第二章网络层—协议PPT课件.ppt

1 第二章网络层 IP协议 2 第2章网络层 IP协议 2 1IP协议概述2 2IP数据报格式2 3IP地址与编码方式2 4IP的封装与重组2 5IPv6协议 3 主要内容 了解IP协议及IP数据报格式掌握IP地址的分类及特殊IP地址掌握子网及子网掩码掌握IP的封装与重组了解IPV6协议 4 2 1IP协议概述 5 IP要实现的功能 在互联网络间进行寻址和分组转发对设备进行逻辑编址提供不可靠和无连接的数据报传送服务 6 4个关键技术 服务类型 希望得到的服务质量生存时间 数据报可以生存的时间上限选项 包括时间戳 安全和特殊路由报头校验 保证数据的正确传输 7 IP协议的位置 8 2 2IP数据报格式 9 IP数据报组成 10 IP数据报格式 11 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 版本 占4bit 指IP协议目前的版本为4 即IPv4 IP数据报格式 版本 12 IP数据报格式 首部长度 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 首部长度 占4bit 可表示的最大数值是15个单位 一个单位为4字节 因此IP的首部长度的最大值是60字节 13 IP数据报格式 服务类型 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 14 IP数据报格式 总长度 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 总长度 占16bit 指首部和数据之和的长度 单位为字节 因此数据报的最大长度为65535字节 总长度必须不超过最大传送单元MTU 15 IP数据报格式 标识 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 标识 identification 占16bit 它是一个计数器 用来唯一的标识主机发送的每一份数据报 16 IP数据报格式 标志 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 标志 flag 占3bit 目前只有前两个比特有意义 标志字段的最低位是MF MoreFragment MF 1表示后面 还有分片 MF 0表示最后一个分片 标志字段中间的一位是DF Don tFragment 只有当DF 0时才允许分片 17 IP数据报格式 片偏移 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 片偏移 12bit 指出 较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置 片偏移以8个字节为偏移单位 18 IP数据报分片举例 偏移 0 8 0 偏移 0 8 0 偏移 1400 8 175 偏移 2800 8 350 1400 2800 3799 2799 1399 3799 需分片的数据报 数据报片1 首部 数据部分共3800字节 首部1 首部2 首部3 字节0 数据报片2 数据报片3 1400 2800 字节0 19 IP数据报格式 生存时间 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 生存时间 8bit 记为TTL TimeToLive 这是为了限制数据报在网络中的生存时间 其单位最初是秒 但为了方便 现在都用 跳数 作为TTL的单位 数据报每经过一个路由器 其TTL值就减1 20 IP数据报格式 协议 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 协议 8bit 字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个处理过程 21 IP数据报格式 首部校验和 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 首部检验和 16bit 字段只检验数据报的首部不包括数据部分 这里不采用CRC检验码而采用简单的计算方法 22 发送端 接收端 16bit 字1 16bit 字2 16bit 字n 数据报首部 IP数据报 16bit 字1 16bit 字2 16bit 字n 数据部分 23 IP数据报格式 源地址 目的地址 首部 0 4 8 16 19 24 31 版本 标志 生存时间 协议 标识 服务类型 总长度 片偏移 填充 首部检验和 源地址 目的地址 可选字段 长度可变 比特 首部长度 数据部分 固定部分 可变部分 源地址和目的地址都各占4字节 24 IP数据报的可变部分 IP首部的可变部分就是一个选项字段 用来支持排错 测量以及安全等措施 内容很丰富 选项字段的长度可变 从1个字节到40个字节不等 取决于所选择的项目 增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能 但这同时也使得IP数据报的长度成为可变的 25 选项 安全和处理限制 用于军事领域 记录路径 让每个路由器都记下它的IP地址 时间戳宽松的源站选路严格的源站选路 这些选项很少被使用 并非所有的主机和路由器都支持这些选项 选项字段一直都是以4字节作为界限 在必要的时候插入值为0的填充字节 这样就保证IP首部始终是4字节的整数倍 26 2 3IP地址与编码方式 27 十进制与二进制的转换 00000000 010000000 12811000000 19211100000 22411110000 24011111000 24811111100 25211111110 25411111111 255 1286432168421 28 IP地址的组成及表示方式 组成由32个二进制位组成 这些二进制数字每8位为一组 共分成4个字节 表示形式二进制点分十进制 29 IP地址的结构化层次 将IP地址分为网络部分 网络地址 和主机部分 主机地址 网络地址用于唯一标识一个网段 同一网段中的网络设备有同样的网络地址 主机地址用于唯一标识同一网段内的网络设备 32位 30 IP地址分类 为了便于对IP地址进行管理 同时考虑到网络规模的差异很大 因此互联网设计者根据网络规模将IP地址进行分类 分为A B C D E五类 每一类网络所能包含的主机个数不同 31 IP地址分类 32 单播 组播及广播 单播 报文的目的地址只有一个 发送一个报文只能到达一个主机 组播 源主机只需要发送一个报文就可以到达每个需要接收的主机上 中间需要路由器对组员和组之间的关系进行维护和选择 广播 把报文传送到网上的每个主机上 不管这个主机是否对报文感兴趣 这样就造成了带宽的浪费和主机的资源浪费 33 IP地址分类 34 每一类IP地址的范围 35 特殊IP地址 网络地址 主机号部分为全0 用来表示一个网络 而不是连接到该网络的主机 该地址不能在IP包中出现 如 128 1 0 0表示一个B类网络128 1直接广播地址 主机号部分为全1 该地址作为目的地址时表示发给一个网络中的所有主机 但只有单个包通过互联网到达该网络 然后送达该网络中的所有主机 如 目的地址为128 1 255 255的包是发给一个B类网络128 1中的所有主机 36 有限广播地址 255 255 255 255表示在本网络中的一次广播 本机地址 当计算机启动时能自动获得它的IP地址 但启动协议也使用IP来通信 当使用这个启动协议时 计算机不可能支持一个正确的IP源地址 为了处理这一情况 用0 0 0 0指本计算机 特殊IP地址 37 回送地址127 用于测试网络应用程序 当一个应用程序发送数据给另一个应用程序时 数据向下穿过协议栈到达IP软件 IP软件把数据向上通过协议栈返回第二个程序 因此 程序员可以很快地在一台计算机上测试程序逻辑 而无需两台计算机 也无须通过网络发送包 根据习惯 经常使用主机号1 所以常见的回送地址是127 0 0 1 特殊IP地址 38 专用地址 privateaddress 或私有地址 可以由本机构自行分配其IP地址只在本机构内部有效 不会被路由器转发到公网中不需要向因特网的管理机构申请全球惟一的IP地址 可节省宝贵的全球IP地址的资源范围A类地址中的10 0 0 0 10 255 255 255B类地址中的172 16 0 0 172 31 255 255C类地址中的192 168 0