TCP-IP教学课件资料：第4章网络层协议IPv4

第4章网络层协议IPv4教学目标1、理解网络层在通信过程中的作用2、熟悉IP报文结构设讲授内容网络互联层次IP数据报网络互联层次网络互联层次多种不同网络（协议）存在的原因历史原因：不同公司的网络产品大量使用；价格原因：网络产品价格低，更多的人有权决定使用何种网络；技术原因：不同网络采用不同技术、不同硬件、不同协议没有一个物理网络能够为所有用户服务，任何单个网络技术都不能满足所有的需要，因此我们只能考虑包容多种基础网络的互联技术。网络互联的目标是要进行统一的合作网络的互连，支持一种通用的通信服务。网络互联层次应用级互联早期的异种网络互联是通过应用程序完成的。用协议转换的观点来说，这种互联网中，除了应用层协议外，其他各层协议都不相同。网络级互联我们在依赖于技术的通信机制和应用程序之间插入的网际互连软件将隐藏低层的细节，使得集成网络看起来象是单个大的网络，能够把用户数据分组从源端发送到目的端。这样一种互连方案就称为网际互连，所形成的网络称为inernet（互连网）。避免了应用级互联的种种弊端。例如：IP协议。基于IP路由器的网络互联模型TCPIPLLCMAC1PH1

IPLLCX.25-3MAC1X.25-2PH1X.25-1TCPIPLLCMAC2PH2

IPX.25-3LLCX.25-2MAC2X.25-1PH2LAN1LAN2X.25网IP路由器1IP路由器2站A站B网络互联在满足服务功能的前提下，互联实现层应尽可能选在较低的层次上。如互联实现层是第N层，那么包括第N层在内的以上各功能必须完全相同，才能实现网络互联和互通，而包括（N－1）层在内的以下各层可以完全不同，以便容许连接更多的不同类型的独立子网。实际上就是要将小网变成统一的大网。局域网之间的互联多选择在物理层和数据链路层，分别采用转发器和网桥。而局域网和广域网以及广域网之间的互联多选择在网络层，采用路由器互联。IP层的地位IP层作为通信子网的互联层，最基本的服务是提供一个非可靠的尽最大努力去完成好任务的、无连接的分组投递系统（数据报传输机制）。说它非可靠，是因为所要求的投递不能保证成功，IP路由器尽量减少对数据报的处理过程，以尽快的速度转发，不对数据差错校验，不作接收确认，不对分组重新排序，重组。因此，IP协议并不保证IP报文传递的可靠性。说这种服务是尽最大努力去做好，因为IP尽最大努力去投递分组，并不轻易地抛弃分组，仅当资源用尽或下面的物理网失效时才会发生不可靠的现象。

只将发现的差错和故障报告，向上一层递交。IP层的地位其次，IP协议是点到点的。IP数据报基本上按“端系统路由器路由器端系统”逐跳方式点对点传输。IP协议向上层(主要是TCP层)提供统一的IP报文，使得各种帧或报文格式的差异性对高层协议不复存在。IP层是TCP/IP实现异种网互联最关键的一层。IP的“在任何技术上运行”的能力被认为是其最重要的特性之一。到目前为止，还没有发现一种物理网络技术，不适合于IP协议。

IPoverEverythingIP层对物理网络的统一IP报文对物理网络帧的统一IP数据报IP数据报

IP数据报（分组）有两层含义：第一是指IP层的无连接数据报传输机制以及IP协议提供的无连接服务；第二是指IP数据报格式。二者是密切相关的：无连接数据报传输机制需要通过IP数据报格式来体现，而IP数据报格式只有在无连接的数据报传输机制中才真正具有意义。3位优先级；D,T,R,C；一位未用IP报文格式

数据IP版本号：IPV4通常5个字长(20个字节)头部加数据最大:65535字节生存期：用于限制分组生命周期的计时器（缺省64）。用来说明分段在当前分组中的位置(偏移量以8字节为单位）。DF=1:不可分段MF=1:还有分段分组表示符：用于判断分段属于哪个分组。源站发送一个分组，标识值加1。(源IP地址，标识)构成全网唯一分组标识校验：仅对头部进行校验选项：用于扩充协议功能。例如安全性，记录路由，时间戳等用于说明IP分组应被传送到的高层协议(TCP:6,UDP:17)服务类型TypeofService：分组所期望的服务类型优先级（3位）：指示对分组进行处理（排队或丢弃）的优先权。一般为0。服务类型（TOS）：4位，分别代表最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小费用。4位中只能置其中1位为1，如果都为0则意味一般服务PPPTTTT0服务类型总长度

该16位段给出IP分组的总长度，单位是字节，包括分组头和数据的长度。数据段的长度可以从总长度减去分组头长度计算出来。由于总长度段有16位，所以最大IP分组允许有65535个字节。但这样大的IP分组在现有物理网络上传输可能不太现实，尽管应用程序有时可能需要传送大的数据报文。IP规范规定，所有主机和路由器至少能支持576字节的分组长度。在本节的稍后我们将会说明，IP分组在网络传送过程中被分成报片的情况下，分片后形成的IP分组中的总长度段指的是单个报片的总长度，而不是原先IP分组的总长度。分组的分段标志段

协议字段和分组头校验字段协议

8位的协议段表示哪一个高层协议将用于接收IP分组中的数据。高层协议的号码由TCP/IP中央权威管理机构予以分配。编号描述编号描述1ICMPv42IGMP6TCP8EGP（外部网关协议）9任何专用内部网关协议17UDP45域内路由选择协议（IDRP）58ICMPv688CiscoEIGRP89OSPF92多播传输协议（MTP）115第二层隧道协议（L2TP）协议字段和分组头校验字段分组头检验和

16位的分组头检验和字段保证IP分组头值的完整性，当IP分组头通过路由器时，分组头发生变化（例如生存时间段值减1），检验和必须重新计算。检验和的计算十分简单。首先，在计算前将检验和段的所有16位均置成0，然后IP分组头从头开始每两个字节为一个单位相加，若相加的结果有进位，那么将和加1。如此反复，直到所有分组头的信息都相加完为止，将最后的值对1求补，即得出16位的检验和。只校验首部：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。4500010001010000000000310000000000110001010001010011000189F5100010011111010111001111001001106E060110111000000110100111101001011000000DEB7110111101011011120001101111100011IP头：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800DC发送方：DEB7110111101011011120001101111100011455D010001010101110120110000101000000C0A811000000101010003001000011110100000DC000000001101110030010001011000100IP头：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800D