计算机网络原理Ch8IP协议ppt课件

第八章 因特网的网络互联协议：IP 协议,IP协议（Internet Protocol）: 是Internet的核心，负责在任意两个主机之间进行数据传送； 采用的是无连接的数据报协议； 主要包括IP包格式定义、IP地址的定义、数据分段与重组、IP包传送、差错控制等。,8.1.1 IP报文格式 在TCP/IP的网络层需要把传输层传来的数据按IP包的格式打包，再交给接口层进行发送； 在RFC ：0791 中详细描述了IP协议。,RFC 0791,8.1 IP数据报,版本号，值=4,IP 报头长度，4Byte为单位, 值：5-15,服务类型：PPPDTR00 PPP:优先级 D=1:低延时 T=1:高吞吐 R=1:高可靠,IP 报文长度，含报头和数据,值：0-65536 即 64KB,IP 报文编号标识，判断分段属于哪一个IP报,高层协议标示TCP/UDP,跳步数，64-255,包含选项的IP包头CheckSum,每经过一个路由器需重新计算。,分段偏移，说明本段在当前IP包中的位置，以8Byte为单位。,DF=1:未分段 DF=0:分段 MF=1:中间段 MF=0:最后段,IP报文格式（续）,Source address、Destination address：IP地址 Options：可选项，扩充用 安全性选项（Security） 说明报文的安全等级。 严格源路由选择(Strict source routing) 要求报文严格按给定的路由传送。 松散源路由选择(Loose source routing) 要求报文必须按次序经过给定的路由器。 记录所经路由(Record route) 要求路由器在IP包经过时把自己的IP地址记录 在该字段，用于跟踪路由选择过程。 时间戳(time stamp) 记录IP包经过每一个路由器的时间，用于网络吞吐量、拥塞的分析。,typedef struct _iphdr unsigned char h_VerLen;/4位首部长度+4位IP版本号 unsigned char tos;/8位服务类型TOS unsigned short total_len;/16位总长度（字节） unsigned short ident;/16位标识 unsigned short frag_and_flags;/3位标志位 unsigned char ttl;/8位生存时间 TTL unsigned char proto;/8位协议 (TCP, UDP 或其他) unsigned short checksum;/16位IP首部校验和 unsigned int sourceIP;/32位源IP地址 unsigned int destIP;/32位目的IP地址 IP_HEADER;,IP v4 包结构的实现,8.1.2 IP地址,最高位为0，接下来的7位为网络ID，共有27-2=126个网络，网络号是1126,127专用。,IP地址是由四个8位二进制数字域组成的,总长度为4个字节 的32位二进制数，理论上可组成23240多亿个不同的IP地址。,剩余的24位代表主机ID。每个网络224-2=16777214个 主机地址。,高位为10，接下来的14位为网络ID，共有214 =16384个网络，首个域值为128191。,高位为110，接下来的21位为网络ID，共有221= 2097152个网络，首个域值为192223,D类地址的高位为1110，其余28位为组播地址，第一个域值为224239 。,E类地址的高位为11110，其余27位目前保留，第一个域值为224239 。,剩余的16位代表主机ID。每个网络有216-2 = 65534个主机地址。,剩余的8位代表主机ID。每个网络有28-2=254个主机地址。,每个客户机可以参加特定组，只有注册了多播地址的主机才能收到数据包,有效的主机ID和网络ID不能为0或255； 网络ID不能为127； IP地址全球唯一性； 使用便于记忆的格式：xxx.xxx.xxx.xxx 如：192.168.25.168,在 xxx.xxx.xxx.xxx 中： 由 1 到 126 开头的 IP 是 A Class 由 128 到 191开头的 IP是 B Class 由 192 到 223 开头的则为 C Class 当我们知道IP 的类型之后，我们就可以知道 IP 的 Net_ID 和 Host_ID： A Class :AAA.HHH.HHH.HHH B Class :BBB.BBB.HHH.HHH C Class :CCC.CCC.CCC.HHH 例如：10.129.216.168 NetID: 10 HostID: 129.216.169 131.248.122.1 NetID: 131.248 HostID: 122.1 202.103.96.168 NetID: 202.103.96 HostID: 168,1、 IP地址的特征,2、 特殊IP地址,全“ 0”的IP地址用于动态IP配置服务器的网络上(如DHCP协议)。当工作站启动时，使用全“0”地址与配置服务器进行通信以获得IP； 网络号为“ 0”的IP地址被解释为“ 本”网络，若主机试图在本网内通信而又不知道网络号时，可以使用网络号为“ 0”的IP地址； 主机号全为“ 1”的IP地址称为广播地址，即某主机可以使用广播地址向因特网上的某个网络中的所有主机发送报文； 32位全“ 1”的IP地址用于本网络广播地址，称为有限广播地址(limited broadcasting)。主机在启动过程中往往不知道本网的网络号，这时候若想向本网广播，只能采用有限广播地址； 网络号为127的A类地址是一个保留地址，用于网络软件测试以及本机进程间通信，叫作回送地址(loopback address)。,3、IP地址示例,为保证IP地址唯一性，国际上有专门机构(ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers: 因特网名称和编号组织)负责把IP地址分配给各个国家，再由每个国家把IP地址分配给各大网络运营部门（如中国电信/网通/移动/联通/教育部等）； 如果要组建一个单一的 IP 网络，必须分配相同的 Net ID 给所有主机，各主机的 Host ID 在该网络内必须是唯一的，否则就会造成IP地址冲突了； 如果多个计算机的Net ID 不一样，即使连在同一台交换机上，也不能互通，必须通过路由才能通信； 如果该网络还要与 Internet相连，则 Net ID 也必须全球唯一，即Net ID必需向网络运营部门申请后才能使用，否则也会造成IP地址冲突； 如果组建的只是一个内部网络（Intranet），不需要与Internet相连，你可根据网络的规模使用任何一类IP地址，一般使用C类地址，如：192.168.25.xxx ； 由于IP地址是一个有限的资源，一个企业组建网络时，无法为每一台计算机申请一个合法的IP地址，一般分配2-4个IP，如何能使企业内的所有计算机都能上互连网呢？,4、IP地址的用法,4个固定外部IP,Internet,Intranet,代理服务器 /网关,Web服务器,Mail 服务器,内部IP,路由器,骨干交换机,接入层交换机,5、企业连接Internet的方法,Internet,Intranet,外部IP,内部IP,DDN Modem,64k-2Mbps,10/100Mbps,1个非固定外部IP,Internet,Intranet,内部IP,接入层交换机,ADSL Modem,8Mbps,网关,代理服务器 /网关,Mail 服务器,骨干交换机,接入层交换机,Web服务器,8.1.3 网络掩码,如何根据一个 IP地址计算网络ID和主机ID？通过网络掩码net mask 来处理，定义三类网络的掩码为： A Class 的 mask 是 255.0. 0. 0 B Class 的 mask 是 255.255.0. 0 C Class 的 mask 是 255.255.255.0 换算成2进制为：,对于给定的 IP 和 Mask，使用 AND 的二进位逻辑与运算，来求出 Net ID。 例如： IP 地址：139.175.152.254，对应的二进编码是： 10001011.10101111.10011000.11111110 因为它是以 10 开头的，所以是一个 B Class IP，预设 mask 是： 255.255.0.0 ，换成二进位：11111111.11111111.00000000.00000000 然后将 IP 和 mask 进行 AND 运算： 10001011.10101111.10011000.11111110 AND 11111111.11111111.00000000.00000000 10001011.10101111.00000000.00000000 换成十进位就是 139.175.0.0 ，这个就是 Net ID了。 推论：若两个IP地址具有完全相同的网络号地址，则它们在同一网络中。 同样可以求 Host ID： 先将 Net Mask 做一个 NOT 运算，可以得出：00000000.00000000.11111111.11111111， 然后再和 IP 做一次 AND 运算，就可以得到 Host ID:00000000.00000000.10101111.11111110 ，换成十进位就成了：0.0.152.254。 所以Host ID 为：152.254。,1、用网络掩码计算网号和主机号,问题：在一个给定NET ID的网络中，如果机器较多，管理不方便，则可以把他们进一步划分成子网； 方法：从IP地址的主机编号部分“借用”若干位作为子网编号，主机编号部分相应缩短，并通过网络掩码来识别。 例1： 对于B类IP 139.175.000.000，把B类网络的 Mask从255.255.0.0改为：255.255.224.0， 即将原来的Host ID中的3Bit作为子网ID， 可以组成 8 个子网号：000 到 111 ，再加 上原来的 Net ID ： 10001011.10101111.00000000.00000000， 各子网的实际 Net ID 就成了： 10001011.10101111.00000000.00000000(139.175.0.0)10001011.10101111.00100000.00000000(139.175.32.0)10001011.10101111.01000000.00000000(139.175.64.0)10001011.10101111.01100000.00000000(139.175.96.0)10001011.10101111.10000000.00000000(139.175.128.0)10001011.10101111.10100000.00000000(139.175.160.0)10001011.10101111.11000000.00000000(139.175.192.0)10001011.10101111.11100000.00000000(139.175.224.0),2、用网络掩码划分子网号,本来是 16 个 bit 的 Host ID 只剩下 13 个 bit 了，也就是说：在每个子网络里面，最多只能有 2 13 - 2 = 8,190 台主机，有效的主机ID为：xxx00000.00000001 到 xxx11111.11111110 之间，再与网络号一起形成 4 个完整的 Octet 。 在 Sub-net ID 001 之下的主机号码，将会是从 00100000.00000001 到 00111111.1