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1、数据链路层解决将帧从线的一端传送到另数据链路层解决将帧从线的一端传送到另一端。一端。网络层解决如何将分组从源端沿着网络路网络层解决如何将分组从源端沿着网络路径到达目标端。径到达目标端。如何利用通信子网的拓扑结构信息选择适当如何利用通信子网的拓扑结构信息选择适当的路径。的路径。负载过重负载过重不同网络互联不同网络互联5.1 网络层设计要点网络层设计要点向传输层提供服务向传输层提供服务哪种类型的服务哪种类型的服务无连接服务无连接服务面向连接服务面向连接服务服务的要求：服务的要求：独立于路由器技术独立于路由器技术路由器的数量、类型和拓扑关系对于传输层路由器的数量、类型和拓扑关系对于传输层应该是不可见
2、的应该是不可见的网络层地址有一种统一编址方案网络层地址有一种统一编址方案无连接服务无连接服务所有的分组被独立地传送到子网中，并且所有的分组被独立地传送到子网中，并且独立路由。独立路由。分组称为数据报，子网为数据报子网分组称为数据报，子网为数据报子网管理路由表并进行路由管理路由表并进行路由表的算法称为路由算法表的算法称为路由算法面向连接服务面向连接服务发送数据分组之前，先建立一条从源路由器发送数据分组之前，先建立一条从源路由器到目标路由器之间的路径，并且连接号和路到目标路由器之间的路径，并且连接号和路径被保存在中间这些路由器的内部表中。径被保存在中间这些路由器的内部表中。链接称为一个链接称为一个
3、VC(virtual circuit,虚电路），虚电路），子网称为虚电路子网。子网称为虚电路子网。虚电路子网和数据报子网的比较虚电路子网和数据报子网的比较比较项目比较项目数据报子网数据报子网虚电路子网虚电路子网建立电路建立电路不需要不需要需要需要地址信息地址信息每个分组包含完整的每个分组包含完整的源地址和目标地址源地址和目标地址每个分组包含一每个分组包含一个很短的个很短的VC号号状态信息状态信息路由器不保留任何有路由器不保留任何有关连接的状态信息关连接的状态信息每个每个VC都要求都要求路由器为每个连路由器为每个连接建立表项接建立表项路由路由每个分组被独立地路每个分组被独立地路由由与与VC建立的
4、时建立的时候选择路径，所候选择路径，所有的分组都沿着有的分组都沿着这条路径这条路径路由器失效的路由器失效的影响影响 没有，除非在崩溃没有，除非在崩溃过程中分组丢失过程中分组丢失所有经过此失败所有经过此失败路由器的路由器的VC都都将终止将终止服务质量服务质量很难实现很难实现如果有足够的资如果有足够的资源可以提前分配源可以提前分配给每一个给每一个VC，则很容易实现则很容易实现拥塞控制拥塞控制很难实现很难实现如果有足够的资如果有足够的资源可以提前分配源可以提前分配给每一个给每一个VC，则很容易实现则很容易实现5.2 路由算法路由算法路由算法是网络层软件的一部分路由算法是网络层软件的一部分路由器的两个
5、功能路由器的两个功能转发：负责确定一个进来的分组应该被传送转发：负责确定一个进来的分组应该被传送到哪一条输出线路上。到哪一条输出线路上。填充和更新路由表填充和更新路由表路由算法的要求路由算法的要求正确性正确性简单性简单性健壮性：路由器和线路失败、拓扑结构改健壮性：路由器和线路失败、拓扑结构改变变稳定性稳定性公平性公平性最优性：要优化什么最优性：要优化什么路由算法分类路由算法分类非自适应算法非自适应算法/静态路由：路由选择是在离静态路由：路由选择是在离线情况下计算好的。线情况下计算好的。最短路径路由最短路径路由扩散法扩散法自适应算法自适应算法/动态路由：根据拓扑结构或流动态路由：根据拓扑结构或流
6、量变化，改变路由决策。量变化，改变路由决策。距离矢量路由距离矢量路由链路状态路由链路状态路由5.2.1 优化原则优化原则最优化原则：如果路由器最优化原则：如果路由器J是在从路由器是在从路由器I到到路由器路由器K的最优路径上，那么，从的最优路径上，那么，从J到到K的的最优路径也必定沿着同样的路由路径。最优路径也必定沿着同样的路由路径。汇集树：从所有的源到一个指定目标的最汇集树：从所有的源到一个指定目标的最优路径的集合构成聊一棵以目标节点为根优路径的集合构成聊一棵以目标节点为根的的树树。路由算法的目标是为所有的路由器找到并路由算法的目标是为所有的路由器找到并使用汇集树。使用汇集树。5.2.2 最短
7、路径路由最短路径路由基本思想：建立一个子网图，图中的每个基本思想：建立一个子网图，图中的每个节点代表一台路由器，每条弧代表一条通节点代表一台路由器，每条弧代表一条通信线路。未了在一对给定的路由器之间选信线路。未了在一对给定的路由器之间选择一条路由路径，路由算法只需在图中找择一条路由路径，路由算法只需在图中找到这对节点之间的最短路径即可。到这对节点之间的最短路径即可。最短路径：由跳数、物理距离、传输延迟最短路径：由跳数、物理距离、传输延迟等组成的一个函数。等组成的一个函数。Dijkstra算法算法从源节点开始沿着当前已知的最佳路径到从源节点开始沿着当前已知的最佳路径到达目标节点。达目标节点。5.
8、2.3 扩散法扩散法扩散法：每一个进来的分组将被发送到除扩散法：每一个进来的分组将被发送到除了它进来的那条线路之外的每一条输出线了它进来的那条线路之外的每一条输出线路上。路上。缺点：产生大量的重复分组缺点：产生大量的重复分组每个分组的头中包含一个跳计数器，经过一每个分组的头中包含一个跳计数器，经过一跳该计数器减一，当计数器值为跳该计数器减一，当计数器值为0时，该分时，该分组被丢弃。组被丢弃。跳计数器的初值为源到目标之间路径的长度跳计数器的初值为源到目标之间路径的长度5.2.4 距离矢量路由距离矢量路由距离矢量路由算法：每个路由器维护一张距离矢量路由算法：每个路由器维护一张表（即一个矢量），表中
9、列出了当前已知表（即一个矢量），表中列出了当前已知的到每个目标的最佳距离，以及所使用的的到每个目标的最佳距离，以及所使用的线路。通过在邻居之间相互交换信息，路线路。通过在邻居之间相互交换信息，路由器不断地更新它们内部的表。由器不断地更新它们内部的表。最初为最初为ARPANET所使用的路由算法，也用所使用的路由算法，也用于于RIP协议。协议。路由表路由表路由表以每个子网中的路由器为索引，并路由表以每个子网中的路由器为索引，并且每个路由器对应一个表项。且每个路由器对应一个表项。表项包含：为了到达该目标路由器而首选表项包含：为了到达该目标路由器而首选使用的输出线路，以及到达该目标路由器使用的输出线路
10、，以及到达该目标路由器的度量。的度量。度量：跳数，时间延迟，排队分组数等。度量：跳数，时间延迟，排队分组数等。路由表更新路由表更新无穷计算问题无穷计算问题收敛速度慢收敛速度慢需要一个比较大的值来代表无穷大需要一个比较大的值来代表无穷大5.2.5 链路状态路由链路状态路由不同路径存在不同带宽不同路径存在不同带宽很长时间才能收敛到稳定状态很长时间才能收敛到稳定状态链路状态算法：链路状态算法：发现它的邻居节点，并知道其网络地址。发现它的邻居节点，并知道其网络地址。测量到各邻居节点的延迟或开销。测量到各邻居节点的延迟或开销。构造一个分组，分组中包含所有它刚知道的信息。构造一个分组，分组中包含所有它刚知
11、道的信息。将这个分组发送给所有其他的路由器。将这个分组发送给所有其他的路由器。计算出到每一个其他路由器的最短路径。计算出到每一个其他路由器的最短路径。链路状态算法链路状态算法hello地址地址ECHO应答应答发现邻居节点发现邻居节点根据序列号判断是不是最新的根据序列号判断是不是最新的分组分组年龄减少分组生存时间。年龄减少分组生存时间。测量线路开销测量线路开销（发送方标识，序列号，年（发送方标识，序列号，年龄，邻居列表）龄，邻居列表）创建链路状态分组创建链路状态分组发布链路状态分组发布链路状态分组扩散法扩散法计算新的路由路径计算新的路由路径创建链路状态分组创建链路状态分组链路状态算法应用链路状态
12、算法应用IS-IS协议：可用于多个网络层协议中协议：可用于多个网络层协议中OSPF协议：参考了协议：参考了IS-IS5.2.6 分级路由分级路由不断增长的路由表不断增长的路由表消耗内存消耗内存增加扫描时间增加扫描时间更多带宽发送状态报告更多带宽发送状态报告路由选择必须分级进行路由选择必须分级进行分级路由分级路由优点：节省路由器空间优点：节省路由器空间缺点：可能增加路径长度缺点：可能增加路径长度分级路由分级路由分成多少级？分成多少级？一个具有一个具有720个路由器的子网个路由器的子网一级：一级：720个表项个表项二级：二级：24个区，每个区个区，每个区30个路由器，个路由器，30+23=53个表
13、个表项项三级：三级：8个群，每个群有个群，每个群有9个区，每个区个区，每个区10个路由器，个路由器，需要需要10+8+7=25个表项个表项一个包含一个包含N个路由器的子网，最优级别是个路由器的子网，最优级别是N，每个路，每个路由器由器eN分级路由导致的有效平均路径长度增长非常小分级路由导致的有效平均路径长度增长非常小5.2.7 广播路由广播路由广播：给所有的目标发送一个分组。广播：给所有的目标发送一个分组。实现：实现：给每一个目标单独发送一个分组。给每一个目标单独发送一个分组。缺点：浪费带宽，还需要所有目标机器的地址缺点：浪费带宽，还需要所有目标机器的地址扩散法扩散法缺点：浪费带宽缺点：浪费带
14、宽多目标路由多目标路由汇集树汇集树/生成树生成树逆向路径转发逆向路径转发逆向路径转发逆向路径转发当一个广播分组到达一个路由器的时候，该路由当一个广播分组到达一个路由器的时候，该路由器对它进行检查，看它到来的那条线路是否是通器对它进行检查，看它到来的那条线路是否是通常用来给广播源发送分组的那条线路。常用来给广播源发送分组的那条线路。如果是，则很有可能该分组是沿着最佳路径被转如果是，则很有可能该分组是沿着最佳路径被转发过来的，因而是到达当前路由器的第一份副本，发过来的，因而是到达当前路由器的第一份副本，那么路由器将该分组转发到除了到来线路之外的那么路由器将该分组转发到除了到来线路之外的所有其他线路
15、上。所有其他线路上。否则，该分组被当作一个可能的重复分组而丢弃。否则，该分组被当作一个可能的重复分组而丢弃。逆向路径转发逆向路径转发汇集树汇集树由逆向路径转发算法生成由逆向路径转发算法生成的树的树习题从从F发出的广播将生成多少个分组？发出的广播将生成多少个分组？汇集树汇集树逆向路径转发逆向路径转发5.2.8 多播路由多播路由多播：给组发送消息。多播：给组发送消息。实现：实现：创建和销毁组创建和销毁组加入和退出组加入和退出组路由器知道哪些主机属于哪些组路由器知道哪些主机属于哪些组多播路由多播路由汇集树汇集树组组1的多播树的多播树组组2的多播树的多播树5.2.9 移动主机的路由移动主机的路由移动主
16、机：离开了原始站点还想继续连接网络的主机。移动主机：离开了原始站点还想继续连接网络的主机。假设：假设：主机有一个永远不变的永久性主场所。主机有一个永远不变的永久性主场所。主机有一个永久性的主地址。主机有一个永久性的主地址。整个世界分成很多小区域（一个整个世界分成很多小区域（一个LAN或无线蜂窝单位）或无线蜂窝单位）每个区域有一个或多个外部代理。每个区域有一个或多个外部代理。外部代理：记录下所有当前正在访问该区域的移动主机。外部代理：记录下所有当前正在访问该区域的移动主机。每个区域有一个本地代理。每个区域有一个本地代理。本地代理：记录那些主场所在这个区域，但当前正在访问本地代理：记录那些主场所在
17、这个区域，但当前正在访问其他区域的主机。其他区域的主机。移动主机工作原理移动主机工作原理当一台新的主机进入到一个区域的时候，该主机当一台新的主机进入到一个区域的时候，该主机必须在外部代理那里注册自己。必须在外部代理那里注册自己。外部代理将移动主机的地址告知移动主机的本地外部代理将移动主机的地址告知移动主机的本地代理。代理。当一个分组被发送给移动主机的时候，它将被路当一个分组被发送给移动主机的时候，它将被路由到该主机的主场所中。由到该主机的主场所中。主场所的本地代理将数据发送给主机所在场所的主场所的本地代理将数据发送给主机所在场所的外部代理。外部代理。主场所的本地代理告诉发送方将数据直接发给移主
18、场所的本地代理告诉发送方将数据直接发给移动主机现在所在场所。动主机现在所在场所。移动主机的路由过程移动主机的路由过程5.2.10 Ad Hoc网络中的路由网络中的路由主机及路由器都是移动的。主机及路由器都是移动的。如果一个网络中的节点正好是两两相邻，那么该如果一个网络中的节点正好是两两相邻，那么该网络称为网络称为Ad Hoc网络网络/MANET(mobile Ad Hoc Networks,移动移动Ad Hoc网络）。网络）。拓扑结构可能一直发生改变。拓扑结构可能一直发生改变。AODV(Ad hoc On-demand Distance Vector）算法算法只有发送分组时，才计算路径。只有发
19、送分组时，才计算路径。类似于距离矢量算法类似于距离矢量算法5.2.11 对等网络中的节点查询对等网络中的节点查询对等网络：完全分布式，所有节点都是对对等网络：完全分布式，所有节点都是对称的。称的。如何实现搜索？如何实现搜索？建立一个巨大的中心数据库。建立一个巨大的中心数据库。每个用户建立数据库，然后将每个用户的地每个用户建立数据库，然后将每个用户的地址信息关联起来。址信息关联起来。5.3 拥塞控制算法拥塞控制算法拥塞：当一个子网或者子网的一部分中出拥塞：当一个子网或者子网的一部分中出现了太多分组的时候，网络性能开始下降。现了太多分组的时候，网络性能开始下降。拥塞控制与流控制拥塞控制与流控制拥塞
20、控制是确保子网能够承载所到达的流拥塞控制是确保子网能够承载所到达的流量，是全局性的问题。量，是全局性的问题。流控制只与特定的发送方和特定的接收方流控制只与特定的发送方和特定的接收方之间的点到点的流量有关。之间的点到点的流量有关。一个光纤网，传输容量为一个光纤网，传输容量为1000Gbps，一台，一台超级计算机试图以超级计算机试图以1Gbps的速率给一台个的速率给一台个人计算机传输一个文件。人计算机传输一个文件。线路为线路为1Mbps，500台机器以台机器以100kbps的速的速率给另率给另500台计算机传输文件。台计算机传输文件。拥塞控制拥塞控制拥塞控制的通用原则拥塞控制的通用原则预防及反馈机
21、制预防及反馈机制拥塞预防策略拥塞预防策略虚电路子网中的拥塞控制虚电路子网中的拥塞控制准入控制、准入控制、资源预留资源预留数据报子网中的拥塞控制数据报子网中的拥塞控制抑制分组抑制分组负载丢弃负载丢弃根据分组的优先级根据分组的优先级抖动控制抖动控制让偏离预定时间最远的分组让偏离预定时间最远的分组优先优先5.4 服务质量服务质量5.5 网络互联网络互联5.6 Internet上的网络层上的网络层网络协议的设计原则网络协议的设计原则能够工作能够工作简单简单明确的选择明确的选择具备异构性具备异构性模块化模块化灵活的选择和参数灵活的选择和参数好的设计，而不是完美的好的设计，而不是完美的发送操作要严格，接发
22、送操作要严格，接受操作要优容忍度。受操作要优容忍度。伸缩性伸缩性性能和代价性能和代价互联网互联网5.6.1 IP协议协议每个每个IP数据报包含一个头部和一个正文部分。数据报包含一个头部和一个正文部分。头部有一个头部有一个20字节的定长部分和一个可选字节的定长部分和一个可选的变长部分。的变长部分。IP数据报头部的传输采用数据报头部的传输采用big-endian字节字节序，序，Pentium采用采用little-endian字节序。字节序。IP 分组格式分组格式版本版本版本版本(Version)(Version)占占占占 4 4 位，指明位，指明位，指明位，指明IPIP协议的版本。协议的版本。协议
23、的版本。协议的版本。IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度
24、可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31IP 分组格式分组格式 首部长度首部长度首部长度首部长度(Internet Header Length)(Internet Header Length)占占占占 4 4 位，以位，以位，以位，以3232位字长为单位。位字长为单位。位字长为单位。位字长为单位。IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识I
25、DID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 最小值为最小值为最小值为最小值为5 5，最大值为，最大值为，最大值为，最大值为1515。分组的最小长度为分组的最小长度为分组的最小长度为分组的最
26、小长度为2020字节，最大长度为字节，最大长度为字节，最大长度为字节，最大长度为6060字节。字节。字节。字节。IP 数据报的服务类型数据报的服务类型 服务类型服务类型服务类型服务类型(Type of Service)(Type of Service)占占占占8 8位，用来区分不同的服务种类。位，用来区分不同的服务种类。位，用来区分不同的服务种类。位，用来区分不同的服务种类。当前路由器常忽略服务类型域。当前路由器常忽略服务类型域。当前路由器常忽略服务类型域。当前路由器常忽略服务类型域。IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度I
27、HLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31IP 分组格式分组格式
28、IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填
29、充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 总长度总长度总长度总长度(Total Length)(Total Length)占占占占1616位，以字节为单位。位，以字节为单位。位，以字节为单位。位，以字节为单位。最大长度为最大长度为最大长度为最大长度为6553565535字节。字节。字节。字节。千兆网络之后，可能需要更大的数据报。千兆网络之后，可能需要更大的数据报。千兆网络之后，可能需要更大的数据报。千兆网络之后，可能需要更大的数据报。IP 数据报的标识数据报的标识 标识标识标识标识(identification)(identification)占
30、占占占 16 bit16 bit，让目标主机确定一个新，让目标主机确定一个新，让目标主机确定一个新，让目标主机确定一个新到达的分段式属于哪一个数据报。到达的分段式属于哪一个数据报。到达的分段式属于哪一个数据报。到达的分段式属于哪一个数据报。同一个数据报的所有分段包含同样的标识域。同一个数据报的所有分段包含同样的标识域。同一个数据报的所有分段包含同样的标识域。同一个数据报的所有分段包含同样的标识域。IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（B
31、yteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31IP 数据报的标志数据报的标志IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长
32、首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16
33、 31 标志标志标志标志(Flags)(Flags)占占占占3 3位，用于控制分片。位，用于控制分片。位，用于控制分片。位，用于控制分片。最高位为最高位为最高位为最高位为0 0；中间位是不可分片位；中间位是不可分片位；中间位是不可分片位；中间位是不可分片位DFDF（Dont FragmentDont Fragment）。）。）。）。DF=1DF=1表示不可分片；表示不可分片；表示不可分片；表示不可分片；最低位是还有分片位最低位是还有分片位最低位是还有分片位最低位是还有分片位MFMF（More FragmentMore Fragment）。）。）。）。MF=0MF=0表示为最表示为最表示为最表示
34、为最后的报片。后的报片。后的报片。后的报片。IP 数据报的分片偏移数据报的分片偏移IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DA
35、DA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移 (Fragment Offset)(Fragment Offset)占占占占1313位，用于指明分片所携位，用于指明分片所携位，用于指明分片所携位，用于指明分片所携带数据在原始数据报中的偏移量，从零开始计数，以带数据在原始数据报中的偏移量，从零开始计数，以带数据在原始数据报中的偏移量，从零开始计数，以带数据在原始数据报中的偏移量，从零开始计数，以8 8字字字字节为单位。节为单位。节为单位。节
36、为单位。IP数据报的分片和重组数据报的分片和重组 标识标识标识标识IDID、标志、标志、标志、标志F F、分片偏移、分片偏移、分片偏移、分片偏移FOFO用于控制数据报的分片和重组。用于控制数据报的分片和重组。用于控制数据报的分片和重组。用于控制数据报的分片和重组。例：假定物理网络的最大传输单元例：假定物理网络的最大传输单元例：假定物理网络的最大传输单元例：假定物理网络的最大传输单元MTU=1420MTU=1420首部首部首部首部38003800字节字节字节字节原始数据报：原始数据报：原始数据报：原始数据报：FO=0/8=0FO=0/8=0TL=3820TL=3820MF=0MF=0DF=0DF
37、=0首部首部首部首部1 1片段片段片段片段1 1：FO=0/8=0FO=0/8=0TL=1420TL=1420MF=1MF=10 013991399首部首部首部首部2 2片段片段片段片段2 2：FO=1400/8=175FO=1400/8=175TL=1420TL=1420MF=1MF=11400140027992799首部首部首部首部3 3片段片段片段片段3 3：FO=2800/8=350FO=2800/8=350TL=1020TL=1020MF=0MF=02800280037993799IP 数据报的生存期数据报的生存期IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VER
38、VER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310
39、4 8 16 31 生存期生存期生存期生存期(Time To Live)(Time To Live)占占占占8 8位，它表明本数据报在互联网中位，它表明本数据报在互联网中位，它表明本数据报在互联网中位，它表明本数据报在互联网中的寿命，即本数据报可以传输的跳数。的寿命，即本数据报可以传输的跳数。的寿命，即本数据报可以传输的跳数。的寿命，即本数据报可以传输的跳数。当当当当ttlttl=0=0时，该分组被丢弃。时，该分组被丢弃。时，该分组被丢弃。时，该分组被丢弃。防止数据报长时间逗留在网络中。防止数据报长时间逗留在网络中。防止数据报长时间逗留在网络中。防止数据报长时间逗留在网络中。IP 数据报承载的
40、协议数据报承载的协议IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度
41、可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 协议协议协议协议(Protocol)(Protocol)占占占占8 8位，指出此数据报承载的协议类型，如：位，指出此数据报承载的协议类型，如：位，指出此数据报承载的协议类型，如：位，指出此数据报承载的协议类型，如：ICMP=1ICMP=1、IGMP=2IGMP=2、TCP=6TCP=6、UDP=17UDP=17、OSPF=89OSPF=89。IP 数据报的首部校验和数据报的首部校验和IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度
42、度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分段偏移分段偏移分段偏移分段偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 头部检验和头部
43、检验和头部检验和头部检验和(Header Checksum)(Header Checksum)占占占占16 16 位，仅检验数据报的首部。位，仅检验数据报的首部。位，仅检验数据报的首部。位，仅检验数据报的首部。检验检验检验检验“因路由器中的坏内存而产生的错误因路由器中的坏内存而产生的错误因路由器中的坏内存而产生的错误因路由器中的坏内存而产生的错误”在每一跳上，由于在每一跳上，由于在每一跳上，由于在每一跳上，由于TTLTTL发生改变，头部校验和需要重新计算。发生改变，头部校验和需要重新计算。发生改变，头部校验和需要重新计算。发生改变，头部校验和需要重新计算。首部校验和的计算首部校验和的计算发送端
44、发送端16 bit字字 116 bit字字 2置为全置为全 0检验和检验和16 bit字字 n16 bit反码算术反码算术运算求和运算求和取反码取反码数数据据报报首首部部16 bit检验和检验和接收端接收端16 bit字字 116 bit字字 216 bit检验和检验和16 bit字字 n16 bit反码算术反码算术运算求和运算求和16 bit结果结果取反码取反码若结果为若结果为 0,则保留；则保留；否则，丢弃该数据报否则，丢弃该数据报IP 数据报数据报数据部分数据部分数据部分数据部分不参与检验和的计算不参与检验和的计算IP 数据报的首部校验和数据报的首部校验和IPIP分组分组分组分组的首部的
45、首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分片偏移分片偏移分片偏移分片偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据Dat
46、aData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 源机器的网络号和主机号。源机器的网络号和主机号。源机器的网络号和主机号。源机器的网络号和主机号。IP 数据报的首部校验和数据报的首部校验和IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分片偏移分片偏移分片偏移分片偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部
47、检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 目的机器的网络号和主机号。目的机器的网络号和主机号。目的机器的网络号和主机号。目的机器的网络号和主机号。IP 数据报的首部校验和数据报的首部校验和IPIP分组分组分组分组的首部的首部的首部的首部版本版本版本版本VERVER首部长首部长首部长首部长度度度度IHLIHL服务类型服务类型服务类型服务类型TOSTOS总长
48、度总长度总长度总长度TLTL（ByteByte）标识标识标识标识IDID标志标志标志标志F F分片偏移分片偏移分片偏移分片偏移FOFO生存期生存期生存期生存期TTLTTL协议协议协议协议PROTPROT头部检验和头部检验和头部检验和头部检验和HCHC源端源端源端源端IPIP地址地址地址地址SASA目的端目的端目的端目的端IPIP地址地址地址地址DADA长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段长度可变的任选字段填充填充填充填充数据数据数据数据DataData 0 4 8 16 310 4 8 16 31 选项选项选项选项(Options)(Options)长度可变、内容丰富，一些协
49、议内容靠此字段来长度可变、内容丰富，一些协议内容靠此字段来长度可变、内容丰富，一些协议内容靠此字段来长度可变、内容丰富，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、时间戳实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳等。等。等。等。选项选项选项选项说明说明安全安全规定了数据报的秘密程度规定了数据报的秘密程度严格的源路由严格的源路由给出了必须要遵循的完整路径给出了必须要遵循的完整路径宽松的源路由宽松的源路由要经过的路由器列表要经过的路由器列表记录路
50、径记录路径记录经过的路由器地址记录经过的路由器地址时间戳时间戳记录经过的路由器地址与时间记录经过的路由器地址与时间5.6.2 IP地址地址Internet上的每台主机和路由器都有一个上的每台主机和路由器都有一个IP地址，地址，IP地址包含网络号和主机号。地址包含网络号和主机号。Internet上的任何两台机器不会有相同的上的任何两台机器不会有相同的IP地址。地址。IP地址表示网络接口。地址表示网络接口。如果一台主机同时位于两个网络上，那么如果一台主机同时位于两个网络上，那么它必须拥有两个它必须拥有两个IP地址。地址。IPv4中中IP地址为地址为32位。位。IP地址的分配地址的分配 IPIP地址