第三章 网际协议

第三章 IP：网际协议

3.1引言

   IP是最核心的协议，都是以IP数据报的格式传输。

特点：

不可靠： 不能保证IP数据报成功到达目的地，IP仅提供传输服务。可靠性有上层提供（TCP）。

   无连接： IP不维护任何关于后续数据报的状态信息，没和数据报处理都是独立的。

 

3.2IP首部

   普通的IP首部为20字节，除非含有选项字段。

  

4字节的32bit按照以下格式big endian字节序，依次传输4个字节。

详细说明IP传输格式：

1.前4个bit 是版本号，IPV4/IPV6 .

2. 4位的首部长度 ：：： 首部占32bit字的数目，包含选项，最长是60字节，普通的是20字节，字段的值为5.

3.8位的服务类型： 3位的优先权子字段（先已忽略）， 4位的 ＴＯＳ子字段，和最后 １位的　０　。　

ＴＯＳ分别代表 最小时延，最大吞吐量， 最高可靠性，最小费用。只能一个为1，其余为0.全0，代表一般服务。   现在大多数TCP/IP实现不支持TOS特性。

 

4. 16位（int）总长度字段，整个ip数据报长度，以字节为单位。当数据报分片时，该值也会变化。

必要内容：：： ip最小为46字节，通过总长度来区别内容和补零的。

5.16位标示字段：：：唯一地标识主机发送的每一份数据报，每发送一份就加1.

6. 3位 标志字段

7. 13位片偏移字段

8.8位的 TTL生存时间：：：数据报可以经过最多的路由器树。每经过一个，该字段就减1，当等于0时就丢弃，并发送ICMP报文通知源主机。

9.　８位　协议字段　：：：　区分是那个协议向IP发送的数据报。

10.    16位　首部检验和字段：：：每16位取反，再取和。但是只对首部，不对后面数据计算。

11.    32位源IP地址

12.    32位目的IP地址

13.    选项：　很少被使用，除非所有主机路由都支持

纪录路径：：：　让每个路由器记下它的IP地址

时间戳：：：每个路由纪录下它的IP地址和时间

宽松的源路选择：：：　为数据报指定一系列必须经过的IP地址。

严格的源路选择：：：　只能经过指定的地址，不能经过其他地址。　

选项是32bit为界，不足补０．So->可以进行16位的首部检验。

 

3.3IP路由选择

   如果直接相连或者在同一网络，IP数据报直接送到目的主机上，否则，主机把数据报发送到默认的路由器上，由路由器转发数据报。

   IP层在内存中有路由表，收到数据报后，先检测ip地址如果是本机地址或者广播地址就出来，不是就搜索，如果在，就发到下一个指定的地址，或默认路由中。

路由表每一项都含有以下信息：

   目的IP地址  ： 可以是主机地址，也可以是网络地址。

   下一跳路由的IP地址 或者直接相连的网络IP地址。

   标志： 有一个标志指明目的IP地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器还是直接接口。

   为数据报的传输指定一个网络接口。

IP路由选择完成以下功能

1.搜索路由表  寻找能与目的IP地址完全匹配的表目，如果找到，就把报文发到下一跳。

2. 搜索路由表，选择与目的网络号匹配的表目，找到就把报文发送到下一个router 或者直接相连的网络接口。

3.选择默认路由，将报文发送到这个router。

 

数据报中的目的IP地址始终不发生变化，所有的路由选择决策都是基于这个目的IP地址。

每个链路层可能具有不同的数据帧首部，而且链路层的目的地址（如果有）指向下一站的链路层地址。在SLIP链路没有，以太网可以通过ARP获得。

 

 

3.4  子网寻址

不再把IP地址单纯的视为视为网络号和一个主机号的组成。而是将主机号再分成一个子网号和一个主机号。大部分是B类的。

子网来说隐对外部router藏了内部网络组织的细节。所有的IP地址都有相同的网络号

 

 

3.5子网掩码

   除了IP地址外，主机还需要指定有多少比特用于子网号多少用于主机号。掩码是32bit的值，网络号和子网号为1，主机号为0.由此可得到子网掩码。子网掩码经常用十六进制来表示。

   给定的IP地址和子网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的地是：1.本子网的主机 ； 2. 本网络中其他子网的主机； 3. 其他网络上的主机；

 

 

3.5特殊情况的IP地址

7个特殊的IP地址： 0 表示全0. -1 表示全1，netid ,subnetid ,hosted 分别表示不全0 或不全1的字段

 

         IP 地址                                   可以为                    描述

网络号  子网号 主机号          源端  目的段

0                            0                 OK    NO      网络上的主机

0                       主机号            OK    NO      特定的主机

127                  任何值            OK    OK      环回地址

-1                        -1                  NO    OK 受限广播（不能转发）

Netid                   -1                 NO    OK 目的是netid的广播

Netid   subetid -1                  NO    OK 子网subetid的广播

Netid       -1        -1                  NO   OK 所有子网为目的向netid广播

 

 

3.8ifconfig 命令

   现在介绍TCP/IP对网络接口进行配置和查询的命令：ifconfig 命令一般在引导时运行以配置主机上的每个接口。

如果不能直接运行，应该是环境变量PＡＴＨ中没有设置。

ｉｆｃｏｎｆｉｇ　

网卡信息的一些解释： 

第一行：连接类型：Ethernet（以太网）HWaddr（硬件mac地址） 

 

第二三行：网卡的IP地址、子网、掩码 

 

第四行：UP（代表网卡开启状态）RUNNING（代表网卡的网线被接上）MULTICAST（支持组播）
MTU:1500（最大传输单元）：1500字节  www.2cto.com  

 

下面就是接收、发送数据包情况统计和发送接受数据字节数的统计信息。

 

3.9netstat　命令

   Netstat   命令提供系统上的接口信息  –i参数将打印出接口信息，-n参数则打印出IP地址。 还可以用它来检查路由表 。

每个接口的M T U、输入分组数、输入错误、输出分组数、输出错误、冲突以及当前的输出队列长度

 

3.11 小节

   IP首部的格式，简单讨论了首部12个字段，还介绍了IP主机路由选择：如果直接相连就传过去，否则就传给默认路由器。 

   在进行路由选择决策时，主机和路由器都是用路由表 。表中有三种类型的路由：特定主机，特定网络，默认路由

   IP路由选择是通过逐跳来实现的，数据报在传输过程中目的IP不变，但是封装在链路层的目的地址可能发生变化，一般是默认的下一个路由。

   A,B类地址可以进行子网划分—子网掩码。接口和网络相关的信息通过ifconfig 和netstat命令合一获得包括IP地址，子网掩码，广播地址以及MTU。

 

习题：

1. 环回地址必须是127.0.0.1吗？

不是，网络号时127的就可以了，但为了方便，一般选择是127.0.0.1。

2. 图中有两个网络接口的路由器

k p n o有5个接口：3个点对点链路和2 个以太网接口。R 10有4个以太网接口。g a t e w a y

有3个接口： 2个点对点链路和1 个以太网接口。最后， n e t b有1个以太网接口和2个点对点链路。

3.子网号16bit的A类地址与子网号为8bit的B类地址的子网掩码有什么不同：

A255.   255.255. 0

  网络号 16bit   留给主机的

B255.255.    255.    0

 网络号   子网号   主机的

没区别

 

4.子网掩码255.255.0.255对A类地址有效吗？

无效的 网络号和子网号为全1，主机号为全0，最后一个255 没意义？　ｗｒｏｎｇ　

合法的： 称为非连续的子网掩码，但是ＲＦＣ建议反对使用非连续子网掩码。

5.Netstat打印的环回接口的MTU为什么是1536？

     历史遗留问题１０２４＋５１２　但是打印ＭＴＵ值包含了所有需要的首部字节数

6.TCP/IP协议族是基于一种数据报的网络技术，即I P层，其他的协议族则基于面向连接的网络技术。阅读文献[Clark 1988]，找出数据报网络层提供的三个优点