着测试分组已到达目的主机。

七、实验结论

1、总结ICMP差错报告机制的作用和ICMP差错报告报文中数据部分的作用。

ICMP差错报告机制可以及时通知发出数据报的主机出现了差错，以及帮助网络管理员获得来自其他主机或路由器的信息。ICMP差错报告报文中数据部分的作用是通告源主机具体的差错类型（如终点不可达、源点抑制、超时等）。

2、交付出错的哪些IP分组不会产生ICMP差错报告报文？

携带ICMP差错报文的数据报；

分片的数据报，并且不是第一个分片；

具有多播地址的数据报；

具有特殊地址的数据报（如127.0.0.0或0.0.0.0）。

3、请根据实验中的TRACE回应信息和实验拓扑图，写出路由器R1的F0/1接口、R2的F0/1和S1/0接口、以及R3和R4的所有接口的IP地址，并指出本实验中子网A到子网B的通信路径。

本实验中子网A到子网B的通信路径：PC2—R1—R3—R4—R2—PC3

八、总结及心得体会

通过模拟实验，学会了用PING命令测试网络连通性和用TRACE命令跟踪网络路径，加深了ICMP协议原理的理解。

九、对本实验过程及方法、手段的改进

实验结论3中路由器R2的S1/0接口和路由器R3的S1/0接口的IP地址无法推知。