互联网协议I最新课件

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1、互联网协议I最新课件,第4章 互联网协议IP,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,互联网协议I最新课件,4.1 IP层的地位与特点,1. 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制。目的是屏蔽底层物理网络细节，向上提供一致性。,互联网协议I最新课件,IP位于所有通信的中心，是唯一被所有应用程序所共有的协议。,TCP/IP沙漏模型,互联网协议I最新课件,2.IP层的特点 无连接:

2、每个分组都独立对待； 不可靠: 分组可能丢失，乱序等，不做确认； 尽力投递: 不随意放弃分组； 点到点。,互联网协议I最新课件,点到点和端到端,端到端,点到点,网络1,网络2,网络3,互联网协议I最新课件,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。,点到点：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。 端到端：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。,3.互联网服务的三个概念层次,IP,TCP,互联网协议I最新课件,4. IP层的主要功能 (1) 无连接数据报的投递（数据结构，静态特性） (2)

3、 数据报寻径（选路，操作特性） (3) 差错与报文控制（管理特性）,互联网协议I最新课件,4.2 IP数据报,1. 数据报一般格式,首部,数据区,20字节固定部分,0-40字节选项,总长度：（首部 + 数据区），单字节计数，最大长度216-1 = 65535字节； 首部长度：4字节计数，最大长度 24-1 = 15，即15 * 4 = 60字节。,互联网协议I最新课件,2. 数据格式（数据结构）,图4-2 IP数据报,互联网协议I最新课件,（1）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 (5)在(4)的基础上求二

4、进制反码 校验步骤：同计算步骤的前4步，结果为0时正确。,（2）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）。,互联网协议I最新课件,（3）服务类型与区分码点服务,功能：指定本数据报的处理方式 说明：TOS不是必须实现的,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,区分码点服务(DSCP) （RFC2474、2475）,功能：把码点值映射到底层服务，多个码点

5、可映射成同一服务。,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,互联网协议I最新课件,4.3 数据报的分片控制,1.数据报的封装 (以太网帧类型0800H),问题：每个网络有固定的MTU，若IP报文长度大于MTU，怎么办？ 2. 数据分片 例：IP数据报长度1400字节，网络MTU620字节，如何分片？,数据1（600字节）,数据2（600字节）,数据3（200字节）,互联网协议I最新课件,问题1：如何组装分片？ (1)如何标识同一个数据报的各个分片？ (2

6、)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？,解决：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,互联网协议I最新课件,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,互联网协议I最新课件,互联网协议I最新课件,问题2：分片首部如何设置？,

7、(1) 首部长度：若无选项，和原数据报相同，否则重新计算。 (2)ID、标志域和片偏移量：如问题1所述。 (3)总长度：分片首部的长度+分片数据部分的长度。 (4)校验和：必须重新计算。 (5)选项：EOL和NOP不可复制，LSRR、SSRR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。,解答：第一个分片的首部复制原IP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。,互联网协议I最新课件,问题3：何处重组分片？ 答 案：信宿机 优 点： (1) 不会反复分片/重组 (2) 各分片可独立选路 (3) 路由软件简化,缺点 (1) 可能浪费带宽 (2) 丢失可能性增加,IP

8、v6使用路径MTU发现机制，路由器不再分片,互联网协议I最新课件,3. 分片重组算法（FreeBSD）,（1）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的内存缓冲区？ 解答：该分片的将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要重组？ 解答：MF位和片偏移量位都为0。,互联网协议I最新课件, 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

9、ipasfrag结构； 同一数据报的ipasfrag组成一个双链表。,互联网协议I最新课件,ipq 结构,IP数据报重组超时时间间隔。,互联网协议I最新课件,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。,互联网协议I最新课件,4.4 IP数据报首部校验和的计算,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 (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

10、。,互联网协议I最新课件,4.5 数据报选项,功能：用于网络测试、调试或控制。包括: （1）记录数据报经过的路由 （2）记录数据报经过的路由和时间 （3）源端指定必须经过的路由 （4）路径MTU发现,1.选项格式,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 (00:数据报或网控，10:测试和度量),选项号：与选项类结合，确定使用的选项。,互联网协议I最新课件,互联网协议I最新课件,2.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

11、，各路由器把自己的地址依次填在表中。,说明：COPY=0，最多只能放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。,互联网协议I最新课件,3. 源路由选项 用途：信源机规定的数据报必须经过的路径，用于测试某特定路径，绕开某危险网络等。 严格源路由：指定完备路径 松散源路由：指定路径要点,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。,dest=D #R11,R21,R31,互联网协议I最新课件,路由器对源路由选项的处理步骤： 1. 发送主机从应用程序接收源站路由清单，将第一个表项去掉，将剩余的项前移一个位置，将原

12、来的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； 2. 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； 3. 如果该路由器是最终目的，且指针不大于路径长度，那么： 由指针所指的是地址是数据报的最终目的地址； (2) 由外出接口对应的IP地址取代指针所指的地址； (3) 指针加4。,互联网协议I最新课件,4.时间戳选项 用途：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

13、路由器能记录IP地址和时间戳,互联网协议I最新课件,与IP选项相关的命令： ping r ping s ping j ping k,记录路由 时间戳 松散源路由 严格源路由,ipconfig命令： 查看本机网络配置情况,互联网协议I最新课件,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。,4.6 IP协议的一些安全问题,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) (2) Ping of Death：发送长度超过65535的IP报（封装了ICM

14、P 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。,互联网协议I最新课件,问题：如何实现Ping of Death和TearDrop? Ping of Death： MF=0（最后一片），数据长度为20，偏移量为8191 重组后长度为8191 * 8 + 20= 65549 Teardrop： 分片1：MF=1，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0 x3 * 8 = 24,互联网协议I最新课件,4.

15、7 选路的概念,1、选路 寻找一条将分组从信源传往信宿的传输路径的过程。 2、直接选路和直接投递 信源和信宿在同一物理网络上。 信宿处于当前路由器直连的网络上。 选路由数据链路层完成，其技术随不同的网络技术不同。 3、间接选路和间接投递 信源和信宿不在同一物理网络上 或者信宿不在当前路由器直连的网络上。 IP要解决的问题：间接选路,互联网协议I最新课件,4.7.1 选路的表示：路由表,1、选路方式： 表驱动：每个主机和路由器都有一张路由表，指明去往某信宿应该走哪条路径。选路时，查询路由表。,2、路由表格式,不是主机地址，而是网络地址,不是完整路径，而是(next hop)下一跳地址,互联网协议

16、I最新课件,路由表示例,互联网协议I最新课件,说明： (1) 路由表的内容选择充分体现了“信息隐藏原理”。 (2) 路由表目少,选路效率高。 (3) 路由表与主机数目无关。 (4) 受互联网拓朴结构改变影响小，对互联网变化适应性强。 (5) 路由器对网络拓朴的描述是局部的，但对网络拓朴结构的把握却是全局的。,互联网协议I最新课件,3、路由表的特殊表目 （1）默认路由： 信息隐藏、保持路由表更小的技术。每一网络到外部的出口总是非常有限的几个，对很多信宿网络来说，出口总是同一个。 方法：把不在路由表中列出的网络统一到一个出口。 (2）特定主机路由： 为某个指定主机在路由表中单设一项。 用途：测试网络连通性、路由表正确性、安全性等。,互联网协议I最新课件,4.7.2 选路的执行,1、路由选择的依据 （1）网络负载 （2）数据报文的长度 （3）服务类型 实际中：基于最短路径的假设。 2、路由选择的参与者 路由器负责数据在各个不同网络之间的传输时的路由选择。 问题1：主机是否参与路由选择？ Y! 问题2：主机是否应该转发它收到的IP数据报？ N!,互联网协议I最新课件,3、选路总控算法 Rout