第3章IP协议.ppt
第三章 IP协议RFC791TCP/IP详解卷1：CH3、CH11、CH12,主要内容,3.1 IP地址3.2 子网和子网掩码3.3 IP数据报3.4 IP选路3.5 IP的分片处理和重组处理3.6 IP组播技术3.7 IP的未来课下作业,3.1 IP 地址,255,255,255,255,点十进制,最大值,Network,Host,32 bits,IP 地址,255,255,255,255,点十进制,最大值,Network,Host,1286432168421,11111111,11111111,11111111,11111111,二进制,32 bits,1,8,9,16,17,24,25,32,1286432168421,1286432168421,1286432168421,IP 地址,255,255,255,255,点十进制,最大值,Network,Host,1286432168421,11111111,11111111,11111111,11111111,10101100,00010000,01111010,11001100,二进制,32 bits,172,16,122,204,举例十进制,二进制,1,8,9,16,17,24,25,32,1286432168421,1286432168421,1286432168421,A类:B类:C类:D类:E类:,IP 地址分类,8 bits,8 bits,8 bits,8 bits,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,D 类地址是多播地址,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,E 类地址保留为今后使用,十进制与二进制的转换,00000000=010000000=12811000000=19211100000=22411110000=24011111000=24811111100=25211111110=25411111111=255,128 6432168421,各类IP 地址的范围,1,A:,位,0NNNNNNN,Host,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,范围(1-126),1,B:,10NNNNNN,Network,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,范围(128-191),1,C:,110NNNNN,Network,Network,Host,8,9,16,17,24,25,32,范围(192-223),1,D:,1110MMMM,Multicast Group,Multicast Group,Multicast Group,8,9,16,17,24,25,32,范围(224-239),主机地址,172.16.2.2,172.16.3.10,172.16.12.12,10.1.1.1,10.250.8.11,10.180.30.118,E1,172.16,12,12,Network,Host,.,.,Network,Interface,172.16.0.010.0.0.0,E0E1,Routing Table,172.16.2.1,10.6.24.2,E0,11111111,可用的主机地址,172 16 0 0,10101100,00010000,00000000,00000000,16151413121110 9,87654321,Network,Host,00000000,00000001,11111111,11111111,11111111,11111110,.,.,00000000,00000011,11111101,1,2,3,65534,65535,65536,-,.,2,65534,N,2N-2=216-2=65534,IP地址的特点,由因特网编号授权委员会INAN(Internet Assigned Number Authority)统一分配非等级的地址结构一个主机同时连到两个网络上多接口主机IP地址同时指明主机和网络用转发器和网桥连接起来的若干局域网具有相同的网络号所有分配到网络号的网络都是平等的主机号置全0可用来指明单个网络的地址,特殊IP地址,网络地址 主机号部分为全0，用来表示一个网络，而不是连接到该网络的主机，该地址不能在IP包中出现。如：128.1.0.0表示一个B类网络128.1直接广播地址 主机号部分为全1，该地址作为目的地址时表示发给一个网络中的所有主机，但只有单个包通过互联网到达该网络，然后送达该网络中的所有主机。如：目的地址为128.1.255.255的包是发给一个B类网络128.1中的所有主机。,有限广播地址 255.255.255.255 表示在本网络中的一次广播。本机地址 0.0.0.0 当计算机启动时能自动获得它的IP地址，但，启动协议也使用IP来通信。当使用这个启动协议时，计算机不可能支持一个正确的IP源地址，为了处理这一情况，用0.0.0.0 指本计算机。,回送地址 127.*.*.*用于测试网络应用程序，当一个应用程序发送数据给另一个应用程序时，数据向下穿过协议栈到达IP软件，IP软件把数据向上通过协议栈返回第二个程序。因此，程序员可以很快地在一台计算机上测试程序逻辑，而无需两台计算机，也无须通过网络发送包。根据习惯，经常使用主机号1，所以常见的回送地址是127.0.0.1,特殊IP地址小结,保留IP地址,为了解决IP地址缺乏问题，IANA在RFC1918中规定：保留一些IP地址空间，用于私有网内，不在公共网内存在。10.0.0.0/8172.1631.0.0/16192.168.0.0/24,3.2 子网和子网掩码,IP地址的设计不合理,不够用,浪费,将IP地址扩展（IPV6）,划分子网,全1,全0,子网掩码,网络 172.16.0.0,172.16.0.0,不划分子网的IP地址,172.16.0.1,172.16.0.2,172.16.0.3,.,172.16.255.253,172.16.255.254,Network 172.16.0.0,划分子网的IP地址,172.16.1.0,172.16.2.0,172.16.3.0,172.16.4.0,子网的寻址,172.16.2.200,172.16.2.2,172.16.2.160,172.16.2.1,172.16.3.5,172.16.3.100,172.16.3.150,E0,172.16,Network,Network,Interface,172.16.0.0172.16.0.0,E0E1,New Routing Table,2,160,Host,.,.,172.16.3.1,E1,子网的寻址,172.16.2.200,172.16.2.2,172.16.2.160,172.16.2.1,172.16.3.5,172.16.3.100,172.16.3.150,172.16.3.1,E0,E1,172.16,2,160,Network,Host,.,.,Network,Interface,172.16.2.0172.16.3.0,E0E1,New Routing Table,Subnet,子网掩码,255,255,0,0,IP地址,缺省的子网掩码,有8位子网号的子网掩码,Network,Host,Network,Host,Network,Subnet,Host,11111111,11111111,00000000,00000000,划分子网要付出代价,一个B类地址本来可容纳216-2=65534台主机划出6位子网号后最多可有：26-2=62个子网 每个子网最多可有210-2=1022台主机 共容纳621022=63364台主机比划分子网前少容纳 65534-63364=2170台主机,不划分子网的子网掩码,A类,255.0.0.0,255.255.0.0,255.255.255.0,石油大学202.194.145.属于C类地址，没划分子网，故子网掩码为 255.255.255.0,B类,C类,子网规划,Other subnets,192.168.5.16,192.168.5.32,192.168.5.48,20 个子网每个子网内5 个主机C 类地址:192.168.5.0,无类路由选择CIDRClassless Inter-Domain Routing,用来解决两类问题：主干网路由表的增长聚合路由，使属于同一个AS的多个地址映射到一个地址上。IP地址不够用合理分配网络号和主机号的长度，使得IP地址被充分利用。关键技术：在IP地址和路由表中变长前缀之间有效地找到最长匹配参考网站：http:/,有类和无类路由协议,3.3 IP 数据报,首部,数据,前一部分：20字节的固定首部,后一部分：长度可变的选项字段、填充,比特 0 4 8 16 19 24 31,固定部分,可变部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,发送在前,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,固定部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,服务类型 8位 用来获得更好的服务,0 1 2 3 4 5 6 7,Low Delay High ThroughputHigh ReliabilityLow Cost,ToS,0,ToS最多有一位置1,ToS字段推荐值,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,标志(flag)占 3 bit，目前只有前两个比特有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,偏移=0/8=0,偏移=0/8=0,偏移=1400/8=175,偏移=2800/8=350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,2800,字节 0,IP 数据报分片的举例,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,生存时间(8 bit)记为 TTL(Time To Live)，这是为了限制数据报在网络中的生存时间，其单位最初是秒，但为了方便，现在都用“跳数”作为 TTL 的单位。数据报每经过一个路由器，其 TTL 值就减 1。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,常用的协议字段值是：UDP17 TCP6 ICMP1 IGMP2 BGP3 EGP8 IGP9 OSPF89 TP429,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,10101100,00010000,11011011,01101110,10100000,11000100,00000010,首部检验和 RFC1071,00010000,00010000,10010000,00010000,00000010,00000010,10101100,10010000,10010010,+,01101101,00111011,10010001,01101111,发送端,接收端,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数据报首部,IP 数据报,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数据部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,IP 数据报首部的可变部分,IP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。,选 项,安全和处理限制（用于军事领域）记录路径（让每个路由器都记下它的I P地址）时间戳（让每个路由器都记下它的I P地址和时间）宽松的源站选路（为数据报指定一系列必须经过的I P地址）严格的源站选路（要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地址）。这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。选项字段一直都是以4字节作为界限，在必要的时候插入值为0的填充字节。这样就保证 I P首部始终是4字节的整数倍,3.4 IP选路,路由器收到待转发的数据报查表 得到下一站路由器入口的IP地址地址转换 路由器入口的IP地址路由器入口的MAC地址写帧根据帧中MAC地址找到下一站路由器入口很多路由表中，下站地址就是写的路由器入口的MAC地址,查路由表,用子网掩码目的站IP地址D N（网络号+子网号）若N=该路由器某个端口的网络号，则直接交付，否则转若路由表中有D的指明主机路由，则按指明的路由器转发，否则转若路由表中有到达网络N的路由，则按表中转发，否则转若有默认路由，则按默认路由转发，否则转 报告路由选择出错,3.5 IP的分片处理和重组处理,数据链路不同，MTU也不同。各种数据链路的MTU 见TCP/IP综合基础篇P164,以太网 1500字节IEEE802.3 1492字节16M令牌环 17914字节4M令牌环 4464字节FDDI 4352字节X.25 576字节点对点（低时延）296字节,IP数据报的分片处理和重组处理,分片以8字节为单位进行分片可以反复多次分片的缺点：加重路由器的处理负担只要丢失一个分片，原数据报将全部丢掉。,路径MTU发现Path MTU Discovery,在现在的操作系统中都有实际安装查资料：路径发现的原理和方法做实验：用ping、tracert等工具测试 ping和tracert的用法见“常用的网络命令”文档,3.6 IP组播技术,为了适应多媒体应用，1989年 Stew.Deering 引入组播技术。应用：视频/音频会议共享公告板“push”技术（广告、信息订阅等）数据发布服务器数据复制.,IP组播技术要点,寻址 224.0.0.0-239.255.255.255 224.0.0.0-224.0.0.255 为保留224.0.0.1：子网上的所有主机224.0.0.2：子网上的所有路由器动态注册 RFC1112定义了IGMP组播路由,IGMP 因特网组管理协议,采用IGMP，路由器可以确定哪些本地网段应该接受某一特定组播组的流量。采用组播，一台主机上运行的多个进程可以属于同一组播组。主机上运行的进程，或者说用户、应用参与某一主机接口的组播组。这一概念是理解组播的基础也是理解的关键。,某一接口上的组播组成员是动态的，它随着进程加入或离开组而改变，这意味着用户基于他们执行的应用可以动态地参加组播组。IGMP处理的是组播数据包分发服务环节的最后一步，它仅涉及在本地路由器和直连子网的组成员之间传送组播数据流。IGMP并不关心相邻路由器间或跨越互联网的组播数据包的分发，这是由组播路由协议来完成。,组播路由协议,目前常用的组播路由协议有：距离矢量组播路由协议DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol组播开放最短通路优先MOSPF Multicast Open Shortest Path First独立于协议组播 PIM Protocol Independent Multicast，有两种模式：密集模式和稀疏模式。,组播路由协议的特点,组播路由协议必须结合传统的单播路由协议一起工作，以建立网络路经。,组播应用状况,在国外应用非常广泛微软公司每个月都要用组播技术传播多媒体数据流Cisco公司已经用IP/TV来进行实时视频流组播，用于公司内部的会议和培训。美国田纳西州的Promus饭店已经使用StarBurst通信公司的软件，通过卫星链路向所属分店分发软件升级和数据更新信息。MCI公司以及BBN Planet公司等一些Internet服务提供商正在有限的基础上进行组播试验，包括UUNET Technologies在内的供应商已经开始向客户提供组播服务，Digital Xpress公司通过卫星经销组播服务。,组播中的主要问题,管理问题要防止的攻击：泛洪攻击会话冲突未授权的接收者接受组播数据以别的数据源淹没真正的源，改变会话的内容。IGMPv3增加了对当前IP组的管理安全问题服务质量问题 QoS,组播的前景,由于组播是一项非常实用的技术，为了推动它的发展，由全球主要的网络设备厂商、电信运营公司和ISPs成立了一个论坛型的组织“IP组播倡议组织(IPMI)”。许多大公司，包括AT&T、IBM、Cisco、Microsoft和3Com等都支持IP组播技术，并且成为了IPMI的成员。IPMI的目的是与IETF中的组播工作组一起制定IP组播标准，并加速这些标准的采用。随着组播技术的进一步完善，以及更多高效、实用的组播应用程序被开发出来，组播将获得更加广泛的应用。,3.7 IP的未来IPv6,IPv4所面临的问题IPv4的地址严重匮乏路由表急剧膨胀网络安全暂时的解决方法NATCIDR,IPv6特点新的地址方案效率更高更灵活功能更强.,IPv6地址表示,冒号十六进制表示法 x:x:x:x:x:x:x:x每段16 位，如：FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210允许零压缩，如：FF01:0:0:0:0:0:0:101=FF01:1010:0:0:0:0:0:0:1=:10:0:0:0:0:0:0:0=:,允许IPv4地址和IPv6地址 混合使用 IPv4 兼容地址：支持隧道方式在IPv4中传IPv6包（高96比特为0）：202.112.109.47IPv4映象地址：用于IPv6节点访问只支持IPv4的节点。:FFFF:202.112.109.47,IPv6地址类型,RFC2373可聚集全球地址0011/8 total space链路本地地址11111110101/1024 total space节点本地地址11111110111/1024 total space多点传送地址111111111/256 total space,IPV4到IPV6的过渡,隧道技术双协议栈查资料：IPV4到IPV6的过渡技术做实验：做一个隧道，来传输IPV4和IPV6数据报,课下作业（必做）,1.查资料：IPV4到IPV6的过渡技术研究并做相应的实验2.查资料：IP欺骗原理及防御策略 并做相应的实验3.查资料：IP组播技术研究,课下作业（选作）,1.编写一个解析IP数据包的程序，用该程序捕获网络中的IP数据包，解析数据包的内容，将结果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。（注：使用socket编程）运行格式：程序名日志文件,2.编程序，监控网络，捕获一段时间内网络上的IP数据包，按IP数据包的源地址统计出该源地址在该段时间内发出的IP数据包的个数，将其写入日志文件或用图形表示出来（建议用图形表示出统计结果）运行格式：程序名时间间隔日志文件名3.编程序，判断一个IP地址是否合法，并判断该地址是否属于一个给定的子网。运行格式：程序名 子网号/子网掩码中1的个数 IP地址,
