5-网际层协议new.ppt

1、第五章 TCP/IP协议,5.1 引言,以TCP/IP为核心协议的Internet更加促进了TCP/IP的应用和发展，已成为事实上的国际标准。 从网络体系结构来看，TCP/IP是OSI参考模型七层结构的简化，它只分为四层: 应用层、传送层、网际层和网络接口层,5.2 网络接口,TCP/IP协议不包含具体的物理层和数据链路层协议，只规定了TCP/IP协议与各种物理网络之间的网络接口。这些物理网络可以是广域网，如ARPANET、MILNET和X.25公用数据网，也可以是局域网，如Ethernet、Token Ring、FDDI等IEEE定义的各种标准局域网。,5.3 网络层协议,主要协议 IP协议

2、 配套协议 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol),第一部分 IP协议,TCP/IP中，网际层的分组又叫做IP数据报。IP数据报由报头（首部）和报文数据两部分组成。 IP首部由20字节的固定部分和可变长部分组成，最大可以为60字节。,固 定 部 分,可变 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类

3、 型,总 长 度,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,可变 部分,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,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分

4、,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,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,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,固 定 部 分,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,段 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源

5、地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,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,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标

6、志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,服务类型字段推荐值,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,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R

7、,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,数据报的分段,在各种物理网络中都有最大帧长限制。为了使较大的数据报能以适当的大小在物理网络上传输，IP协议首先要根据物理网络所允许的最大帧长对上层协议提交的数据报进行长度检查，必要时把数据报分成若干个段发送。 与数据报分段相关的字段有：标识、标志、段偏移、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,段 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,0,1,2,3,4,5,

8、6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,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,段 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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,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,段 偏 移,填 充,首 部 检 验

9、和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,在数据报分段时,每个段都要加上IP报头，形成IP数据报。 对每一个被分段的IP数据报都要重新计算其报文总长度。,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,数据报段1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,

10、数据报段 2,数据报段 3,1400,2800,字节 0,IP 数据报分段的举例,(2) 数据报重装,由于被分段的各个IP数据报进行独立的传输，到达目的主机时可能失序。因此，目的主机必须将分段后的IP数据报进行重装。 数据报重装时，IP协议将满足上述条件的IP数据报按分段偏移顺序排队，且只保留第1段IP数据报报头，而其它段的IP 报头均删除，组装成一个完整的原始IP数据报，提交给上层协议。,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

11、 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,

12、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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,发送端,接收端,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数 据 报 首 部,IP 数据报,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数据部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标

13、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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,IP 地址及其表示方法,在互联网体系结构中，参与通信的各个节点都要预先分配一个惟一的逻辑地址作为标识符，并且使用该地址进行一切通信活动，该地址称为IP地址。 在Internet中，IP地址不是任意分配的，必须由国际组织统一分配，以保持IP地址的惟一性，避免IP地址冲突。,1、分类 IP 地址,在IP

14、 v4 中，IP地址为32位，由网络标识(Net)和主机标识(Host)两部分组成。网络号标志主机（或路由器）所连接到的网络，主机号标志该主机（或路由器）。,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP地址共分为五类,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,点分十进制记法,采用点分十进制记法 则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 b

15、it 的二进制数 转换为十进制数,特殊地址,私有IP地址,IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址，用于Intranet内部地址。其地址范围如下： 10.0.0.0 10.255.255.255 172.16.0.0 172.31.255.255 192.168.0.0196.168.255.255 私有地址只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信。,常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B

16、16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,掩码（屏蔽码）的概念,路由器在进行分组转发过程中，需要从目的地址中提取网络地址。 从一个IP地址找出其所在网络的网络地址的方法是使用掩码。掩码有32位，当用掩码与地址进行逐位“与”运算时，就可以得到网络地址。 A,B,C类地址的默认掩码为： 网络号字段为全1，主机号字段为全0,net-id,net-id,host-id 为全 0,net-id,网络地址,A 类 地 址,默认掩码 255.0.0.0,网络地址,B 类 地 址,默认掩码 255.2

17、55.0.0,网络地址,C 类 地 址,默认掩码 255.255.255.0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,host-id 为全 0,host-id 为全 0,A 类、B 类和 C 类 IP 地址的默认掩码,例1,在没有划分子网的情况下，某主机的

18、IP地址为23.56.7.91，求该主机所在的网络地址。 求解：这是一个A类地址，A类地址的默认掩码是255.0.0.0，因此，用23.56.7.91和255.0.0.0进行AND运算，即可得到其网络地址为23.0.0.0,两级的 IP 地址不够灵活， 地址空间的利用率有时很低 从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“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。,2、划分子网,从主机号借用若干个比特作为子网号，而主机号也就相应减少了若干个比特。 子网号所占的位数与子网的数量相对应,划分子网的基本思路,从IP数据报首部的地址字段无法判断源主机或目的主

19、机所连接的网络是否进行了子网的划分。 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。,子网掩码,子网掩码,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,net-id,host-id,三级 IP 地址,主机号,子网掩码,划分子网时 的网络地址,net-id,subnet-id,host-id 为全 0,(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,子网号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,AND,例,

20、若目的地址为19.56.7.91，而子网掩码是255.255.192.0，求其网络地址。 求解：用19.56.7.91和255.255.192.0进行AND运算，即可得到划分了子网后的网络地址为19.56.0.0,同一个子网内的两个主机可以直接进行通信。如果两个主机不在同一个子网内，就必须借助路由器进行转发。 例1： 子网掩码：255.255.255.224 IP地址：202.114.80.1 主机号字段为00000001 202.114.80.16 主机号字段为00010000 由于这两个IP地址的主机号字段前三位均为000，说明它们属于同一子网，可不通过路由器来直接交换信息。,例2,子网掩

21、码：255.255.255.224 IP地址：202.114.80.1 主机号字段为00000001 202.114.80.130 主机号字段为01000010 这两个IP地址的主机号字段前三位不同(000/010)，说明它们属于不同子网，必须通过路由器来交换信息。它们在各自子网上的主机号分别为1和2。,子网划分综合题,某公司分到的地址是201.70.64.0。该公司需要6个子网。试设计子网划分方案。 求解： 1）这是一个c类地址，默认掩码中1的个数为24个。 2）需6个子网，因此主机号中需拿出3位来进行子网划分，共划分为8个子网，每个子网中的主机数量为25=32 3）子网掩码中1的个数为27

22、（24+3），而0的个数为5 得到子网掩码是255.255.255.224 4）确定每个子网的地址范围： 子网0：201.70.64.0201.70.64.31； 子网1：201.70.64.32201.70.64.63； ,IP 地址的一些重要特点,(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是： IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这方便了 IP 地址的管理。 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，这使得路由表中的项目数大幅度减少，减小了路由表所占的存储空间。,IP 地址的一些重要特点,(2) 实际上 IP

23、 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机 由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,IP 地址的一些重要特点,(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2

24、.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.

25、1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R

26、1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222

27、.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,2

28、22.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.

29、1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,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

30、 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,可选字段：可变长度。040个字节。用于测试和控制。 填充字段：可变长度，保证IP报头以32位为边界对齐。,IP 数据报首部的可变部分,主要的选项有： 源路由：源路由是指传送数据报的路由是由源主机指定，而不是由IP协议通过路由表确定的。 记录路由：记录路由是指记录下数据报从源主机到目的主机所经过路径上各个路由器的IP地址。 时间戳：指数据报每经过一个路由器时所记录下的当时时间。,路由选择,路由

31、选择是IP协议最重要的功能之一。 互连网络中的每个主机和路由器都保持一个路由表，给出互连网络中各个网络所对应的路由器地址以及该路由器当前的忙闲度。 路由器地址指向IP数据报应送往的下一个路由器的IP地址。 忙闲度是用这个路由器所发送的数据报数量来衡量的，当一个网络地址有多个路由时，IP协议总是选择忙闲度值最小的路由。,如果分组的源节点和目的节点处于同一个物理网络，或者交付是在最后一个路由器与目的主机之间进行时，这样的分组交付叫做直接交付； 间接交付是指分组需要从一个路由器传到另一个路由器，直到这个分组到达与最终目的主机连接在同一个物理网络上的路由器为止。,(1) 数据报发送,发送IP数据报时，

32、如果上层协议已指定了发送路由，则按指定的路由发送数据报； 如果上层协议未指定发送路由，IP协议则根据目的IP地址来搜索路由表中的路由。 如果未找到任何路由，则说明目的不可达，向上层协议报告错误信息。 如果该路由是直接可达的，则目的IP地址通告给网络接口程序； 如果该路由不是直接可达的，则将路由表中下一跳路由器IP 地址通告给网络接口程序。 网络接口程序收到IP协议提交的IP数据报后，调用ARP协议，将IP地址映射成物理地址，并把IP数据报封装成数据帧，通过物理网络传送给目的主机或下一跳路由器。,(2) 数据报接收,当接收节点IP协议收到由网络接口程序传来的数据报时，分两种情况处理: 当该节点为

33、主机时，则比较IP数据报中的目的IP地址与本机IP地址是否相匹配。若匹配，则把IP数据报递交给对应的上层协议；否则丢弃该数据报。 当该节点为路由器时，需要转发该数据报。如果找到转发路由，则按该路由转发数据报；否则，向发送该数据报的源主机发送ICMP报文，报告目的不可达。,路由转发方法,假设有四个 A 类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。若按目的主机号来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。 但若按主机所在的网络地址来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含 4 个项目。这样就可使路由表大大简化。,网 1 10.0.0.0,网 4 40.0.0.0,网

34、3 30.0.0.0,网 2 20.0.0.0,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,目的主机所在的网络,下一跳地址,20.0.0.0,30.0.0.0,10.0.0.0,40.0.0.0,20.0.0.7,30.0.0.1,直接交付，接口 1,直接交付，接口 0,路由器 R2 的路由表,30.0.0.1,R2,R3,R1,0,1,在路由表中，对每一条路由，最主要的是 （目的网络地址，下一跳地址）,1）特定网络路由,根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这种路由选择方式被称为特定网络路由。这样做的结果是： IP 数据报最终一定可以找到目的主机

35、所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。 只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。 使用特定网络路由的方式可使路由表大大简化。,2）特定主机路由,这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。 采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。,3）默认路由(default route),路由器还可采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。 这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的。,N1,R1,因特网,目的网络 下一跳 N1 直接 N2 R2 默认 R1,某主机路由表,N2,

36、R2,只要目的网络不是 N1 和 N2，就一律选择默认路由，把数据报先间接交付路由器 R1，让 R1 再转发给下一个路由器。,必须强调指出,IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。 网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。,第二部分 ARP/RARP,地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP的主要功能是完成逻辑地址和物理地址之间的相互映射。,分清

37、逻辑地址与物理地址,TCP 报文,IP 数据报,数据链路层 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,两种地址的转换：主机名字和IP地址之间的转换（利用域名系统DNS），IP地址与物理地址的转换（利用ARP和RARP）,地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP,IP 地址,物理地址,ARP,物理地址,IP 地址,RARP,为什么要进行地址解析,思考：假设PC1可以直接向PC2发起通信。那么IP首部应该为IP1IP2。当IP数据报由PC1的网络层交给链路层封装时，源物理地址应该填入HA1，那么目的物理地址应该填入多少呢？ 进一步思考：两个主机之间的通信要跨越多个路由器的情况？,IP1,H

38、A1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,图中的 IP1IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3

39、,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,在具体的物理网络的链路层 只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,地址解析协议 ARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件

40、地址。 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在网络上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 当主机 A 欲向本网络上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就查看其 ARP 高速缓存。如有响应信息，就可将对应硬件地址写入 数据链路层 帧，然后通过网络将该 MAC 帧发往此硬件地址。,ARP/RARP报文格式,物理网络类型,协议类型,操作,发送方物理地址,发送方IP地址,接收方物理地址,接收方IP地址,IP地址长度,物理地址长度,物理网络类型：发送方主机的物理网络类型。“1”表示以太网。,ARP/RARP报文格式,物理网络类型,协议类型,操作,发送方物

41、理地址,发送方IP地址,接收方物理地址,接收方IP地址,IP地址长度,物理地址长度,协议类型：发送方的高层协议类型。“0 x0800”表示IPv4协议。,ARP/RARP报文格式,物理网络类型,协议类型,操作,发送方物理地址,发送方IP地址,接收方物理地址,接收方IP地址,IP地址长度,物理地址长度,物理地址长度：定义以字节为单位的物理地址长度。 对于以太网这个值是6。,ARP/RARP报文格式,物理网络类型,协议类型,操作,发送方物理地址,发送方IP地址,接收方物理地址,接收方IP地址,IP地址长度,物理地址长度,IP地址长度：定义以字节为单位的逻辑地址长度。 对于IPv4这个值是4。,AR

42、P/RARP报文格式,物理网络类型,协议类型,操作,发送方物理地址,发送方IP地址,接收方物理地址,接收方IP地址,IP地址长度,物理地址长度,操作：表示报文的类型。1，2用于ARP请求和响应； 3、4用于RARP请求和响应。,注意,在ARP请求报文中，需要解析得到接收方的物理地址。因此，在ARP请求报文中，“接收方物理地址”这个字段填入全0（无实际意义，仅用于字段的填充）。 同样，在RARP请求报文中，需要解析得到发送方的IP地址。因此，在RARP请求报文中，“发送方的IP地址”这个字段填入全0（无实际意义，仅用于字段的填充）。 ARP和RARP分组都是直接封装在数据链路帧中的。,A,Y,X

43、,B,Z,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,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址,我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,应当注意的问题,ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP

44、 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局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，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。,逆地址解析协议 RARP,逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。 这种主机往往是无盘工作站。它首先创建RARP请求，并在本地网络上广播。在本地网络上的另一台主机（RARP服务器）知道所有的IP地址，它将用RARP回答来响应。,引申：获得动态IP地址,发现阶段，即DHCP客户端寻找DHCP服务器的阶段。 客户端以广播方式发送

45、DHCPDISCOVER包，只有DHCP服务器 才会响应。,提供阶段，即DHCP服务器提供IP地址的阶段。DHCP服务器接收到客户端的DHCPDISCOVER报文后，从IP地址池中选择一个尚未分配的IP地址分配给客户端，向该客户端发送包含租借的IP地址和其他配置信息的DHCPOFFER包。,选择阶段，即DHCP客户端选择IP地址的阶段。如果有多台 DHCP服务器向该客户端发送DHCPOFFER包，客户端从中 随机挑选，以广播形式回应DHCPREQUEST包，宣告使用 它挑中的DHCP服务器提供的地址，并正式请求该DHCP服务 器分配地址。其它发送DHCPOFFER包的DHCP服务器 接收到该数

46、据包后，将释放已经预分配给客户端的IP地址。,确认阶段，即DHCP服务器确认所提供IP地址的阶段。当DHCP 服务器收到DHCP客户端回答的DHCPREQUEST包后，便向客 户端发送包含它所提供的IP地址及其他配置信息的DHCPACK 确认包。然后，DHCP客户端将接收并使用IP地址及其他 TCP/IP配置参数,DHCP客户端续租IP地址的过程 DHCP服务器分配给客户端的动态IP地址通常有一定的租借期限，期满后服务器会收回该IP地址。如果DHCP客户端希望继续使用该地址，需要更新IP租约。实际使用中，在IP地址租约期限达到一半时，DHCP客户端会自动向DHCP服务器发送DHCPREQUES

47、T包，以完成IP租约的更新。如果此IP地址有效，则DHCP服务器回应DHCPACK包，通知DHCP客户端已经获得新IP租约。 如果DHCP客户端续租地址时发送的DHCPREQUEST包中的IP地址与DHCP服务器当前分配给它的IP地址（仍在租期内）不一致，DHCP服务器将发送DHCPNAK消息给DHCP客户端。 DHCP客户端释放IP地址的过程 DHCP客户端已从DHCP服务器获得地址，并在租期内正常使用，如果该DHCP客户端不想再使用该地址，则需主动向DHCP服务器发送DHCPRELEASE包，以释放该地址，同时将其IP地址设为0.0.0.0。,第三部分 因特网控制报文协议 ICMP,为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。 ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。 ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。但ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。,首 部,ICMP 报文,0,数 据 部 分,检验和,类型,代码,其他信息（取决于 ICMP 报文的类型