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1、,第6章 Internet网际层,本章学习目标本章是有关Internet网际层的相关描述，重点介绍Internet Protocol工作机理，同时对下一代IP协议也有所涉及。通过本章的学习，读者应重点掌握和理解以下内容：l 了解Internet网际层的功能以及在TCP/IP体系结构中的位置l 掌握IP地址的分类，IP地址与MAC地址的转换与ARP协议l 掌握IP地址的申请、分配管理与子网划分，子网掩码的运用l 了解IP数据报的格式与工作原理、ICMP的作用l 了解Internet路由选择协议l 了解IPv6的机理和工作模式,6.1 概述,TCP/IP体系结构与协议栈之间的关系：,6.2 IP地
2、址与ARP,IP地址及其表示方法 点分十进制记法：130.9.44.192。IP地址的结构分为两部分：网络号：net-id 主机号：host-idIP地址的类别：常用的有A、B、C三类地址。,6.2 IP地址与ARP,IP 地址的结构与分类：,6.2 IP地址与ARP,IP地址的分类 及特征,IP地址的转换：标志主机地址的是机器的物理地址，又称为MAC地址。MAC地址是集成在网卡上的，所以又叫做硬件地址。MAC地址是一个6字节（48bit）二进制数，采用16进制表示法例如：09 E0 AC 00 9B 0D。从IP地址到物理地址的转换是由地址解析协议ARP来完成。主机A的ARP工作过程如下：（
3、设：寻找主机B的物理地址）（1）ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，上面有主机B的IP地址；（2）在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组；（3）主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，写入自已的物理地址；（4）主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到物理地址的映射。,6.2 IP地址与ARP,6.2 IP地址与ARP,IP地址的分配与管理：,NIC管理IP地址中的net-id字段，而host-id部分则由获得了地址的机构来管理,IP地址在本网内的分配示意,6.2 IP地址与ARP
4、,IP地址的分配与管理：,网络互连时IP地址分配示意,子网划分为了使IP地址的使用更加灵活，在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，为获得地址的单位进行二次分配提供了方便,6.2 IP地址与ARP,子网掩码（Subnet Mask）,子网划分,6.2 IP地址与ARP,网络号 子网号 主机号11001000 00001010000001 0000000001 子网1中的第1台主机地址11111111 11111111111111 0000000000 子网掩码,6.3 IP数据报,数据报的一般格式：,6.3 IP数据报,IP数据报首部定义：,0 4 8 16 31,6.3 IP数据报,IP数据
5、报主要字段的意义：,1版本数据报的前4比特字段包含了生成该数据报的IP协议的版本信息。2首部长度该字段也是4比特，给出以32比特字长为单位的首部长度,6.3 IP数据报,IP数据报主要字段的意义：,3服务类型服务类型字段占8比特，它规定了本数据报的处理方式，并被分成如图所示的5个子字段：,0 1 2 3 4 5 6 7,3个比特的优先级子字段指明本数据报的优先级，允许发送方表示本数据报的重要程度。优先级的值从0（普通优先级）到7（网络控制）比特D、T、R、C表示本数据报所希望的传输类型。这些比特的值为1时，D代表低时延（Delay），T代表要求高吞吐量（Throughput），R要求高可靠性（
6、Reliability），C表示要求选择费用更低廉的路由（Cost）,6.3 IP数据报,IP数据报主要字段的意义：,4总长度该字段给出了以字节为单位的IP数据报长度，包括首部和数据中的字节数 5标识、标志及片偏移 数据报首部中的标识（Identification）、标志（Flags）、片偏移（Fragment offset）三个字段用作控制分片和重组。标识字段含有一个惟一标识该数据报的整数。其主要目的是为了让目的主机知道每个到达的数据报片属于哪个数据报。目的主机通过数据报片的标识字段及源站点地址来识别数据报。发出IP数据报的计算机必须为每个数据报生成一个惟一的值，作为标识字段值。如果该数据报
7、在传输过程中被分片，则每一片数据报的标识字段是相同的。,6.3 IP数据报,IP数据报主要字段的意义：,5标识、标志及片偏移 分片的片偏移字段指明分片所携带数据在原始数据报中以8字节为单位的偏移量，从零开始计数 3个比特的标志字段中的两个低比特控制分片。第一个控制位指定数据报是否分片。如果把它设成“l”就不分片，因此它也叫做不分片（Do Not Fragment）比特，只有该比特为0时才允许分片。标志字段的低位比特指明了本分片中的数据是否为原始数据的最后一片，叫做片未完比特。该位为“1”时，表示后面还有分片的数据报，如果为“0”，表示该数据报为最后一片,6.3 IP数据报,IP数据报主要字段的
8、意义：,6寿命TTL（Time to live又称为生存时间）寿命字段设置了该数据报在互联网中允许存在的时间，以秒为单位 7协议占8bit，协议字段指出此数据报携带的运输层数据是使用何种协议，以便目的主机的IP层知道应将此数据报上交给哪个进程 8首部检验和此字段只检验数据报的首部，不包括数据部分 9地址源站IP地址字段和目的站IP地址宇段都各占4字节。10 选项字段选项字段内容很丰富，它是IP协议的组成部分，一些协议内容靠此字段来实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳等,6.4 ICMP,为了让互联网中的路由器报告错误或提供有关意外情况的信息，设计者在TCPIP中加入了一个特
9、殊用途的报文机制。这个机制叫做Internet控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol），作为IP的一部分，在每个IP实现中都使用它。,6.4 ICMP,报文格式：,几个常用的ICMP询问报文。lICMP Echo请求报文：是由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。lICMP时间戳请求报文：是请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。lICMP地址掩码请求报文：可使主机向子网掩码服务器得到某个接口的地址掩码。,6.4 ICMP,路由信息协议 RIP RIP是一个基于距离向量的分布式路由选择协议,6.5 Internet路由选择协议,开放最短通
10、路优先协议 OSPF OSPF最主要的特征就是它是一种分布式的链路状态协议（Link State Protocol）,6.5 Internet路由选择协议,6.6 下一代网际协议IPv6,IPv6所引进的变化可以分成五类：1更大的地址空间新的地址大小是IPv6最显著的变化。IPv6把IPv4的32比特地址增大到了128比特 2灵活的首部格式IPv6使用一种全新的、不兼容的数据报格式 3增强的选项 4支持资源分配5对协议扩展的保障,6.6 下一代网际协议IPv6,IPv6基本格式：,IPv6数据报有一个固定大小的基本首部（Base Header），其后可以允许有零个或多个扩展首部（Extensi
11、on Header），再后的内容是数据,6.6 下一代网际协议IPv6,IPv6基本首部格式：,IPv6的地址空间,在IPv6中，每个地址占128 bit，地址空间大于3.4x1038。目的地址可以是以下三种基本类型之一：单播（unicast）：就是传统的点对点通信。多播（multicast）：是一点对多点的通信。任播（anycast）：目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付给其中的一个，通常是距离最近的一个。IPv6标准将实现IPv6的主机和路由器均称为结点，并将IPv6地址分配给结点上面的接口。一个接口可以有多个单播地址。一个结点接口的单播地址可用来唯一地标识该结点。,6.6 下一代网
12、际协议IPv6,IPv6使用冒号十六进制记法（colon hexadecimal notation），它把每个16 位的二进制量用十六进制值表示，各量之间用冒号分隔。例如：6C6E：8C0B：0000：FFFF：0000：1D80：096A：FFFF冒号十六进制记法还包含两个技术使它尤其有用。首先，冒号十六进制记法可以允许零压缩（zero compression），即一连串连续的零可以由一对冒号所取代。其次，冒号十六进制记法可结合有点分十进制记法的后缀。推广使用IPv6的一个重要问题就是要和IPv4兼容。现在采用的方法是将32位的IPv4地址嵌入到IPv6地址中的低32位。,6.6 下一代网际
13、协议IPv6,冒号十六进制记法可以允许零压缩（zero compression），即一连串连续的零可以由一对冒号所取代。例如：FF05：0：0：0：0：0：0：B3 可以写成：FF05：B3 冒号十六进制记法可结合有点分十进制记法的后缀。例如：0：0：0：0：0：0：128.10.2.1，再使用零压缩即可得出：推广使用IPv6的一个重要问题就是要和IPv4兼容。现在采用的方法是将32位的IPv4地址嵌入到IPv6地址中的低32位。,6.6 下一代网际协议IPv6,IPv6扩展首部介绍,IPv6的扩展首部的模式与IPv4的任选项相似。扩展首部提供了最大限度的灵活性。概括来说就是：每个数据报包含的扩展首部只提供那些它所要使用的设施。每个基本首部和扩展首部都包含一个next header字段。每个中间的路由器以及最终目的站上的软件需要对数据报进行处理，它们必须使用next header 字段中的值以便对数据报进行分析。为了从IPv6数据报中提取所有首部信息，要求通过各个首部进行顺序查找。,6.6 下一代网际协议IPv6,下面我们介绍几种扩展首部及其功能。1.逐跳选项扩展首部2.路由选择扩展首部 分片扩展首部,6.6 下一代网际协议IPv6,
