《互联网协议i》ppt课件

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1、第四章 互联网协议IP,计算机与通信工程学院 张 然,网络协议分析,主要内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP数据报首部校验和的计算 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,基本要求,1、掌握IP协议的特点 2、掌握IP数据报的格式 3、掌握IP数据报分片及重组机制 4、了解IP选项的使用 5、掌握IP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 7、掌握IP软件对IP数据报的处理,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,IP层的地位,IP层是通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输机

2、制。目的是屏蔽底层物理网络细节，向上提供一致性。,IP层的功能与特点,IP层的主要功能： 无连接数据报的投递（数据结构，静态特性） 数据报寻径（选路，操作特性） 差错与报文控制（管理特性） 特点： 不可靠: 分组可能丢失，乱序等，不做确认； 无连接: 每个分组都独立对待； 尽力投递: 不随意放弃分组； 点到点。,互联网服务的三个概念层次,点到点无连接交付服务提供了一个其它一切赖以存在的基础。 端到端可靠的传输服务提供了应用所依赖的更高层平台。,IP,TCP,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,IP数据报格式,总长度：（首部 +

3、 数据区），16比特，单字节计数，最大长度216-1 = 65535字节； 首部长度：占4比特，4字节计数，最大值为24-1 = 15，即15 * 4 = 60字节。,首部,数据区,20字节固定部分,0-40字节选项,数据格式（数据结构）,服务类型（TOS）,D(elay), T(hroughout), R(eliable), M(onetary cost), U(nused) 优先级：8种，0-普通级别，7-网络控制 功能：指定本数据报的处理方式 说明：TOS不是必须实现的,区分码点服务,区分码点服务(DSCP) （RFC2474、2475）：对TOS的新的定义方式，使用前6比特，可定义64

4、种服务 设计思想：将码点映射为底层服务，多个码点值可映射为同一服务。 3组服务： XXXXX0: IETF分配使用 XXXX11: 本地使用或用于实验 XXXX01: 本地使用或用于实验 （将来也可由IETF分配 ） 说明：XXX000对应原来的8个优先级,寿命字段TTL,寿命字段TTL：数据报延迟控制 功能：防止数据报在网中循环流动，或延迟过长； 处理：每经过一个路由器，TTL减1；TTL=0，丢弃数据报，并向源站发回超时报告（ICMP）。,校验和（首部）,计算步骤： (1)16比特分组； (2)校验和清0 (3)求所有16比特之和 (4)把求得的和模(216-1) （即高位取出后移加到和中

5、） (5)在(4)的基础上求二进制反码 校验步骤： 同计算步骤的前4步，结果为0时正确。 见书45页,校验和例子,注意 当数字作加法时，最高位进比特位的进位需要加到结果中 例子: 发送方将两个16-bit整数相加,1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1,回卷,和,检查和 (求反),接收方：求和，遇溢出也要回卷。,标

6、识、标志和片偏移,用来对数据报的分片和重组进行控制 为什么要进行分片? 类比：道路通行 MTU：最大传输单元 注：一个被分片的数据报还可能再次被分片,问题？,IP数据报的分片发生在哪里？ 源点主机会对IP分组进行分片吗？,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,数据报的分片控制,数据报的封装 (以太网帧类型0800H) 问题：每种网络有固定的MTU，若IP报文长度大于MTU，怎么办？ 数据分片（如何分片？）,举例,例：IP数据报长度1420字节（假如首部无选项），网络MTU620字节，如何分片？,问题？,(1)如何标识同一个数据报

7、的各个分片？ (2)如何标识同一个数据报分片的顺序？ (3)如何标识同一个数据报分片的结束？,信源机产生，每个数据报唯一 解决了：标识同一数据报的各个分片,标识分片在原来数据报文中的位置 解决了：分片的顺序,MF (More Fragment)：片未完位 MF=0，是最后一片 MF=1，不是最后一片 解决了：分片的结束,DF (Do not Fragment)： 不分片位 DF=1，强制不允许分片,片偏移量,如何组装？,组装时，需要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 (2)首部其它字段复制原来数据报首部的相应字段,问题：分片首部如何设置？,首部长度：若无选项，和原数据报相

8、同，否则重新计算。 ID、标志域和片偏移量：如前所述。 总长度：分片首部的长度+分片数据部分的长度。 校验和：必须重新计算。（为什么？） 选项：EOL和NOP不可复制，LSR、SSR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。,问题：在何处重组分片？,信宿机 优点： 不会反复分片/重组 各分片可独立选路 路由软件简化 缺点： 可能浪费带宽 丢失可能性增加,IPv6使用路径MTU发现机制，路由器不再分片,IP 数据报分片举例,例子： 4000字节数据报 MTU = 1500字节,在数据字段1480 字节,偏移 =1480/8,偏移 = 0/8 = 0,偏移= 0,偏移 = 14

9、80/8 = 185,偏移 = 2960/8 = 370,1480,2960,3979,2959,1479,3979,需分片的 数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3980 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1480,2960,字节 0,IP 数据报分片举例,分片重组算法（FreeBSD）,数据结构（RFC791标准推荐使用） 储存数据报ID的缓冲区 储存第一个分片报头的缓冲区 重组表 数据缓冲区 定时器 数据总长度域 问题1：为什么需要存储第一个分片报头到内存缓冲区？ 解答：该分片的首部将作为重组后的数据报的首部； 问题2：如何判断一个数据报是否需

10、要重组？ 解答：MF位和片偏移量位都为0(没有分片)，则不需重组。,ipq 结构,IP数据报重组超时时间间隔。,ipasfrag,将TOS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: 需要重组设置为1，否则为0。,分片合并 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。,用源IP、目的IP、ID、协议域唯一标识一个IP数据报； 每个IP数据报都有一个ipq； 所有数据报的ipq形成一个双链表。, 同一数据报的每个分片对应一个ipasfrag结构； 同一数据报的ipasfrag组成一个双链表。,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安

11、全问题 IP数据报的选路,数据报选项,功能：用于网络测试、调试或控制。包括: 记录数据报经过的路由 记录数据报经过的路由和时间 源端指定必须经过的路由 路径MTU发现 选项格式：,代码,长度,数据,选项号,选项类,复制,代码格式,复制（COPY）：控制数据报分片对选项的拷贝 COPY=1，所有分片均复制该选项 COPY=0，仅第一个分片复制该选项 选项类：对选项功能的大分类 选项号：与选项类结合，确定使用的选项。,记录路由选项,记录从信源到信宿所经过的各路由器IP地址。 用途：测试路由软件等。 过程：信源机设定空表，规定选项长度，各路由器把自己的地址依次填在表中。 说明：COPY=0，最多只能

12、放9个路由器地址（？） 指针：指向下一个可存放的位置，路由器把自己的地址写入表中后，指针后移。 如何判断表项是否已满？,时间戳选项,用途：用于记录路由器收到数据报的时间（分析网络系统吞吐率、拥塞、负载、时延等）。 COPY = 0 溢出：由于无空间而未能记下时戳的路由器个数 标志： = 0：只记录时间戳 = 1：记录IP地址和时戳 = 3：发送方填入IP地址，匹配的路由器填写时戳 说明：最多只有4个路由器能记录IP地址和时间戳（？）,源路由选项,用途：信源机规定数据报必须经过的路径，用于测试某特定路径，或绕开某危险网络等。 严格源路由（137）：指定完备路径 松散源路由（131）：指定路径要点

13、,路由器对源路由选项的处理过程：根据下一目标转发数据报，并用出口IP地址覆盖入口IP地址。,路由器对源路由选项的处理步骤,发送主机从应用程序接收源站路由清单，将第一个路由表项作为目的地址，然后从表项中去掉，将剩余的项前移一个位置，将原来的主机目的地址作为清单的最后一项，指针仍然指向清单的第一项； 每个处理数据报的路由器检查其是否为数据报的目的地址，如果不是，则正常转发数据报； 如果该路由器是最终目的，且指针不大于路径长度，那么： 由指针所指的地址是数据报的最终目的地址； 由外出接口对应的IP地址取代指针所指的地址； 指针加4。,dest=D #R11,R21,R31,与IP选项相关的命令,与I

14、P选项相关的命令： ping r 目标地址 ping s ping j host list ping k host list,指定记录路由选项 指定时间戳选项 松散源路由 严格源路由,ipconfig命令： 查看本机网络配置情况,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,IP协议的一些安全问题,1. 源路由攻击 原理：截获数据包后，改变包中的路由选项，把数据包路由到可控的路由器上。,2. 分片攻击 (1) Tiny Fragment：发送极小分片，让TCP报头的端口号包含在第二个分片中，绕过防火墙或者IDS过滤系统。(nmap -f

15、) (2) Ping of Death：发送长度超过65535的IP报（封装了ICMP Echo Request包），目标主机重组分片时会造成事先分配的65535字节缓冲区溢出，系统通常会崩溃或者挂起。 (3) teardrop：第二个IP分片偏移量小于第一个分片结束的位置，出现重叠。造成有的系统会出现异常。,如何实现Ping of Death和TearDrop?,例如： Ping of Death： MF=0（最后一片），报文长度为49，偏移量为0x1FFE 重组后数据报的长度是多少？ 0x1FFE * 8 + （49-20） = 65549 65535 Teardrop： 分片1：MF=1

16、，偏移量=0，长度为36（不含IP首部） 分片2：MF=0，偏移量=3，偏移字节数0x3 * 8 = 24,基于IP协议的隐蔽通道,隐蔽通道与加密的区别： 加密是隐藏通信的内容 隐蔽通道是隐藏秘密通信的存在 利用IP数据报的首部ID隐藏秘密信息 利用ID和段偏移 利用IP标志域（flag）隐藏信息 利用TTL字段携带信息 利用源IP地址低8位隐藏信息 利用IP选项 利用IP数据报长度字段携带信息 利用服务类型字段ToS,学习内容,引言 IP数据报格式 IP数据报的分片和重组 IP选项 IP的一些安全问题 IP数据报的选路,选路的概念,什么是选路？ 寻找一条将分组从信源传往信宿的传输路径的过程。 什么是直接选路和直接投递？ 信源和信宿在同一物理网络上。 路由器上的数据报的信宿处于当前路由器直连的网络上。 直接选路由数据链路层完成，