第3章互联工作协议

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1、第第3 3章章 互联工作协议互联工作协议IPIP地址地址3.13.1IP子网及子网及其分割其分割3.23.2IP协议协议3.33.3ICMPICMP协议协议3.43.4太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院Internet:n 用用路由器连接多个物理网络而成；连接多个物理网络而成；n n 主机采用采用统一编排的地址的地址 IP 地址；n n 统一的协议TCP/IP。 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.1.1 IP地址概念地址概念(互联网协议互联网协议地址地址):是与物理网络地址无关的编址方案，是与物理网络地址无关的编址方案，是软件产生的逻辑地址。是软件产生的逻辑地址。 IP

2、 地址唯地址唯一确定结点在互联网上的位置一确定结点在互联网上的位置。统一编址是以一个单一系统出现的互统一编址是以一个单一系统出现的互联网抽象的关键。联网抽象的关键。3.1 3.1 IPIP地址地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP地址的结构地址的结构 IP 地址是一种层次型地址，携带了关于地址是一种层次型地址，携带了关于对象位置的信息。对象位置的信息。 图图3.1 Internet概念层次结构概念层次结构太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP地址的构成地址的构成 IP 地址唯一确定结点在互联网上的位置地址唯一确定结点在互联网上的位置。 IPIP地址有统一的格式，

3、它的编址由互联网协议地址有统一的格式，它的编址由互联网协议（Internet ProtocolInternet Protocol，IPIP）规定。规定。nIPIP标准规定一个标准规定一个IPIP地址由地址由4 4个字节组成，长为个字节组成，长为3232位。位。 n前缀：网络地址前缀：网络地址 网络号网络号n后缀：主机地址后缀：主机地址 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP地址的表示地址的表示 32位位 IP 地址的地址的点分十进制表示：10100110 01101111 00000001 00000110表示为：表示为：166 . 111 . 1 . 6这样，点分十进制地址范围

4、为这样，点分十进制地址范围为0.0.0.00.0.0.0255.255.255.255255.255.255.255。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.1.2 3.1.2 IPIP地址的分类地址的分类IPIP地址地址类型型第一字第一字节十十进制范制范围二二进制制固定最高位固定最高位二二进制制网网络位位二二进制制主机位主机位A A类0 01271270 08 8位位2424位位B B类12812819119110101616位位1616位位C C类1921922232231101102424位位8 8位位D D类22422423923911101110多多/ /组播地址播地址E E

5、类24024025525511111111保留保留试验使用使用IPIP地址分类表地址分类表IP地址类型0网络号(7)10主机地址(24位)网络号(14位)主机地址(16位)110主机地址(8)网络号(21位)1110多播地址1111保留A A类类类类B B类类类类C C类类类类D D类类类类E类08163124太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院1 1A A类类A A类地址用于主机数目非常多的网络。类地址用于主机数目非常多的网络。 网网络地址地址主机地址主机地址0 0图图1 1 A A类地址结构类地址结构太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院2 2B B类类B B类地址用于中型到

6、大型的网络。类地址用于中型到大型的网络。 网网络地址地址主机地址主机地址1010图图2 2 B B类地址类地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3 3C C类类C C类地址用于小型局域网。类地址用于小型局域网。 网网络地址地址主机地址主机地址110110图图3 3 C C类地址类地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院4 4D D类类D D类地址用于多重广播组。类地址用于多重广播组。 11101110组播地址播地址图图4 4 D D类地址类地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院5 5E E类类E E类地址是一个通常不用的实验性地类地址是一个通常不用的实验性地址：它保

7、留作为以后使用。址：它保留作为以后使用。 1111011110保留保留试验使用使用图图5 5 E E类地址类地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院特殊的特殊的IPIP地址地址1 1直接广播地址直接广播地址2 2有限广播地址有限广播地址3 3“0”0”地址（本机地址）地址（本机地址）4 4回送地址回送地址 5 5保留地址保留地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院特殊的特殊的IPIP地址（保留地址）地址（保留地址）特殊地址特殊地址类型地址型地址前前 缀后后 缀地址地址类型型用用 途途本机地址本机地址全全0 0全全0 0本机本机启启动时使用使用网网络地址地址网网络全全0 0网网络

8、标识一个网一个网络直接广播地址直接广播地址网网络全全1 1直接广播直接广播在特定网上广播在特定网上广播有限广播地址有限广播地址全全1 1全全1 1有限广播有限广播在本地网上广播在本地网上广播回送地址回送地址127127任意任意回送回送测试保留地址保留地址特殊特殊IPIP地址格式一览表地址格式一览表太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP地址寻址规则地址寻址规则1 1网络寻址规则网络寻址规则 网络号标识互联网中一个物理网络，网络网络号标识互联网中一个物理网络，网络号必须遵循的准则：号必须遵循的准则： （1 1）网络地址必须惟一。）网络地址必须惟一。 （2 2）网络标识不能以数字）网络

9、标识不能以数字127127开头。开头。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院（3 3）网络标识的第一个字节不能为）网络标识的第一个字节不能为255255。 （4 4）网络标识的第一个字节不能为）网络标识的第一个字节不能为“0”0”，“0”0”表示该地址是本地主机，表示该地址是本地主机，不能传送。不能传送。 IPIP地址类型地址类型网络号网络号 ( (续续) )A，B，C三类可以适应不同大小的物理网络。三类可以适应不同大小的物理网络。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院2 2主机寻址规则主机寻址规则 主机地址标识某物理网络上一台主机地址标识某物理网络上一台主机或路由器端口。主机地址

10、必须遵主机或路由器端口。主机地址必须遵循的准则：循的准则：（1 1）主机标识对于一个给定的网络）主机标识对于一个给定的网络内必须是惟一的。内必须是惟一的。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院（2 2）主机标识的各个位不能都为）主机标识的各个位不能都为“1”1”，如果所有位都为，如果所有位都为“1”1”，则该机，则该机地址是广播地址，而非主机的地址。地址是广播地址，而非主机的地址。 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院（3 3）主机标识的各个位不能都为）主机标识的各个位不能都为“0”0”，如果各个位都为，如果各个位都为“0”0”，则表示，则表示该主机所在的网络。该主机所在的网络。

11、IPIP地址类型地址类型主机地址主机地址( (续续) )太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.2 3.2 IPIP子网及其分割子网及其分割为了提高为了提高IPIP地址的使用效率，需地址的使用效率，需创建子网创建子网： （1 1）扩展网络。）扩展网络。 （2 2）减少带宽竞争。）减少带宽竞争。 （3 3）减少）减少CPUCPU使用负载。使用负载。 （4 4）隔离网络问题。）隔离网络问题。 （5 5）有利于网络管理员对网络的管理，）有利于网络管理员对网络的管理，提高网络的安全性。提高网络的安全性。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.2.1 3.2.1 子网概念及子网划分优点子

12、网概念及子网划分优点1、子网概念、子网概念2、子网划分概念、子网划分概念3、子网划分的优点、子网划分的优点太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院子网掩码技术子网掩码技术子网掩码技术子网掩码技术 在网络上创建子网使用的技术。在网络上创建子网使用的技术。采用建立子网的方法将主机地址分为两部采用建立子网的方法将主机地址分为两部分：分：n 子网地址子网地址n 主机标识主机标识包含子网地址的 B类 IP地址：10网络号 主机地址子网地址0163110网络号(14位)主机地址(16位)B B类类类类太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院需解决问题需解决问题如何从如何从IP地址中区分子网和主机？

13、地址中区分子网和主机？ 子网掩码。子网掩码。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.3.2 3.3.2 子网掩码及其表示子网掩码及其表示1 1、子网掩码、子网掩码子网掩码是一个特殊的子网掩码是一个特殊的3232位二进制数，它位二进制数，它的格式与的格式与IPIP地址一样，但它用二进制中的地址一样，但它用二进制中的1 1来代替来代替IPIP地址的前半部分（网络地址和子地址的前半部分（网络地址和子网地址），用网地址），用0 0来替代来替代IPIP地址中的主机地址。地址中的主机地址。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院子网掩码并不是地址，而只是用来指子网掩码并不是地址，而只是用来指示

14、示IPIP地址中的哪些位对于网络号（包括子地址中的哪些位对于网络号（包括子网地址），哪些位用于表示主机地址。网地址），哪些位用于表示主机地址。例：例：163.40.219.7163.40.219.7的的B B类网络的子网掩码为类网络的子网掩码为11111111.1111111.00000000. 0000000011111111.1111111.00000000. 00000000，用十进制表示为：用十进制表示为：255.255.0.0255.255.0.0。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院2、子网掩码应用的基本方法、子网掩码应用的基本方法n将子网掩码和将子网掩码和IP地址分别转化

15、成二进制地址分别转化成二进制后，进行逻辑后，进行逻辑“与与”运算，得出的结果即运算，得出的结果即为网络部分。为网络部分。n将子网掩码转化成二进制取反后和将子网掩码转化成二进制取反后和IP地地址（二进制）进行逻辑址（二进制）进行逻辑“与与”运算，得出运算，得出的结果即为主机部分。的结果即为主机部分。3 3、默认的子网掩码（屏蔽码）、默认的子网掩码（屏蔽码）高高4 4位用作子网地址的子网掩码（屏蔽码）位用作子网地址的子网掩码（屏蔽码）太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院练习：练习：试写出高试写出高6位作为子网地址的子网掩码。位作为子网地址的子网掩码。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机

16、学院1、子网划分原则、子网划分原则为子网中每个网络设备分配为子网中每个网络设备分配IP地址的规则：地址的规则：（1）子网中每个网络设备的主机地址不能）子网中每个网络设备的主机地址不能相同。相同。（2）同一网络中的设备，网络地址和子网）同一网络中的设备，网络地址和子网地址必须相同。地址必须相同。（3）地址的主机部分不能全）地址的主机部分不能全0或全或全1。3.2.3 3.2.3 子网划分的原则及子网掩码计子网划分的原则及子网掩码计算的方法：算的方法：太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院2 2、子网掩码的计算步骤：、子网掩码的计算步骤：1 1确定需要的子网数确定需要的子网数 2 2、确定每

17、个子网的主机最大数、确定每个子网的主机最大数量量太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3 3确定子网掩码确定子网掩码（1）计算子网掩码）计算子网掩码（2）计算子网地址值）计算子网地址值太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院 4 4确定有效的网络地址确定有效的网络地址 5. 5. 确确定定每每个个子子网网上上有有效效主主机机IPIP地址的范围地址的范围太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3、子网分割的举例、子网分割的举例太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.2.4 3.2.4 无类型编址无类型编址提出原因：提出原因：IPIP地址不够分配。地址不够分配。太原科技大学计

18、算机学院太原科技大学计算机学院n随着随着Internet的指数式爆炸增长，它将很的指数式爆炸增长，它将很快用完快用完200多万个网络号。多万个网络号。nIP地址分成地址分成A、B、C三类，对大部分机三类，对大部分机构来说分配一个构来说分配一个A类或类或B类网都太大，许多类网都太大，许多IP地址就这样浪费了！而主机号仅有地址就这样浪费了！而主机号仅有254个个的的C类网络又偏小。类网络又偏小。nBGP路由器的路由表项指数式增长。路由器的路由表项指数式增长。1992年年1月月NSFNET主干网路由器的路由表主干网路由器的路由表约约4700项项, 此数从此数从1988到到1991每每10月翻一月翻一

19、番。番。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院无类型编址（无类别域间路由CIDR）1993年年Fuller等提出一种等提出一种IP地址的分配和路地址的分配和路由信息集成的策略：无类别域间路由，即由信息集成的策略：无类别域间路由，即取消分类：取消分类：n将将200万个万个C类网切成大小可变的连续块类网切成大小可变的连续块来分配；来分配；n地址分配要便于路由信息的集成。地址分配要便于路由信息的集成。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院例如，分配例如，分配217个连续的个连续的C类网，即类网，即225个个IP地址：地址：选选194.0.0.0195.255.255.255 (C2 00

20、 00 00C3 FF FF FF)，采用屏蔽码采用屏蔽码254.0.0.0 (FE 00 00 00)， 它们的路由信息可集成为一项，即它们的路由信息可集成为一项，即194.0.0.0。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院CIDRCIDR的特点的特点（1 1）CIDRCIDR消除了传统的消除了传统的A A类、类、B B类类和和C C类地址和子网划分的概念，可以更类地址和子网划分的概念，可以更加有效地分配加有效地分配IPv4IPv4的的3232位地址空间，并位地址空间，并且可以在新的且可以在新的IPv6IPv6使用之前容许因特网使用之前容许因特网的规模继续增长。的规模继续增长。 太原科

21、技大学计算机学院太原科技大学计算机学院CIDRCIDR的特点的特点（2 2）CIDRCIDR将网络前缀都相同的连将网络前缀都相同的连续的续的IPIP地址组成地址组成“CIDRCIDR地址块地址块”。 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院表表8.68.6按地区划分按地区划分CIDRCIDR地址地址块地地 区区地地 址址 块屏屏 蔽蔽 码地地 址址 前前 缀欧洲欧洲194/7(194.0.0.0194/7(194.0.0.0195.255.255.255)195.255.255.255)254.0.0.0254.0.0.0194.0.0.0194.0.0.0北美洲北美洲198/7(198.

22、0.0.0198/7(198.0.0.0199.255.255.255)199.255.255.255)254.0.0.0254.0.0.0198.0.0.0198.0.0.0中美洲和南美洲中美洲和南美洲200/7(200.0.0.0200/7(200.0.0.0201.255.255.255)201.255.255.255)254.0.0.0254.0.0.0200.0.0.0200.0.0.0亚洲和太平洋地区洲和太平洋地区202/7(202.0.0.0202/7(202.0.0.0203.255.255.255)203.255.255.255)254.0.0.0254.0.0.0202.0

23、.0.0202.0.0.0太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院n每个区分配了每个区分配了217=131072个个连续的C类网，即即225(约约3200万万)IP地址。n采用屏蔽码采用屏蔽码254.0.0.0(FE000000)，每块的每块的225个地址的前缀都与第一个地址相同。这个地址的前缀都与第一个地址相同。这样路由表项可以集成。样路由表项可以集成。n这四块地址的这四块地址的起始地址都是225的倍数，屏蔽码是7个高位为1，25个低位为0的值。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院举例同样的想法也用于各个区的地址分配。例：同样的想法也用于各个区的地址分配。例：单位甲需单位甲需20

24、00个个IP地址，分配地址，分配2112048个地个地址，址， 例如分配例如分配甲：甲：202.0.0.0202.0.7.255。单位乙需单位乙需4000个个IP地址，分配地址，分配2124096个地个地址，例如分配址，例如分配乙：乙：202.0.16.0202.0.31.255。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院举例丙、丁各需丙、丁各需1000个个IP地址，分配地址，分配2101024个地址，例如分配个地址，例如分配丙：丙：202.0.8.0202.0.11.255，丁：丁：202.0.12.0202.0.15.255。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院采用采用CIDRC

25、IDR策略分配地址的原则：策略分配地址的原则：n为用户分配一块为用户分配一块连续的地址空间，包含，包含2n个IP地址；n这块地址的这块地址的起始地址必须是2n的倍数；n n屏蔽码的低 n位为 0，(32n)个高位为 1。n起始地址和屏蔽码构成一集成路由表项。起始地址和屏蔽码构成一集成路由表项。无类别就是放弃原无类别就是放弃原A、B、C分类规则。特分类规则。特别当别当n=24、16、8时即对应原时即对应原A、B、C类。类。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.3 3.3 IPIP协议协议3.3. 3.3. IPIP层的特点、功能及地位层的特点、功能及地位IPIP的主要功能是在互联网层上

26、将数据的主要功能是在互联网层上将数据采用数据报的方式在网络中传递，从一台采用数据报的方式在网络中传递，从一台主机传递到另一台主机上，在传递过程中主机传递到另一台主机上，在传递过程中可能需要经过多个物理网络。可能需要经过多个物理网络。 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院图图9.1 9.1 IPIP数据报传递过程数据报传递过程太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院 1 1、特点、特点2 2、功能、功能3 3、地位、地位太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.3.2 3.3.2 IPIP数据报格式数据报格式版本版本 头部部长 服服务类型型长度度标识DFDFMFMF段偏移量段偏

27、移量TTLTTL协议号号报头校校验和和源源IPIP地址地址目的目的IPIP地址地址选项填充位填充位图图 IPv4IPv4数据报头部结构数据报头部结构太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP数据报格式数据报格式( (续续) )绝大多数绝大多数IP数据报包含数据报包含20字节的报头：字节的报头：版本版本(4位位)：IP协议版本，当前为协议版本，当前为4。报头长报头长(4位位)：本数据报头的字数，每字：本数据报头的字数，每字4字节，字节，范围是范围是515，5即即20字节，字节，15即即60字节，所以选字节，所以选项最多占项最多占40字节字节服务类型服务类型(8位位)(type of s

28、ervice)：本数据报的服本数据报的服务质量参数，当前未实现，设置为务质量参数，当前未实现，设置为0。总长度总长度(16位位)：数据报最大长度为：数据报最大长度为65535字节。字节。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP数据报格式数据报格式( (续续) )标识标识(16位位)：数据报编号，当路由器将本数据报：数据报编号，当路由器将本数据报分段时，此标识拷贝到每个段的分段时，此标识拷贝到每个段的IP报头。在分段报头。在分段重组时它用来确定该分段属于哪个数据报。重组时它用来确定该分段属于哪个数据报。DFDF(D Dont F Fragment)(1位位)：DF=1禁止本报分段。禁

29、止本报分段。MFMF(MMore F Fragment)(1位位)：MF=1表示后面还有表示后面还有本报的分段，本报的分段， MF=0表示是最后一个分段。表示是最后一个分段。分段位移分段位移：分段位移：分段位移8指出本分段在原数据报中指出本分段在原数据报中从第几字节开始。除最后一段外，其余分段的长从第几字节开始。除最后一段外，其余分段的长度是度是8字节的倍数。字节的倍数。这些字段是与分段和重组有关的。这些字段是与分段和重组有关的。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP数据报格式数据报格式( (续续) )生存时间生存时间TTLTTL：指明数据报在互联网上逗留的最指明数据报在互联网上

30、逗留的最大时间。标准按秒计，实际上按跳数计。数据报大时间。标准按秒计，实际上按跳数计。数据报每经过一个路由器，每经过一个路由器，TTL减减1，当，当TTL0 时数据时数据报被丢弃。防止无法投递的报无限传递。报被丢弃。防止无法投递的报无限传递。协议号协议号(8位位)：指明上一层协议，：指明上一层协议，6表示上层是表示上层是TCP，17表示上层是表示上层是UDP。报头校验和报头校验和(16位位)：通过路由器时：通过路由器时TTL减减1，校，校验和要重新计算。验和要重新计算。IPv6无校验和，无校验和，.源源IPIP地址地址(32位位)：数据报源主机的：数据报源主机的IP地址。地址。目标目标IPIP

31、地址地址(32位位)：数据报目标主机的：数据报目标主机的IP地址。地址。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院最初的最初的IPIP选项表表选 项说 明明SecuritySecurity规定了数据定了数据报的秘密程度的秘密程度Strict source Strict source routingrouting指定数据指定数据报传输的完整路径的完整路径Loose source Loose source routingrouting给出了出了IPIP数据数据报传送送过程中必程中必须经过的一的一组路由器路由器Record routeRecord route让每台路由器都附上它的每台路由器都附上它

32、的IPIP地址地址TimestampTimestamp让每台路由器都附上它的地址和每台路由器都附上它的地址和时间戳戳太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院新一代新一代IPIPv6IPIPv6IPv4的问题：的问题：32位约位约43亿个地址，大大少于全亿个地址，大大少于全球人口数球人口数(60亿亿)，将于，将于2008年用完；骨干网路由年用完；骨干网路由表信息爆炸。表信息爆炸。IPv6的主要设计特点的主要设计特点IPv6基本头格式基本头格式IPv6地址地址IPv6可选项可选项全球的全球的IPv6试验网试验网太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6的主要设计特点的主要设计

33、特点保留保留IPv4IPv4无连接无连接,“,“尽力而为尽力而为”数据报传递特征。数据报传递特征。n n扩展的地址空间和编址功能：扩展的地址空间和编址功能：IPv6IPv6支持的地址支持的地址数是数是IPv4IPv4的的4040亿亿4040亿亿4040亿倍亿倍！128位地址采位地址采用层次结构，地球每平方米的地址数保守估计用层次结构，地球每平方米的地址数保守估计1564，乐观估计，乐观估计3911016。n精简的基本报头格式精简的基本报头格式(8字段字段)，简化了报头处理。，简化了报头处理。n支持服务质量控制：通信流等级支持服务质量控制：通信流等级(traffic class)将将IP包分为不

34、同的服务类别。流标号包分为不同的服务类别。流标号(flow label)可为特定的可为特定的IP包流申请资源和优先级。包流申请资源和优先级。n可选项支持身份认证和数据加密可选项支持身份认证和数据加密。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6的主要设计特点的主要设计特点( (续续) )基本头和扩展头编码方式改进了性能，增基本头和扩展头编码方式改进了性能，增加了扩展的灵活性加了扩展的灵活性基本头 扩展头1扩展头N传输层包40字节可选.太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6基本头格式基本头格式版本通信流等级流标号负载长度后续头部跳数限制源地址 (128位)目

35、标地址 (128位)031太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6基本头格式基本头格式( (续续) )版本版本(version)：6。通信流等级通信流等级(traffic class)：用于服务质量控制。用于服务质量控制。流标号流标号(flow label)：路由器对流中报同样处理。路由器对流中报同样处理。负载长度负载长度(payload length)：除基本头外负载字节数。除基本头外负载字节数。后续头部后续头部(next header)：标识基本头后头部类型。标识基本头后头部类型。跳数限制跳数限制(hop limit)：数据源设定数据源设定, 经路由器减经路由器减1。源

36、地址源地址(source address)：数据报源地址。数据报源地址。目标地址目标地址(destination address)：数据报目标地址。数据报目标地址。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6基本头格式与基本头格式与IPv4IPv4比较比较IPv4报头中有报头长度，报头中有报头长度，IPv6基本头定长。基本头定长。IPv4报头中有报头校验和，报头中有报头校验和，IPv6没有。没有。Paxson经经统计发现：通过链路层统计发现：通过链路层CRC校验的包约校验的包约0.02%有有校验和错误。校验和错误。Stone等收集了约等收集了约22亿个包，其中亿个包，其中约约4

37、8万个包有万个包有IP、UDP或或TCP校验和错误。校验和错误。1278个包个包IP校验和错。校验和错。IPv6的路由器不对数据报分段，的路由器不对数据报分段，IPv6的可选项在扩展报头，路由器一般不需要处的可选项在扩展报头，路由器一般不需要处理可选项。理可选项。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6地址地址有三类有三类IP地址：单播、任播、多播地址地址：单播、任播、多播地址地址的冒分十六进制表示地址的冒分十六进制表示可集成的全局单播地址可集成的全局单播地址局部使用局部使用(local use)的单播地址的单播地址嵌入嵌入IPv4地址的地址的IPv6地址地址任播地址任播地

38、址多播地址多播地址太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院地址的冒分十六进制表示地址的冒分十六进制表示将将128位地址分成位地址分成8 8段，每段段，每段16位用位用十六进制数十六进制数表表示，段之间用冒号示，段之间用冒号“：”隔开。例隔开。例2080:0000:0000:0000:0123:4567:892080:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEFAB:CDEF, FF01:0000:0000:1234:89AB:0000:0000:0000FF01:0000:0000:1234:89AB:0000:0000:0000一或多个连续的全一或多个连续的全0

39、0可用可用“ “:” ”代替代替, 但但“:”在在一个地址中只能一个地址中只能出现一次出现一次, 各段数字开始的各段数字开始的0 0可省可省略。如略。如FF01:0:0:1234:89AB:FF01:0:0:1234:89AB:地址前缀用地址前缀用“IPv6地址地址/前缀位数前缀位数”表示，前缀表示，前缀位数是十进制数。例如：位数是十进制数。例如：3 3FFE:3200:/24FFE:3200:/24。:1:1是回绕地址是回绕地址(loopback), 用于自己给自己发送。用于自己给自己发送。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院可集成的全局单播地址可集成的全局单播地址( (aggreg

40、atableaggregatable global global unicastunicast address) address)格式前缀格式前缀FPFP(Format Prefix)：为为001001。顶级集成标识顶级集成标识(T Top-L Level A Aggregation IDID)：指定指定Internet顶级机构，即服务提供者网络号。顶级机构，即服务提供者网络号。下一级集成标识下一级集成标识(N Next-L Level A Aggregation IDID)：由由TLA ID指定的服务提供者用于区分它的用户指定的服务提供者用于区分它的用户网络号网络号FPTLA IDRESNL

41、A IDSLA IDinterface ID3138241664太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院可集成的全局单播地址可集成的全局单播地址( (续续) )场所级集成标识场所级集成标识(S Site-L Level A Aggregation IDID)：用用户用来构建用户网络的编址层次，标识用户网络户用来构建用户网络的编址层次，标识用户网络内的特定子网。内的特定子网。每个场所可有每个场所可有6553665536子网子网。接口标识接口标识(interface ID)：用于标识链路接口，用于标识链路接口，一般是数据链路层地址，如一般是数据链路层地址，如48位以太网地址。位以太网地址。保留

42、保留(REServed)：留给将来使用。留给将来使用。对于每个对于每个Internet服务提供者的网络号服务提供者的网络号TLA ID，Internet的主干路由器必须有一表项与之对应。的主干路由器必须有一表项与之对应。保留的保留的8位是为位是为TLA ID和和/或或NLA ID扩展预留。扩展预留。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院局部使用的单播地址局部使用的单播地址1111 1110 100接口标识1111 1110 110子网标识接口标识105464 (位)本链路使用(link-local-use)的单播地址格式10381664 (位)本场所使用(site-local-use)的

43、单播地址格式太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院局部使用的单播地址局部使用的单播地址( (续续) )若源若源/ /目标地址为本链路使用的地址，则数据报目标地址为本链路使用的地址，则数据报只转发到该单一链路，如中继器或网桥连接的以只转发到该单一链路，如中继器或网桥连接的以太网链路，不转发到其它链路。太网链路，不转发到其它链路。若源若源/ /目标地址为本场所使用的地址，则路由器目标地址为本场所使用的地址，则路由器不把数据报转发到场所以外。一个场所可以是由不把数据报转发到场所以外。一个场所可以是由路由器连接的多个以太网链路。路由器连接的多个以太网链路。局部使用的地址无需申请地址前缀，若要连到

44、局部使用的地址无需申请地址前缀，若要连到Internet，可加全局前缀自动重编址。可加全局前缀自动重编址。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院嵌入嵌入IPv4IPv4地址的地址的IPv6IPv6地址地址IPv4向向IPv6的过渡：的过渡：在过渡时期在过渡时期IPv4地址和地址和IPv6地址必须共存。过渡地址必须共存。过渡期有的结点实现双期有的结点实现双IP协议栈，同时支持协议栈，同时支持IPv4和和IPv6，被称为被称为 IPv6IPv6/ /IPv4IPv4结点结点。采用采用“隧道隧道( (tunnel)tunnel)技术技术”： 在在IPv4路由拓扑的路由拓扑的基础上将基础上将IP

45、v6数据报外加数据报外加IPv4报头转发，即封装报头转发，即封装IPv4报头。隧道可以是源到目标路径的一段报头。隧道可以是源到目标路径的一段, 开开始和结束端是始和结束端是IPv6/ /IPv4结点。结点。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院嵌入嵌入IPv4IPv4地址的地址的IPv6IPv6地址地址( (续续) )实施隧道技术的实施隧道技术的IPv6/IPv4结点被指定特殊的结点被指定特殊的IPv6单播地址，称为单播地址，称为“与与IPv4兼容的兼容的IPv6地址地址(IPv4-compatible IPv6 address)”。隧道端结点的隧道端结点的IPv4地地址可从这种址可从这

46、种IPv6地址自动导出。地址自动导出。000000 0000IPv4地址801632 位太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院嵌入嵌入IPv4IPv4地址的地址的IPv6IPv6地址地址( (续续) )“映射映射IPv4的的IPv6地址地址(IPv4-mapped IPv6 address)”用来表示只实现用来表示只实现IPv4不支持不支持IPv6的结点。的结点。在在IPv4和和IPv6混合网中，上述地址可用冒分十六混合网中，上述地址可用冒分十六进制和点分十进制结合的形式表示为：进制和点分十进制结合的形式表示为： x:x:x:x:x:x:d.d.d.d，如如 :202.112.58.20

47、0000000 FFFFIPv4地址801632 (位)太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院任播地址任播地址任播地址是从单播地址空间分配的，当一个单播任播地址是从单播地址空间分配的，当一个单播地址被分配给一个以上接口时就变成任播地址。地址被分配给一个以上接口时就变成任播地址。任播地址不能用作源地址；不能指定给主机，任播地址不能用作源地址；不能指定给主机，只只能指定给路由器能指定给路由器。发送到任播地址的数据报被送到发送到任播地址的数据报被送到“最近最近”的结点。的结点。任播地址可表示连到特定子网的一组路由器，或任播地址可表示连到特定子网的一组路由器，或属于一个机构的一组路由器。属于一个

48、机构的一组路由器。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院多播地址多播地址标记标记 (flag)：T=0表示永久性的周知表示永久性的周知(well-known)多播地址；多播地址；T=1表示暂时指定的多播地址。表示暂时指定的多播地址。范围范围 (scope)：限制多播组的范围，限制多播组的范围，1=本结点本结点(node-local)范围；范围；2=本链路本链路(link-local)范围；范围； 5=本场所本场所(site-local)范围；范围；8=本机构范围；本机构范围； 14=全局范围全局范围(global scope)。例例FF02:2, FF05:2。1111 1111 标记

49、范围组标识000T844112 (位)太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6地址前缀的初始分配地址前缀的初始分配太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPv6IPv6可选项可选项IPv6的可选项放在扩展头。定义了的可选项放在扩展头。定义了6种选项：种选项：逐跳选项逐跳选项(hop-by-hop options)：给路由器信息；给路由器信息；路由选项路由选项(routing options)：部分部分/ /全部路由信息；全部路由信息；分段选项分段选项(fragment options)：管理数据报分段；管理数据报分段；目标选项目标选项(destination opti

50、ons)：给目标的信息；给目标的信息；身份认证身份认证(authentication)：为数据报提供发送为数据报提供发送主机身份认证和数据完整性校验；主机身份认证和数据完整性校验；载荷安全封装载荷安全封装(encapsulating security payload)：为数据报提供加密为数据报提供加密, 也包括发送主机身份认证。也包括发送主机身份认证。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院全球的全球的IPv6IPv6试验网试验网1996年创建的年创建的 6 6bone bone 是全球的是全球的IPv6试验网。试验网。6 6bone bone 使用地址前缀使用地址前缀 3 3FFEFFE

51、:/:/1616。它为注册者分配它为注册者分配一个一个24位地址前缀，称为位地址前缀，称为 pTLA (pseudo TLA)。CERNET分配到分配到3FFE: :3200:/:/24。6bone6bone 通过封装通过封装 IPv4 报头来传递报头来传递 IPv6 数据报。数据报。IPv6的前景的前景?! 从从IPv4IPv4平滑过渡到平滑过渡到IPv6IPv6十分重要，十分重要，但过渡到但过渡到 IPv6 耗资巨大！美国拥有的耗资巨大！美国拥有的IPv4地址地址占全世界的占全世界的74%74% ，日、韩和欧洲较积极。，日、韩和欧洲较积极。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院1、I

52、P数据报封装数据报封装IPIP数据报在网络中传递，从一台主机传递数据报在网络中传递，从一台主机传递到另一台主机上，在传递过程中可能需要到另一台主机上，在传递过程中可能需要经过多个物理网络。不同物理网络的帧格经过多个物理网络。不同物理网络的帧格式尤其是帧大小可能各不相同。式尤其是帧大小可能各不相同。3.3.3 3.3.3 IPIP数据报传输数据报传输太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院当当IPIP数据报经过路由器在互联网中传递时，数据报经过路由器在互联网中传递时，可能会经过某些物理网络，这些物理网络可能会经过某些物理网络，这些物理网络允许的最大报长小于这个数据报的长度，允许的最大报长小于

53、这个数据报的长度，这时路由器的这时路由器的IPIP层就需要将该数据报的数层就需要将该数据报的数据部分进行分段，在每个段前面加上据部分进行分段，在每个段前面加上IPIP的的包头，然后转发。当这些段到达目标主机包头，然后转发。当这些段到达目标主机时，再将这些段重新组装成数据报。时，再将这些段重新组装成数据报。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院n物理网络一般限制通过数据包的最大长物理网络一般限制通过数据包的最大长度，如以太网允许最大帧长度，如以太网允许最大帧长1518字节。若字节。若物理网络允许的包长小于物理网络允许的包长小于IP数据报长，路数据报长，路由器的由器的IP层要将该报层要将该报

54、分段分段成多个成多个IP报转发。报转发。n分段后的数据报在被发送过程中还可以分段后的数据报在被发送过程中还可以再分段。（再分段。（网内分段网内分段、互联网分段互联网分段）2 2、数据报分片、数据报分片太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3 3、分片的重组、分片的重组n由由目标主机目标主机的的IP层对分段报进行一次重层对分段报进行一次重组，组，IP不区分经一次或多次分段的报。不区分经一次或多次分段的报。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院4 4、分片的控制、分片的控制标识标识标志标志片偏移（片偏移（段偏移段偏移）太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院表表9.29.2IPIP

55、分段信息分段信息实例例标识20202020202020202020总长度度25225225252 22522522522529292段偏移段偏移0 02929585887871161161 11 11 11 10 0太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院5、延迟控制、延迟控制生存时间生存时间重组定时器重组定时器6、IP数据报选项数据报选项太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院IPIP选项表表选 项说 明明SecuritySecurity规定了数据定了数据报的秘密程度的秘密程度Strict source Strict source routingrouting指定数据指定数据报传输的

56、完整路径的完整路径Loose source Loose source routingrouting给出了出了IPIP数据数据报传送送过程中必程中必须经过的一的一组路由器路由器Record routeRecord route让每台路由器都附上它的每台路由器都附上它的IPIP地址地址TimestampTimestamp让每台路由器都附上它的地址和每台路由器都附上它的地址和时间戳戳太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4 3.4 ICMPICMP协议协议差错控制报文协议差错控制报文协议互联网差错控制报文协议（互联网差错控制报文协议（Internet Internet Control Mes

57、sage ProtocolControl Message Protocol，ICMPICMP）就是就是一个工作在主机和路由器之间的消息控制一个工作在主机和路由器之间的消息控制和差错报告协议，和差错报告协议，ICMPICMP是是IPIP正式协议的一正式协议的一部分，在部分，在TCP/IPTCP/IP的实现中的实现中ICMPICMP是必须被实是必须被实现的。现的。 太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院图图9.5 9.5 ICMPICMP数据报封装在数据报封装在IPIP内部内部太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院ICMPICMP的主要功能如下。的主要功能如下。（1）传输差错信息。）传

58、输差错信息。 （2）传输控制信息。）传输控制信息。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院ICMPICMP协议与协议与IPIP协议的关系协议的关系（1）ICMP 报文封装在报文封装在 IP 数据报中发送。数据报中发送。（2）包含）包含ICMP 报文的报文的IP数据报头数据报头“协议协议”域指出数据区内容为域指出数据区内容为ICMP 报文。报文。（3） ICMP 软件只是作为软件只是作为IP软件的一个模软件的一个模块而存在。块而存在。太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4.2 3.4.2 ICMPICMP报文基本格式报文基本格式 0 7 8 15 16 数据区（长度可变，长度取决

59、于ICMP类型） 检验和（16bit） 代码（8bit） 类型（8bit） 图图9.6 9.6 ICMPICMP报文格式报文格式太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4.3 3.4.3 ICMPICMP差错报文特点差错报文特点太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4.4 3.4.4 ICMPICMP关于出错的报文关于出错的报文ICMPICMP差错报告报文共有以下差错报告报文共有以下3 3种。种。（1 1）终点（信宿）不可达报告）终点（信宿）不可达报告（2 2）超时报告源站抑制）超时报告源站抑制（3 3）参数出错报告）参数出错报告太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4.5 3.4.5 ICMPICMP关于控制的报文关于控制的报文1 1、拥塞控制与源抑制报文、拥塞控制与源抑制报文2 2、路由控制与重定向报文、路由控制与重定向报文太原科技大学计算机学院太原科技大学计算机学院3.4.6 3.4.6 ICMPICMP请求请求/ /应答报文对应答报文对ICMP信息报文：信息报文： 回答请求回答请求/ /回答响应回答响应(ping 用它测主机可达性用它测主机可达性) 时间戳时间戳/ /时间戳响应时间戳响应 地址掩码（屏蔽码）请求地址掩码（屏蔽码）请求/ /响应响应