【計算機網絡】第四章 網絡層（2）

三．IPv4協議

0. Internet網絡層

 

1. IP數據報格式

 

（1）首部長度：4位，IP分組首部長度，以4字節爲單位

（2）區分服務：8位，指示指望得到哪一種類型的服務，只在網絡提供區分服務時使用，通常狀況下不使用，取00H

（3）總長度：16位，IP分組的總字節數（首部 + 數據）

　　·最大IP分組總長度：65535B

　　·最小IP分組首部：20B

　　·IP可封裝的最大數據：65535 - 20 = 65515B

（4）生存時間：8位，IP分組在網絡中可經過的跳步數，路由器轉發一次減一，TTL = 0時丟棄

（5）協議：8位，指示IP分組封裝的是哪一個協議的數據包

（6）首部校驗和：16位，實現對IP分組首部的差錯檢測，計算時置0，反碼算術運算求和，因爲TTL等會變化，校驗和逐跳計算

（7）源/目的IP地址：32位，標識主機/路由器的IP地址

（8）選項字段（長度可變）：1 - 40B，攜帶安全信息、源選路徑、時間戳、路由記錄等，實際不多使用

（9）填充字段（長度可變）：0 - 3B，補齊首部，符合32位對齊，即保證首部長度爲4字節的倍數

（10）標識：16位，標識一個IP分組，IP協議利用一個計數器，每產生一個IP分組加一

（11）標誌位：3位

　　·DF：1禁止分片，0容許分片

　　·MF：1非最後一片，0最後一片或未分片

（12）片偏移：13位，一個IP分組分片封裝原IP分組數據的相對偏移量，以8字節爲單位

2. IP分片

（1）最大傳輸單元（MTU）：鏈路層數據幀可封裝數據的上限，不一樣鏈路的MTU不一樣

 

（2）分片與重組

　　·大IP分組向較小MTU鏈路轉發時，能夠被分片

　　·IP分片到達目的主機後進行重組

　　·IP首部的相關字段用於標識分片以及肯定分片的相對順序

　　·若分片不全，等待一段時間後丟棄全部分片

（3）過程

　　·假設原IP分組總長度爲L，帶轉發鏈路的MTU爲M，若L > M且DF = 0，則須要分片

　　·分片時每一個分片的標識複製原IP分組

　　·一般，除最後一個分片，其餘分片均分爲MTU容許的最大分片

　　·一個最大分片可封裝的數據是8的倍數，則可封裝數據爲：

 

　　·須要的總片數爲：

 

　　·每片的片偏移取值爲：

 

　　·每片的總長度爲：

 

　　·每片MF標誌位：除最後一片，所有取1

　　·舉例：

 

3. IP編址

（1）編址對象：接口

　　·主機/路由器與物理鏈路的鏈接，實現網絡層功能

　　·路由器一般有多個，主機一般有一到兩個

（2）IP地址：32比特的二進制數

　　·編號標識主機、路由器的接口，與每一個接口關聯

（3）地址分配

　　·網絡號爲高位比特，主機號爲低位比特

　　·同一個接口鏈接的主機網絡號相同，構成一個IP子網，不跨越路由器

4. IP地址

（1）有類IP地址：A、B、C用於標識網絡

　　·A類（50%）：8位Net ID爲0.0.0.0 - 127.255.255.255

　　·B類（25%）：16位Net ID爲128.0.0.0 - 191.255.255.255

　　·C類（12.5%）：24位Net ID爲192.0.0.0 - 223.255.255.255

　　·D類（6.25%）：32位Net ID爲224.0.0.0 - 239.255.255.255

　　·E類（6.25%）：32位Net ID爲240.0.0.0 - 255.255.255.255

（2）特殊IP地址

 

（3）私有IP地址：能夠被重用

5. IP子網劃分與子網掩碼

 

（1）子網劃分：將原網絡主機號部分比特劃爲子網號

（2）子網掩碼

　　·形如IP地址，Net ID、Sub ID全1，Host ID全0

　　·應用：將IP分組目的IP地址與子網掩碼按位與運算，提取子網地址

 

（3）子網地址 + 子網掩碼 -> 準確肯定子網大小

6. CIDR（無類域間路由）

（1）消除傳統的A、B、C類地址界限，融合子網地址與子網掩碼，方便子網劃分

（2）無類地址格式：a.b.c.d/x，其中x爲前綴長度

（3）優勢：提升IPv4地址空間分配效率，提升路由效率

（4）路由聚合：將多個子網聚合爲一個較大的子網（即超網）

　　·聚合條件：部分子網地址連續，且個數知足2的冪次，不知足2的冪次須要在路由表中添加額外判斷內容

　　·層級編址使路由信息通告更高效

（5）黑洞現象：應該發送到組織1的消息，錯發到Fly-By-Night-ISP

　　·解決辦法：在ISPs-R-Us添加組織1 的地址，應用最長前綴匹配優先原則