计算机网络 第13讲
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33
松散源路由（LRR）
松散源路由规定分组一定要经过的
路由器，但不是一条完整的传输路 径，中途可以经过其它路由器。
34
记录路由 记录路由是将分组经过的每个路由器IP地址记 录下来; 记录路由选项常用于网络测试。 时间戳（timestamp） 时间戳可以记录分组经过每个路由器的本地时 间; 时间戳采用格林威治时间，单位是毫秒; 网络管理员可以利用它追踪路由器的运行状态， 分析网络吞吐率、拥塞情况与负荷情况等。
35
6.3 IPv4地址
6.3.1 IP地址概念与划分地址新技术的研究
第一阶段：1981年 第二阶段：1991年 第三阶段：1993年 第四阶段：1996年
IP地址
标准分类 IP地址 特殊 IP地址 保留 IP地址
划分子网 （3级结构） 预测： 4年内B类地址用完； 2015年所有的IP地址 用完；
IP协议是点-点的网络层通信协议。
网络层需要在互联网中为通信的两个主机之间 寻找一条路径，而这条路径通常是由多个路由 器和点-点链路组成； IP协议要保证数据分组通过多跳路径从源结点 到达目的结点； 分组到达的下一台设备 IP协议是针对源主机-路由器、路由器-路由器、 路由器-主机之间的数据传输的点-点的网络层 通信协议。
头校验和（header checksum）
头校验和字段长度为8位； IP分组只对分组头进行校验和计算； IP分组头之外的部分属于高层数据，IP 分组可以不对高层数据进行校验。 IP分组头每经过一个路由器都要改变一 次，但数据部分并不改变。在IP分组头 设置头校验和，只对变化部分进行校验 是合理的。
3
6.1 IPv4协议的演变与发展
第1阶段:1980年 第2阶段:1991年 第3阶段:1993年 第4阶段:1996年
IPv4
IP地址
1981年,RFC1812
标准分类 IP地址 特殊地址 保留地址
划分子网: 3级结构
预测4年B类地址用完 2015年全部地址用完
构成超网: CIDR
路由表危机
地址转换: NAT
片偏移
分片方法的例子
报头 片1（800byte） 片2（800byte） 片3（600byte）
原始数据报：
片1：
报头
片1（800byte）
片偏移值：0
片2：
报头
片2（800byte）
片偏移值：100
片3：
报头
片3（600byte）
片偏移值：200
23
分片与字段标识、标志与片偏移
原始数据报 2220 265 0 0 0 0 265 0 0 1 分片1 820 0
8
IP协议向传输层屏蔽了物理网络的差异。
作为一个面向互联网的网络层协议，它必然要 面对各种异构的网络和协议，IP协议需要向传 输层屏蔽物理网络的差异性。
TCP/UDP 传输层
IP分组 网络层
IP
Ethernet帧
Frame Relay帧
PPP帧
数据 链路层
9
6.2.2 IPv4分组的格式
IP分组由两个部分组成：分组头和数据； 分组头有时也称为首部，分组头长度是可 变的； 人们习惯用4字节为基本单元表示分组头字 段； IPv4分组头的基本长度是20字节，最大长 度为60字节。
ISP接入的需要
IP分组
1981年,RFC791
分组头 分组 交付 路由算法 路由器 设计
自治系统 AS
Internet 路由选择 协议
内部网关协议 RIP/OSPF 外部网关协议 BGP
第3层 交换
IPv6
1981年,RFC792
ICMP
1989年,RFC1112 1997年,RFC2236
IGMP
12
长度 IP分组的分组头有两个长度字段： 分组头长度（hlen） 总长度（total length） 分组头长度字段 分组头长度字段的长度为4位，它定义了 以4字节为一个单位的分组头的长度; 分组头长度字段最小值为5,最大值为15。
13
练习
路由器收到一个IP分组的前8位是01000010， 路由器丢弃了这个分组，请问原因是什么？
5
6.2.1 IPv4协议的主要特点
IP协议提供的是一种 “尽力而为（best-effort）” 的服务。
无连接—意味着IP协议并不维护IP分组发送后的 任何状态信息。每个分组的传输过程是相互独立 的。 不可靠—意味着IP协议不能保证每个IP分组都能 够正确的、不丢失和顺序的到达目的结点。
6
31
源路由
源路由是指由发送分组的源主机制定的 传输路径，用以区别由路由器通过路由 选择算法确定的路径; 源路由主要用于测试某个网络的吞吐量， 绕开出错的网络，也可以用于保证传输 安全的应用中; 源路由分为严格源路由（SRR）与松散 源路由（LRR）。
32
严格源路由（SRR）
严格源路由规定分组要经过的路径上每个路由 器，相邻路由器之间不能插入其它路由器，并 且经过的路由器顺序不能改变; 严格源路由选项主要用于网络测试，网管人员 本身必须对网络拓扑有相当的了解，在建立这 类分组的分组头时，应直接将第一个测试点的 地址设定为分组头中的目的地址，最后一个测 试点或目的主机的地址设定为路径数据字段中 的最后一个指定地址。
生存时间（TTL）字段
IP分组从源主机到达目的主机的传输延迟 是不确定的； 生存时间TTL用来设定分组在互联网络中 被最多转发分组的路由器跳数（hop）； 生存时间TTL的初始值由源主机设置，经 过一个路由器，它的值就减1。当生存时 间TTL的值为0时，分组就被丢弃，并发 送ICMP报文通知源主机。
16
总长度字段
总长度字段的长度为16位，它定义以字 节为单位的分组总长度，它是分组头长 度与数据长度之和； 总长度字段长度为16位，它能表示的IP 分组最大长度为65535（216-1）字节； 其中包括分组头长度。IP分组中高层协 议的数据长度等于分组的总长度减去分 组头长度。
17
IP分组的分片与组装
计算机科学技术学院
计算机网络
Computer Networking
第13讲
第6章 网络层与IP协议
2
主要内容
本章主要回答以下几个问题： ·网络层的主要功能是什么？ ·IPv4协议包括哪些基本内容？ ·IPv4地址技术是如何发展的？ ·IP路由技术是如何发展的？ ·路由器是如何工作的？ ·为什么要研究ICMP与IGMP协议？ ·为什么要研究移动IP协议？ ·为什么要研究IPv6协议？
最大传输单元MTU与IP分组的分片
从IP协议与数据链路层协议的角度看IP 分组的最大长度； 从IP协议与传输层协议的角度看IP分组 的最大长度； RFC791文件中规定IP分组的可标识的最 大长度为65535个字节。
18
IP分组分片的基本方法
原始数据报
19
字段标识、标志和片偏移
字段标识
字段标识长度为16位，最多可以分配的 ID值为65535个； 分组可能通过不同的传输路径到达目的 结点，属于同一分组的不同的片到达时 会出现乱序，或者和属于其它分组的片 混在一起； 目的结点可以根据字段标识ID值，将同 一字段的片挑出来重装。
MAC地址: 11-40-12-10-82-56
网卡
网卡
网卡
主机4
主机5
主机6
38
IP地址的点分十进制的表示方法
10
IPv4分组的结构
0 版本 固 定 长 度 部 分 4 报头 长度 标 生存时间 识 协 议 源IP地址 目的IP地址 可选 部分 选 项 填充域 8 服务类型 标志 16 19 总 长 24 度 片偏移 头部校验和 分组头 31
数
据
部
分
11
IPv4 分组头格式
版本字段
IP分组的第一个字段是“版本（version）”; 长度为4位Hale Waihona Puke Baidu 表示所使用的网络层IP协议的版本号; 版本字段值为4，表示IPv4； 版本字段值为6，表示IPv6。
MAC地址: 21-30-15-10-02-55
路由器1
网卡
MAC地址: 01-0A-1B-11-01-52
LAN2
接口2（E2） 192.22.1.1
192.22.1.2
MAC地址: 01-21-12-1A-C2-51
192.22.1.3
MAC地址: 0A-00-12-12-A2-50
192.22.1.4
1993年,RFC2205
IGMPv2
资源预留协议 RSVP 1999年,RFC2475 区分服务 Diffserv 多协议标记交换 MPLS
QoS
2000年,MPLS论坛
1998年,RFC2401/2411
IPSec
4
6.2 IPv4协议的基本内容
IP是TCP/IP协议体系中网络层的协议; TCP/IP协议体系中的其它协议，如TCP、 UDP、ICMP及IGMP等都是以IP协议为 基础的。
30
IP报头选项
设置IP报头选项得主要目的是控制与测试；
对于IP报头选项的理解需要注意以下几个问题： 选项的最大长度为40字节，用户使用的选项长 度不是4字节的整数倍，需要添加填充位； 报头选项是由选项码、长度与选项数据等3部 分组成； 选项码用于确定该选项的具体功能，如源路由、 记录路由、时间戳等。长度表示出选项数据的 大小。
服务类型字段
服务类型字段的长度为8位；
用于指示路由器如何处理该分组；
服务类型由4位的服务类型（TOS）
字段与3位的优先级字段构成，有1 位的保留位。
15
服务类型参数（TOS）位 服务类型参数位有4位，每位分别表示： D（延迟）、T（吞吐量）、R（可靠性） 与C（成本）； 每个组合的服务类型参数4位中，最多只 能有一位的值为1，其它的3个位为0； 例如，要获得低服务成本（low cost）， 则D、T、R、C参数的组合只能是0001， 只能牺牲延迟、通信量、可靠性等其它3 方面的要求
20
标志
标志字段共3位，最高位为0，该值必须复制到所 有分组中； 不分片（DF）值：DF=1，表示接收结点不能对 分组分片；DF=0，表示可以分片； 分片（MF ）值：MF=1表示接收的分片不是最后 一个分片，MF=0表示接收的是最后一个分片。
0
DF
21
MF
片偏移
表示分片在整个分组中的位置。 长度为13位 以8B为单位
37
主机1
主机2
主机3
网络接口 与IP地址 的关系
网卡
MAC地址: 01-2A-00-89-11-2B
网卡
MAC地址: 11-0A-40-86-09-20
网卡
MAC地址: 01-00-10-12-02-56
202.1.12.2
202.1.12.3
202.1.12.4
LAN1
接口1（E1） 202.1.12.1 网卡
数据编码号：0-2199
数据编码号：0-799
分片2 820 265 0 0 1 100 265
分片3 620 0 0 0 200
数据编码号：800-1599
数据编码号：1600-2199
24
练习
到达分组的偏移值为100，分组头中HLEN 值为5，总长度值为100，请问第一个字节 的编号和最后一个字节的编号是多少？
26
协议字段
协议字段则是指使用IP协议的高层协议类型; 协议字段长度为8位。
协议字段值 1 2 6 8 高层协议类型 ICMP IGMP TCP EGP
17
41 89
UDP
IPv6 OSPF
27
练习
到达路由器的分组的前几位十六进制数为 4500 0028 1200 0100 0111 请问： 这个分组在丢弃之前还可以传送几跳？ 这个分组的数据由哪个协议发出？
29
地址（address）字段
地址字段包括源地址（source address） 与目的地址（destination address）； 源地址与目的地址字段长度都是32位， 分别表示发送分组的源主机与接收分组 的目的主机的IPv4地址； 在分组的整个传输过程中，无论采用什 么样的传输路径或如何分片，源地址与 目的地址始终保持不变。
构成超 网 （CIDR） 路由表危机
地址转换 （NAT） ISP接入的需要
36
网络地址的基本概念
连接到每个局域网的计算机都有一个MAC地 址，即物理地址；例如，Ethernet的MAC地址 的长度为48位，在网卡出厂时就被固化在网卡 的EPROM中；物理地址是数据链路层地址， 它为数据链路层软件使用，用来标识接入局域 网的一台主机； IP地址是网络层的地址，主要用于路由器的寻 址，网络层是通过软件来设置，因此人们也把 它称为逻辑地址。
松散源路由（LRR）
松散源路由规定分组一定要经过的
路由器，但不是一条完整的传输路 径，中途可以经过其它路由器。
34
记录路由 记录路由是将分组经过的每个路由器IP地址记 录下来; 记录路由选项常用于网络测试。 时间戳（timestamp） 时间戳可以记录分组经过每个路由器的本地时 间; 时间戳采用格林威治时间，单位是毫秒; 网络管理员可以利用它追踪路由器的运行状态， 分析网络吞吐率、拥塞情况与负荷情况等。
35
6.3 IPv4地址
6.3.1 IP地址概念与划分地址新技术的研究
第一阶段：1981年 第二阶段：1991年 第三阶段：1993年 第四阶段：1996年
IP地址
标准分类 IP地址 特殊 IP地址 保留 IP地址
划分子网 （3级结构） 预测： 4年内B类地址用完； 2015年所有的IP地址 用完；
IP协议是点-点的网络层通信协议。
网络层需要在互联网中为通信的两个主机之间 寻找一条路径，而这条路径通常是由多个路由 器和点-点链路组成； IP协议要保证数据分组通过多跳路径从源结点 到达目的结点； 分组到达的下一台设备 IP协议是针对源主机-路由器、路由器-路由器、 路由器-主机之间的数据传输的点-点的网络层 通信协议。
头校验和（header checksum）
头校验和字段长度为8位； IP分组只对分组头进行校验和计算； IP分组头之外的部分属于高层数据，IP 分组可以不对高层数据进行校验。 IP分组头每经过一个路由器都要改变一 次，但数据部分并不改变。在IP分组头 设置头校验和，只对变化部分进行校验 是合理的。
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6.1 IPv4协议的演变与发展
第1阶段:1980年 第2阶段:1991年 第3阶段:1993年 第4阶段:1996年
IPv4
IP地址
1981年,RFC1812
标准分类 IP地址 特殊地址 保留地址
划分子网: 3级结构
预测4年B类地址用完 2015年全部地址用完
构成超网: CIDR
路由表危机
地址转换: NAT
片偏移
分片方法的例子
报头 片1（800byte） 片2（800byte） 片3（600byte）
原始数据报：
片1：
报头
片1（800byte）
片偏移值：0
片2：
报头
片2（800byte）
片偏移值：100
片3：
报头
片3（600byte）
片偏移值：200
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分片与字段标识、标志与片偏移
原始数据报 2220 265 0 0 0 0 265 0 0 1 分片1 820 0
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IP协议向传输层屏蔽了物理网络的差异。
作为一个面向互联网的网络层协议，它必然要 面对各种异构的网络和协议，IP协议需要向传 输层屏蔽物理网络的差异性。
TCP/UDP 传输层
IP分组 网络层
IP
Ethernet帧
Frame Relay帧
PPP帧
数据 链路层
9
6.2.2 IPv4分组的格式
IP分组由两个部分组成：分组头和数据； 分组头有时也称为首部，分组头长度是可 变的； 人们习惯用4字节为基本单元表示分组头字 段； IPv4分组头的基本长度是20字节，最大长 度为60字节。
ISP接入的需要
IP分组
1981年,RFC791
分组头 分组 交付 路由算法 路由器 设计
自治系统 AS
Internet 路由选择 协议
内部网关协议 RIP/OSPF 外部网关协议 BGP
第3层 交换
IPv6
1981年,RFC792
ICMP
1989年,RFC1112 1997年,RFC2236
IGMP
12
长度 IP分组的分组头有两个长度字段： 分组头长度（hlen） 总长度（total length） 分组头长度字段 分组头长度字段的长度为4位，它定义了 以4字节为一个单位的分组头的长度; 分组头长度字段最小值为5,最大值为15。
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练习
路由器收到一个IP分组的前8位是01000010， 路由器丢弃了这个分组，请问原因是什么？
5
6.2.1 IPv4协议的主要特点
IP协议提供的是一种 “尽力而为（best-effort）” 的服务。
无连接—意味着IP协议并不维护IP分组发送后的 任何状态信息。每个分组的传输过程是相互独立 的。 不可靠—意味着IP协议不能保证每个IP分组都能 够正确的、不丢失和顺序的到达目的结点。
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31
源路由
源路由是指由发送分组的源主机制定的 传输路径，用以区别由路由器通过路由 选择算法确定的路径; 源路由主要用于测试某个网络的吞吐量， 绕开出错的网络，也可以用于保证传输 安全的应用中; 源路由分为严格源路由（SRR）与松散 源路由（LRR）。
32
严格源路由（SRR）
严格源路由规定分组要经过的路径上每个路由 器，相邻路由器之间不能插入其它路由器，并 且经过的路由器顺序不能改变; 严格源路由选项主要用于网络测试，网管人员 本身必须对网络拓扑有相当的了解，在建立这 类分组的分组头时，应直接将第一个测试点的 地址设定为分组头中的目的地址，最后一个测 试点或目的主机的地址设定为路径数据字段中 的最后一个指定地址。
生存时间（TTL）字段
IP分组从源主机到达目的主机的传输延迟 是不确定的； 生存时间TTL用来设定分组在互联网络中 被最多转发分组的路由器跳数（hop）； 生存时间TTL的初始值由源主机设置，经 过一个路由器，它的值就减1。当生存时 间TTL的值为0时，分组就被丢弃，并发 送ICMP报文通知源主机。
16
总长度字段
总长度字段的长度为16位，它定义以字 节为单位的分组总长度，它是分组头长 度与数据长度之和； 总长度字段长度为16位，它能表示的IP 分组最大长度为65535（216-1）字节； 其中包括分组头长度。IP分组中高层协 议的数据长度等于分组的总长度减去分 组头长度。
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IP分组的分片与组装
计算机科学技术学院
计算机网络
Computer Networking
第13讲
第6章 网络层与IP协议
2
主要内容
本章主要回答以下几个问题： ·网络层的主要功能是什么？ ·IPv4协议包括哪些基本内容？ ·IPv4地址技术是如何发展的？ ·IP路由技术是如何发展的？ ·路由器是如何工作的？ ·为什么要研究ICMP与IGMP协议？ ·为什么要研究移动IP协议？ ·为什么要研究IPv6协议？
最大传输单元MTU与IP分组的分片
从IP协议与数据链路层协议的角度看IP 分组的最大长度； 从IP协议与传输层协议的角度看IP分组 的最大长度； RFC791文件中规定IP分组的可标识的最 大长度为65535个字节。
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IP分组分片的基本方法
原始数据报
19
字段标识、标志和片偏移
字段标识
字段标识长度为16位，最多可以分配的 ID值为65535个； 分组可能通过不同的传输路径到达目的 结点，属于同一分组的不同的片到达时 会出现乱序，或者和属于其它分组的片 混在一起； 目的结点可以根据字段标识ID值，将同 一字段的片挑出来重装。
MAC地址: 11-40-12-10-82-56
网卡
网卡
网卡
主机4
主机5
主机6
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IP地址的点分十进制的表示方法
10
IPv4分组的结构
0 版本 固 定 长 度 部 分 4 报头 长度 标 生存时间 识 协 议 源IP地址 目的IP地址 可选 部分 选 项 填充域 8 服务类型 标志 16 19 总 长 24 度 片偏移 头部校验和 分组头 31
数
据
部
分
11
IPv4 分组头格式
版本字段
IP分组的第一个字段是“版本（version）”; 长度为4位Hale Waihona Puke Baidu 表示所使用的网络层IP协议的版本号; 版本字段值为4，表示IPv4； 版本字段值为6，表示IPv6。
MAC地址: 21-30-15-10-02-55
路由器1
网卡
MAC地址: 01-0A-1B-11-01-52
LAN2
接口2（E2） 192.22.1.1
192.22.1.2
MAC地址: 01-21-12-1A-C2-51
192.22.1.3
MAC地址: 0A-00-12-12-A2-50
192.22.1.4
1993年,RFC2205
IGMPv2
资源预留协议 RSVP 1999年,RFC2475 区分服务 Diffserv 多协议标记交换 MPLS
QoS
2000年,MPLS论坛
1998年,RFC2401/2411
IPSec
4
6.2 IPv4协议的基本内容
IP是TCP/IP协议体系中网络层的协议; TCP/IP协议体系中的其它协议，如TCP、 UDP、ICMP及IGMP等都是以IP协议为 基础的。
30
IP报头选项
设置IP报头选项得主要目的是控制与测试；
对于IP报头选项的理解需要注意以下几个问题： 选项的最大长度为40字节，用户使用的选项长 度不是4字节的整数倍，需要添加填充位； 报头选项是由选项码、长度与选项数据等3部 分组成； 选项码用于确定该选项的具体功能，如源路由、 记录路由、时间戳等。长度表示出选项数据的 大小。
服务类型字段
服务类型字段的长度为8位；
用于指示路由器如何处理该分组；
服务类型由4位的服务类型（TOS）
字段与3位的优先级字段构成，有1 位的保留位。
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服务类型参数（TOS）位 服务类型参数位有4位，每位分别表示： D（延迟）、T（吞吐量）、R（可靠性） 与C（成本）； 每个组合的服务类型参数4位中，最多只 能有一位的值为1，其它的3个位为0； 例如，要获得低服务成本（low cost）， 则D、T、R、C参数的组合只能是0001， 只能牺牲延迟、通信量、可靠性等其它3 方面的要求
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标志
标志字段共3位，最高位为0，该值必须复制到所 有分组中； 不分片（DF）值：DF=1，表示接收结点不能对 分组分片；DF=0，表示可以分片； 分片（MF ）值：MF=1表示接收的分片不是最后 一个分片，MF=0表示接收的是最后一个分片。
0
DF
21
MF
片偏移
表示分片在整个分组中的位置。 长度为13位 以8B为单位
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主机1
主机2
主机3
网络接口 与IP地址 的关系
网卡
MAC地址: 01-2A-00-89-11-2B
网卡
MAC地址: 11-0A-40-86-09-20
网卡
MAC地址: 01-00-10-12-02-56
202.1.12.2
202.1.12.3
202.1.12.4
LAN1
接口1（E1） 202.1.12.1 网卡
数据编码号：0-2199
数据编码号：0-799
分片2 820 265 0 0 1 100 265
分片3 620 0 0 0 200
数据编码号：800-1599
数据编码号：1600-2199
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练习
到达分组的偏移值为100，分组头中HLEN 值为5，总长度值为100，请问第一个字节 的编号和最后一个字节的编号是多少？
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协议字段
协议字段则是指使用IP协议的高层协议类型; 协议字段长度为8位。
协议字段值 1 2 6 8 高层协议类型 ICMP IGMP TCP EGP
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41 89
UDP
IPv6 OSPF
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练习
到达路由器的分组的前几位十六进制数为 4500 0028 1200 0100 0111 请问： 这个分组在丢弃之前还可以传送几跳？ 这个分组的数据由哪个协议发出？
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地址（address）字段
地址字段包括源地址（source address） 与目的地址（destination address）； 源地址与目的地址字段长度都是32位， 分别表示发送分组的源主机与接收分组 的目的主机的IPv4地址； 在分组的整个传输过程中，无论采用什 么样的传输路径或如何分片，源地址与 目的地址始终保持不变。
构成超 网 （CIDR） 路由表危机
地址转换 （NAT） ISP接入的需要
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网络地址的基本概念
连接到每个局域网的计算机都有一个MAC地 址，即物理地址；例如，Ethernet的MAC地址 的长度为48位，在网卡出厂时就被固化在网卡 的EPROM中；物理地址是数据链路层地址， 它为数据链路层软件使用，用来标识接入局域 网的一台主机； IP地址是网络层的地址，主要用于路由器的寻 址，网络层是通过软件来设置，因此人们也把 它称为逻辑地址。