网络层与IP协议的相关概念网络层.ppt

网络层-1分组交换分组交换网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务IP协议与网络互连协议与网络互连硬件地址与地址解析协议硬件地址与地址解析协议ARPIP数据报的格式数据报的格式2/22/20231计算机网络计算机网络_网络层网络层1分组交换()n教材P11-P15n因特网的核心部分(路由器)采用分组交分组交换换的方式传输数据n它与传统的电路交换(电话网使用)和报文交换(收发电报)是有区别的。2/22/20232计算机网络计算机网络_网络层网络层11.电路交换的主要特点n两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。2/22/20233计算机网络计算机网络_网络层网络层1更多的电话机互相连通n5 部电话机两两相连，需 10 对电线。nN 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。n当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。2/22/20234计算机网络计算机网络_网络层网络层1使用交换机n当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机2/22/20235计算机网络计算机网络_网络层网络层1电路交换的特点n电路交换必定是面向连接的n连接：可理解为拨通电话n电路交换的三个阶段：n建立连接n通信n释放连接2/22/20236计算机网络计算机网络_网络层网络层1电路交换举例nA 和 B 通话经过四个交换机n通话在 A 到 B 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA2/22/20237计算机网络计算机网络_网络层网络层1电路交换举例nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n通话在 C 到 D 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA2/22/20238计算机网络计算机网络_网络层网络层1电路交换传送计算机数据效率低n计算机数据具有突发性。n而一旦建立，连接是一直占用的。n这导致通信线路的利用率很低。2/22/20239计算机网络计算机网络_网络层网络层1报文2.分组交换的主要特点 n在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输2/22/202310计算机网络计算机网络_网络层网络层1数 据数 据数 据报文添加首部构成分组n每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”2/22/202311计算机网络计算机网络_网络层网络层1分组交换的传输单元n分组交换网以“分组”作为数据传输单元。n依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 32/22/202312计算机网络计算机网络_网络层网络层1分组首部的重要性n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n分组交换网中的结点交换机根据收到分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。n用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。2/22/202313计算机网络计算机网络_网络层网络层1收到分组后剥去首部n接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据2/22/202314计算机网络计算机网络_网络层网络层1数 据数 据数 据最后还原成原来的报文n最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。n这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文11010001101010101101010111000100110100102/22/202315计算机网络计算机网络_网络层网络层1分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机2/22/202316计算机网络计算机网络_网络层网络层1路由器n路由器处理分组的过程是：n把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；n查找转发表(又称路由表)，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；n把分组送到适当的端口转发出去。2/22/202317计算机网络计算机网络_网络层网络层1分组交换的特点及问题n分组交换的特点n不需要事先建立连接n每个分组独立选择转发路径n分组交换的问题n分组在各结点存储转发时可能需要排队，这会造成一定的时延。n分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。2/22/202318计算机网络计算机网络_网络层网络层1更早的存储转发：报文交换n在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。n与分组转发的主要区别n以报文为转发单元，一般报文比较长2/22/202319计算机网络计算机网络_网络层网络层1三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文存储转发存储转发分组 分组 分组存储转发存储转发发送报文和存储转发的延时都比较长发送报文和存储转发的延时都比较长发送时延处理时延传播时延2/22/202320计算机网络计算机网络_网络层网络层1三种交换的时延n电路交换n连接建立时延 +发送时延 +传播时延n报文交换n处理时延 +发送时延 +传播时延 n分组转发n第1个分组与报文交换同n之后的分组只加计首段链路的处理时延和发送时延(各条链路累加)(各条链路累加)(存储转发)2/22/202321计算机网络计算机网络_网络层网络层1特别习题n假设交换网具有下列参数：假设交换网具有下列参数：n 从源站到目的站的中继站数为从源站到目的站的中继站数为N（即共经过（即共经过N+1段段链路）；链路）；每段链路的传输时延为每段链路的传输时延为D（s）；）；需要需要传送的文件长度为传送的文件长度为L（Byte）（不包括首部）；）（不包括首部）；线线路传输速率为路传输速率为B（bps）；）；在电路交换时，电路的建在电路交换时，电路的建立时间为立时间为S（s）；）；在分组交换时，每个分组的长度在分组交换时，每个分组的长度（含分组的首部开销）为（含分组的首部开销）为P（Byte）；）；分组交换时分组交换时每个分组的首部开销，以及报文交换时的首部开销均每个分组的首部开销，以及报文交换时的首部开销均为为H（Byte）；）；结点交换机的处理（分组拆装等）结点交换机的处理（分组拆装等）时延忽略不计。设时延忽略不计。设N=4，D=0.001，L=980000，B=10M，S=0.2s，P=1000，H=20n计算电路交换、报文交换和分组交换的端到端时延。计算电路交换、报文交换和分组交换的端到端时延。2/22/202322计算机网络计算机网络_网络层网络层1习题分析n处理时延、排队时延n忽略不计n发送时延、传播时延把各条链路的总时延累加注：电路交换得算上连接建立的时间2/22/202323计算机网络计算机网络_网络层网络层1网络层-1分组交换分组交换网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务IP协议与网络互连协议与网络互连硬件地址与地址解析协议硬件地址与地址解析协议ARPIP数据报的格式数据报的格式2/22/202324计算机网络计算机网络_网络层网络层14.1 网络层提供的两种服务 n虚电路服务和数据报服务n在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。n争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？2/22/202325计算机网络计算机网络_网络层网络层1电信网的成功经验让网络负责可靠交付 n面向连接的通信方式，据此计算机网络应n建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。n再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。2/22/202326计算机网络计算机网络_网络层网络层1应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层虚电路服务H1 H2虚电路H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送即虚拟的电路交换2/22/202327计算机网络计算机网络_网络层网络层1虚电路是逻辑连接n虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，并未建立物理连接。n只有传输分组时才占用资源n分组首部不需要地址，只需虚电路号n请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。2/22/202328计算机网络计算机网络_网络层网络层1因特网采用的设计思路n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。n网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。n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、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。2/22/202329计算机网络计算机网络_网络层网络层1尽最大努力交付的好处n路由器制作简单，价格低廉n可由主机中的运输层负责可靠传输（包括差错处理、流量控制等）。n网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。n网络发展之初带宽贫乏，由网络层负责可靠传输，意味着所有应用都要担负可靠传输的代价2/22/202330计算机网络计算机网络_网络层网络层1应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层数据报服务H1 H2IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送2/22/202331计算机网络计算机网络_网络层网络层1虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责类似电路交换与分组交换的对比2/22/202332计算机网络计算机网络_网络层网络层1网络层-1分组交换分组交换网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务IP协议与网络互连协议与网络互连硬件地址与地址解析协议硬件地址与地址解析协议ARPIP数据报的格式数据报的格式2/22/202333计算机网络计算机网络_网络层网络层14.2 网际协议IP n网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。在网络层与 IP 协议配套使用的还有四个协议：n地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)n逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)n网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)n网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)2/22/202334计算机网络计算机网络_网络层网络层1网际层的 IP 协议及配套协议各种应用层协议 网络接口层(HTTP,FTP,SMTP 等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMP2/22/202335计算机网络计算机网络_网络层网络层1n互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：n不同的寻址方案n不同的最大分组长度n不同的网络接入机制n不同的超时控制n不同的差错恢复方法n不同的状态报告方法n不同的路由选择技术n不同的用户接入控制n不同的服务（面向连接服务和无连接服务）n不同的管理与控制方式 4.2.1 虚拟互连网络 2/22/202336计算机网络计算机网络_网络层网络层1n中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。n物理层中继系统：转发器(repeater)。n数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。n网络层中继系统：路由器(router)。n网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。n网络层以上的中继系统：网关(gateway)。网络互相连接起来要使用一些中间设备 2/22/202337计算机网络计算机网络_网络层网络层1n当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。n网关由于比较复杂，目前使用得较少。n互联网都是指用路由器进行互连的网络。网络互连使用路由器 2/22/202338计算机网络计算机网络_网络层网络层1互连网络与虚拟互连网络 网络网络网络网络网络(a)互连网络(b)虚拟互连网络路由器 虚拟互连网络（互联网）ATMX.25帧中继帧中继广域网广域网使用不同的链路层和物理层使用不同的链路层和物理层下层像是使用同一种技术IP协议要达到的目的2/22/202339计算机网络计算机网络_网络层网络层1虚拟互连网络的意义 n所谓虚拟互连网络的含义n互连起来的各种物理网络本来存在差异，但是利用 IP 协议可以使这些性能各异的网络从用户角度看起来好像是一个统一的网络。n使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。n使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，不需要看见互连的各个具体网络的细节。2/22/202340计算机网络计算机网络_网络层网络层15432154321主机H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分组在互联网中的传送 ATMX.25帧中继X.25ATM不同的广域网拥有不一样的第2层和第1层2/22/202341计算机网络计算机网络_网络层网络层1从网络层看 IP 数据报的传送 n如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层IP 数据报H1R1R2R3R4R5H22/22/202342计算机网络计算机网络_网络层网络层1网络层-1分组交换分组交换网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务IP协议与网络互连协议与网络互连硬件地址与地址解析协议硬件地址与地址解析协议ARPIP数据报的格式数据报的格式2/22/202343计算机网络计算机网络_网络层网络层14.2.3 IP 地址与硬件地址 TCP 报文应用层数据首部IP 数据报首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址MAC 帧尾部首部虚拟真实2/22/202344计算机网络计算机网络_网络层网络层1HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2查找路由表查找路由表2/22/202345计算机网络计算机网络_网络层网络层1HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动2/22/202346计算机网络计算机网络_网络层网络层1HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动2/22/202347计算机网络计算机网络_网络层网络层1HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动2/22/202348计算机网络计算机网络_网络层网络层1IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在 IP 层抽象的互联网上只能看到 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 2/22/202349计算机网络计算机网络_网络层网络层1IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 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 2/22/202350计算机网络计算机网络_网络层网络层1IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧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 链路层如何将MAC帧转发到正确的目的地？这就需要硬件地址(链路层地址)2/22/202351计算机网络计算机网络_网络层网络层1基于IP的虚拟互连网n抽象的网络层屏蔽了下层的复杂细节n能够使用统一的、抽象的 IP 地址n研究主机和主机或主机和路由器之间的通信n真正的分组转发却是n一段一段链路转发n利用链路两个端点的硬件地址进行2/22/202352计算机网络计算机网络_网络层网络层1IP分组转发过程的分解n首先，分组转发是分段进行的n每段又称“跳”，包含直接相连的两个结点n在每一跳，分组的转发包含两个步骤n第一，网络层根据路由表确定下一跳IPn第二，查找下一跳IP对应的硬件地址，通过数据链路层将分组转发给下一跳需要一个协议，由IP地址查找到硬件地址2/22/202353计算机网络计算机网络_网络层网络层14.2.4 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RARP2/22/202354计算机网络计算机网络_网络层网络层1地址解析协议 ARPn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地址。n每个主机都设有 ARP 高速缓存，里面有局域网上各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。n若主机 A 欲向局域网上的主机 B 发送 IP 数据报n就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。n如有，就可查出其对应的硬件地址并将其写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。n否则，必须利用ARP协议查询主机B的硬件地址2/22/202355计算机网络计算机网络_网络层网络层1ARP 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 209.0.0.6 的硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-182/22/202356计算机网络计算机网络_网络层网络层1发送端的IP/硬件地址映射n为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。n当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这样主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。2/22/202357计算机网络计算机网络_网络层网络层1应当注意的问题nARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。n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 先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。2/22/202358计算机网络计算机网络_网络层网络层1应当注意的问题（续）n从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。n只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。2/22/202359计算机网络计算机网络_网络层网络层1使用 ARP 的四种典型情况 n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。n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 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。n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。n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。2/22/202360计算机网络计算机网络_网络层网络层1为什么在网络层不直接使用硬件地址进行通信？n由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，这几乎是不可能的事。n连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。2/22/202361计算机网络计算机网络_网络层网络层1逆地址解析协议 RARP n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。n这种主机往往是无盘工作站。因此 RARP协议目前已很少使用。2/22/202362计算机网络计算机网络_网络层网络层1硬件地址与ARP解析的演示arp aping IP地址2/22/202363计算机网络计算机网络_网络层网络层1网络层-1分组交换分组交换网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务IP协议与网络互连协议与网络互连硬件地址与地址解析协议硬件地址与地址解析协议ARPIP数据报的格式数据报的格式2/22/202364计算机网络计算机网络_网络层网络层1n以后会遇到多种报文的格式nTCP报文、UDP报文链路层报文等n报文一般包括首部和数据两部分，重点在首部n首部由多个字段构成，应了解每个字段n长度、含义、作用n如何使用2/22/202365计算机网络计算机网络_网络层网络层14.2.5 IP 数据报的格式 n一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。n首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。n在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。2/22/202366计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202367计算机网络计算机网络_网络层网络层1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 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2/22/202368计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202369计算机网络计算机网络_网络层网络层1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 2/22/202370计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202371计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202372计算机网络计算机网络_网络层网络层1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 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。区 分 服 务2/22/202373计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202374计算机网络计算机网络_网络层网络层1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(flag)占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。2/22/202375计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202376计算机网络计算机网络_网络层网络层1偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350140028003799279913993799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 314002800字节 0【例4-1】IP 数据报分片2/22/202377计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202378计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202379计算机网络计算机网络_网络层网络层1运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 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2/22/202380计算机网络计算机网络_网络层网络层1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。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。区 分 服 务2/22/202381计算机网络计算机网络_网络层网络层1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P125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；否则，丢弃该数据报数据部分不参与检验和的计算2/22/202382计算机网络计算机网络_网络层网络层1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2/22/202383计算机网络计算机网络_网络层网络层12.IP 数据报首部的可变部分 nIP 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。n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。n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 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。n实际上这些选项很少被使用。2/22/202384计算机网络计算机网络_网络层网络层1小结n分组交换与电路交换、报文交换：计算三者延时n虚拟互连网络的含义与作用n屏蔽物理网络的细节和彼此间的差异n分组在路径及各个层次上的转发流程n从虚拟的网络层看：通过IP地址转发，源IP和目的IP地址自始至终不变n从真实的物理网络看：逐段链路通过硬件地址转发，每段链路的源MAC和目的MAC地址都不同nIP数据报格式：理解IP数据报分片n虚电路与数据报服务、ARP协议工作过程2/22/202385计算机网络计算机网络_网络层网络层1思考题n分组交换与另外两种交换的异同n分组在路径及各个层次上的转发流程n什么是IP数据报的分片？如何进行2/22/202386计算机网络计算机网络_网络层网络层1