计算机网络基础 课件 5.3 IP协议

5.3IP协议1.IP协议特点2.IP协议数据包结构3.其他协议IP是网络层的核心，也是构成互联网的基础。根据端到端的设计原则，IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据报传输服务。IP协议特点设计IP的目的是提高网络的可扩展性：解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系，以利于两者的独立发展，对上可以承载传输层的各种协议（例如TCP、UDP等），对下可以将IP包封装到数据链路层中传输（例如以太网、PPP、帧中继等）。目前IP协议有两个版本：IPv4和IPv6。IPv4中地址部分长度为32位，IPv6中地址部分长度为128位。IP（InternetProtocol，网际互联协议）是TCP/IP体系中的网络层协议。IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。与IP协议配套使用的还有四个协议。IP协议特点在TCP/IP协议中，使用IP协议传输数据的包被称为IP数据包或者IP数据报，每个数据包都包含IP协议规定的内容。IP协议规定每个IP数据包由首部（称为报头）和数据两部分组成。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031固定部分（20字节）位：481619填充24可变部分首部IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24版本字段

占4位，表示IP协议的版本。通信双方使用的IP协议版本必须一致。目前广泛使用的IP协议版本号为4（即值为0100），即IPv4。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24首部长度字段占4位，可表示的最大十进制数值是15。这个字段所表示数的单位是32位字长（1个32位字长是4字节）。因此，当IP的首部长度为1111时（即十进制的15），首部长度就达到60字节。当IP分组的首部长度不是4字节的整数倍时，必须利用最后的填充字段加以填充。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24区分服务字段占8位，也被称为服务类型，用来获得更好的服务。这个字段在旧标准中叫作服务类型，但实际上一直没有被使用过。1998年IETF把这个字段改名为区分服务（DifferentiatedServices，DS）。只有在使用区分服务时，这个字段才起作用。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24总长度字段占16为，表示首部和数据之和，单位为字节。总长度字段为16位，因此数据报的最大长度为

216-1=65535字节。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24标识字段占16位，用来标识数据报。IP协议在存储器中维持一个计数器。每产生一个数据报，计数器就加1，并将此值赋给标识字段。当数据报的长度超过网络的MTU（最大传输单元），而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24标志字段占3位，第一位未使用，其值为0。第二位称为DF（不分片），第三位称为MF（更多分片）0DFMFDF=0时才允许分片MF为1表示后面还有分片MF为0表示最后一个分片IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24片偏移字段占13位。当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以8个字节为偏移单位。所以，除了最后一个分片，其他分片的偏移值都是8字节（64位）的整数倍。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24生存时间字段占8位，生存时间字段常用英文缩写TTL(TimeToLive)来表示，它表明数据报在网络中的生命。TTL是IP数据包在计算机网络中可以转发的最大跳数，每经过一个路由器时，路由器在转发数据报之前，先把TTL值减1。若TTL值减少到0，则丢弃这个数据报。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24协议字段占8位，表示该数据报文所携带的数据部分所使用的协议类型。该字段可以方便目的主机的IP层知道按照什么协议来处理数据部分。不同的协议有专门不同的协议号。例如，TCP的协议号为6，UDP的协议号为17，ICMP的协议号为1。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24首部校验和字段占16位，用于校验数据报的首部。数据报每经过一个路由器，首部的字段都可能发生变化（如TTL、片偏移等），所以需要重新校验。而数据部分不发生变化，所以不用重新生成校验值。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24源地址字段占32位，表示数据报发送端的IP地址。目的地址字段占32位，表示数据报接收端的IP地址。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24可选字段该字段用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由（数据报必须经过指定的路由）、网际时间戳（经过每个路由器时的时间戳记录）和安全限制。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24填充字段由于可选字段中的长度是不固定的，使用若干个0填充该字段，可以保证整个报头的长度是32位的整数倍。IP数据包结构版本首部长度区分服务总长度（16）标识标志片偏移生存时间协议首部校验和源地址目的地址可选部分（长度可变）数据部分031位：481619填充24数据部分字段表示传输层的数据，如保存TCP、UDP、ICMP或IGMP的数据。数据部分的长度不固定。其他协议地址解析协议：ARP（AddressResolutionProtocol）以太网中一个主机和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。ARP协议的基本功能就是通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。其他协议正常情况下，主机只能解析到与之同一网络的其它主机及网关的MAC地址，而不能跨网络进行地址解析。采用代理ARP的路由器可将ARP请求转发给邻近的网段。两个以上网段的节点之间可以像在同一个网段中一样进行通信。C:\>arp-aInternet地址物理地址类型

10.0.0.201-01-4e-80-31-ea动态172.16.1.201-01-4e-80-31-ea动态其他协议网际控制报文协议：ICMP（InternetControlMessageProtocol）。ICMP用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。ICMP的主要功能是可以获得网络是否正常、设置是否有误以及设备有何异常等信息，从而便于进行网络上的问题诊断。RequestReply其他协议ICMP消息分为两类：一类是ICMP差错控制报文，即通知出错原因的错误消息，另一类是ICMP询问报文，即用于诊断的查询消息。目标不可达：网络中，路由器无法将数据包发送给目的地址时，