TCP-IP教學課件資料：第4章網絡層協(xié)議IPv4

第4章網絡層協(xié)議IPv4教學目標1、理解網絡層在通信過程中的作用2、熟悉IP報文結構設講授內容網絡互聯(lián)層次IP數(shù)據報網絡互聯(lián)層次網絡互聯(lián)層次多種不同網絡（協(xié)議）存在的原因歷史原因：不同公司的網絡產品大量使用；價格原因：網絡產品價格低，更多的人有權決定使用何種網絡；技術原因：不同網絡采用不同技術、不同硬件、不同協(xié)議沒有一個物理網絡能夠為所有用戶服務，任何單個網絡技術都不能滿足所有的需要，因此我們只能考慮包容多種基礎網絡的互聯(lián)技術。網絡互聯(lián)的目標是要進行統(tǒng)一的合作網絡的互連，支持一種通用的通信服務。網絡互聯(lián)層次應用級互聯(lián)早期的異種網絡互聯(lián)是通過應用程序完成的。用協(xié)議轉換的觀點來說，這種互聯(lián)網中，除了應用層協(xié)議外，其他各層協(xié)議都不相同。網絡級互聯(lián)我們在依賴于技術的通信機制和應用程序之間插入的網際互連軟件將隱藏低層的細節(jié)，使得集成網絡看起來象是單個大的網絡，能夠把用戶數(shù)據分組從源端發(fā)送到目的端。這樣一種互連方案就稱為網際互連，所形成的網絡稱為inernet（互連網）。避免了應用級互聯(lián)的種種弊端。例如：IP協(xié)議。基于IP路由器的網絡互聯(lián)模型TCPIPLLCMAC1PH1

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

IPX.25-3LLCX.25-2MAC2X.25-1PH2LAN1LAN2X.25網IP路由器1IP路由器2站A站B網絡互聯(lián)在滿足服務功能的前提下，互聯(lián)實現(xiàn)層應盡可能選在較低的層次上。如互聯(lián)實現(xiàn)層是第N層，那么包括第N層在內的以上各功能必須完全相同，才能實現(xiàn)網絡互聯(lián)和互通，而包括（N－1）層在內的以下各層可以完全不同，以便容許連接更多的不同類型的獨立子網。實際上就是要將小網變成統(tǒng)一的大網。局域網之間的互聯(lián)多選擇在物理層和數(shù)據鏈路層，分別采用轉發(fā)器和網橋。而局域網和廣域網以及廣域網之間的互聯(lián)多選擇在網絡層，采用路由器互聯(lián)。IP層的地位IP層作為通信子網的互聯(lián)層，最基本的服務是提供一個非可靠的盡最大努力去完成好任務的、無連接的分組投遞系統(tǒng)（數(shù)據報傳輸機制）。說它非可靠，是因為所要求的投遞不能保證成功，IP路由器盡量減少對數(shù)據報的處理過程，以盡快的速度轉發(fā)，不對數(shù)據差錯校驗，不作接收確認，不對分組重新排序，重組。因此，IP協(xié)議并不保證IP報文傳遞的可靠性。說這種服務是盡最大努力去做好，因為IP盡最大努力去投遞分組，并不輕易地拋棄分組，僅當資源用盡或下面的物理網失效時才會發(fā)生不可靠的現(xiàn)象。

只將發(fā)現(xiàn)的差錯和故障報告，向上一層遞交。IP層的地位其次，IP協(xié)議是點到點的。IP數(shù)據報基本上按“端系統(tǒng)路由器路由器端系統(tǒng)”逐跳方式點對點傳輸。IP協(xié)議向上層(主要是TCP層)提供統(tǒng)一的IP報文，使得各種幀或報文格式的差異性對高層協(xié)議不復存在。IP層是TCP/IP實現(xiàn)異種網互聯(lián)最關鍵的一層。IP的“在任何技術上運行”的能力被認為是其最重要的特性之一。到目前為止，還沒有發(fā)現(xiàn)一種物理網絡技術，不適合于IP協(xié)議。

IPoverEverythingIP層對物理網絡的統(tǒng)一IP報文對物理網絡幀的統(tǒng)一IP數(shù)據報IP數(shù)據報

IP數(shù)據報（分組）有兩層含義：第一是指IP層的無連接數(shù)據報傳輸機制以及IP協(xié)議提供的無連接服務；第二是指IP數(shù)據報格式。二者是密切相關的：無連接數(shù)據報傳輸機制需要通過IP數(shù)據報格式來體現(xiàn)，而IP數(shù)據報格式只有在無連接的數(shù)據報傳輸機制中才真正具有意義。3位優(yōu)先級；D,T,R,C；一位未用IP報文格式

數(shù)據IP版本號：IPV4通常5個字長(20個字節(jié))頭部加數(shù)據最大:65535字節(jié)生存期：用于限制分組生命周期的計時器（缺省64）。用來說明分段在當前分組中的位置(偏移量以8字節(jié)為單位）。DF=1:不可分段MF=1:還有分段分組表示符：用于判斷分段屬于哪個分組。源站發(fā)送一個分組，標識值加1。(源IP地址，標識)構成全網唯一分組標識校驗：僅對頭部進行校驗選項：用于擴充協(xié)議功能。例如安全性，記錄路由，時間戳等用于說明IP分組應被傳送到的高層協(xié)議(TCP:6,UDP:17)服務類型TypeofService：分組所期望的服務類型優(yōu)先級（3位）：指示對分組進行處理（排隊或丟棄）的優(yōu)先權。一般為0。服務類型（TOS）：4位，分別代表最小時延、最大吞吐量、最高可靠性、最小費用。4位中只能置其中1位為1，如果都為0則意味一般服務PPPTTTT0服務類型總長度

該16位段給出IP分組的總長度，單位是字節(jié)，包括分組頭和數(shù)據的長度。數(shù)據段的長度可以從總長度減去分組頭長度計算出來。由于總長度段有16位，所以最大IP分組允許有65535個字節(jié)。但這樣大的IP分組在現(xiàn)有物理網絡上傳輸可能不太現(xiàn)實，盡管應用程序有時可能需要傳送大的數(shù)據報文。IP規(guī)范規(guī)定，所有主機和路由器至少能支持576字節(jié)的分組長度。在本節(jié)的稍后我們將會說明，IP分組在網絡傳送過程中被分成報片的情況下，分片后形成的IP分組中的總長度段指的是單個報片的總長度，而不是原先IP分組的總長度。分組的分段標志段

協(xié)議字段和分組頭校驗字段協(xié)議

8位的協(xié)議段表示哪一個高層協(xié)議將用于接收IP分組中的數(shù)據。高層協(xié)議的號碼由TCP/IP中央權威管理機構予以分配。編號描述編號描述1ICMPv42IGMP6TCP8EGP（外部網關協(xié)議）9任何專用內部網關協(xié)議17UDP45域內路由選擇協(xié)議（IDRP）58ICMPv688CiscoEIGRP89OSPF92多播傳輸協(xié)議（MTP）115第二層隧道協(xié)議（L2TP）協(xié)議字段和分組頭校驗字段分組頭檢驗和

16位的分組頭檢驗和字段保證IP分組頭值的完整性，當IP分組頭通過路由器時，分組頭發(fā)生變化（例如生存時間段值減1），檢驗和必須重新計算。檢驗和的計算十分簡單。首先，在計算前將檢驗和段的所有16位均置成0，然后IP分組頭從頭開始每兩個字節(jié)為一個單位相加，若相加的結果有進位，那么將和加1。如此反復，直到所有分組頭的信息都相加完為止，將最后的值對1求補，即得出16位的檢驗和。只校驗首部：無須重復校驗數(shù)據部分；縮短了路由器轉發(fā)分組時的處理時間。4500010001010000000000310000000000110001010001010011000189F5100010011111010111001111001001106E060110111000000110100111101001011000000DEB7110111101011011120001101111100011IP頭：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800DC發(fā)送方：DEB7110111101011011120001101111100011455D010001010101110120110000101000000C0A811000000101010003001000011110100000DC000000001101110030010001011000100IP頭：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800D