哈工大—Internet协议课件 (5)
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ARP协议的分组格式（协议分析软件） ARP高速缓存（大小、过期、arp –a –s -d） ARP协议的工作过程
Internet protocol 2
课程回顾
3. RARP协议 （了解） 协议 了解）
RARP协议的分组格式 RARP协议的工作过程 RARP备份服务器的设置
4.网际（IP）协议 （掌握） 网际（ ） 掌握） 网际
Internet protocol 31
IP数据报的格式
生存时间字段设置了数 据报可以经过的最多路 由器数
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
32
寿命(TTL)
寿命设置了该数据报在互联网系统中允许存 在的时间(也称生存时间)，以秒为单位。
当一台机器向网上传送数据报时，就为它设置了 一个最大生存时间。 当数据报通过的主机和路由器对该数据报进行处 理时，随着时间的消逝，要递减其寿命字段的值。 若此值为0，就把它从互联网上丢弃(删除)。
Internet protocol 17
数据报的大小、网络MTU及分片
TCP/IP选择了一个方便的初始数据报大小， 同时提供一种机制，在MTU较小的网络上， 把长数据报划分成更小的部分。 数据报划分得到的这种小块称为数据报片 (fragment)，这个划分过程称为分片 (fragmentation)。
16
数据报的大小、网络MTU及分片
由于各种MTU的限制，将使设计数据报最大长度变 得难以均衡。因此，设计一种灵活的机制以解决这 个问题。
虽然尽可能长的数据报会使传输效率更高，但由于以太 网的普遍应用，所以实际上使用的数据报长度很少有超 过1500字节的，而有时数据报长度被限制在576字节。 当数据报长度超过网络所容许的MTU时，就必须把过长 的数据报进行分片后才在网络中传送。 这时，数据报首部的“总长度”字段不是指未分片前的 数据报长度，而是指分片后的首部长度与数据长度的总 和。
这种方式存在两缺陷：
效率降低。分片后传输，即使遇到具有较大MTU的网络， 也只能传输小分片。 如果一个分片丢失了，再也无法重组一个数据报。
Internet protocol
20
分片控制
数据报首部中的标识(identification)、标志(flags)、片偏移 (Fragment offset)用来控制数据报的分片和重组。 Fragmentation Identifier-分段标识符
INTERNET PROTOCOLS
哈尔滨工业大学网络与信息中心 何慧
Internet protocol
1
课程回顾
1.地址解析的含义 （掌握） 地址解析的含义 掌握） 地址解析
IP地址与物理地址之间建立一个双向的映射关系 正向地址解析（ IP地址→物理地址） 反向地址解析 （物理地址→IP地址）
2. ARP协议 （掌握） 协议 掌握）
Internet protocol 28
分段的进一步说明
分段仅仅出现在包的数据部分 分段过程不包括包的头部 每一个分段都会产生一个包含它自己的IP头 部的新包 必须以8字节的倍数分段
若数据报有576字节数据,则需要两个分段:512和 64
分段偏移以8字节块为单位存储字节数
如值为31,则表示31×8
字节3799
首部1
首部2
首部3
字节0 数据报片1
Internet protocol
字节1399
字节1400 数据报片2
字节2799 字节2800 数据报片3
字节3799
偏移=0/8=0
偏移=1400/8=175
偏移=2800/8=350
26
分片举例
总长度 原始数据报 数据报片1 数据报片2 数据报片3 4000 1420 1420
Internet protocol 22
标志(flag)
标志 占3bit。目前只有前两个比特有意义。
标志字段的最低位记MF (Mode Fragment)。 MF=1即后面还有分片的数据报。 MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。 标志字段中间的一位记为DF (Don’t Fragment)，意思是 “不能分片”。 只有当DF=0时才允许分片。
因固定首部长度为20字节，因此每个数据报片的数据部 分长度不能超过1400字节。 于是分为3个数据报片，其数据部分长度分别为 1400,1400和1000字节。 原始数据报首部被复制为各数据报片的首部，但必须修 改有关字段的值。
Internet protocol
25
分片举例
首部
字节0
字节1400
字节2800
7
目前的协议版本号 是4，因此I P有时 也称作I P v 4。
IP数据报的格式
普通的I P首部长为 2 0个字节，除非含 有选项字段。
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
8
IP数据报的格式
首部长度指的是首部占32 bit 字的数目，包括任何选项。 由于它是一个4比特字段，因 此首部最长为6 0个字节。 普通I P数据报（没有任何选 择项）字段的值是5。
Internet protocol
23
片偏移
片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在 分组中的相对位置。
也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从 何处开始。
片偏移以8个字节为偏移单位。 8
这就是说，每个分片的长度一定是8字节的整数 倍。
Internet protocol
24
分片举例
一个数据报的数据部分为3800字节(使用固定首部)， 需要分片为长度不超过1420字节的数据报片。
标识来自于同一个IP数据报的分段 16 bit
Fragmentation Offset-分段偏移
标识一个分段在整个数据报中的位置 其值×8B为实际的偏移
Fragmentation Flag-分段标志位
第16bit-保留,为0 17-DF,禁止分段 18-MF,为1时表示还有更多分段
Internet protocol 21
IP协议的三个功能组成部分 IP协议的数据报头格式
Internet protocol
3
第 五 章 IP协议(续)与ICMP协议
Internet protocol
4
本章主要内容
网际(IP)协议 (掌握) 差错与控制报文(ICMP)协议 (了解)
Internet protocol
5
IP协议－功能组成部分 IP协议位于Internet层，是Internet上最 重要的协议软件，也是TCP/IP协议中两 个最重要的核心协议之一。其主要由三 个功能部分组成： 1、无连接不可靠数据报传送 2、数据报路由选择 3、网络控制报文协议
Internet protocol
18
分片示例
Internet protocol
路由器R1把从A发送到B的长数据报分片；路由 器R2把从B发到A的长数据报分片
19
数据报片的重组
数据报的重组何时进行？
在TCP/IP互联网中，一旦数据报分片后，每片都作为独 立数据传输，直至到达目的站的主机后才对它进行重组。
Internet protocol 6
IP数据报格式
IP头部 头部
0 95 96
IP数据区 数据区
127 128 159
控制码
源IP地址 目的 地址 地址 目的IP地址
Hale Waihona Puke Baidu
4种服务类型： 种服务类型：
延迟类： 延迟类：请求最低的延迟 再次分段后本段在原分组的相对位置 0 15 16 31 32 47 48 63 64 71 72 79 80 95 吞吐量： 吞吐量：希望是高的吞吐链路 类型 总长度 组号 分段 存活时间 协议 校验和 可靠性： 可以是4版本或6版本 版本或6 可靠性：选择高可靠链路 。 可以是4以32位的四字节为单位，范围为 - 15。 32位的四字节为单位 范围为5 位的四字节为单位， 开销： 开销：廉价的路径 允许再次分段标志 将所有以16 16位为单位的双字节 将所有以16位为单位的双字节 ”的 报文所允许经过的“ 报文所允许经过的“跳 当前协议编号， 本分组的唯一序号 当前协议编号，如IP、TCP、UDP等 等 IP报文长，相加，不考虑进位部分，、 1656 、 报文长，576 - 64K之间 报文长 相加，不考虑进位部分，其16位以 之间 最大次数， 50 位以 最大次数，以此避免死循环 0 3 4 7 8 15 48 63 内的结果即为校验和。 内的结果即为校验和。 标志 偏移 版本 头长度 服务类型 Internet protocol
12
IP数据报的格式
总长度字段是指整个I P 数据报的长度，以字节 为单位。利用首部长度 字段和总长度字段，就 可以知道I P数据报中数 据内容的起始位置和长 度。由于该字段长1 6 比特，所以I P数据报最 长可达6 5 5 3 5字节
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
9
IP数据报的格式
包括3bit的优先权子字段（现 在已被忽略），4bit的TOS子 字段和1bit未用位但必须置0
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
10
数据服务类型和优先级TOS字段说明
数据服务类型和优先级TOS 数据服务类型和优先级TOS
标识 12345 12345 12345 12345
MF 0 1 1 0
DF 0 0 0 0
片偏移 0 0 175 350
1020
IP数据报首部和分片有关的字段中的数值
Internet protocol 27
关于分段的说明
Who?
Router
When?
数据报尺寸比目的网络MTU大
How?
为每一个分段拷贝原有的数据报头 单独修改每一个头部,如标志位、分段偏移、长 度等等 向每一个分段拷贝数据
Internet protocol
15
不同链路层协议的MTU值
协议 Hyperchannel 令牌环(16Mb/s) 令牌环(4Mb/s) FDDI EtherNet X.25 PPP
Internet protocol
MTU(字节) 65535 17914 4464 4352 1500 576 296
Internet protocol
标识(identification)
标识占16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的 标识。
标识没有序号的意思，因为IP是无连接服务，数据报不存 在按序接收的问题。
当IP协议发送数据时，它就将这个计数器的当前值 复制到标识字段中。 当数据报由于长度超过网络的MTU时而必须分片时， 这个标识字段就被复制到所有的数据报片的标识字 段。 相同的标识字段使分片后的各数据报片最后能正确 地重新装成为原来的数据报。
Internet protocol 29
IP 协议--分段的重组
Who?
目的主机还是最后的Router?
条件
所有分段全部到达
Internet protocol
30
IP 协议--分片
分片丢失
到来的分片存储在内存中 若有的分片在规定时间内(UNIX,60秒)没有到达, 则删除所有分片
对分片进行分片
若互联网MTU次序如下： 1500->1000->576->1500 两次分片 重组为原始数据报
13
IP数据报的格式
分片与分片控制
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
14
数据报的大小、网络MTU及分片
网络MTU
在IP层下面的每一种链路层都有其自己的帧格式， 其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，被称 为最大传输单元MTU (Maximum Transport Unit)。 当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报 的最大长度(即首部加上数据部分)一定不能超过 下面的数据链路层的MTU值。
11
IP 数据报字段说明
常见应用协议建议的TOS值 常见应用协议建议的TOS值 TOS 应用协议
Telnet FTP控制信息 FTP数据信息 SMTP命令 SMTP数据 DNS UDP查询 DNS TCP查询 DNS区域传送 ICMP错误信息
Internet protocol
建议TOS值
D D T D T D 普通 T 普通
优先级 0 1 2 3 4 5 6
Internet protocol
定义 常规 优先 立刻 急速 超急速 火急 互联网控制 网络控制
7
C-Minimize Cost, 最小费用 R-Maximize Reliability, 最高可靠性 T-Maximize Through-put, 高大吞吐量 D-Minimize Delay, 最小延迟
Internet protocol 2
课程回顾
3. RARP协议 （了解） 协议 了解）
RARP协议的分组格式 RARP协议的工作过程 RARP备份服务器的设置
4.网际（IP）协议 （掌握） 网际（ ） 掌握） 网际
Internet protocol 31
IP数据报的格式
生存时间字段设置了数 据报可以经过的最多路 由器数
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
32
寿命(TTL)
寿命设置了该数据报在互联网系统中允许存 在的时间(也称生存时间)，以秒为单位。
当一台机器向网上传送数据报时，就为它设置了 一个最大生存时间。 当数据报通过的主机和路由器对该数据报进行处 理时，随着时间的消逝，要递减其寿命字段的值。 若此值为0，就把它从互联网上丢弃(删除)。
Internet protocol 17
数据报的大小、网络MTU及分片
TCP/IP选择了一个方便的初始数据报大小， 同时提供一种机制，在MTU较小的网络上， 把长数据报划分成更小的部分。 数据报划分得到的这种小块称为数据报片 (fragment)，这个划分过程称为分片 (fragmentation)。
16
数据报的大小、网络MTU及分片
由于各种MTU的限制，将使设计数据报最大长度变 得难以均衡。因此，设计一种灵活的机制以解决这 个问题。
虽然尽可能长的数据报会使传输效率更高，但由于以太 网的普遍应用，所以实际上使用的数据报长度很少有超 过1500字节的，而有时数据报长度被限制在576字节。 当数据报长度超过网络所容许的MTU时，就必须把过长 的数据报进行分片后才在网络中传送。 这时，数据报首部的“总长度”字段不是指未分片前的 数据报长度，而是指分片后的首部长度与数据长度的总 和。
这种方式存在两缺陷：
效率降低。分片后传输，即使遇到具有较大MTU的网络， 也只能传输小分片。 如果一个分片丢失了，再也无法重组一个数据报。
Internet protocol
20
分片控制
数据报首部中的标识(identification)、标志(flags)、片偏移 (Fragment offset)用来控制数据报的分片和重组。 Fragmentation Identifier-分段标识符
INTERNET PROTOCOLS
哈尔滨工业大学网络与信息中心 何慧
Internet protocol
1
课程回顾
1.地址解析的含义 （掌握） 地址解析的含义 掌握） 地址解析
IP地址与物理地址之间建立一个双向的映射关系 正向地址解析（ IP地址→物理地址） 反向地址解析 （物理地址→IP地址）
2. ARP协议 （掌握） 协议 掌握）
Internet protocol 28
分段的进一步说明
分段仅仅出现在包的数据部分 分段过程不包括包的头部 每一个分段都会产生一个包含它自己的IP头 部的新包 必须以8字节的倍数分段
若数据报有576字节数据,则需要两个分段:512和 64
分段偏移以8字节块为单位存储字节数
如值为31,则表示31×8
字节3799
首部1
首部2
首部3
字节0 数据报片1
Internet protocol
字节1399
字节1400 数据报片2
字节2799 字节2800 数据报片3
字节3799
偏移=0/8=0
偏移=1400/8=175
偏移=2800/8=350
26
分片举例
总长度 原始数据报 数据报片1 数据报片2 数据报片3 4000 1420 1420
Internet protocol 22
标志(flag)
标志 占3bit。目前只有前两个比特有意义。
标志字段的最低位记MF (Mode Fragment)。 MF=1即后面还有分片的数据报。 MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。 标志字段中间的一位记为DF (Don’t Fragment)，意思是 “不能分片”。 只有当DF=0时才允许分片。
因固定首部长度为20字节，因此每个数据报片的数据部 分长度不能超过1400字节。 于是分为3个数据报片，其数据部分长度分别为 1400,1400和1000字节。 原始数据报首部被复制为各数据报片的首部，但必须修 改有关字段的值。
Internet protocol
25
分片举例
首部
字节0
字节1400
字节2800
7
目前的协议版本号 是4，因此I P有时 也称作I P v 4。
IP数据报的格式
普通的I P首部长为 2 0个字节，除非含 有选项字段。
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
8
IP数据报的格式
首部长度指的是首部占32 bit 字的数目，包括任何选项。 由于它是一个4比特字段，因 此首部最长为6 0个字节。 普通I P数据报（没有任何选 择项）字段的值是5。
Internet protocol
23
片偏移
片偏移指出：较长的分组在分片后，某片在 分组中的相对位置。
也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从 何处开始。
片偏移以8个字节为偏移单位。 8
这就是说，每个分片的长度一定是8字节的整数 倍。
Internet protocol
24
分片举例
一个数据报的数据部分为3800字节(使用固定首部)， 需要分片为长度不超过1420字节的数据报片。
标识来自于同一个IP数据报的分段 16 bit
Fragmentation Offset-分段偏移
标识一个分段在整个数据报中的位置 其值×8B为实际的偏移
Fragmentation Flag-分段标志位
第16bit-保留,为0 17-DF,禁止分段 18-MF,为1时表示还有更多分段
Internet protocol 21
IP协议的三个功能组成部分 IP协议的数据报头格式
Internet protocol
3
第 五 章 IP协议(续)与ICMP协议
Internet protocol
4
本章主要内容
网际(IP)协议 (掌握) 差错与控制报文(ICMP)协议 (了解)
Internet protocol
5
IP协议－功能组成部分 IP协议位于Internet层，是Internet上最 重要的协议软件，也是TCP/IP协议中两 个最重要的核心协议之一。其主要由三 个功能部分组成： 1、无连接不可靠数据报传送 2、数据报路由选择 3、网络控制报文协议
Internet protocol
18
分片示例
Internet protocol
路由器R1把从A发送到B的长数据报分片；路由 器R2把从B发到A的长数据报分片
19
数据报片的重组
数据报的重组何时进行？
在TCP/IP互联网中，一旦数据报分片后，每片都作为独 立数据传输，直至到达目的站的主机后才对它进行重组。
Internet protocol 6
IP数据报格式
IP头部 头部
0 95 96
IP数据区 数据区
127 128 159
控制码
源IP地址 目的 地址 地址 目的IP地址
Hale Waihona Puke Baidu
4种服务类型： 种服务类型：
延迟类： 延迟类：请求最低的延迟 再次分段后本段在原分组的相对位置 0 15 16 31 32 47 48 63 64 71 72 79 80 95 吞吐量： 吞吐量：希望是高的吞吐链路 类型 总长度 组号 分段 存活时间 协议 校验和 可靠性： 可以是4版本或6版本 版本或6 可靠性：选择高可靠链路 。 可以是4以32位的四字节为单位，范围为 - 15。 32位的四字节为单位 范围为5 位的四字节为单位， 开销： 开销：廉价的路径 允许再次分段标志 将所有以16 16位为单位的双字节 将所有以16位为单位的双字节 ”的 报文所允许经过的“ 报文所允许经过的“跳 当前协议编号， 本分组的唯一序号 当前协议编号，如IP、TCP、UDP等 等 IP报文长，相加，不考虑进位部分，、 1656 、 报文长，576 - 64K之间 报文长 相加，不考虑进位部分，其16位以 之间 最大次数， 50 位以 最大次数，以此避免死循环 0 3 4 7 8 15 48 63 内的结果即为校验和。 内的结果即为校验和。 标志 偏移 版本 头长度 服务类型 Internet protocol
12
IP数据报的格式
总长度字段是指整个I P 数据报的长度，以字节 为单位。利用首部长度 字段和总长度字段，就 可以知道I P数据报中数 据内容的起始位置和长 度。由于该字段长1 6 比特，所以I P数据报最 长可达6 5 5 3 5字节
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
9
IP数据报的格式
包括3bit的优先权子字段（现 在已被忽略），4bit的TOS子 字段和1bit未用位但必须置0
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
10
数据服务类型和优先级TOS字段说明
数据服务类型和优先级TOS 数据服务类型和优先级TOS
标识 12345 12345 12345 12345
MF 0 1 1 0
DF 0 0 0 0
片偏移 0 0 175 350
1020
IP数据报首部和分片有关的字段中的数值
Internet protocol 27
关于分段的说明
Who?
Router
When?
数据报尺寸比目的网络MTU大
How?
为每一个分段拷贝原有的数据报头 单独修改每一个头部,如标志位、分段偏移、长 度等等 向每一个分段拷贝数据
Internet protocol
15
不同链路层协议的MTU值
协议 Hyperchannel 令牌环(16Mb/s) 令牌环(4Mb/s) FDDI EtherNet X.25 PPP
Internet protocol
MTU(字节) 65535 17914 4464 4352 1500 576 296
Internet protocol
标识(identification)
标识占16bit，它是一个计数器，用来产生数据报的 标识。
标识没有序号的意思，因为IP是无连接服务，数据报不存 在按序接收的问题。
当IP协议发送数据时，它就将这个计数器的当前值 复制到标识字段中。 当数据报由于长度超过网络的MTU时而必须分片时， 这个标识字段就被复制到所有的数据报片的标识字 段。 相同的标识字段使分片后的各数据报片最后能正确 地重新装成为原来的数据报。
Internet protocol 29
IP 协议--分段的重组
Who?
目的主机还是最后的Router?
条件
所有分段全部到达
Internet protocol
30
IP 协议--分片
分片丢失
到来的分片存储在内存中 若有的分片在规定时间内(UNIX,60秒)没有到达, 则删除所有分片
对分片进行分片
若互联网MTU次序如下： 1500->1000->576->1500 两次分片 重组为原始数据报
13
IP数据报的格式
分片与分片控制
Internet protocol
IP数据报格式及首部中的各字段
14
数据报的大小、网络MTU及分片
网络MTU
在IP层下面的每一种链路层都有其自己的帧格式， 其中包括帧格式中的数据字段的最大长度，被称 为最大传输单元MTU (Maximum Transport Unit)。 当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报 的最大长度(即首部加上数据部分)一定不能超过 下面的数据链路层的MTU值。
11
IP 数据报字段说明
常见应用协议建议的TOS值 常见应用协议建议的TOS值 TOS 应用协议
Telnet FTP控制信息 FTP数据信息 SMTP命令 SMTP数据 DNS UDP查询 DNS TCP查询 DNS区域传送 ICMP错误信息
Internet protocol
建议TOS值
D D T D T D 普通 T 普通
优先级 0 1 2 3 4 5 6
Internet protocol
定义 常规 优先 立刻 急速 超急速 火急 互联网控制 网络控制
7
C-Minimize Cost, 最小费用 R-Maximize Reliability, 最高可靠性 T-Maximize Through-put, 高大吞吐量 D-Minimize Delay, 最小延迟