TCPIP协议课件：第8章 IP协议

1、1第8章 IP协议IP协议IP软件设计 1. IP分组格式 各字段的含义、作用、取值要求 重点：TTL、Protocol、分片标志与片偏移、Checksum2. IP分组封装 直接封装在数据帧中 3. IP分组处理 Checksum计算 分片和重组操作：为什么？何时？由谁？如何？ 选项处理：6种选项名称及其作用 4. IP软件模块：分组接收、发送、转发流程 28.1 IP 协议Internet Protocol，RFC 791IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTransport LayerApplication

2、 Layer3IP：不可靠无连接数据报协议连接 vs. 可靠性连接：面向连接、无连接可靠：差错控制、流量控制等面向连接不一定保证可靠，无连接不一定不可靠在连接上容易实现可靠性机制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48.2 分组格式IP Datagram5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

3、最大长度是多少？655356服务类型字段Type of Service（TOS），8 bits该分组所期望的服务质量DTR PrecedenceD: Minimize delayR: Maximize reliabilityT: 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 ReserveRFC 1349DTR PrecedenceCRFC 2474 DSCPCUDifferentiated Services Code Point，区分服务编码

4、点 CurrentlyUnused7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片偏移字段，Fragmentation offset，13 bits以8 bytes为单位DMFlagsD: Do not fragmentM: More fragments思考：IP数据报为什么需要被分片？8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

5、器转发时将 TTL值减1 ，TTL值为零时丢弃该分组最大值？2559协议字段Protocol，8 bits使用IP服务的高层协议HeaderICMPIGMPEGPOSPFTCPUDPNetwork layerTransport layerIP Datagram1：ICMP 2：IGMP 4：IP6：TCP8：EGP 17：UDP 41：IPv689：OSPF10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11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

6、件的必需部分Code8 bitsLength8 bitsDatavariable lengthCopy1 bitClass2 bitsNumber 5 bitsCopy 0 Copy only in first fragment1 Copy into all fragmentsClass00 Datagram control01 Reserved Debugging and management ReservedNumber00000 End of option00001 No option00011 Loose source route00111 Record route01001 Stri

7、ct source route12IP分组封装直接封装在数据链路帧中例：Ethernet 帧IP Packet目的MAC类型FCS源MACPacket66246 150040 x0800byteEthernet frame headerIP headerIP data13IP分组实例148.3 分组处理合法性检查版本长度TTLProtocolChecksumIP地址分片与重组选项处理158.3.1 ChecksumRFC 1071（RFC 1141，1624，1936）16 bitsSection 116 bitsSection 216 bitsSection kAll 0sChecksum1

8、6 bitsSum16 bits取反Checksum16 bitsSection 116 bitsSection 216 bitsSection k16 bitsChecksum16 bitsSumResult16 bitsChecksumPacketIf the result is 0, keep; otherwise, discard16 bitsSenderReceiver取反160 x D190Example450301001017100. 102. 011010001 10010000010000000000 0001111000000000 00000001000000010100

9、0000000 000000000110010000001110011001100000011101010000000000000 000000000001000112.0000110014.000001015001001000000100136.7.9+00101110 011011110取反Checksum：0 x D190170 x D190Example450301001017100. 102. 0D19040 0 1 E0 0 0 100 A0 0 0 06 40 E6 60 7 5 0 0 0 0 0 1 1 12. 0 C14. 0 55 2 4 0 936.7.9+ 取反Che

10、cksum：0 x D19012 E 6FE188.3.2 分片与重组适应在不同MTU的物理网上传输MTU Header TrailerIP datagramDatagramFrame数据帧中封装的最大数据长度物理网MTUToken ring (16 Mbps)17914Token ring (4 Mbps)4464FDDI4352Ethernet1500X.25576PPP29619Data分片操作（Fragmentation）由主机或路由器执行：发送或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首部Data 1600 bytesData

11、 2600 bytesData 3200 bytes06001200Offset = 0Offset = 600/8 = 75Offset = 150MTU = 620 bytes首部首部首部Data 1Data 2Data 320分片举例402014567001420MTU = 142014567原始分组数据0 39991220114201456714567145671456710110175350175275820620MTU = 820片3 数据：2800 3999片1 数据：0 1399片2 数据：1400 2799片2.2 数据：2200 2799片2.1 数据：1400 21992

12、1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）ABR1R3R2Net 1Net 2MTU16201220MTU2420MTU4820R4Net 3Net 4MTU362075500075755001200228.3.3 IP分组选项处理请自学238.3.3 IP分组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 o

13、f option严格源路由Strict source route松散源路由Loose source route时间戳Timestamp24无操作选项格式作用：选项间的填充Code：100000001一个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25选项结束选项格式作用：标识选项字段的结束Code：000000000选项END-OP数据26记录路由选项格式Code：700000111Length（Total length）PointerFirst IP address（Empty when started）Second IP add

14、ress（Empty when started）Last IP address（Empty when started）27作用记录处理IP分组的路由器41578140.10.6.3200.14.7.9138.6.22.26121667.0.0.0140.10.0.0200.14.7.067.34.30.6138.6.0.067.14.10.22140.10.6.3140.10.5.4200.14.7.9200.14.7.14138.6.22.26138.6.25.4028严格源路由选项格式Codeength（Total length）PointerFirst IP a

15、ddress（Filled when started）Second IP address（Filled when started）Last IP address（Filled when started）2910.0.0.110.0.0.210.0.0.0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415767.14.10.22140.10.5.4200.14.7.148140.10.6.3200.14.7.9138.6.22.26121667.0.0.0140.10.0.0200.14.7.067.34.30.6138.6.0.067.14.10.22140.10.6.3140

16、.10.5.4200.14.7.9200.14.7.14138.6.22.26138.6.25.4030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Codeength（Total length）PointerFirst IP address（Filled when started）Second IP address（Filled when started）Last IP address（Filled when started）31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：6801000100Length（Total length）PointerFirst IP addressLast IP addressOverflow4 bitsFlags4 bitsFirst timestampLast timestamp0 = 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32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