计算机网络：第8章 TCPIP基础

1、第八章 TCP/IP基础8.1 TCP/IP 网络体系结构 8.2 网际协议IP8.3 Internet控制报文ICMP8.4 Internet组管理IGMP8.5 用户数据报协议UDP 8.6 传输控制协议TCP8.7 IPv6基础8.1 TCP/IP网络体系结构OSI/RM的制定具有十分重大的意义，但是由于TCP/IP协议得到普遍使用，所以在计算机网络领域一般认为TCP/IP是事实上的工业标准，在实际运行的系统中采用OSI模型的并不多。尽管如此，OSI模型仍然对建立计算机网络具有重要的指导意义。TCP/IP协议是世界上最大的计算机网络Internet运行的基础, 是目前应用最广泛的网络通信

2、协议。TCP/IP协议由五层构成：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。TCP/IP中的应用层可以等同于OSI的会话层、表示层和应用层的结合。应用层运输层网络层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网络层网络接口层网络层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。 RFC文档所有关于Internet网络的正式标准都以RFC(Request for Comment)文档出版。所有的RFC文档都可以通过电子邮件或用FTP服务从Internet网络上免费获得http:/ 中国协议分析网8.2 网际协议IPIP协议是TCP/IP协议族中的核心协

3、议。所有的TCP、UDP、ICMP、IGMP数据都是以IP数据报格式传输。IP协议为高层提供不可靠、无连接的数据报通信。尽最大努力交付。IP协议提供的不可靠服务是指它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。尽最大努力进行交付。任何要求的可靠性必须由上层来提供。 无连接是指IP协议并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的，IP数据报可以不按发送顺序接收。因特网采用的设计思路网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组独立发送，与其前后的分组无关。网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复

4、和失序，当然也不保证分组传送的时限。尽最大努力交付的好处由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的传输层负责（包括差错处理、流量控制等）。采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。8.2.1 IP地址网络中的每个独立主机的每个接口必须有一个唯一的Internet 地址，也称为IP地址。IP地址长度为32位。表示地址空间是232，或4294967

5、296（超过40亿个）。 IP地址的表示方法:IP地址有三种常用的表示方法：二进制表示方法;点分十进制表示方法;十六进制表示方法。 二进制表示方法：在二进制表示方法中，用一个32位的比特序列表示IP地址，为了使这个地址有更好的可读性，通常在每个字节之间加上一个或多个空格做分隔。例如：10000001 00001110 00000110 00011111不便记忆 点分十进制表示方法为了使32位地址更加简洁和更容易阅读，因特网的地址通常写成用小数点把各字节分隔开的形式。每个字节用一个十进制数表示，这个数小于256。例如：1 代替10000001 00001110 00000110 00011111

6、 十六进制表示方法每个字节用一个十六进制数字表示。例如：810E061F 代替10000001 00001110 00000110 00011111IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。构成超网。这是比较新的无分类编址CIDR方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。IP地址的分类 IP地址按照层次结构划分成五类：A、B、C、D、E类。例如，某个系统是一个C类地址，它可以表示为: 441.分类 IP 地址每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其

7、中第一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志一个主机地址。两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 := , net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类

8、地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节 27=128IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2

9、 字节 214=16384IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节 221=2097152IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 bithost-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址ho

10、st-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节 224=16777216IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id

11、为 2 字节 216=65536IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节 28=256IP 地址中的网络号字段和主机号字段net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址hos

12、t-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 IP 地址中的网络号字段和主机号字段各类IP地址的范围 类型范围A 到55B 到55C 到55D 到55E 到55特殊的IP地址网络地址（NET-ID）：主机标识部分为全“0”的 IP地址不分配给任何主机，而是作为网络本身的标识。例：主机 36所在网段的网络地址为：主机 36所在网段的网络地址为：直接广播地址：主机标识为全“1”的IP地址不分配给任何主机，用作广播地址。例1：主机 36所在网段的直接广播地址为：55例2：

13、主机 36所在网段的直接广播地址为：55有限广播地址：32位为全1的IP地址称为有限广播地址。例：有限广播地址为：55网络 1网络 2直接广播和有限广播网 关路由器直接广播和有限广播的区别1、直接广播可以向其他网段广播；有限广播则不能；2、有限广播是在整个物理网段广播；直接广播是在一个逻辑网段广播；3、如果一个逻辑网段是一个物理网段，直接广播和有限广播范围相同，使用有限广播可以不必知道自己所在的网段；主机本身地址：32位为全0的IP地址称为主机本身地址。例：主机本身地址 回送地址： 称为回送地址，常用于本机上软件测试和本机上网络应用程序之间的通信地址。例如：ping 时，数据不会从网卡送出；专

14、用IP地址：专用IP也叫内部IP，不用申请就可以使用，仅在内部使用，不能连接到INTERNET上去。例如： 55 1个A类 55 16个B类 55 256个C类企业内部网主机的IP地址可以设置成专用IP地址，进行企业内部的网络应用；并可通过代理服务器(NAT)访问Internet。这样只需要申请少量的全局IP地址，既解决了IP地址不足的问题，又解决了网络安全问题。 2.划分子网早期的 IP 地址设计不够合理：IP 地址空间的利用率有时很低，特别是A类情况；给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一

15、个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。这种做法叫作划分子网(SubNetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。目前所有的主机都要求支持子网编址。子网编址不是把 IP 地址看成由单纯的一个网络号和一个主机号组成，而是把主机号进一步划分为一个子网号和一个主机号。当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。 从一个 IP 地址中 无法判断 源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用 子网掩码(Subn

16、et Mask) 可以找出 IP 地址中的子网部分。 子网掩码IP 地址的各字段和子网掩码 145 . 13 .3 . 10两级 IP 地址子网号为 3 的网络的网络号三级 IP 地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号n

17、et-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码子网的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-id0逐位进行 AND 运算1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

18、 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码host-id 为全 0host-id 为全 0默认子网掩码 子网掩码的重要属性路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。01014563所有到网络 的分组均到达此路由器我的网络地址是 R1R3R2网络一个未划分子网的 B 类网络划分为三个子网后对外仍是一个网络 01014563子网 子网 子网 所有到达网络 的分组均到达此路

19、由器网络R1R3R2141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0【例】已知 IP 地址是 4，子网掩码是 。试求网络地址。 (a) 点分十进制表示的 IP 地址(c) 子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字节是二进制(d) IP 地址与子网掩码逐位相与(e) 网络地址（点分十进制表示）通过IP地址和子网掩码，主机就可以判断数据报的

20、目的地址为：(1)本子网中的主机；(2)本网络中其他子网中的主机；(3)其他网络上的主机。例如：一个主机的IP地址为,而子网掩码为如果数据报的目的IP地址为，我们就知道网络号是相同的，而子网号是不同的。如果数据报的目的IP地址为，我们就知道网络号是相同的，而且子网号也是相同的。知道IP地址和子网掩码后可以算出：(1)网络地址(2)广播地址(3)地址范围 (4)本网段有效的IP数 例1：IP地址为1921681005 子网掩码为2552552550算出网络地址、广播地址、地址范围、有效IP数?将IP地址和子网掩码换算为二进制，子网掩码连续全1的是网络地址，后面的是主机地址。 虚线前为网络地址，虚

21、线后为主机地址网络地址：广播地址：55地址范围：网络地址+1 至 广播地址-1 1921681001 至 192168100254有效IP的数量：28-2=254例2:IP地址为23子网掩码为48算出网络地址、广播地址、地址范围、有效IP数?将原主机地址位换成2进制：231111011 IP地址1111000 子网掩码1111000 与的结果20 网络地址(1)网络地址:20(2)广播地址:27(3)地址范围:21-26(4)有效的IP数量:23-2=6使用28子网掩码的子网络之间需要路由器来转发30例题1下列哪个是可用于分配给主机的IP地址（采用省缺子网掩码）？1、2、3、74、1例题2某个

22、子网给一共4台主机分配IP，掩码为24，其中一台的IP地址分配不当的是：1、02、53、04、5241100000第1子网： -1第2子网： 2-3第3子网： 4-5第4子网： 6-27第5子网： 28-59第6子网： 60-91第7子网： 92-23第8子网： 24-553.无分类编址 CIDR1987 年，RFC 1009 指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择CI

23、DR。CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。 CIDR的基本思想是以可变大小的方式分配余下的IP地址。例：一个地方需要2000个IP，就分配给它2048个地址块，而不是一个B类。一个地方需要8000个IP，就分给它8192个连续的地址块。CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀” 来代替分类地址中的网络号和子网号。CIDR的两级编址无分类的两级编址的记法是： IP地址 := , CIDR 使用“斜线记法” ，又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上

24、一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。例：4/24CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”。CIDR 地址块/20表示的地址块共有212 个IP地址.这个地址块的起始地址是 地址块的最小地址：地址块的最大地址：55全 0 和全 1 的主机号地址不使用。CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词。对于/20地址块，它的掩码是20个连续的 1。一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为构成超网(Supernetting)。路由聚合(route ag

25、gregation) 构成超网 前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。这些 C 类地址合起来就构成了超网。CIDR地址块中的地址数一定是2的整数次幂。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。构成超网和划分子网是相反的。 CIDR 地址块划分举例 因特网/22/18ISP大学 X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23 单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP /18 11001110.00000000.0

26、1* 16384 大学 /22 11001110.00000000.010001* 1024 一系 /23 11001110.00000000.0100010* 512 二系 /24 11001110.00000000.01000110.* 256 三系 /25 11001110.00000000.01000111.0* 128 四系 28/25 11001110.00000000.01000111.1* 128CIDR 地址块划分举例 因特网/22/18ISP大学 X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2

27、628/25/23这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 /18 就能找到该 ISP。 最长前缀匹配使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。 应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配。网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。 最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D = 29路由表中的项目：/

28、22 （ISP） 28/25 （四系）查找路由表中的第 1 个项目AND D = 206. 0. 01000100. 0第 1 个项目 /22 的掩码 M 有 22 个连续的 1。M = 11111111 11111111 11111100 00000000因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111100 00000000206. 0. 01000100. 0与 /22 匹配最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D = 29路由表中的项目：/22 （ISP） 28/25 （四系）再查找路由表中的第 2 个项目AND D = 206. 0

29、. 71. 10000001第 2 个项目 28/25 的掩码 M 有 25 个连续的 1。M = 11111111 11111111 11111111 10000000因此只需把 D 的第 4 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111111 10000000206. 0. 71. 10000000与 28/25 匹配最长前缀匹配D AND (11111111 11111111 11111100 00000000) = /22 匹配D AND (11111111 11111111 11111111 10000000) = 28/25 匹配选择两个匹配的地址中更

30、具体的一个，即选择最长前缀的地址，第二个路由项目。 IP 地址的一些重要特点 IP地址管理机构只分配网络号，主机号则由得到该网络号的单位自行分配。路由器仅根据网络号来转发分组，这样可以使路由表中的项目数大幅度减少。 一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。例题（09年考研）R1R2局域网1局域网2E1E2L0:L0:INTERNET主机域名服务器L1：E0：1、将/24划分2个子网，分配给局域网1和2,每个子网分配的IP不少于120个.2、给出R1的路由表。3、采用路由聚合技术，给出R2到局域网1、2的路由。答：1.子网1：/2

31、5 子网2：28/252.给出R1的路由表:目的网络 掩码 下一跳 接口 28 E128 28 E2 55 L0 L03. R2到局域网1、2的路由(聚合)目的网络 掩码 下一跳 接口 L0 8.2.2 IP报文格式 固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 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）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报首部发送在前可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验

32、 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本

33、占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)区 分 服 务1. IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，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。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的

34、 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直未被使用过。1998 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 位，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 655

35、35 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification) 占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(

36、flag) 占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的MF (More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段的DF (Dont Fragment) : DF 0 时允许分片首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(13 位)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。区 分 服 务例：以太网的 MTU为1500字节，路由器将把到达的一个

37、3800字节数据的报文分为3 段，第一段有1480字节数据，分段偏移为0、第二段有1480字节数据，分段偏移为185、第三段有840字节数据，分段偏移为370偏移 = 0/8 = 0MF=1偏移 = 0/8= 0偏移 = 1480/8 = 185MF=1偏移 = 2960/8 = 370MF=0148029603799295914793799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 314802960字节 0【例】 IP 数据报分片首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部

38、检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分协议(8 位)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区 分 服 务运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数

39、据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部不检验数据部分区 分 服 务发送端接收端16 位字 116 位字 2置为全 0检验和16 位字 n16 位反码算术运算求和取反码数据报首部IP 数据报16 位检验和16 位字 116 位字 216 位检验和16 位字 n16 位反码算术运算求和16 位结果取反码数据部分若结果为 0, 则保留

40、；否则，丢弃该数据报数据部分不参与检验和的计算首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节区 分 服 务8.2.4 IP路由选择 对于网络中的主机来说，IP路由选择是很简单的。如果目的主机和源主机在一个共享网络上（以太网），那么IP数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一个默认的路由器(网关)上，由该路由器负责转发该数据报。查看主机路由命令：route print IP交付:可以用两种不同的方

41、法把一个分组交付到它最后的终点：直接交付和间接交付。IP转发:转发表示把分组放到去终点的路由上。进行转发就要求主机或路由器装有路由表。路由器的主要功能是转发数据报，内存中维持一个路由表。当收到一个数据报并进行转发时，它都要对该路由表搜索一次，从一个接口转发到另一个接口。路由表的每一行应包含下面信息：目的IP地址、网络掩码、下一跳路由器(next-hop router)的IP地址、为数据报的传输指定一个网络接口。 网 1 网 4 网 3 网 2目的主机所在的网络下一跳地址直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表

42、中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址） 0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R23H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 2【例】已知互联网和路由器 R1 中的路由表。主机 H1 向 H2 发送分组。试讨论 R1 收到 H1 向 H2 发送的分组后查找路由表的过程。 0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）3H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子网2：网络地

43、址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 2要发送的分组的目的 IP 地址：38请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是38因此 H1 首先检查主机 38 是否连接在本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。主机 H1 要发送分组给 H20目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H23380129H3子网3：网络地址 子网掩码 2主机 H1 首先将本子网的子网掩码 28与分组的 I

44、P 地址 38 逐比特相“与”(AND 操作) 28 AND 38 的计算255 就是二进制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 12828128. 30. 33.138128. 30. 33.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）3H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子

45、网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 2路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 38 逐比特 AND 操作 0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）3H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 228 AND 38 = 28不匹配!（因为28 与路由表中的 不一致）R1 收到的分组的目的 IP 地址：38不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 38 逐比特 A

46、ND 操作 0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）3H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 228 AND 38 = 28匹配!这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络R1 收到的分组的目的 IP 地址：38一致!ARP协议ARP地址解析协议。就是将主机IP地址映射为硬件地址。在局域网中，网络中实际传输的单元是“数据帧”，数据帧的首部有目的主机的MAC地址。在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须通过地址解析协议获得目的主

47、机的 MAC 地址。ARP 协议的基本功能就是通过目的设备的 IP地址，查询目标设备的 MAC 地址。ARP协议的工作原理ARP协议的请求包是以广播方式发送的。网段中的所有主机都会接收到这个包，如果一个主机的IP地址和ARP请求中的目的IP地址相同，该主机会对这个请求数据包作出ARP应答，将其MAC地址发送给源端。ARP 响应AYXBZ主机 B 向 A 发送ARP 响应分组 主机 A 广播发送ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求ARP 请求00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主机 的

48、硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-18ARP高速缓存ARP高速运行的关键是由于每个主机上都有一个ARP高速缓存。这个高速缓存存放了最近 Internet地址到硬件地址之间的映射。通过使用ARP高速缓存，可以在高速缓存中自动发现IP地址和硬件地址之间的映射，从而可以避免远程访问的开销，提高效率。主机的ARP缓存表是可以查询的，也可以添加和修改。在命令提示符下，输入“arp -a”可以查看ARP缓存表中的内容：F:arp aInterface: on Interface 0 x2Internet Address Physical A

49、ddress Type 00-e0-37-62-85-87 dynamic用“arp -d”命令可以删除ARP表中某一行的内容；用“arp -s”可以手动在ARP表中指定IP地址与MAC地址的对应项。ARP封装 ARP的分组格式硬件类型(1)协议类型(0800)硬件长度协议长度操作(1,2)源MAC地址(0-3字节)源MAC地址(4-5字节)源IP地址(0-1字节)源IP地址(2-3字节)目的MAC地址（0-1字节）目的MAC地址(2-5字节)目的IP地址ARP代理如果 ARP 请求是从一个网络中的主机发往另一个网络中的主机，那么连接这两个网络的路由器就可以回答该请求，这个过程称为委托 ARP

50、 或 ARP 代理。路由器的这个功能相当于目的主机的代理，完成IP地址到物理地址之间的映射。30应当注意的问题ARP 是解决同一个网段上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本网段上的某个路由器的硬件地址（网关），然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。使用 ARP 的四种典型情况 发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP

51、找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成 DHCP协议DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 动态主机配置协议，它提供了一种动态指定IP地址和配置参数的机制；是一种用于简化主机 IP 配置管理的 IP 标准。通过采用 DHCP 标准，可以使用 DHCP 服务器为网络上启用了 DHC

52、P 的客户端管理动态 IP 地址分配和其他相关配置细节。 DHCP工作原理 DHCP 使用客户端/服务器模型。网络管理员建立一个或多个维护 TCP/IP 配置信息并将其提供给客户端的 DHCP 服务器。DHCP 服务器以地址租约的形式将该配置提供给发出请求的客户端。DHCP工作分六个阶段：发现阶段：DHCP客户机以广播方式发送DHCP discover报文来寻找DHCP服务器。提供阶段：DHCP服务器在网络中接收到DHCP discover报文后会做出响应，它从尚未出租的IP地址中挑选一个分配给DHCP客户机，向DHCP客户机发送一个包含出租的IP地址和其他设置的DHCP offer报文。选择

53、阶段：如果有多台DHCP服务器向DHCP客户机发来的DHCP offer提供报文，则DHCP客户机只接受第一个收到的DHCP offer提供报文，然后它就以广播方式回答一个DHCP request请求报文，该报文中包含向它所选定的DHCP服务器请求IP地址的内容。 确认阶段：DHCP服务器收到DHCP客户机回答的DHCP request请求报文之后，它便向DHCP客户机发送一个包含它所提供的IP地址和其他设置的DHCP ack确认报文，告诉DHCP客户机可以使用它所提供的IP地址。 重新登录：以后DHCP客户机每次重新登录网络时，就不需要再发送DHCP discover发现报文了， 而是直接发

54、送包含前一次所分配的IP地址的DHCP request请求报文。更新租约：DHCP服务器向DHCP客户机出租的IP地址一般都有一个租借期限 ，期满后DHCP服务器便会收回出租的IP地址。8.3 Internet控制报文协议ICMPIP协议是一种不可靠无连接的包传输。当数据包经过多个网络传输过程中，可能出现错误、目的主机不响应、包拥塞和包丢失等。为了处理这些问题，在IP层引入了一个子协议：ICMP (Internet Control Message Protocol)8.3.1 ICMP报文格式和类型ICMP数据报封装在IP数据报里传输， ICMP报文可以被IP协议层、传输层协议（TCP或UDP

55、）和用户进程使用。ICMP封装ICMP分组格式类型：类型字段占8位，有15个不同的值。用来描述特定类型的ICMP报文。代码：代码字段占8位，进一步描述某类型的ICMP报文的不同功能。检验和：检验和字段占16位，覆盖整个ICMP报文，包括头部和数据。ICMP协议有两种报文:差错报文查询报文对错误的ICMP差错报文不会产生另一个ICMP差错报文。回送请求和回答 回送请求和回送回答报文是为了诊断目的而设计的。8：请求回答0：回送回答时间戳请求和回答两个机器（主机或路由器）可使用时间戳请求和时间戳回答报文来确定IP数据报在这两个机器之间来往所需的往返时间。它也可用作两个机器中的时钟的同步。13：请求1

56、4：回答地址掩码请求和回答 要得到主机的掩码，主机应向局域网上的路由器发送地址掩码请求报文。17：请求18：回答终点不可达 当路由器不能够给数据报找到路由或主机，就丢弃这个数据报，然后这个路由器就向发出这个数据报的源主机发回目的端不可达报文。源点抑制 ICMP源点抑制报文是为了给IP增加一种流量控制而设计的。当路由器或主机因拥塞而丢弃数据报时，它就向数据报的发送站发送源点抑制报文。第一，它通知源端，数据报已被丢弃。第二，它警告源端，在路径中的某处出现了拥塞，因而源端必须放慢发送过程。超时 数据报的生存时间字段值被减为0时，路由器丢弃这个数据报，并向源端发送超时报文。重定向路由器给主机发送的更好

57、路由。ICMP报文的主要类型类型代码描述查询差错00回显应答(Ping应答)30123目的不可达网络不可达主机不可达协议不可达端口不可达501对网络重定向对主机重定向80请求回显（Ping请求）91000路由器通告路由器请求 120坏的IP首部（包括各种差错）131400时间戳请求时间戳应答171800地址掩码请求地址掩码应答Ping 程序：测试网络连通性的Ping程序:C:Ping 51Ping程序利用了ICMP协议类型8的回显请求和类型0的回显应答来完成。Tracert程序Tracert程序是测试目的主机路由线路的程序。Tracert程序利用了ICMP协议的请求回显，并巧妙的利用了TTL值

58、来获得目的主机的所有连接路由器。C:Tracert 8.4 Internet组管理协议IGMPIP地址有三种类型，分别是单播地址、广播地址和多播地址。广播和多播地址仅应用于UDP协议，它们主要应用在将报文同时传送到多个接收者的情况。多播的基本概念多播（multicast）处于单播和广播之间：帧仅传送给属于多播组的多个主机。多播使用多播地址（D类IP地址）。协议栈各层对收到帧的过滤过程 多播减少网络中各种资源的消耗 多播组地址范围: 到55 组播地址只能用作目的地址，不能用作源地址多播组地址到以太网地址的转换0000000000000001010111100111008162431D 类 IP

59、地址这 5 位不使用48 位以太网地址0 1 0 0 5 E表示多播最低 23 位来自 D 类 IP 地址TCP/IP 协议使用的以太网多播地址块的范围是： 从 01-00-5E-00-00-00 到 01-00-5E-7F-FF-FF D 类 IP 地址可供分配的有 28 位，在这 28 位中的前 5 位不能用来构成以太网硬件地址。例题一台以太网主机加入组播组1，具有什么样目的MAC地址的一个帧的到达能引起网络接口卡的中断CPU？答：将IP组播地址的低24位是128.47.81，16进制是80.2F.51，取其23位，因此： 10000000.00101111.0101000101-00-5

60、E-00-2F-51单个网络段的多播通信很简单。多播进程将目的IP地址指定为多播地址，设备驱动程序将它转换为相应的以太网地址，然后把数据发送出去。一个主机上可能存在多个属于同一多播组的进程。当把多播通信扩展到单个网络段以外需要通过路由器转发多播数据时，复杂性就增加了。需要一个协议让多播路由器了解确定网络中属于多播组的任何一个主机。这个协议就是Internet组管理协议（IGMP）。IGMP报文的封装IGMP报文格式IGMP协议功能 1. 加入一个多播组2. IGMP报告和查询使用IGMP查询和报告报文，多播路由器对每个接口维持一个表，表中记录接口上至少还包含一个主机的多播组。 IGMP 使路由