2022/10/29TCP/IPProtocolSuite1InternetProtocol（IP）RFC791IPLANsMANsWANsICMPIGMPARPRARPNetworkLayerNetworkAccessLayerTransportLayerApplicationLayer2022/10/29TCP/IPProtocolSuite2TheFeaturesofIPCommunicationFeaturesBest-effortdeliverynoerrorchecking,noguarantees，Connectionless互連不同物理網(wǎng)絡(luò)IP分組的分片與重組每一個分組被路由器獨(dú)立處理一對源和目的站點(diǎn)間的分組：可能會按照不同路徑傳輸?shù)侥康恼军c(diǎn)到達(dá)順序與發(fā)送順序不一致分組在傳輸過程中可能丟失或者受到損傷Unreliable:可靠性問題交由高層協(xié)議（TCP）解決2022/10/29TCP/IPProtocolSuite3Chapter7InternetProtocolDatagramFragmentationOptionsChecksumIPpackage2022/10/29TCP/IPProtocolSuite4Datagram（數(shù)據(jù)報）IPDatagram2022/10/29TCP/IPProtocolSuite5Identification16bitsFlags3bitsIPheaderVER4bitsHLEN4bitsDS8bitsTotallength16bitsFragmentationoffset13bitsTimeToLive8bitsProtocol8bitsHeaderchecksum16bitsSourceIPaddress32bitsDestinationIPaddress32bitsOption2022/10/29TCP/IPProtocolSuite6VersionfieldVER（Version）:4bitsCurrentversion:Version4Version6(IPng)mayreplaceVersion4TotelltheIPsoftwarewhattheformatthedatagramhas——IP版本檢測2022/10/29TCP/IPProtocolSuite7HeaderlengthfieldHLEN（Headerlength）:4bits以4字節(jié)（即32bits）為單位取值：5~15（即首部長度為20~60bytes）Thelengthoftheheaderisvariable

Fixedcomponent:20bytesVariablecomponent:IPOptions2022/10/29TCP/IPProtocolSuite8TypeofServiceField（TOS）TOS是對路由算法的提示，Internet并不保證提供TOS定義的服務(wù)definedhowthedatagramshouldbehandled由兩部分組成優(yōu)先級（Precedence）位允許發(fā)送方指明每個分組的重要程度當(dāng)出現(xiàn)問題（如擁塞）時，用來指示數(shù)據(jù)報的優(yōu)先級，具有最低優(yōu)先級的數(shù)據(jù)報將首先被丟棄例如控制分組可以比數(shù)據(jù)具有更高的優(yōu)先級服務(wù)類型（TOS）位四類：Delay（優(yōu)先級最高）、Throughput、Reliability、Cost表明該IP分組所希望的路由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)類型當(dāng)路由器存在多條到達(dá)目的站點(diǎn)的路由時，可以作為路由參考2022/10/29TCP/IPProtocolSuite9DifferentiatedServices(TypeofServiceField)TOS（服務(wù)類型）：8bits——早期該分組所期望的服務(wù)質(zhì)量——作為路由器操作的提示，而非要求DTR

PrecedenceD:MinimizeDelayR:MaximizeReliabilityT:MaximizeThroughput

C:MinimizeCost該分組所希望的路由轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)類型，不能同時設(shè)置ReservedRFC1349DTR

PrecedenceCRFC2474

DSCPCUDifferentiatedServices

CodePoint，區(qū)分服務(wù)編碼點(diǎn)

CurrentlyUnused指示對分組進(jìn)行異常處理（排隊或丟棄）的優(yōu)先權(quán)，值從0（普通優(yōu)先級）到7（網(wǎng)絡(luò)控制）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite10TotallengthfieldTotallength（總長度字段）：16bitsIncludestheheader以字節(jié)單位總長度＝首部長度（即4×HLEN）+數(shù)據(jù)長度為什么需要總長度字段？因為存在Pad例如：以太幀數(shù)據(jù)部分

要求最小46字節(jié)思考：IP分組的最大長度是多少？655352022/10/29TCP/IPProtocolSuite11Internet中IP分組分片操作分片的關(guān)鍵問題如何區(qū)分多個分片來自同一個IP分組？如何區(qū)分來自同一個IP分組的分片的順序？如何判斷是最后一個分組ABXIIIIIV12321Y2022/10/29TCP/IPProtocolSuite12FragmentationFieldsIdentification（標(biāo)識字段）：16bits源站每發(fā)送一個IP分組，標(biāo)識值＋1（源IP地址，標(biāo)識）全網(wǎng)唯一IP分組標(biāo)識Flags（標(biāo)志字段）：3bitsFragmentationoffset（片偏移字段）：13bits：表示每個分片在整個數(shù)據(jù)報中相對位置以8bytes為單位(Why?)DMFlagsD:DonotfragmentM:Morefragments思考：為什么使用分片偏移來標(biāo)識分段，而不直接采用序號？2022/10/29TCP/IPProtocolSuite13TimeToLiveFieldTTL（生存時間）：8bits，Adatagramhasalimitedlifetimeinitstravelthroughaninternet分組壽命是受限的：防止路由成環(huán)時，IP被無限次轉(zhuǎn)發(fā)取值：最初方案：時間戳(timestamp)，記錄分組傳輸時間+路由器轉(zhuǎn)發(fā)處理時間困難實際方案：分組允許經(jīng)過的路由器最大數(shù)目（跳數(shù)）取值：約為任意兩個節(jié)點(diǎn)間最大路由器數(shù)目的2倍路由器處理分組時，首先將分組的TTL值減1

，若TTL值為零時，直接丟棄該分組（并向源報告）最大值？2552022/10/29TCP/IPProtocolSuite14ProtocolField協(xié)議：8bits指明IP數(shù)據(jù)區(qū)的協(xié)議類型指明IP分組應(yīng)該交付到的高層協(xié)議IP對高層協(xié)議的復(fù)用和解復(fù)用HeaderICMPIGMPEGPOSPFTCPUDPNetworklayerTransportlayerIPDatagram1：ICMP 2：IGMP 4：IP 6：TCP8：EGP 17：UDP 41：IPv6 89：OSPF2022/10/29TCP/IPProtocolSuite15ChecksumField校驗和：16bits差錯檢測只校驗IP首部，數(shù)據(jù)部分由高層協(xié)議校驗無須重復(fù)校驗數(shù)據(jù)部分每經(jīng)過1個路由器，都需要重新計算Checksum縮短了路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組時的處理時間2022/10/29TCP/IPProtocolSuite16OptionField選項：0~40bytesTobeusedfornetworktestinganddebugging

不是IP分組的必需部分，但其處理是IP軟件的必需部分Code8bitsLength8bitsDatavariablelengthCopy1bitClass2bitsNumber5bitsCopy

0Copyonlyinfirstfragment1CopyintoallfragmentsClass00Datagramcontrol01ReservedDebuggingandmanagementReservedNumber00000Endofoption00001Nooption00011Loosesourceroute00111Recordroute01001Strictsourceroute2022/10/29TCP/IPProtocolSuite17Chapter7InternetProtocolDatagramFragmentationOptionsChecksumIPpackage2022/10/29TCP/IPProtocolSuite18數(shù)據(jù)報的封裝（Encapsulation）封裝：在一個物理幀中攜帶IP數(shù)據(jù)報進(jìn)行傳輸關(guān)鍵問題：IP數(shù)據(jù)報可以有多長？Example：EthernetframeIPPacket目的MAC類型FCS源MACPacket66246~150040x0800byteEthernetframeheaderIPheaderIPdata2022/10/29TCP/IPProtocolSuite19IPDatagramExample2022/10/29TCP/IPProtocolSuite20數(shù)據(jù)報大小與網(wǎng)絡(luò)MTUMTU（最大傳輸單元）:maximumlengthofdatathatcanbeencapsulatedinaframeData≤MTUHeaderTrailerIPdatagramDatagramFrameMTUisdependentonthephysicalnetworkPhysicalNetworkMTUHyperchannel65535Tokenring(16Mbps)17914Tokenring(4Mbps)4464FDDI4352Ethernet1500X.25576PPP2962022/10/29TCP/IPProtocolSuite21數(shù)據(jù)報大小與網(wǎng)絡(luò)MTU每個IP分組都封裝在幀中傳輸在Internet中，數(shù)據(jù)報可能穿越多種不同的物理網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的地MTU(MaximumTransferUnit):物理網(wǎng)絡(luò)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的最大長度不同物理網(wǎng)，MTU不同！如何確定分組的大小？（IP的解決思路）InordertomaketheIPprotocolindependentofthephysicalnetwork，themaximumlengthoftheIPdatagramequalsto65,535bytes這要求IP層：對于高層協(xié)議數(shù)據(jù)報最大長度＝216Byte=65,535（獨(dú)立于任何物理網(wǎng)絡(luò)的MTU）面對物理網(wǎng)絡(luò)提供Fragmentation（分片）和reassembly（重組）機(jī)制2022/10/29TCP/IPProtocolSuite22Fragmentation(分片)Fragmentation:在MTU較小的網(wǎng)絡(luò)上，IP將較長的數(shù)據(jù)報劃分成更小的部分（Fragment）分片的大?。?字節(jié)的整數(shù)倍（除最后1個分片）——保證偏移值是以8字節(jié)為單位最接近網(wǎng)絡(luò)的MTU

HData1600bytesData2600bytesData3200bytes06001200Offset=0Offset=600/8=75Offset=1200/8=150DataMTU620HHHData1Data2Data3NET2R1NET1MTU18002022/10/29TCP/IPProtocolSuite23FragmentationOperationTobefragmentedbyroutersandasourcehostAdatagramcanbefragmentedmorethanonceAnIPheadermustbeincludedineachfragmentAllfragmentshavethesameidentificationnumberastheoriginaldatagramThevaluesofthethreefieldsmustbechanged：Flags,Fragmentationoffset,TotallengthChecksummustberecalculateThereassembly

ofdatagramisdoneonlybythedestinationhost原因EachfragmentisanindependentdatagramMaybetravelthroughdifferentroutes2022/10/29TCP/IPProtocolSuite24片3數(shù)據(jù)：2800~3999片2數(shù)據(jù)：1400~2799片1數(shù)據(jù)：0~1399FragmentationExample4020145670checksum01420MTU=142014567原始分組數(shù)據(jù)0~39991220114201456714567145671456710110175350175275820620MTU=820片2.2數(shù)據(jù)：2200~2799片2.1數(shù)據(jù)：1400~21992022/10/29TCP/IPProtocolSuite25Reassembly（重組操作）OnlybydestinationhostConnectionless各分片的傳輸路徑可不同有重組時限

ReassemblyTimer若丟失分片，則無法重組IP分組目的主機(jī)能區(qū)分和重組不同的源IP報文（源IP地址，標(biāo)識）ABR1R3R2Net1Net2MTU16201220MTU2420MTU4820R4Net3Net4MTU3620755000757550012002022/10/29TCP/IPProtocolSuite26如何重組——重組表重組表的功能：找出一個分片屬于哪一個原始的數(shù)據(jù)報將屬于同一個數(shù)據(jù)報的分片進(jìn)行排序SateSourceAddressIDReassemblyTimerFragments……（源IP，IP標(biāo)識）決定分片屬于哪一個原始的數(shù)據(jù)報Apredeterminedamountoftimeinwhichallfragmentsmustarrive分片長度=400Offset=0M=1分片長度=400Offset=50M=1分片長度=100Offset=100M=02022/10/29TCP/IPProtocolSuite27ToProcessanIPPacket合法性檢查版本長度TTLProtocolChecksumIP地址分片與重組選項處理（自學(xué)）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite28Chapter7InternetProtocolDatagramFragmentationOptionsChecksumIPpackage2022/10/29TCP/IPProtocolSuite29Options（自學(xué)）Types選項Option單字節(jié)Single-byte多字節(jié)Multiple-byte無操作Nooperation記錄路由Recordroute選項結(jié)束Endofoption嚴(yán)格源路由Strictsourceroute松散源路由Loosesourceroute時間戳TimestampRecordrouteThepointerfieldisanoffsetintegerfieldcontainingthebytenumberofthefirstemptyentry.2022/10/29TCP/IPProtocolSuite302022/10/29TCP/IPProtocolSuite31Strictsourceroute(嚴(yán)格源路由)FormatCodeength（Totallength）PointerFirstIPaddress（Filledwhenstarted）SecondIPaddress（Filledwhenstarted）…LastIPaddress（Filledwhenstarted）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite3210.0.0.110.0.0.210.0.0.0作用嚴(yán)格按給定的IP地址逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，中間不允許經(jīng)過其它IP地址41513767.14.10.22140.10.5.4200.14.7.148140.10.6.3200.14.7.9138.6.22.26121667.0.0.0140.10.0.0200.14.7.067.34.30.6138.6.0.067.14.10.22140.10.6.3140.10.5.4200.14.7.9200.14.7.14138.6.22.26138.6.25.402022/10/29TCP/IPProtocolSuite33FragmentationwithOptions哪些選項會復(fù)制到所有分片中？哪些只在第一個分片中出現(xiàn)？為什么？哪些選項用于數(shù)據(jù)報控制？哪些選項用于調(diào)試管理？NocopyNocopyNocopyNocopyCopyCopyControlControlControlControlControlDebugNooperation 00000001Endofoption 00000000Recordroute 00000111Strictsourceroute 10001001Loosesourceroute 10000011Timestamp 010001002022/10/29TCP/IPProtocolSuite34Chapter7InternetProtocolDatagramFragmentationOptionsChecksumIPpackage2022/10/29TCP/IPProtocolSuite35ChecksumTheerrordetectionmethodusedbymostTCP/IPprotocolsiscalledthechecksumRFC1071（RFC1141，1624，1936），附錄CIP分組的校驗和只包括分組首部，而不包括數(shù)據(jù)16bitsSection116bitsSection216bitsSectionkAll0sChecksum16bitsSum16bitsComplementChecksum16bitsSection116bitsSection216bitsSectionk16bitsChecksum16bitsSumResultChecksumPacketIftheresultis0,keep;otherwise,discard16bitsSenderReceiverComplement2022/10/29TCP/IPProtocolS