第4章互联网协议IP44200课件.ppt
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- 互联网 协议 IP44200 课件
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1、第第4章章 互联网协议互联网协议IP要求:要求:1、掌握、掌握IP协议的特点协议的特点 2、掌握、掌握IP数据报的格式数据报的格式 3、掌握、掌握IP数据报分片及重组机制数据报分片及重组机制 4、了解、了解IP选项的使用选项的使用 5、掌握、掌握IP数据报选路的原理及算法数据报选路的原理及算法 6、掌握路由表的一般形式及默认路由的概念、掌握路由表的一般形式及默认路由的概念 7、掌握、掌握IP软件对软件对IP数据报的处理数据报的处理4.1 IP层的地位与特点层的地位与特点 1.IP层的地位层的地位 IP层是通信子网的最高层,提供无连接的层是通信子网的最高层,提供无连接的数据报传输机制。目的是屏蔽
2、底层物理网络数据报传输机制。目的是屏蔽底层物理网络细节,向上提供一致性。细节,向上提供一致性。以太网帧以太网帧令牌环帧令牌环帧IP数据报数据报传输协议分组传输协议分组 2.IP层的特点层的特点 不可靠不可靠:分组可能丢失,乱序等,不做确认分组可能丢失,乱序等,不做确认;无连接无连接:每个分组都独立对待;每个分组都独立对待;尽力投递尽力投递:不随意放弃分组;不随意放弃分组;点到点。点到点。点到点和端到端点到点和端到端应用层应用层传输层传输层IP层层物理接口层物理接口层硬件层硬件层端到端端到端点到点点到点应用层应用层传输层传输层IP层层网络接口层网络接口层应用层应用层传输层传输层IP层层网络接口层
3、网络接口层IP层层网络接口层网络接口层IP层层网络接口层网络接口层端到端端到端端到端端到端点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点点到点无连接交付服务点到点无连接交付服务提供了一个其它一切赖以存在的提供了一个其它一切赖以存在的基础。基础。端到端可靠的传输服务端到端可靠的传输服务提供了应用所依赖的更高层平台。提供了应用所依赖的更高层平台。点到点不可靠无连接分组投递服务点到点不可靠无连接分组投递服务端到端可靠传输服务端到端可靠传输服务应用服务应用服务点到点:点到点:对等实体间的通信由一段一段的直接相连机器对等实体间的通信由一段一段的直接相连机器间的通信组成。间的通信
4、组成。端到端:端到端:对等实体间的通信象拥有一条直接线路,而不对等实体间的通信象拥有一条直接线路,而不管中间要经过多少通信节点。管中间要经过多少通信节点。3.互联网服务的三个概念层次互联网服务的三个概念层次IPTCP4.IP层的主要功能层的主要功能(1)(1)无连接数据报的投递(数据结构,静态特性)无连接数据报的投递(数据结构,静态特性)(2)(2)数据报寻径(选路,操作特性)数据报寻径(选路,操作特性)(3)(3)差错与报文控制(管理特性)差错与报文控制(管理特性)4.2 IP数据报数据报1.数据报一般格式数据报一般格式首部首部数据区数据区20字节固定部分字节固定部分0-40字节选项字节选项
5、总长度:总长度:(首部(首部+数据区),按字节计数,数据区),按字节计数,最大长度最大长度216-1=65535字节;字节;首部长度:首部长度:4字节计数,最大长度字节计数,最大长度 24-1=15,即即15*4=60字节。字节。2.数据格式(数据结构)数据格式(数据结构)版本版本头长头长服务类型服务类型总长度总长度标识符标识符分片偏移分片偏移标志标志TTL协议协议首部校验和首部校验和源源IP地址地址目的目的IP地址地址IP选项(可选)选项(可选)填充填充数据数据0 3 4 7 8 15 16 31(1)版本)版本字段长度为4比特,标示IP协议版本,对于IPv4,该字段值为4。(2)头长)头长
6、字段长度为4比特,给出以4 4字节字节为单位计数的数据报首部长度。如果数据报头不包含任何选项,则头长为20字节,此时该字段值为5。(3)总长度)总长度该字段描述整个数据报的长度,包括头部和数据部分。由于该字段占2字节,所以IP数据报最大长度为64KB(216-1)。(4)服务类型)服务类型(TOS)与区分码点服务与区分码点服务(DSCP)功能:功能:指定本数据报的处理方式指定本数据报的处理方式说明:说明:TOS不是必须实现的不是必须实现的DTRMU优先级优先级D(Delay),T(Throughout),R(Reliability)M(Monetary cost),U(Unused)优先级:优
7、先级:8种,种,0-普通级别,普通级别,7-网络控制网络控制区分码点服务区分码点服务(DSCP)(RFC2474、2475)未用未用码点码点功能:功能:把码点值映射到底层服务,多个码点可映射成同一服务。把码点值映射到底层服务,多个码点可映射成同一服务。3组服务:组服务:XXXXX0 IETF分配使用分配使用XXXX11 本地使用或用于实验本地使用或用于实验 XXXX01 本地使用或用于实验本地使用或用于实验(将来也可由(将来也可由IETF分配分配)说明:说明:XXX000对应原来的对应原来的8个优先级个优先级(5)标识符)标识符该字段标识主机发送的每一个数据报,它是一个无符号整数。主机每发送一
8、个数据报,把该标识值+1,作为下一个数据报的编号。该字段占2字节,以保证在重复使用一个编号时,具有相同编号的上一个数据包已从网上消失。(6)标志和分片偏移)标志和分片偏移受硬件决定,每种物理网络都限制了最大帧长度,称为网络最大传输单元(MTU)。当一个数据报较大,无法使用一个帧传输时,IP模块将它分为多个较小的片,并为各个分片构造单独的IP数据报。IP数据报使用标识、标志和分片偏移三个字段对数据报的分片和重组进行控制。(8)校验和(首部)校验和(首部)计算步骤:计算步骤:(1)16比特分组;比特分组;(2)校验和清校验和清0(3)求所有求所有16比特之和比特之和(4)把求得的和模把求得的和模2
9、16-1(5)在在(4)的基础上求二进制反码的基础上求二进制反码 校验步骤:校验步骤:同计算步骤的前同计算步骤的前4步,结果为步,结果为0时正确。时正确。(7)寿命字段)寿命字段TTL:数据报延迟控制:数据报延迟控制功能:功能:防止数据报在网中循环流动,或延迟过长;防止数据报在网中循环流动,或延迟过长;处理:处理:每经过一个路由器,每经过一个路由器,TTL减减1;TTL=0,丢弃数据报,并向源站发回超时报告,丢弃数据报,并向源站发回超时报告(ICMP)。)。4.3 数据报的分片控制数据报的分片控制1.数据报的封装数据报的封装(以太网帧类型以太网帧类型0800H)问题:问题:每个网络有固定的每个
10、网络有固定的MTU,若,若IP报文长度大于报文长度大于MTU,怎么办?,怎么办?2.数据分片数据分片例:例:IP数据报长度数据报长度1400字节,网络字节,网络MTU620字节,字节,如何分片?如何分片?数据报首部数据报首部数据报数据区数据报数据区帧头帧头帧数据区帧数据区首部首部数据(数据(1600字节)字节)数据数据1(600字节)字节)数据数据2(600字节)字节)数据数据3(200字节)字节)首部首部数据(数据(1600字节)字节)数据数据1(600字节)字节)数据数据2(600字节)字节)数据数据3(200字节)字节)首部首部数据数据1(600字节)字节)首部首部数据数据2(600字节
11、)字节)首部首部数据数据3(200字节)字节)问题问题1:如何组装分片?如何组装分片?(1)如何标识同一个数据报的各如何标识同一个数据报的各个分片?个分片?(2)如何标识同一个数据报分片如何标识同一个数据报分片的顺序?的顺序?(3)如何标识同一个数据报分片如何标识同一个数据报分片的结束?的结束?解决:解决:重新设置首部的某些字段重新设置首部的某些字段(1)修改分片标志和片偏移量字段修改分片标志和片偏移量字段(2)首部其它字段复制原来数据报首部的相应字段首部其它字段复制原来数据报首部的相应字段标识符标识符片偏移量片偏移量DFMF标识标识DF MF信源机产生,每个信源机产生,每个数据报唯一数据报唯
12、一解决了:标识同一解决了:标识同一数据报的各个分片数据报的各个分片标识分片在原标识分片在原来数据报文中来数据报文中的位置的位置解决了:分解决了:分片的顺序片的顺序MF(More Fragment):片未完位片未完位 MF=0,是最后一片是最后一片 MF=1,不是最后一片不是最后一片解决了:分片的结束解决了:分片的结束DF(Do not Fragment):不分片位不分片位DF=1,强制不允许分片强制不允许分片片偏移量片偏移量首部首部数据数据1:偏移量:偏移量=0,MF=1首部首部数据数据2:偏移量:偏移量=75(600)MF=1首部首部数据数据3:偏移量偏移量=150(1200)MF=0首部首
13、部数据(数据(1600字节)字节)数据数据1(600字节)字节)数据数据2(600字节)字节)数据数据3(200字节)字节)首部首部数据数据1(600字节)字节)首部首部数据数据2(600字节)字节)首部首部数据数据3(200字节)字节)问题问题2:分片首部如何设置?分片首部如何设置?(1)首部长度:首部长度:若无选项,和原数据报相同,否则重新若无选项,和原数据报相同,否则重新计算。计算。(2)ID、标志域和片偏移量:、标志域和片偏移量:如问题如问题1所述。所述。(3)总长度总长度:分片首部的长度:分片首部的长度+分片数据部分的长度。分片数据部分的长度。(4)校验和:校验和:必须重新计算。必须
14、重新计算。(5)选项:选项:LSRR、SSRR复制到所有分片中,记录路由复制到所有分片中,记录路由和时间戳选项只能复制到第一个分片中。和时间戳选项只能复制到第一个分片中。解答:解答:第一个分片的首部复制原第一个分片的首部复制原IP数据报的首部,并数据报的首部,并修改总长度字段,之后的分片首部重新设置。修改总长度字段,之后的分片首部重新设置。问题问题3:何处重组分片?:何处重组分片?答答 案:信宿机案:信宿机优优 点:点:(1)不会反复分片不会反复分片/重组重组(2)各分片可独立选路各分片可独立选路(3)路由软件简化路由软件简化 缺点缺点(1)可能浪费带宽可能浪费带宽(2)丢失可能性增加丢失可能
15、性增加IPv6使用路径使用路径MTU发现机制,路由器不再分片发现机制,路由器不再分片(1)数据结构()数据结构(RFC791标准推荐使用)标准推荐使用)储存数据报储存数据报ID的缓冲区的缓冲区 储存第一个分片报头的缓冲区储存第一个分片报头的缓冲区 重组表重组表 数据缓冲区数据缓冲区 定时器定时器 数据总长度域数据总长度域问题问题1:为什么需要存储第一个分片报头的内存为什么需要存储第一个分片报头的内存缓冲区?缓冲区?解答:解答:该分片的将首部作为重组后的数据报的该分片的将首部作为重组后的数据报的首部;首部;问题问题2:如何判断一个数据报是否需要重组?如何判断一个数据报是否需要重组?解答:解答:M
16、F位为位为1或片偏移量不为或片偏移量不为0。用源用源IP、目的、目的IP、ID、协议域唯一标、协议域唯一标识一个识一个IP数据报;数据报;每个每个IP数据报都有一个数据报都有一个ipq;所有数据报的所有数据报的ipq形成一个双链表。形成一个双链表。同一数据报的每个分片对应一个同一数据报的每个分片对应一个ipasfrag结构;结构;同一数据报的同一数据报的ipasfrag组成一个组成一个双链表。双链表。Next Previp q_tllip q_pip q_idip q_nextip q_previp q_srcip q_dstIP数据报重数据报重组超时时间组超时时间间隔。间隔。ip_vipf_
17、mffip_lenip_idip_ttlipf_nextipf_previp_hl ip_offip_pip_sumdata将将TOS的最后一个未用比特重新设置的最后一个未用比特重新设置存放是否需要重组的标志位存放是否需要重组的标志位需要重组设置为需要重组设置为1,否则为,否则为0分片合并分片合并 所有分片数据放入数据缓冲区中合并,所有分片数据放入数据缓冲区中合并,再与第一个分片报头合并。再与第一个分片报头合并。4.4 数据报选项数据报选项功能:功能:用于网络测试、调试或控制。包括用于网络测试、调试或控制。包括:(1 1)记录数据报经过的路由)记录数据报经过的路由 (2 2)记录数据报经过的路
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