计算机网络之网络层功能IP数据报格式408_1

Posted 2021-08-28 bfhonor

一、概述和功能

• 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
• 网络层传输单位是数据报。
• 数据报和分组的关系：父（数据报）与子（分组）
• 功能：
  ①、路由选择与分组转发（最佳路径）
  ②、异构网络互联
  ③、拥塞控制
• 若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞态。因此要采用一定措施，缓解这种拥塞。
  ①、WAY1：开环控制（静态）
  ②、WAY2：闭环控制（动态）

二、IP数据报格式

（一）TCP/IP协议栈

（二）IP数据报格式

• 版本：IPv4 / IPv6。
• 首部长度：单位是4B，最小为5.
  ①、（总长度为4位，总共有15*4B=60B。固定部分为20B，可变部分为40B）
  ②、因为最小为5，所以对应的部分为0101，所以首部长度范围为0101 ~ 1111比特序列【一定是4字节的整数倍】。
• 区分服务：指示期望获得那种类型的服务。
• 总长度：首部 + 数据，单位是1B。总长度为16个比特位。2¹⁶-1 = 65525B
• 生存时间（TTL）：IP分组的保质期。经过一个路由器-1，变成0则丢弃。
• 协议：数据部分的协议。
  
• 首部检验和：只检验首部。并不检验数据部分。
• 源IP地址和目的IP地址：32位。
• 可选字段：0~40B，用来支持排错、测量以及安全等措施。
• 填充：全0，把首部补成4B的整数倍。

（三）IP数据报分片

1. 最大传送单元MTU

• 链路层数据帧可封装数据的上限。
• 以太网的MTU是1500字节。
  
• 如果所传送的数据报长度超过某链路的MTU值？【分片】

2. IP数据报格式

• 标识：同一数据报的分片使用同一标识。
• 标志：有三位，但是其中有两位是有意义的。【x _ _】
• ①、中间位DF（Don’t Fragment）：
  DF=1，禁止分片
  DF=0，允许分片
• ②、最低位MF （More Fragment） ：
  MF=1，后面“还有分片”
  MF=0，代表最后一片/没分片
• 片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。
  除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍。

3. 数据报分片例题

• 总长度单位是1B
• 片偏移单位是8B
• 首部长度单位是4B

（四）IPv4地址

1. 分类的IP地址

2. 互联网中的IP地址

3. 特殊IP地址

4. 私有IP地址

（五）网络地址转换（NAT）

• 路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。
• 网络地址转换NAT（Network Address Translation）：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
  

（六）子网划分与子网掩码

1. 子网划分

（1）分类的IP地址的弱点：

• ①、IP地址空间的利用率有时很低。
• ②、两级IP地址不够灵活。
  
  

2. 子网掩码

• 某主机的IP地址为180.80.77.55，子网掩码为255.255.252.0。若该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是（ D ）.
  A. 180.80.76.0 B. 180.80.76.255 C. 180.80.77.255 D. 180.80.79.255

（1）使用子网时分组的转发

（七）无分类编址CIDR

• ①、消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念。
• ②、融合了子网地址与子网掩码，方便子网划分。
  

1. 构成超网

• 将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。
• 方法：将网络前缀缩短（所有网络地址取交集）。
  
  

2. 最长前缀匹配

• 使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果（跟网络掩码按位相与），应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。