第4章網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IPv4教學(xué)目標(biāo)1、理解網(wǎng)絡(luò)層在通信過(guò)程中的作用2、熟悉IP報(bào)文結(jié)構(gòu)設(shè)講授內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次IP數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次多種不同網(wǎng)絡(luò)（協(xié)議）存在的原因歷史原因：不同公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品大量使用；價(jià)格原因：網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品價(jià)格低，更多的人有權(quán)決定使用何種網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)原因：不同網(wǎng)絡(luò)采用不同技術(shù)、不同硬件、不同協(xié)議沒(méi)有一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樗杏脩舴?wù)，任何單個(gè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都不能滿足所有的需要，因此我們只能考慮包容多種基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的目標(biāo)是要進(jìn)行統(tǒng)一的合作網(wǎng)絡(luò)的互連，支持一種通用的通信服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次應(yīng)用級(jí)互聯(lián)早期的異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是通過(guò)應(yīng)用程序完成的。用協(xié)議轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，這種互聯(lián)網(wǎng)中，除了應(yīng)用層協(xié)議外，其他各層協(xié)議都不相同。網(wǎng)絡(luò)級(jí)互聯(lián)我們?cè)谝蕾囉诩夹g(shù)的通信機(jī)制和應(yīng)用程序之間插入的網(wǎng)際互連軟件將隱藏低層的細(xì)節(jié)，使得集成網(wǎng)絡(luò)看起來(lái)象是單個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)，能夠把用戶數(shù)據(jù)分組從源端發(fā)送到目的端。這樣一種互連方案就稱為網(wǎng)際互連，所形成的網(wǎng)絡(luò)稱為inernet（互連網(wǎng)）。避免了應(yīng)用級(jí)互聯(lián)的種種弊端。例如：IP協(xié)議。基于IP路由器的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型TCPIPLLCMAC1PH1

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

IPX.25-3LLCX.25-2MAC2X.25-1PH2LAN1LAN2X.25網(wǎng)IP路由器1IP路由器2站A站B網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在滿足服務(wù)功能的前提下，互聯(lián)實(shí)現(xiàn)層應(yīng)盡可能選在較低的層次上。如互聯(lián)實(shí)現(xiàn)層是第N層，那么包括第N層在內(nèi)的以上各功能必須完全相同，才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和互通，而包括（N－1）層在內(nèi)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(dú)立子網(wǎng)。實(shí)際上就是要將小網(wǎng)變成統(tǒng)一的大網(wǎng)。局域網(wǎng)之間的互聯(lián)多選擇在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，分別采用轉(zhuǎn)發(fā)器和網(wǎng)橋。而局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)以及廣域網(wǎng)之間的互聯(lián)多選擇在網(wǎng)絡(luò)層，采用路由器互聯(lián)。IP層的地位IP層作為通信子網(wǎng)的互聯(lián)層，最基本的服務(wù)是提供一個(gè)非可靠的盡最大努力去完成好任務(wù)的、無(wú)連接的分組投遞系統(tǒng)（數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制）。說(shuō)它非可靠，是因?yàn)樗蟮耐哆f不能保證成功，IP路由器盡量減少對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的處理過(guò)程，以盡快的速度轉(zhuǎn)發(fā)，不對(duì)數(shù)據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)，不作接收確認(rèn)，不對(duì)分組重新排序，重組。因此，IP協(xié)議并不保證IP報(bào)文傳遞的可靠性。說(shuō)這種服務(wù)是盡最大努力去做好，因?yàn)镮P盡最大努力去投遞分組，并不輕易地拋棄分組，僅當(dāng)資源用盡或下面的物理網(wǎng)失效時(shí)才會(huì)發(fā)生不可靠的現(xiàn)象。

只將發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)和故障報(bào)告，向上一層遞交。IP層的地位其次，IP協(xié)議是點(diǎn)到點(diǎn)的。IP數(shù)據(jù)報(bào)基本上按“端系統(tǒng)路由器路由器端系統(tǒng)”逐跳方式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。IP協(xié)議向上層(主要是TCP層)提供統(tǒng)一的IP報(bào)文，使得各種幀或報(bào)文格式的差異性對(duì)高層協(xié)議不復(fù)存在。IP層是TCP/IP實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)互聯(lián)最關(guān)鍵的一層。IP的“在任何技術(shù)上運(yùn)行”的能力被認(rèn)為是其最重要的特性之一。到目前為止，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，不適合于IP協(xié)議。

IPoverEverythingIP層對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一IP報(bào)文對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)幀的統(tǒng)一IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)

IP數(shù)據(jù)報(bào)（分組）有兩層含義：第一是指IP層的無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制以及IP協(xié)議提供的無(wú)連接服務(wù)；第二是指IP數(shù)據(jù)報(bào)格式。二者是密切相關(guān)的：無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制需要通過(guò)IP數(shù)據(jù)報(bào)格式來(lái)體現(xiàn)，而IP數(shù)據(jù)報(bào)格式只有在無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制中才真正具有意義。3位優(yōu)先級(jí)；D,T,R,C；一位未用IP報(bào)文格式

數(shù)據(jù)IP版本號(hào)：IPV4通常5個(gè)字長(zhǎng)(20個(gè)字節(jié))頭部加數(shù)據(jù)最大:65535字節(jié)生存期：用于限制分組生命周期的計(jì)時(shí)器（缺省64）。用來(lái)說(shuō)明分段在當(dāng)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(gè)分組。源站發(fā)送一個(gè)分組，標(biāo)識(shí)值加1。(源IP地址，標(biāo)識(shí))構(gòu)成全網(wǎng)唯一分組標(biāo)識(shí)校驗(yàn)：僅對(duì)頭部進(jìn)行校驗(yàn)選項(xiàng)：用于擴(kuò)充協(xié)議功能。例如安全性，記錄路由，時(shí)間戳等用于說(shuō)明IP分組應(yīng)被傳送到的高層協(xié)議(TCP:6,UDP:17)服務(wù)類型TypeofService：分組所期望的服務(wù)類型優(yōu)先級(jí)（3位）：指示對(duì)分組進(jìn)行處理（排隊(duì)或丟棄）的優(yōu)先權(quán)。一般為0。服務(wù)類型（TOS）：4位，分別代表最小時(shí)延、最大吞吐量、最高可靠性、最小費(fèi)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(wù)PPPTTTT0服務(wù)類型總長(zhǎng)度

該16位段給出IP分組的總長(zhǎng)度，單位是字節(jié)，包括分組頭和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度可以從總長(zhǎng)度減去分組頭長(zhǎng)度計(jì)算出來(lái)。由于總長(zhǎng)度段有16位，所以最大IP分組允許有65535個(gè)字節(jié)。但這樣大的IP分組在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸可能不太現(xiàn)實(shí)，盡管應(yīng)用程序有時(shí)可能需要傳送大的數(shù)據(jù)報(bào)文。IP規(guī)范規(guī)定，所有主機(jī)和路由器至少能支持576字節(jié)的分組長(zhǎng)度。在本節(jié)的稍后我們將會(huì)說(shuō)明，IP分組在網(wǎng)絡(luò)傳送過(guò)程中被分成報(bào)片的情況下，分片后形成的IP分組中的總長(zhǎng)度段指的是單個(gè)報(bào)片的總長(zhǎng)度，而不是原先IP分組的總長(zhǎng)度。分組的分段標(biāo)志段

協(xié)議字段和分組頭校驗(yàn)字段協(xié)議

8位的協(xié)議段表示哪一個(gè)高層協(xié)議將用于接收IP分組中的數(shù)據(jù)。高層協(xié)議的號(hào)碼由TCP/IP中央權(quán)威管理機(jī)構(gòu)予以分配。編號(hào)描述編號(hào)描述1ICMPv42IGMP6TCP8EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）9任何專用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議17UDP45域內(nèi)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(yàn)字段分組頭檢驗(yàn)和

16位的分組頭檢驗(yàn)和字段保證IP分組頭值的完整性，當(dāng)IP分組頭通過(guò)路由器時(shí)，分組頭發(fā)生變化（例如生存時(shí)間段值減1），檢驗(yàn)和必須重新計(jì)算。檢驗(yàn)和的計(jì)算十分簡(jiǎn)單。首先，在計(jì)算前將檢驗(yàn)和段的所有16位均置成0，然后IP分組頭從頭開始每?jī)蓚€(gè)字節(jié)為一個(gè)單位相加，若相加的結(jié)果有進(jìn)位，那么將和加1。如此反復(fù)，直到所有分組頭的信息都相加完為止，將最后的值對(duì)1求補(bǔ)，即得出16位的檢驗(yàn)和。只校驗(yàn)首部：無(wú)須重復(fù)校驗(yàn)數(shù)據(jù)部分；縮短了路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)的處理時(shí)間。4500010001010000000000310000000000110001010001010011000189F5100010011111010111001111001001106E060110111000000110100111101001011000000DEB7110111101011011120001101111100011IP頭：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800DC發(fā)送方：DEB7110111101011011120001101111100011455D010001010101110120110000101000000C0A811000000101010003001000011110100000DC000000001101110030010001011000100IP頭：4500003189F500006E060000DEB7455DC0A800D