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1、第七讲,网际协议IP,第七讲 IP协议,2,本讲内容,分组格式 分组处理 分组投递 IP软件设计,第七讲 IP协议,3,IP 协议,Internet Protocol，RFC 791,IP,LANs,MANs,WANs,ICMP,IGMP,ARP,RARP,Network Layer,Network Access Layer,Transport Layer,Application Layer,第七讲 IP协议,4,IP：不可靠无连接数据报协议,IP通信 无连接：跨越多个异构物理网 通用性 不可靠：尽最大努力交付（best-effort delivery） 可靠性问题交由高层协议解决,第七讲 I
2、P协议,5,7.1 分组格式,IP Datagram,第七讲 IP协议,6,长度字段,首部长度字段，HLEN，4 bits 以4字节（即32bits）为单位 取值：5 15（即首部长度为 20 60 bytes） 总长度字段，Total length，16 bits 以字节单位 首部长度（即4*HLEN）+ 数据长度,思考：IP分组的最大长度是多少？,65535,第七讲 IP协议,7,服务类型字段,Type of Service（TOS），8 bits 该分组所期望的服务质量,D,T,R,Precedence,D: Minimize delay R: Maximize reliability
3、T: Maximize throughput,C: Minimize cost,指示对分组进行处理（排队或丢弃）的优先权，值从0（普通优先级）到7（网络控制）,该分组所希望的路由转发服务类型，不能同时设置,Reserve,RFC 1349,RFC 2474,Differentiated Services Code Point，区分服务编码点,Currently Unused,第七讲 IP协议,8,分片控制字段,标识字段，Identification，16 bits 源站每发送一个分组，标识值1 （源IP地址，标识） 全网唯一分组标识 标志字段，Flags，3 bits 分片偏移字段，Fragm
4、entation offset，13 bits 以8 bytes为单位,思考：IP数据报为什么需要被分片？,第七讲 IP协议,9,生存时间字段,Time to Live（TTL），8 bits 分组寿命：防止路由成环时，IP被无限次转发 取值：分组传输时间+路由器转发处理时间 困难 实际：源和目的之间的路由器个数（跳数） 路由器转发时将 TTL值减1 ，TTL值为零时丢弃该分组,最大值？,255,第七讲 IP协议,10,协议字段,Protocol，8 bits 使用IP服务的高层协议,Header,ICMP,IGMP,EGP,OSPF,TCP,UDP,Network layer,Transpo
5、rt layer,IP Datagram,1：ICMP 2：IGMP 4：IP 6：TCP 8：EGP 17：UDP 41：IPv6 89：OSPF,第七讲 IP协议,11,校验和字段,Checksum，16 bits 差错检测 只校验首部，数据部分由高层协议校验 无须重复校验数据部分 缩短了路由器转发分组时的处理时间,第七讲 IP协议,12,选项字段,Option，0 40 bytes 网络测试或调试 不是IP分组的必需部分，但其处理是IP软件的必需部分,Code 8 bits,Length 8 bits,Data variable length,Copy 1 bit,Class 2 bit
6、s,Number 5 bits,Copy 0 Copy only in first fragment 1 Copy into all fragments,Class 00 Datagram control 01 Reserved Debugging and management Reserved,Number 00000 End of option 00001 No option 00011 Loose source route 00111 Record route 01001 Strict source route,第七讲 IP协议,13,IP分组封装,直接封装在数据链路帧中 例：Ether
7、net 帧,IP Packet,目的MAC,类型,FCS,源MAC,Packet,6,6,2,46 1500,4,0x0800,byte,Ethernet frame header,IP header,IP data,第七讲 IP协议,14,IP分组实例,第七讲 IP协议,15,7.2 IP软件设计,第七讲 IP协议,16,7.3 IP分组处理,合法性检查 版本 长度 TTL Protocol IP地址 Checksum,分片与重组 选项处理,第七讲 IP协议,17,7.3.1 Checksum,RFC 1071（RFC 1141，1624，1936）,16 bits,Section 1,16
8、 bits,Section 2,16 bits,Section k,All 0s,Checksum,16 bits,Sum,16 bits,取反,Checksum,16 bits,Section 1,16 bits,Section 2,16 bits,Section k,16 bits,Checksum,16 bits,Sum,Result,16 bits,Checksum,Packet,If the result is 0, keep; otherwise, discard,16 bits,Sender,Receiver,取反,第七讲 IP协议,18,0x D190,Example,4,5,
9、0,30,1,0,0,10,17,100.,102.,0,11010001 10010000,0100,00000000 00011110,00000000 00000001,000,00001010,00000000 00000000,01100100,00001110,01100110,00000111,0101,00000000,00000 00000000,00010001,12.,00001100,14.,00000101,5,00100100,00001001,36.,7.,9,00101110 0110111,1,0,取 反,Checksum：0x D190,第七讲 IP协议,1
10、9,7.3.2 分片与重组,适应在不同MTU的物理网上传输,MTU,Header,Trailer,IP datagram,Datagram,Frame,数据帧中封装的最大数据长度,第七讲 IP协议,20,分片操作（Fragmentation）,仅由路由器执行：转发分组时 确实需要时才进行分片：提高传输效率 每个分片都要包含IP首部：无连接通信 数据报可被多次分片,0,600,1200,Offset = 0,Offset = 600/8 = 75,Offset = 150,Data,MTU = 620 bytes,首部,首部,首部,Data 1,Data 2,Data 3,第七讲 IP协议,21
11、,分片举例,4020,14567,0,0,1420,MTU = 1420,14567,原始分组数据 0 3999,1220,1,1420,14567,14567,14567,14567,1,0,1,1,0,175,350,175,275,820,620,MTU = 820,第七讲 IP协议,22,重组操作（ Reassembly）,仅由目的主机执行：将数据递交给上层时 IP的无连接通信 各分片的传输路径可不同 有重组时限 若丢失分片，则无法重组IP分组 目的主机能区分和重组不同的原IP报文 （源IP地址，标识）,A,B,R1,R3,R2,Net 1,Net 2,MTU1 620,1220,MT
12、U2 420,MTU4 820,R4,Net 3,Net 4,MTU3 620,75,50,0,0,75,75,50,0,1200,第七讲 IP协议,23,重组表,第七讲 IP协议,24,7.3.3 选项处理,选项类型,选项 Option,单字节 Single-byte,多字节 Multiple-byte,无操作 No operation,记录路由 Record route,选项结束 End of option,严格源路由 Strict source route,松散源路由 Loose source route,时间戳 Timestamp,第七讲 IP协议,25,无操作选项,格式 作用：选项间
13、的填充,Code：1 00000001,一个11字节的选项,NO-OP,一个7字节的选项,NO-OP,一个8字节的选项,用来对齐一个选项的开始,用来对齐下一个选项,第七讲 IP协议,26,选项结束选项,格式 作用：标识选项字段的结束,Code：0 00000000,选项,END-OP,数据, , ,第七讲 IP协议,27,记录路由选项,格式,Code：7 00000111,Length （Total length）,Pointer,First IP address （Empty when started）,Second IP address （Empty when started）,Last
14、IP address （Empty when started）,Code：1 (NO-OP),第七讲 IP协议,28,作用,记录处理IP分组的路由器,4,15,7,8,140.10.6.3,200.14.7.9,138.6.22.26,12,16,第七讲 IP协议,29,严格源路由选项,格式,Code：137 10001001,Length （Total length）,Pointer,First IP address （Filled when started）,Second IP address （Filled when started）,Last IP address （Filled wh
15、en started）,Code：1 (NO-OP),第七讲 IP协议,30,10.0.0.1,10.0.0.2,作用,严格按给定的IP地址逐跳转发，中间不允许经过其它IP地址,4,15,137,67.14.10.22,140.10.5.4,200.14.7.14,8,140.10.6.3,200.14.7.9,138.6.22.26,12,16,第七讲 IP协议,31,松散源路由选项,格式 作用 依次通过给定的IP地址，中间可经过其它IP地址,Code：131 10000011,Length （Total length）,Pointer,First IP address （Filled wh
16、en started）,Second IP address （Filled when started）,Last IP address （Filled when started）,第七讲 IP协议,32,时间戳选项,格式 作用 记录IP分组到达的路由器及其到达时间,Code：68 01000100,Length （Total length）,Pointer,First IP address,Last IP address,Overflow 4 bits,Flags 4 bits,First timestamp,Last timestamp,0 = 忽略IP ， 仅记录时间 1 = 记录IP和时间 3 = 发方指定IP， 仅记录时间,第七讲 IP协议,33,选项的分片控制,哪些选项会复制到所有分片中？哪些只在第一个分片中出现？为什么？ 哪些选项用于数据报控制？哪
