第10次課 IP數(shù)據(jù)報和分組轉發(fā)機制

計算機網(wǎng)絡（第5版）第4章網(wǎng)絡層課件制作人：謝希仁第4章網(wǎng)絡層

4.1網(wǎng)絡層提供的兩種服務4.2網(wǎng)際協(xié)議IP 4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡 4.2.2分類的IP地址 4.2.3IP地址與硬件地址 4.2.4地址解析協(xié)議ARP與逆地址解析協(xié)議RARP 4.2.5IP數(shù)據(jù)報的格式 4.2.6IP層轉發(fā)分組的流程課件制作人：常革新第4章網(wǎng)絡層（續(xù)）4.3劃分子網(wǎng)和構造超網(wǎng) 4.3.1劃分子網(wǎng) 4.3.2使用子網(wǎng)時分組轉發(fā) 4.3.3無分類編址CIDR（構造超網(wǎng)）4.4網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP4.4.1ICMP報文的種類4.4.2ICMP的應用舉例4.5因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議 4.5.1有關路由選擇協(xié)議的幾個基本概念 4.5.2內部網(wǎng)關協(xié)議RIP 4.5.3內部網(wǎng)關協(xié)議OSPF 4.5.4外部網(wǎng)關協(xié)議BGP課件制作人：常革新第4章網(wǎng)絡層（續(xù)）4.5.6路由器的構成4.6IP多播 4.6.1IP多播的基本概念4.6.2在局域網(wǎng)上進行硬件多播 4.6.2因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP和多播路由選擇協(xié)議4.7虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡地址轉換NAT4.7.1虛擬專用網(wǎng)VPN4.7.2網(wǎng)絡地址轉換NAT

課件制作人：常革新本章最重要的內容(1)虛擬互連網(wǎng)絡的概念(2)IP地址與物理地址的關系(3)傳統(tǒng)的分類的IP地址（包括子網(wǎng)掩碼）和無分類域間路由選擇CIDR(4)路由選擇協(xié)議的工作原理課件制作人：常革新4.2.5IP數(shù)據(jù)報的格式一個IP數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長度，共20字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。課件制作人：常革新2.IP數(shù)據(jù)報首部的可變部分IP首部的可變部分就是一個選項字段，用來支持排錯、測量以及安全等措施，內容很豐富。選項字段的長度可變，從1個字節(jié)到40個字節(jié)不等，取決于所選擇的項目。增加首部的可變部分是為了增加IP數(shù)據(jù)報的功能，但這同時也使得IP數(shù)據(jù)報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數(shù)據(jù)報的開銷。實際上這些選項很少被使用。課件制作人：常革新課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式版本：指定IP協(xié)議版本。常用的版本是IPv4，也有IPv6；首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431固定部分20字節(jié)可變部分首部數(shù)據(jù)部分首部IP數(shù)據(jù)報課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式首部長度：占4bit，可表示最大15個單位，因此IP數(shù)據(jù)報的首部最大長度是60字節(jié)。當首部長度不是4字節(jié)的整數(shù)倍時，必須在最后填充字段加以填充；首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式服務類型：用來獲得更好的服務；在舊標準中叫做服務類型，但實際上一直未被使用過。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431服務類型DTRC未用優(yōu)先級比特012345671）優(yōu)先級：占3bit，共有8個優(yōu)先級；2）D比特：表示要求更低的時延；3）T比特：表示要求更高的吞吐量；4）R比特：表示要求更高的可靠性（被路由器丟棄的概率小）；5）C比特：表示要求選擇代價更小的路由；課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式總長度：指首部和數(shù)據(jù)之和，單位是字節(jié)。該字段占16位，因此，數(shù)據(jù)報的最大長度為216=65535字節(jié)（64KB）。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式標識(identification)占16位，它是一個計數(shù)器，用來產生數(shù)據(jù)報的標識。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式

在網(wǎng)絡層下面的數(shù)據(jù)鏈路層都有其自己的幀格式，其中包括幀格式中的數(shù)據(jù)字段的最大長度，稱為最大傳送單元MTU。因此，數(shù)據(jù)報的長度不能超過MTU的值。 實際上數(shù)據(jù)報的長度被限制在1500字節(jié)以內。當數(shù)據(jù)報的長度超過MTU時，就必須將數(shù)據(jù)報分片傳送。這時就用到了標識、標志和片偏移字段。課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式標識：占16bit，用來產生數(shù)據(jù)報的標識。當長報文分片時，各個數(shù)據(jù)報分片的標識應該是相同的。標志：最低位記為MF。MF=1，后面還有分片；MF=0，這是最后一個分片。中間位記為DF。只有DF=0，允許分片。片偏移：指出較長分組分片后，某片在原分組中的位置。片偏移以8個字節(jié)為一個偏移單位。課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式 舉例一數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分為3800字節(jié)，需要分片為長度不超過1420字節(jié)的數(shù)據(jù)報片。數(shù)據(jù)部分3800字節(jié)首部0字節(jié)1400字節(jié)3800字節(jié)需分片的數(shù)據(jù)報首部1首部2首部3片偏移=0/8=0片偏移=1400/8=175片偏移=2800/8=350數(shù)據(jù)報片1數(shù)據(jù)報片2數(shù)據(jù)報片3課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式 舉例一數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分為3800字節(jié)，需要分片為長度不超過1420字節(jié)的數(shù)據(jù)報片?？傞L度標識MFDF片偏移原始數(shù)據(jù)報382016543000數(shù)據(jù)報片1142016543100數(shù)據(jù)報片214201654310175數(shù)據(jù)報片310201654300350課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式生存時間：數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中的壽命，記為TTL，單位秒?，F(xiàn)在已改為“數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中可以通過的路由器數(shù)的最大值”。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式協(xié)議：占8bit，該字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)是使用何種協(xié)議，以便使目的主機知道應將數(shù)據(jù)上交哪個處理過程。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式協(xié)議名ICMPIGMPTCPEGPIGPUDPIPv6OSPF協(xié)議字段值12689174189常用的一些協(xié)議和相應的協(xié)議字段值運輸層網(wǎng)絡層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù)據(jù)部分IP數(shù)據(jù)報協(xié)議字段指出應將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進程課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式首部校驗和：該字段只檢驗數(shù)據(jù)報首部，不包括數(shù)據(jù)部分。這里不采用CRC檢驗碼而采用簡單的計算方法。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新發(fā)送端接收端16位字116位字2置為全0檢驗和16位字n16位反碼算術運算求和……取反碼數(shù)據(jù)報首部IP數(shù)據(jù)報16位檢驗和16位字116位字216位檢驗和16位字n16位反碼算術運算求和16位結果……取反碼數(shù)據(jù)部分若結果為0,則保留；否則，丟棄該數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)部分不參與檢驗和的計算課件制作人：常革新4.2.5IP協(xié)議（因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議）IP數(shù)據(jù)報IP數(shù)據(jù)報的格式源地址和目的地址：32bit的IP地址。首部長度版本服務類型總長度標識片偏移標志首部校驗和協(xié)議生存時間源地址目標地址可選長度（長度可變）填充≈數(shù)據(jù)部分≈比特04816192431課件制作人：常革新4.2.6IP層轉發(fā)分組的流程有四個A類網(wǎng)絡通過三個路由器連接在一起。每一個網(wǎng)絡上都可能有成千上萬個主機?？梢韵胂瘢舭茨康闹鳈C號來制作路由表，則所得出的路由表就會過于龐大。但若按主機所在的網(wǎng)絡地址來制作路由表，那么每一個路由器中的路由表就只包含4個項目。這樣就可使路由表大大簡化。課件制作人：常革新網(wǎng)

110.0.0.0網(wǎng)

440.0.0.0網(wǎng)

330.0.0.0網(wǎng)

220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主機所在的網(wǎng)絡下一跳地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口1直接交付，接口0路由器R2的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1鏈路

4鏈路

3鏈路

2鏈路

1R2R3R101R2R3R1在路由表中，對每一條路由，最主要的是（目的網(wǎng)絡地址，下一跳地址）課件制作人：常革新查找路由表根據(jù)目的網(wǎng)絡地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結果是：IP數(shù)據(jù)報最終一定可以找到目的主機所在目的網(wǎng)絡上的路由器（可能要通過多次的間接交付）。只有到達最后一個路由器時，才試圖向目的主機進行直接交付。課件制作人：常革新特定主機路由這種路由是為特定的目的主機指明一個路由。采用特定主機路由可使網(wǎng)絡管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡和測試網(wǎng)絡，同時也可在需要考慮某種安全問題時采用這種特定主機路由。課件制作人：常革新默認路由(defaultroute)路由器還可采用默認路由以減少路由表所占用的空間和搜索路由表所用的時間。這種轉發(fā)方式在一個網(wǎng)絡只有很少的對外連接時是很有用的。默認路由在主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)報時往往更能顯示出它的好處。如果一個主機連接在一個小網(wǎng)絡上，而這個網(wǎng)絡只用一個路由器和因特網(wǎng)連接，那么在這種情況下使用默認路由是非常合適的。課件制作人：常革新N1R1因特網(wǎng)目的網(wǎng)絡下一跳N1直接N2