计算机网络第7讲1

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。
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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
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？
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。
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
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

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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。
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
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
IGMP QoS
1997年,RFC2236 1993年,RFC2205 资源预留协议 RSVP
MAC地址: 01-21-12-1A-C2-51
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

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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。
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。
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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）。

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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。

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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
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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; 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。
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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 IP 网络层
Ethernet帧
Frame Relay帧
PPP帧
数据 链路层
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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。
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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服务类型字段
计算机科学技术学院
计算机网络
Computer Networking
第7讲
第6章 网络层与IP协议
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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？
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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
百度文库
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；

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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？

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IP分组的分片与组装
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
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字段标识、标志和片偏移
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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

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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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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。
IGMPv2
1999年,RFC2475
区分服务 Diffserv 多协议标记交换 MPLS
2000年,MPLS论坛
1998年,RFC2401/2411
IPSec
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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。
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
192.22.1.2
接口2（E2） 192.22.1.1
192.22.1.3
MAC地址: 0A-00-12-12-A2-50
192.22.1.4
MAC地址: 11-40-12-10-82-56
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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。
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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。
0
DF
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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

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
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。

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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。

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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
19
UDP
IPv6 OSPF
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？