清華大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

1、計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,主要內(nèi)容,Internet網(wǎng)絡(luò)層概述 IP協(xié)議 IP協(xié)議概述 IP數(shù)據(jù)報(bào) IP地址 子網(wǎng)和掩碼 IP協(xié)議的主要功能 無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸 數(shù)據(jù)報(bào)路由 差錯(cuò)處理 ICMP協(xié)議 ARP/RARP協(xié)議 ARP協(xié)議 RARP協(xié)議 地址轉(zhuǎn)換舉例,路由協(xié)議概述 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 RIP OSPF 外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 BGP,Internet 網(wǎng)絡(luò)層概述,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,INTERNET網(wǎng)絡(luò)層概述,在網(wǎng)絡(luò)層，Internet可以看成是自治系統(tǒng)的集合，是由網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)的紐帶是IP(Internet Protocol)協(xié)議。,計(jì) 算 機(jī)

2、 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,INTERNET網(wǎng)絡(luò)層概述,提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制 設(shè)計(jì)思想為“盡力傳送” 不能保證傳輸?shù)目煽啃?有數(shù)據(jù)丟失，無(wú)差錯(cuò)恢復(fù)) 糾錯(cuò)重傳問(wèn)題交由傳輸層來(lái)解決 特點(diǎn)是快速、簡(jiǎn)單、效率高 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸：網(wǎng)絡(luò)層的對(duì)等實(shí)體間不存在任何中間設(shè)備。 通信子網(wǎng)的最高層，對(duì)傳輸層提供統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)報(bào)，是異種網(wǎng)絡(luò)互連的基礎(chǔ)。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,Internet網(wǎng)絡(luò)層的通信方式,單播通信(unicasting) 一臺(tái)主機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送到另外一臺(tái)主機(jī)上。 源地址和目的地址都是IP地址。 廣播通信(broadcasting) 一臺(tái)主機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)中的

3、所有主機(jī)。 源地址為IP地址，目的地址為本網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)的廣播地址。 組播通信(multicasting) 一臺(tái)主機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送給同組的主機(jī)。 可以避免廣播通信的廣播風(fēng)暴，減少網(wǎng)絡(luò)通信流量。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,Internt網(wǎng)絡(luò)層主要協(xié)議,Internet網(wǎng)絡(luò)層存在兩種類(lèi)型的協(xié)議：Routed Protocols 和Routing Protocols。 Routed Protocols 的主要協(xié)議包括： IP (Internet Protocol)：完成無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸和路由功能。 ICMP(Internet Control Message Protocol)：用于網(wǎng)絡(luò)層的差

4、錯(cuò)與控制報(bào)文的傳輸。 IGMP(Internet Group Management Protocol)：用于將UDP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給同組主機(jī)。 ARP/RARP(The (Reverse) Address Resolution Protocol)：用于網(wǎng)絡(luò)層地址(IP地址)與數(shù)據(jù)鏈路層地址(MAC地址)之間的映射。 Routing Protocols包括： RIP(Routing Information Protocol)：是“距離向量”協(xié)議族中最簡(jiǎn)單的一種。距離的衡量標(biāo)準(zhǔn)是到達(dá)目的地需要經(jīng)過(guò)的中間結(jié)點(diǎn)的數(shù)目(Hop)。 OSPF(Open Shortest Path First)：是“鏈路狀態(tài)協(xié)

5、議”的一種，通過(guò)計(jì)算自己到自治系統(tǒng)中其他路由器的最短路徑來(lái)路由。 BGP(Exterior Gateway Protocol)：是自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議，又稱(chēng)域間路由協(xié)議。,IP協(xié)議,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP協(xié)議概述,IP協(xié)議采用無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“盡力傳輸”，即只負(fù)責(zé)將分組發(fā)送到目的主機(jī)，不管傳輸正確與否，不作驗(yàn)證，不發(fā)確認(rèn)，也不保證分組的到達(dá)順序。 IP協(xié)議是點(diǎn)到點(diǎn)的，不可靠的。Internet的可靠性體現(xiàn)在傳輸層 TCP協(xié)議，所以Internet只提供可靠的端到端通信。 IP協(xié)議的主要功能： 無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸 數(shù)據(jù)報(bào)路由（IP路由） 差錯(cuò)檢驗(yàn) 由ICMP協(xié)

6、議完成 實(shí)際上，任何IP協(xié)議模塊，都必須提供ICMP實(shí)現(xiàn)。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP協(xié)議主要內(nèi)容,IP協(xié)議概述 IP數(shù)據(jù)報(bào) 報(bào)頭(20Bytes的固定部分和變長(zhǎng)的可選部分) TCP數(shù)據(jù) IP地址 32bits的二進(jìn)制地址，由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)位和主機(jī)標(biāo)識(shí)位組成。 子網(wǎng)和掩碼 為了便于管理，任何網(wǎng)絡(luò)可以再劃分成子網(wǎng)。子網(wǎng)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立存在，對(duì)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)是透明的。 IP協(xié)議的主要功能 無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸 分段，分段的傳輸和控制，分段重組 數(shù)據(jù)報(bào)路由 路由表和工作流程 差錯(cuò)處理 ICMP協(xié)議,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP數(shù)據(jù)報(bào),IP數(shù)據(jù)報(bào)由報(bào)頭和正文部分構(gòu)成，正文部分就是來(lái)自

7、傳輸層的數(shù)據(jù)。 IP報(bào)頭包括 20個(gè)字節(jié)的 固定部分和 變長(zhǎng)(最長(zhǎng)40 字節(jié))的可選 部分，從左 到右傳輸。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭,Version：4 bits (版本域) 目前使用最廣的v4，最新的版本是v6。 IHL： 4 bits (IP Header Length) 最小為5，最大為15，單位為32-bit。 Type of Service：8 bits (服務(wù)類(lèi)型域) Bits 0-2：Precedence，8種不同的優(yōu)先級(jí)。 Bit 3：0 = Normal Delay，1 = Low Delay Bit 4：0 = Normal Throughput，

8、1 = High Throughput Bit 5：0 = Normal Relibility，1 = High Relibility Bit 6-7：Reserved for Future Use 目前，幾乎所有路由器都忽略服務(wù)類(lèi)型域。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭,Total length：16 bits (總長(zhǎng)度域) 包括報(bào)頭和正文，最長(zhǎng)為65535字節(jié)。 Identification：16 bits (標(biāo)識(shí)域) 用于讓目的主機(jī)判斷新來(lái)的分段屬于那個(gè)分組，屬于同一分組的分段具有同樣的標(biāo)識(shí)值。 Flags：3 bits Bit 0：reserved, must be z

9、ero Bit 1：(DF) 0 = May Fragment, 1 = Dont Fragment. DF位置1，表示不允許路由器對(duì)該數(shù)據(jù)報(bào)分段，因?yàn)槟康闹鳈C(jī)不能重組分段。這意味著該數(shù)據(jù)報(bào)可能需要繞過(guò)最優(yōu)路徑上的小分組網(wǎng)絡(luò)，而選擇次優(yōu)路由。所有機(jī)器都能夠接收小于等于576字節(jié)的分組/分段。 Bit 2：(MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments. 除最后一個(gè)段外的所有段都要置MF位。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭,Fragment offset：3 bits (段偏移量) 此域的基本單位是8 bytes。 除最后段外的其他段的取值

10、應(yīng)是8字節(jié)的倍數(shù)。 Time To Live：8 bits (生存期TTL) 用于限制分組的生存周期，防止其在網(wǎng)絡(luò)中無(wú)限制的轉(zhuǎn)發(fā)。 在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，分組/分段每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器TTL減1，為0則丟棄，并給源主機(jī)發(fā)送一個(gè)告警分組。 Protocol： 8 bits (協(xié)議域) 上層使用哪種傳輸協(xié)議。 如果傳輸層協(xié)議是TCP，取值為6；如果傳輸層協(xié)議是UDP，取值為17。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭,Header checksum：16 bits (頭部校驗(yàn)和) 只對(duì)IP報(bào)頭做校驗(yàn)。 算法：報(bào)頭的每16位求反，循環(huán)相加(進(jìn)位加在末尾)，后再求反。如果報(bào)頭正確，結(jié)果應(yīng)為零。 按照經(jīng)

11、驗(yàn)，這個(gè)簡(jiǎn)單的算法是夠用了，但也可以用CRC校驗(yàn)來(lái)代替。 頭部校驗(yàn)和在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要重新計(jì)算。 Source Address：32 bits (源地址) 發(fā)送主機(jī)的IP地址。 Destination Address：32 bits (目的地址) 接收主機(jī)的IP地址。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭,Options：variable (選項(xiàng)) 選項(xiàng)域便于為后續(xù)版本引進(jìn)新信息，提供了可擴(kuò)展能力。 每種選項(xiàng)用一個(gè)字節(jié)標(biāo)明選項(xiàng)類(lèi)型，一個(gè)字節(jié)標(biāo)明長(zhǎng)度(可有可無(wú))，其余時(shí)若干數(shù)據(jù)字節(jié)。每種選項(xiàng)的總長(zhǎng)度為4字節(jié)的倍數(shù)，不夠則填充，最長(zhǎng)為40字節(jié)。 已經(jīng)定義了五種選項(xiàng)，但是并不是所有的路由器都支持全部五種選項(xiàng)。,計(jì) 算 機(jī) 網(wǎng) 絡(luò) 原 理 網(wǎng) 絡(luò) 層,IP報(bào)頭選項(xiàng),Security(安全性) 說(shuō)明信息的安全程度。實(shí)際上，所有路由器都忽略此選項(xiàng)。 Strict source routing (嚴(yán)格源路由) 將從源到目的地的完整路徑上所有的IP地址都記錄下來(lái)。數(shù)據(jù)報(bào)必須嚴(yán)格地按照這條路徑傳送。 當(dāng)路由器崩潰時(shí)，該字段可用于發(fā)送緊急分組或測(cè)量時(shí)間。 Loose sour