TCPIP网络与协议课件 第5章 IP协议

接收方进行 IP 数据报首部校验
5.2.2 数据分片与重组
• IP数据报在从信源到信宿的传输过程中要穿过
多个不同的网络。由于各种物理网络存在着差 异，对帧的最大长度有不同的规定，因此，各 个物理网络的最大传输单元MTU可能不同。 物理网络的MTU是由硬件决定的。 • 通常，网络的速度越高，MTU也就越大。 • TCP/IP协议的封装：
服务类型
TOS 协议 D、T、R、C Normal 0001 NNTP
0010
0100 1000
IGP、SNMP
FTP(数据)、SMTP (数据) Telnet、FTP(控制)、TFTP
R
T D
• 为适应新业务的发展，IETF将IP数据报的服务类型
3168中被定义成了显式拥塞通告(ECN)字段。
• 显式拥塞通告字段ECN的作用是用于TCP的
拥塞控制。TCP拥塞控制的基本思路是：信源 通过ECN申明它支持拥塞控制；途中的路由 器根据其发送队列是否将溢出来发现拥塞，并 通过ECN报告给信宿结点；信宿结点利用 TCP的控制字段向源结点进行通告，告知源结 点出现了拥塞，需要进行拥塞控制；信源收到 信宿的通告后调整发送窗口，降低发送速率来 实现拥塞控制。 • ECN的值为00时，表明信源不支持显式拥塞 通告；ECN的值为01或者10时，表明信源支 持显式拥塞通告；ECN的值为11时，表明路 由器正在经历拥塞。
数据
图 5-1 IP 数据报格式
IP数据报=首部+数据 IP数据报首部分为定长部分和变长部分。 （1）版本(4位)表示数据报的IP协议版本， 版本号规定了数据报的格式。IPv4=4 （2）首部长度(4位)指出数据报首部长度 (32位为单位)。 （3）服务类型(8位)规定对本数据报的处理 方式。服务类型的含义如图5-2所示。
• 重点讨论：IP数据报的格式
无连接数据报的传输机制
第5章 IP协议
5.1 IP数据报格式
5.2 无连接数据报传输 5.3 IP数据报选项
5.4 IP模块的结构
5.1 IP数据报格式
• IP协议所处理的数据单元称为IP数据报。
0 版 本 4 首部 长度 标 20 字节 生存时间(TTL) 8 服务类型（TOS） 识 协 议 源 IP 地 址 目 的 IP 地 址 IP 选 项 （可 选、变 长） 数 据 标志 16 19 数 据 报 总 长 度 片 偏 移 首 部 校 验 和 首部 31
5.2.1 首部校验 • IP层不对数据进行校验。
– 开销小 – 灵活性好
• IP协议对IP数据报首部进行校验。原因：
– IP首部属于IP层协议的内容，不可能由上 层协议处理。 – IP首部中的部分字段在点到点的传递过程 中是不断变化的，只能在每个中间点重新 形成校验数据，在相邻点之间完成校验。
• 两个层次的校验如图所示。
置为0，等于没有参加计算，求补后的校验和与和数 各位正好相反。 接收方用1的补码计算和数时，新的首部校验和字段 已经被加入，正确情况下所得的和数应该为0xffff， 因此，求补后的结果应该为0x0000。
发送方 第1块 IP 数据报 首部 第2块 „ 校验和 0x0000 „ 第n块 和数 求补 校验和 图 5-5 校验和的生成与校验 第1块 第2块 校验和 第n块 „ „ 第n块 和数 求补 校验和 0x0000 传输 接收方 第1块 第2块 „ 校验和 „
– 将数据报先以信源网络的MTU进行封装，在传输 过程中再根据需要对数据报进行动态分片(IPv4)
1．数据报分片 • 当数据报被分片时，每个分片都会得到一个
首部。分片首部的大部分内容和原数据报相 同，如IP地址、版本号、协议和数据报标识 等，所不同的是标志字段、数据报总长度和 片偏移。分片既可以带也可以不带原数据报 的选项.
字段改成了区分业务字段。区分业务字段仍然是8位， 前面的6位为区分业务码点。最后两位在RFC 2474 中保留未用，而在RFC 3168中被定义为显式拥塞通 告（ECN）。6位码点提供64个编码，对应不同业务。
• 码点的最后3位为0时，前3位的含义仍然与
原服务类型中优先级的含义相同。 • 码点的最后1位为0时，表示该业务是是由 IETF指派的标准动作。 • 码点的最后2位为01时，表示该业务是用于 临时实验目的的业务或本地使用的业务， 但可能会在前面IETF指定的业务码点耗尽 后补充使用。 • 码点的最后2位为11时，表示该业务是用于 临时实验目的的业务或本地使用的业务。 • 最后两位在RFC 2474中定义为未用，而在RFC
第5章 IP协议
5.1 IP数据报格式
5.2 无连接数据报传输 5.3 IP数据报选项
5.4 IP模块的结构
5.2 无连接数据报传输
IP数据报传输是IP层要解决的重要问题之一， 是影响数据传输效率的一个重要因素。 IP数据报在经过路由器进行转发时一般要进行 三个方面的处理： – 首部校验 – 数据分片 – 路由选择 这一节将讨论通常首部校验和数据分片问题。
1：不允许分片 D：不分片 0：允许分片 标志 未用 D M M ：片未完 0：最后一片 1：非最后一片
图 5-8 IP 数据报标志字段
• 一个例子
4 5 0 1620 29571 0 0 0 17 192.168.20.86 192.168.21.20 数据（0-1599）
• 在IP数据报中与分片相关的字段是标识字段、
标志字段和片偏移字段。 1)数据报标识是分片所属数据报的关键信息， 是分片重组的依据。
2)标志字段由3位构成，低两位有效，最高位 未用；D位表示是否允许该数据报分片；M 位表示该片是否是分片的最后一片。 3)片偏移字段指出本片数据在原始数据报数 据区中的偏移量。由于各分片独立传输， 其到达信宿机的顺序无法保证，需要片偏 移为重组提供顺序信息。
（10）首部校验和(16位)用于保证首部数据的完 整性。 （11）源地址表示本IP数据报的最初发送者的 IP地址；目的地址一般表示本IP数据报最终接 收者的IP地址。
（12）IP选项用于控制数据在网络中的传输路 径、记录数据报走过的路由器以及获取数据报 所途径经过的路由器的时间戳。
（13）数据字段用于携带上层数据，长度受数 据报总长度限制(≤65535－首部长度×4)。
IP协议具有以下特点：
• （1）是点到点的协议，虽然IP数据报携带源IP地
址和目的IP地址，但进行数据传输时的对等实体 一定是相邻设备（同一网络）中对等层的对等实 体。
• （2）IP协议不保证传输的可靠性，不对数据进行
差错校验和跟踪，当数据报发生损坏时不向发送 方通告，如果要求数据传输具有可靠性，则要在 IP的上面使用TCP协议加以保证。
（4）数据报总长度指示整个IP数据报的长度。
数据长度=数据报总长度－首部长度×4 （5）标识(16位)由信源机赋给IP数据报，每个IP数据 报有一个本地惟一的标识符。数据报的标识由信源 机产生，每次自动加1后分配给要发送的数据报。 （6）标志(3位)用于表示该IP数据报是否允许分片和是 否是最后的一片。 （7）片偏移(13位)表示本片数据在它所属的原始数据 报数据区中的偏移量（以8字节为单位）。 （8）生存时间TTL(8位)控制IP数据报在网络中的传输 时间。 （9）协议(8位)指明被IP数据报封装的协议。（P88）
的首部校验和字段，封装成帧后发给通往信 宿的下一跳设备。 • 校验：下一跳设备作为接收方将收到的IP数 据报的首部再分为多个16比特的小数据块， 用1的补码算法对16位小数据块进行求和，最 后再对结果求补，若得到的结果为0，就验证 了数据报首部的正确性。
• 发送方用1的补码计算和数时，首部校验和字段被设 •
IP数据报的首部通过校验和 （Checksum）来保证其正确性。
传输层进行端到端的数据校验（可选） 信源 网络 IP 层进行点到点 数据报首部校验 形成校验和 路由器 1 网络 IP 层进行点到点 数据报首部校验 路由器 2 „ 信宿 路由器 n 网络 IP 层进行点到点 数据报首部校验 校验
校验并形成新校验和 校验并形成新校验和 校验并形成新校验和
• （3）IP协议提供无连接数据报服务，各个数据报
独立传输，可能走不同的路径，可能不能按序到 达目的地。
• IP协议采用了尽力传输的思想:
– 效率非常高
– 实现起来较简单。
• IP通过IP地址实现了物理地址的统一；
通过IP数据报实现了物理数据帧的统 一。IP层通过对以上两个方面的统一达 到了向上屏蔽底层差异的目的。
• 例子：本例中没有IP选项，所以首部长度为5，数据报总长
度为128字节，数据报的标识为1，未分片，TTL值为4，封装 的是TCP协议数据，源地址和目的地址分别为： 192.168.20.86和192.168.21.20。 计算中要注意加上进位。生成的校验和为3005。
加入校验和前的数据报首部 版本、首部长度、 4 5 0 服务类型 数据报总长度 128 标识 标志、片偏移 TTL、协议 首部校验和 源 IP 地址 目的 IP 地址 192 20 192 21 0 4 0 168 86 168 20 加进位 和数 求补得校验和 图 5-6 1 0 6 计算校验和 01000101 00000000 00000000 10000000 00000000 00000001 00000000 00000000 00000100 00000110 00000000 00000000 11000000 10101000 00010100 01010110 11000000 10101000 00010101 00010100 11110100 01000001 1 11110100 01000010 00001011 10111101 3005 192 20 192 21 0 4 3005 168 86 168 20 加入校验和后的数据报首部 4 5 128 1 0 6 0