《网际层协议》PPT课件.ppt
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1、第五章 TCP/IP协议,5.1 引言,以TCP/IP为核心协议的Internet更加促进了TCP/IP的应用和发展,已成为事实上的国际标准。从网络体系结构来看,TCP/IP是OSI参考模型七层结构的简化,它只分为四层:应用层、传送层、网际层和网络接口层,5.2 网络接口,TCP/IP协议不包含具体的物理层和数据链路层协议,只规定了TCP/IP协议与各种物理网络之间的网络接口。这些物理网络可以是广域网,如ARPANET、MILNET和X.25公用数据网,也可以是局域网,如Ethernet、Token Ring、FDDI等IEEE定义的各种标准局域网。,5.3 网际层协议,网际层的功能是实现互连
2、网络环境下端到端数据分组的传输,采用无连接的方式。IP协议:数据传输、路由选择 地址解析协议 ARP 逆地址解析协议 RARP 因特网控制报文协议 ICMP:网络控制和差错处理,逻辑地址与物理地址的映射,5.3.1 IP协议1.IP 地址,在互连网体系结构中,参与通信的各个节点都要预先分配一个惟一的逻辑地址作为标识符,并且使用该地址进行一切通信活动,该地址称为IP地址。实际上 IP 地址是标志一个主机(或路由器)和一条链路的接口。一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,在IP v4 中,IP地址为32位,由网络标识(Net)和主机标识(Host)两部分组成。网络号标志主机(或路由器)所连
3、接到的网络,主机号标志该主机(或路由器)。,点分十进制记法,10000000 00001011 00000011 00011111,采用点分十进制记法则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP地址共分为五类,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,特殊地址,常用的三种类
4、别的 IP 地址,D类地址是多播地址,表示的地址范围是E类地址是实验地址,表示的地址范围是,在Internet中,IP地址不是任意分配的,必须由国际组织统一分配,以保持IP地址的惟一性,避免IP地址冲突。IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号,而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这方便了 IP 地址的管理。,IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址,用于Intranet内部地址。其地址范围如下:10.0.0.0 172.16.0.0 私有地址只能在内部网络中使用,只有通过代理服务器才能与Internet通信。,两级的 IP 地址地址空间的利用率很低。例如,A类地址中一个网
5、络中包含大量主机,这会给网络寻址和管理带来困难。解决的方法是在网络中引入子网。划分子网,是指将主机地址进一步划分成子网地址和主机地址,使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。,划分子网,在原来的主机号中用若干个比特作为子网号。子网号所占的位数与子网的数量相对应。例如,用3个比特来进行子网划分,则可划分为8(23)个子网,每个子网中可以有32(25)台主机,屏蔽码(掩码)的概念,屏蔽码是IP地址的特殊标注码,用于指明一个IP网络中是否有子网。如果没有子网,屏蔽码中的网络号为全1,主机号字段为全0,net-id,net-id,host-id,net-id,A类地址,屏蔽码,B类地址,屏蔽码,
6、C类地址,屏蔽码,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,host-id,host-id,A 类、B 类和 C 类 IP 地址的屏蔽码,划分了子网后,屏蔽码中的网络号和子网号字段为全1,主机号字段为全0,网络号 net-id,主机号 host-id,两级
7、IP 地址,网络号,net-id,host-id,三级 IP 地址,主机号,屏蔽码,通过屏蔽码,可以找出一个IP地址所在网络的网络地址。方法:用屏蔽码与IP地址进行逐位“与”运算。,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,主机号,子网号,屏蔽码,不划分子网时的网络地址,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,net-id,host-id 为全 0,AND,(IP 地址)AND(屏蔽码)=网络地址,例,在没有划分子网的情况下,某主机的IP地址为,求该主机所在的网络地址。求解:这
8、是一个A类地址,A类地址的屏蔽码是,因此,用和进行AND运算,即可得到其网络地址为,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,屏蔽码,划分子网时的网络地址,AND,划分子网后,IP地址与屏蔽码总是成对出现,例,某IP地址为,而子网屏蔽码是,求其网络地址。求解:用和进行AND运算,即可得到划分了子网后的网络地址为,同一个子网内的两个主机可以直接进行通信。如果两个主机不在同一个子网内,就必须借助路由器进行转发。例:屏蔽码:IP地址:202.114.80.1 主机号字段为00000001 202.114.80.16 主机号字段为00010000 由于这两个IP地址的主机号字段前三位均为000,说明它
9、们属于同一子网,直接交换信息。方法二:AND运算结果均为,说明它们属于同一子网,直接交换信息。,例,子网掩码:IP地址:202.114.80.1 主机号字段为00000001 202.114.80.130 主机号字段为10000010这两个IP地址的主机号字段前三位不同,说明它们属于不同子网,必须通过路由器来交换信息。方法二:AND运算结果为 和202.114.80.128,说明它们不属于同一子网。,子网划分综合题,某公司分到的地址是。该公司需要6个子网。试设计子网划分方案。求解:1)这是一个c类地址,默认掩码中1的个数为24个。2)需6个子网,因此主机号中需拿出3位来进行子网划分,共划分为8
10、个子网,每个子网中的主机数量为25=323)子网掩码中1的个数为27(24+3),而0的个数为5 得到子网掩码是4)确定每个子网的地址范围:子网0:;子网1:;,获取网络地址的意义,路由器的路由表中保存的是网络地址,这样既可以解决存储空间有限问题,又可以加快路由选择。路由器收到分组后取出目的主机的IP地址,计算出目的主机所在的网络地址,用网络地址去查找路由表以决定该从哪一个接口来转发分组。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联
11、网,在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。,2.IP协议1)IP数据报格式,TCP/IP中,网际层的分组又叫做IP数据报。IP数据报由报头(首部)和报文数据两部分组成。IP首部由20字节的固定部分和可变长部分组成,最大可以为60字节。,数 据 部 分,首 部,IP
12、 数据报,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,段 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,段 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段(长 度 可
13、 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,段 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,段 偏 移
14、,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,段 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,数据报的分段,在各种物理网络中都有最大帧长
15、限制。为了使较大的数据报能以适当的大小在物理网络上传输,IP协议首先要根据物理网络所允许的最大帧长对上层协议提交的数据报进行长度检查,必要时把数据报分成若干个段发送。与数据报分段相关的字段有:标识、标志、段偏移,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,段 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
16、本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,段 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,段 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
17、据 部 分,比特,固定部分,可变部分,在数据报分段时,每个段都要加上IP报头,形成IP数据报。对每一个被分段的IP数据报都要重新计算其报文总长度。,数 据,数 据,数 据,首部,首部,首部,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,数据报段1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报段 2,数据报段 3,1400,2800,字节 0,IP 数据报分段的举例,数据报重装,由于被分段的各个IP数据报进行独立的传输,到达目的主机时可能失
18、序。因此,目的主机必须将分段后的IP数据报进行重装。数据报重装时,分组应具有相同的标识、IP地址、上层协议号,并按分段偏移顺序组装成一个完整的原始IP数据报,提交给上层协议。,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
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