IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式 

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• 一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。

• 首部的前一部分是固定長度共 20 字節(jié)是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。

• 在首部的固定部分的后面是一些可選字段其長度是可變的。 

IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段 

• 版本——占 4 位指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號(hào)為 4 (即 IPv4)

• 首部長度——占 4 位可表示的最大數(shù)值是 15 個(gè)單位(一個(gè)單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長度的最大值是 60 字節(jié)。

• 區(qū)分服務(wù)——占 8 位用來獲得更好的服務(wù)在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型但實(shí)際上一直未被使用過。1998年這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)。只有在使用區(qū)分服務(wù)DiffServ時(shí)這個(gè)字段才起作用。在一般的情況下都不使用這個(gè)字段 

• 總長度——占 16 位指首部和數(shù)據(jù)之和的長度單位為字節(jié)因此數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度為 65535 字節(jié)?？傞L度必須不超過最大傳送單元 MTU。 

• 標(biāo)識(shí)(identification)——占 16 位它是一個(gè)計(jì)數(shù)器用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)。 

• 標(biāo)志(flag)——占 3 位目前只有前兩位有意義。標(biāo)志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF = 1 表示后面“還有分片”。MF = 0 表示最后一個(gè)分片。標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Don't Fragment) 。只有當(dāng) DF = 0 時(shí)才允許分片。 

• 片偏移(13 位)指出較長的分組在分片后某片在原分組中的相對(duì)位置。片偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。

• 生存時(shí)間(8 位)記為 TTL (Time To Live)數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值。

• 協(xié)議(8 位)字段指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個(gè)處理過程

• 首部檢驗(yàn)和(16 位)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部不檢驗(yàn)數(shù)據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡單的計(jì)算方法。 

• 源地址和目的地址都各占 4 字節(jié)

IP 數(shù)據(jù)報(bào)分片

IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 

• 有四個(gè) A 類網(wǎng)絡(luò)通過三個(gè)路由器連接在一起。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬個(gè)主機(jī)。

• 可以想像若按目的主機(jī)號(hào)來制作路由表則所得出的路由表就會(huì)過于龐大。

• 但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含 4 個(gè)項(xiàng)目。這樣就可使路由表大大簡化。 

查找路由表

根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器這樣做的結(jié)果是

•     IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器可能要通過多次的間接交付。

•     只有到達(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。 

特定主機(jī)路由

• 這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個(gè)路由。

• 采用特定主機(jī)路由可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測試網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也可在需要考慮某種安全問題時(shí)采用這種特定主機(jī)路由。 

默認(rèn)路由(default route)

• 路由器還可采用默認(rèn)路由以減少路由表所占用的空間和搜索路由表所用的時(shí)間。

• 這種轉(zhuǎn)發(fā)方式在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有很少的對(duì)外連接時(shí)是很有用的。

• 默認(rèn)路由在主機(jī)發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)往往更能顯示出它的好處。

• 如果一個(gè)主機(jī)連接在一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)上而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)只用一個(gè)路由器和因特網(wǎng)連接那么在這種情況下使用默認(rèn)路由是非常合適的。 

注意

• IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的 IP 地址”。

• 當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)不是將下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 數(shù)據(jù)報(bào)而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件。

• 網(wǎng)絡(luò)接口軟件使用 ARP 負(fù)責(zé)將下一跳路由器的 IP 地址轉(zhuǎn)換成硬件地址并將此硬件地址放在鏈路層的 MAC 幀的首部然后根據(jù)這個(gè)硬件地址找到下一跳路由器。 

分組轉(zhuǎn)發(fā)算法 

(1)  從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的主機(jī)的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為 N。

(2)  若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連則把數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī) D否則是間接交付執(zhí)行(3)。

(3)  若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一跳路由器否則執(zhí)行(4)。

(4)  若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N 的路由則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表指明的下一跳路由器否則執(zhí)行(5)。

(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器否則執(zhí)行(6)。

(6)  報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。 

路由選擇協(xié)議

因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議 

• 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP (Interior Gateway Protocol)    即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。

• 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP (External Gateway Protocol)    若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 EGP。在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是 BGP-4。  

下面主要介紹內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol)

工作原理

• 路由信息協(xié)議 RIP 是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。

• RIP 是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。

• RIP 協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。 

“距離”的定義 

• 從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為 1。

• 從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加 1。

• RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hop count)因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)路由器跳數(shù)就加 1。

• 這里的“距離”實(shí)際上指的是“最短距離” 

• RIP 認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少即“距離短”。

• RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個(gè)路由器。

• “距離”的最大值為16 時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)?？梢?RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。

• RIP 不能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多條路由。RIP 選擇一個(gè)具有最少路由器的路由即最短路由哪怕還存在另一條高速(低時(shí)延)但路由器較多的路由。   

RIP 協(xié)議的三個(gè)要點(diǎn) 

• 僅和相鄰路由器交換信息。 

• 交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息即自己的路由表。 

• 按固定的時(shí)間間隔交換路由信息例如每隔 30 秒。 

路由表的建立 

• 路由器在剛剛開始工作時(shí)只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離此距離定義為1。

• 以后每一個(gè)路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。

• 經(jīng)過若干次更新后所有的路由器最終都會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。

• RIP 協(xié)議的收斂(convergence)過程較快即在自治系統(tǒng)中所有的結(jié)點(diǎn)都得到正確的路由選擇信息的過程。 

距離向量算法

示例

當(dāng)前標(biāo)題：網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之--IP數(shù)據(jù)報(bào)、分片策略、路由表
網(wǎng)頁地址：http://aaarwkj.com/article48/ipodhp.html

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