【正文】 同一物理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)等機(jī)器 (主機(jī) 路由器、路由器 路由器以及主機(jī) 主機(jī) )之間擁有直接的物理連接； ? IP層的特點(diǎn)和地位 ? IP層的地位 ? TCP/IP是為包容各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而設(shè)計(jì)的，這種包容性主要體現(xiàn)在 IP層中。 這種統(tǒng)一的意義不容小視，因?yàn)檫@是 TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)首先希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。 所以， IP層的作用就是利用 IP層達(dá)到屏蔽低層細(xì)節(jié)，向高層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和地址格式的目的。 ? TCP/IP 的可靠性體現(xiàn)在傳輸層， 傳輸層協(xié)議之一的TCP 協(xié)議提供面向連接的服務(wù) (傳輸層的另一個(gè)協(xié)議 UDP 是無(wú)連接的 )。 ? 端到端可靠性思想有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)： ? TCP/IP 跟 ISO/OSI 協(xié)議相比，顯得簡(jiǎn)潔清晰，它只在 TCP 層提供面向連接的服務(wù)； ? TCP/IP 的效率相當(dāng)高，尤其是當(dāng)物理網(wǎng)絡(luò)很可靠時(shí)，TCP/IP 的效率更加可觀。 IP協(xié) 議具有良好的適應(yīng)性 ， 因此 IP協(xié)議得到廣泛使用 ， 成為支撐 Inter的基礎(chǔ) 。 IP數(shù)據(jù)報(bào)在經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳 輸時(shí) ， 有可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)擁塞 、 鏈路故障等原因而造成丟失或 出錯(cuò) 。 數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)容的差錯(cuò)撿測(cè)和恢復(fù)則 交給高層 (傳輸層協(xié)議 TCP)去完成 。 ? IP分組格式 版本號(hào) 分組頭長(zhǎng) 8位服務(wù)類型 16位總長(zhǎng)度 16位標(biāo)識(shí)符 標(biāo)志 13位分組段偏移 8位生存時(shí)間 (TTL) 8位協(xié)議 16位分組頭檢驗(yàn)和 32位源 IP地址 32位目的 IP地址 任選項(xiàng) (可變長(zhǎng) ) 填充段 數(shù)據(jù) 圖 612 IP數(shù)據(jù)報(bào)格式及頭部各字段 20字節(jié) 0 4 8 16 32 IP分組格式及說(shuō)明 ? 說(shuō)明 ? 版本號(hào) (VER, version)： IP協(xié)議的版本號(hào)，它占用 4位 目前的版本號(hào)是 IPv4。以 4字節(jié)（ 32bit)為單位 ,范圍 5－ 15。該字段總共為 1個(gè)字節(jié)，被分為 5個(gè)子域。 優(yōu)先權(quán) (共 3比特 )指示本報(bào)文的重要程度 ，其取值范圍為 0到 7。 D， T， R三位表示本數(shù)據(jù)報(bào)所希望的傳輸類型。 分別被置為 1時(shí)，分別表示要求低延遲、高吞吐率或高可靠性等。 這三個(gè)標(biāo)志位中只能有一個(gè)被設(shè)置為 1(表明最關(guān)心那方面的性能 )，否則路由器將無(wú)法正確地進(jìn)行處理 ) 優(yōu)先權(quán) D T R 保留 0 2 3 6 5 4 7 服務(wù)類型 ? 說(shuō)明 ? 總長(zhǎng)度 (TL, Total Length)： 指整個(gè) IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位。 ? 標(biāo)識(shí)符 (ID, Identification)： 是一個(gè)無(wú)符號(hào)整型值，它是 IP協(xié)議賦予 報(bào)文的標(biāo)識(shí) ，屬于 同一個(gè)報(bào)文的分段具有相同的標(biāo)識(shí)符。 ? 標(biāo)志段 (Flags)： 為三個(gè)比特，但只有低兩位比特有效。假如此時(shí) IP數(shù)據(jù) 報(bào)的長(zhǎng)度大于網(wǎng)絡(luò)的 MTU值，則根據(jù) IP協(xié)議把該報(bào)文丟棄， 同時(shí)向源端返回出錯(cuò)信息。 標(biāo)識(shí)符 (16B) 標(biāo)志段 (3B) 分組段偏移 (13B) 未定義，必須是 0 DF位 0：可分片 1：不可分片 MF 0：最后的報(bào)片 1：不是最后的報(bào)片 圖 613 標(biāo)志段的含義 ? 說(shuō)明 ? 分組段偏移 (FO, Fragment Offset)： 8字節(jié)為 1單位，范圍 08191，缺省 0。 ? 生存時(shí)間 (TTL, timetolive)： 數(shù)據(jù)報(bào)可以經(jīng)過(guò)的最多路由器數(shù)。當(dāng)該字段的值為 0時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)就被丟棄，并發(fā)送 ICMP(Inter Control Message Protocol)報(bào)文通知源主機(jī) ? 協(xié)議 (PROT, Protocol)： 協(xié)議類型字段的內(nèi)容指出 IP報(bào)文中數(shù)據(jù)部分是屬于哪一種協(xié)議 (高層協(xié)議 )的，接收端則根據(jù)該協(xié)議類型字段的值來(lái)確定應(yīng)該把 IP報(bào)文中的數(shù)據(jù)交給哪個(gè)上層協(xié)議去處理。 其對(duì)應(yīng)的協(xié)議類型分別為 6， 17， 1， 2。 ? 分組頭檢驗(yàn)和 (Header Checksum)： 頭校驗(yàn)和字段用于保證頭部數(shù)據(jù)的正確性。 ? 任選項(xiàng)和填充段： 任選項(xiàng)為保留字段；填充段用 0填充 IP選項(xiàng)主要用于額外的控制和測(cè)試 ，在 IP報(bào)頭中可以包括多個(gè)選項(xiàng)。如果該選項(xiàng)的值是變長(zhǎng)的，則緊接在其后的 1個(gè)字節(jié)給出其長(zhǎng)度，之后才是該選項(xiàng)的值。理想情況， IP報(bào)文正好放在一個(gè)物理幀中，這樣可以使得網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男首罡摺＠?，以太網(wǎng)幀中最多可以容納 1500字節(jié)，而一個(gè) FDDI幀中可以容納 4470字節(jié)的數(shù)據(jù)。有些網(wǎng)絡(luò)的 MTU非常小，其值可能只有 128個(gè)字節(jié)。 當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)一個(gè)可以傳輸長(zhǎng)度更大的幀的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，把數(shù)據(jù)報(bào)的大小限制在互連網(wǎng)上最小的 MTU之下不經(jīng)濟(jì)；如果數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度超過(guò)互連網(wǎng)中最小的 MTU值的話，則當(dāng)該數(shù)據(jù)報(bào)在穿越該子網(wǎng)時(shí)，就無(wú)法被封裝在一個(gè)幀中。如果這個(gè)報(bào)文要經(jīng)歷的中間物理網(wǎng)絡(luò)的 MTU值比 IP報(bào)文長(zhǎng)度要小，則 IP協(xié)議把這個(gè)報(bào)文的數(shù)據(jù)部分分割成若干個(gè)較小的數(shù)據(jù)片，組成較小的報(bào)文，然后放到物理幀中去發(fā)送。分段的動(dòng)作一般在路由器上進(jìn)行。 例如，下圖所示。 在圖 614(a)中，兩個(gè)以太網(wǎng)通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)。如果主機(jī) A現(xiàn)在發(fā)送給 B一個(gè)長(zhǎng)度超過(guò) 620字節(jié)的 IP報(bào)文， 首先在經(jīng)過(guò)路由器 R1時(shí)，就必須把該報(bào)文分成多個(gè)分段。 由于 IP報(bào)文頭中的偏移字段的值實(shí)際上是以 8字節(jié)為單 位，所以要求每個(gè)分段的長(zhǎng)度必須為 8的整數(shù)倍 (最后一個(gè)分段 除外，它可能比前面的幾個(gè)分段的長(zhǎng)度都小，它的長(zhǎng)度可能為 任意值 )。 從圖中可以看出， 每個(gè)分段都包括各自的 IP報(bào)文頭。 重組 (Reasembly)是分段的逆過(guò)程，把若干個(gè) IP分段重 新組合后還原成原來(lái)的 IP報(bào)文。 如果 MF位是 0，并且分段 偏移為 0，則表明這是一個(gè)完整的 IP數(shù)據(jù)報(bào)。這 時(shí)目的地端需要實(shí)行分段重組。 如果一個(gè) IP數(shù)據(jù)報(bào)的所有分段都正確地到達(dá)目的地，則 把它重新組織成一個(gè)完整的報(bào)文后交給上層協(xié)議去處理。 ? IP協(xié)議規(guī)定： IP地址的長(zhǎng)度為四字節(jié) (32bit) 整個(gè)地址分為兩部分 ， 即網(wǎng)絡(luò)號(hào) (Net ID)和主 機(jī)號(hào) (Host ID)。 Net ID Host ID IP 地址 ? IP地址的表示： 點(diǎn)分十進(jìn)制法。 例如 C類地址 類別 首字節(jié)值范圍 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 主機(jī)數(shù) A 1126 126 16777314 B 128191 16382 65534 C 192223 2097150 254 ? 特殊用途的 IP地址 ? 主機(jī)號(hào)為全 “ 0”的 IP地址為網(wǎng)絡(luò)地址，表示該網(wǎng)絡(luò)本身。 ? 主機(jī)號(hào)為全 “ 1”的地址是廣播 (broadcast)地址。 它是一個(gè)保留地址，最常見(jiàn)的表示形式為 。 回送地址的用途： 實(shí)現(xiàn)對(duì)本機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測(cè)試或?qū)崿F(xiàn)本地進(jìn)程間的通信。 ? 內(nèi)部地址 (私用地址 ) IP地址范圍內(nèi)有一些未被 InterNic指定，這些地址可分 配給未連接到 Inter的主機(jī)使用，這些主機(jī)如果需要訪問(wèn) Inter,可使用網(wǎng)絡(luò)代理 (proxy)服務(wù)器連接到公共網(wǎng)絡(luò)上。 注意 :這個(gè)地址不是一個(gè)主機(jī)地址 ? E類范圍： ，這是一個(gè)用于實(shí)驗(yàn)的地址范圍，并不用于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò) . 組播地址解釋 D類地址是組播地址。 組播地址和廣播地址區(qū)別： 廣播地址是按主機(jī)的 物理位置來(lái)劃分各組的 (屬于同一個(gè)子網(wǎng) )，而組播 地址指定一個(gè)邏輯組，參與該組的機(jī)器可能遍布整 個(gè) Inter網(wǎng)。 實(shí)際上，一個(gè)組播 IP地址唯一地標(biāo)志一個(gè)邏輯組。 網(wǎng)絡(luò)中的路由器根據(jù)參與的主機(jī)的位置，為該組播的通 信組形成一棵發(fā)送樹(shù)。路由器根 據(jù)已經(jīng)形成的發(fā)送樹(shù)依次轉(zhuǎn)發(fā)，只是在樹(shù)的分岔點(diǎn)處復(fù)制數(shù) 據(jù)報(bào)，向多個(gè)網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)發(fā)一份拷貝。這樣就大大 減少了源端主機(jī)的負(fù)擔(dān)和網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)。掩碼的一些位為 1，另一些位為 0。 屏蔽主機(jī)地址，獲得網(wǎng)絡(luò)地址。 缺省子網(wǎng)掩碼： A類： B類： C類： IP協(xié)議 (4) ? 子網(wǎng)劃分 ? 劃分子網(wǎng)的重要性 IP尋址方案的開(kāi)發(fā)始于 20世紀(jì) 60年代后期，當(dāng)初并沒(méi)有考慮到 Inter發(fā)展這么快，有限的 32位地址空間使人們陷入了 IP地址分配無(wú)法滿足眾多需求的窘境。 子網(wǎng)地址包括一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)號(hào) 、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的 子網(wǎng)號(hào) 和一 個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的 主機(jī)號(hào)碼 三部分，其中 子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)是網(wǎng) 絡(luò)管理員按需要分配的。 使用子網(wǎng)掩碼的兩個(gè) B類地址 B類地址 網(wǎng)絡(luò)地址 主機(jī)地址 1011 1110 0000 0001 0100 0000 0000 0100 1011 1110 0000 0001 0100 0001 0000 0001 子網(wǎng)掩碼 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 子網(wǎng)地址 子網(wǎng)掩碼的表示 ① 直接的 32bit的位模式（不常用） ② 點(diǎn)分整數(shù)法（常用） 例： ? 子網(wǎng)掩碼的斜杠表示法： 斜杠表示的整數(shù)，就是所有1的個(gè)數(shù) 例：帶點(diǎn)十進(jìn)制數(shù)表示 斜杠表示 /24 IP地址 /子網(wǎng) 掩碼對(duì)： 可表示為 若劃分子網(wǎng)， Router在運(yùn)算時(shí)， IP地址和子網(wǎng) 掩碼按位 相與。 例 2：如果結(jié)點(diǎn)（主機(jī)）地址的頭十位用于子網(wǎng)，則 的子網(wǎng)掩碼是什么？ A： 。 C: 。 解：選擇 D 理由： 為 B 類地址 則對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼中頭兩個(gè)字節(jié)全“ 1” 據(jù)題意，結(jié)點(diǎn)（主機(jī)）地址的頭十位用于子網(wǎng)，則對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)地址 1后應(yīng)跟隨 10位“ 1”，故選 D 例 3：若子網(wǎng)掩碼為 ，那么下面哪個(gè)主機(jī)必須使用路由器才能與 通信？ A: 。 C: 。 解：選擇 B、 C 因 ： B類地址， 則 ： 。 又：子網(wǎng)掩碼為 ， 指示主機(jī)號(hào)（第三字節(jié)）的 頭兩位為子網(wǎng)號(hào)。 考察 A、 B、 D的第三字節(jié)： A： 19110111111 B: 12701111111 D: 14810010100 故：再選擇 B ? 子網(wǎng)和主機(jī)的計(jì)算公式 RFC 950規(guī)定： 不允許使用全“ 0”和全“ 1” 的子網(wǎng)，即子網(wǎng)號(hào)不能全“ 0”和全“ 1”，同樣， 主機(jī)號(hào)也如此。 ? 子網(wǎng)和主機(jī)的計(jì)算公式 1) 計(jì)算用于表示子網(wǎng)的位組合公式： 2N2(其中 N用于表示子網(wǎng)的位數(shù) ) 表示子網(wǎng)的位組合全 0和全 1（ 全 0子網(wǎng) 、 廣播子網(wǎng) ） ， 對(duì)于一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能出現(xiàn)問(wèn)題 ，所以剔除這兩種組合 。 例： ， 默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 : /24 ( ) 子網(wǎng)掩碼 : /26 ( ) /26借出主機(jī)的多少位來(lái)表示子網(wǎng)？ ？ IP地址分別是什么？ ？每個(gè)子網(wǎng)中 可容納多少主機(jī)？ 答案： 1. 2位 2. 222=2個(gè)子網(wǎng) 3. 或 或 除去全 0和 1，因此只能 或 ， 即