第3章-网际协议-计算机网络Tcpip协议.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 网际协议,1,The Communication Process,Name,Address,Post Office,Post Office,Name,Address,Name,Address,Post Office,Post Office,Name,Address,2,主要内容,IPv4协议(1981.9 RFC 791 Internet,Protocol),下一代IP：IPv6，克服IPv4的缺点,移动IP ：基于移动通信技术,3,3.1 IPv4协议,Best Effort,Cisco试题：Why is IP considered a best-effort protocol?,1.IP detects lost packets.2.IP validates the content of the packets.3.IP does not provide acknowledgment of the data delivery.4.IP reorders the packet as they arrive at the destination host,4,IP分类编址,子网划分,IP分组,分片,6,3.1.1 IP分类编址,7,IP 地址表示,192.168.1.0,192.168.3.0,192.168.1.,100,192.168.2.,101,192.168.2.,100,192.168.3.,100,192.168.2.0,192.168.1.100,IP,地址,Host ID,Network ID,8,互联网上的IP地址对应连接关系,10,互联网上的每个IP地址标识的不是某台设备(主机或路由器)，而是设备和网络之间的一个连接。与多个网络有连接的设备必须为每个连接分配一个IP地址。每一个地址对应路由器中的一个接口。,在同一个物理网络上，所有设备（主机或路由器）的IP地址对应的网络地址相同，一台设备连接了多个网络，则分别有对应不同网络的IP地址。,11,每一类网络中的网络数量和主机数量,类,第1个字节,地址范围,网络数量,主机数量,A,1 126,1.0.0.1 126.255.255.254,2,7,-2=126,2,24,-2=16 777 214,B,128 191,128.0.0.1 191.255.255.254,2,14,=16384,2,16,-2=65 534,C,192 223,192.0.0.1 223.255.255.254,2,21,=2 097 152,2,8,-2=254,D,224 239,224.0.0.0 239.255.255.255,不适用,不适用,E,240 255,240.0.0.0 255.255.255.255,不适用,不适用,13,思考一：,如何确定IP地址在同一子网内或不在同一子网内？也就是说，可以相互在局域网内打联机游戏？,例1：192.168.8.252/24与192.168.1.251/24能否通讯？,例2：10.217.123.7/10与10.218.102.31/10能否通讯？,不在同一子网内的IP，如何通讯？,（通过路由器可以将不同网段的计算机联结起来。）,15,思考二：,为什么要划分子网？,借用部分主机地址,来划分多个不同网段的子网。,16,上图借了主机8位表示子网，第1个子网号可能与类网络号混淆，所以通常我们不使用。例如：B类网络172.16.0.0,但是对于某些路由器产品，仍可以使用子网号0的空间。例如：Cisco 路由器从IOS（Internet work 0perating System）12.0开始，默认使用子网号0。,18,IP地址与子网掩码的关系,网络部分,主机部分,子网部分,IP地址,子网掩码,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,对于有无子网划分的情况，如何确定一个地址的子网地址和主机地址？,19,子网掩码,IP,Address,Host ID,Network ID,192.168.,2.200,Subnet,Mask,255.255.,0.0,192.168.,IP,Address,10.,50.100.200,Subnet,Mask,255.,0.0.0,Network,ID,10.,0.0.0,IP,地址,10.50.,100.200,子网,掩码,255.255.,0.0,网络,ID,10.50.,0.0,IP,地址,10.50.100.,200,子网,掩码,255.255.255.,0,网络,ID,10.50.100.,0,20,子网掩码的分配规律：,1，最大值1跟最小值0。,2，连续的1确定网络ID。,3，连续的0确定主机ID。,注：协议中并没有要求和位必须连续，但是，不连续的子网掩码不便于分配主机地址和路由表的理解，现在路由器也极少支持这种子网掩码。,21,计算机网络,ID,1，计算IP地址的二进制值。,2，计算子网掩码的二进制值。,3，由二进制的与运算计算机网络ID的二进制值。,4，将网络ID的二进制转为十进制。,5，按以上方法计算另一个IP的网络ID十进制,6，并判断这两个IP地址是否在同一网段内。,22,CIDR,标记法,也称网络前缀标记法。,IP：10.217.123.7/20,表示：其子网掩码有20个连续的1，用来确定网络ID；余下的必须是0，用来确定主机ID。,注：子网的逻辑划分对外部网络是隐蔽的。这个网络外的路由器不会知道网络内配置的子网掩码是什么。,24,定长子网掩码,1)确定需要划分的子网数量。,2)确定被划分网络地址主机部分的位数。,3)根据子网数量，确定子网部分所需的位数。,4)计算子网掩码,5)确定每一个子网的地址范围,例如：.划分个子网？,25,变长子网掩码,.，划分个子网，每个子网的主机数目位、,14和14,。,26,主机数目,子网地址,子网掩码,子网号,2,200.69.11.4,255.255.255.252/30,000001,2,200.69.11.8,255.255.255.252/30,000010,14,200.69.11.16,255.255.255.240/28,0001,14,200.69.11.32,255.255.255.240/28,0010,60,200.69.11.64,255.255.255.192/26,01,28,假如有一个IP地址2000.69.11.100，子网掩码255.255.255.192，得到的子网地址为200.69.11.64.若采用255.255.255.240，得到的子网地址是200.69.11.96.产生二义性。如何避免？,29,网络配置实例：,要求一：要求IP为192.168.0.1的主机能PING通IP为192.168.1.2的主机。,要求二：在192.168.0.0的网段内有一文件资料，如何才能在192.168.1.1端访问到？,要求三：将局域网192.168.0.0联入互联网。（课外作业）,31,3.1.3 IP分组,版本,服务类型,标识,总长度,首部长,标志,分片偏移,生存时间,协议,首部校验和,源IP地址,目的IP地址,选项,数据,32,IP 数据报格式,ver,length,32 bits,data,(可变长度,一般为一个 TCP,或UDP 数据段),16-bit identifier,Internet,checksum,time to,live,32 bit source IP address,IP 协议版本号,首部长度,(bytes),余留步跳,(在经过每个路由器后递减),用于,分包/,重装,数据报长度(bytes),用来递交有效负荷的上层协议,head.,len,type of,service,数据“类型”,flgs,fragment,offset,upper,layer,32 bit destination IP address,Options(if any),E.g.时间戳,纪录路,由标记,定义要访问,的路由器,33,选项类型,记录路由,源路由,时间戳,34,IP 分包&重组,网络链路具有 MTU(最大传输单位)属性 是有链路层最大帧的限制决定的.,不同类型的链路,不同的 MTUs,较大的,IP分组在网络中会被分割(“fragmented”),一个分组就被分成了若干分组,分组只是在最终的信宿站点被重新“组装-reassembled”,在IP 分组的首部有些位标记用来确认和排序相关的组“片”,fragmentation:,in:,one large datagram,out:,3 smaller datagrams,reassembly,35,具有不同MTU的互联网,分组首部,数据（1480字节）,数据（600字节）,分片首部1,数据（600字节）,分片首部2,数据（280字节）,分片首部3,36,网 络 MTU字节,超通道 65535,16 Mb/s令牌环（IBM）17914,4 Mb/s令牌环（IEEE 802.5)4464,FDDI 4352,以太网 1500,IEEE802.3/802.2 1492,X.25 576,点对点（低延时）296,37,IP 分片和重组,ID,=x,offset,=0,fragflag,=0,length,=4000,ID,=x,offset,=0,fragflag,=1,length,=1500,ID,=x,offset,=1480,fragflag,=1,length,=1500,ID,=x,offset,=2960,fragflag,=0,length,=1040,一个大的分组被划为若干较小的分组,38,举例,具有不同MTU值的一个互联网的拓扑，主机A向主机B发送一个满足最大MTU值的IP分组1，当该分组通过网络2和网络3时发生分片，表3-18给出了分组1经过此网络时的分片情况，给出了分片总长度、标识、标志和分片偏移的关系。,39,3.2 下一代IP：IPv6,IPv6地址,IPv6分组格式,IPv4向IPv6的过渡,40,IPv6,初始的动机:,32-bit 的地址空间预计在2008将全部分配出去.,其他动机:,改革首部格式帮助加速处理/转发,改革首部实现 QoS,新型“任意播-anycast”地址的实现:实现在若干备份服务器中寻求“最佳”路由,IPv6 分组格式:,固定长度的40 byte首部,不支持分组分割,41,由 IPv4 向IPv6的迁移,并不是所有的路由器都能够在同一时刻升级,不能采用“易帜日”的办法,但是网络如何能够在IPv4和 IPv6路由器共存的情况下运行?,两种建议的途径:,双栈(Dual Stack),:某些具有双栈(v6,v4)的路由器 可以将两种地址格式进行“翻译-translate”,隧道(Tunneling):,IPv6可以作为IPv4的负荷(payload)通过IPv4的路由器,42,双栈(Dual Stack)方式,43,隧道(Tunneling),在必要时将IPv6藏入 IPv4,44,3.2.1 IPv6地址,冒号十六进制表示法,为了使地址具有更好的可读性，在地址表示上，128比特长的IPv6地址采用冒号十六进制表示法。在这种表示法中，128比特划分为8段，每段16比特，并用4个十六进制数表示，段与段之间用冒号分隔。,FACC：B998：0056：0000：0000：0000：AAEE：BBCC,45,IPv6位址的表示法(1/2),長達,128 bits,，不適合用,2,進位表示,若用,IPv4,的表示法易造成混淆，且仍很長,在表示上將它區分為,8,段,(segment),，每段由,16 bits,組成，以冒號,(:),隔開,其中的,W,、,X,、,Y,和,Z,都是代表,16,進位數字，也就是,0F,46,IPv6位址的表示法(2/2),為了方便書寫，開頭的,0,可略，如,0C12,C12,、,000A,A,Zero compression:,整段,16 bits,都是,0,則可全略,:(,雙冒號,),表示其中包含連續、數量不固定的,0,。因出現兩個,:,就會搞不清楚實際代表的,IPv6,位址，所以規定只能一個,47,地址类型,单播地址(unicast address)：标识作用域内的单个接口。,多播地址(multicast address)：标识零个或多个接口。,任播地址(anycast address)：标识多个接口，但分组只发送个多个接口中离源站点最近的路由器接口。,48,地址结构,可变长度,可变长度,128比特,类型前缀,地址的其余部分,49,IPv6位址的格式(1/6),有,N bits,為首碼,(Prefix),：視位址種類而定,另一種常見的,IPv6,位址表示法是,IPv6,位址,/,首碼長度,區分為三種類型,(type),：,Unicast,Multicast,Anycast,50,IPv6位址的格式(2/6),Unicast,位址,如同,IPv4,的,Unicast,，適用在單一節點對單一節點的資料傳送,又區分為,Global,、,Site-Local,、,Link-Local,和,IPv4-Compatible4,種型態,Global:,前,3 bits,為首碼固定是,001,，最後的,64 bits,為,Interface ID(Interface Identifier,，介面位址功用如同,IPv4,的,Host ID),51,TLA标识：顶级聚合标识，表示路由层次的最高层。因特网地址授权机构负责将分配给地区因特网注册机构。,标识：下一级聚合标识。,标识：网点级聚合标识，表示不同子网。,三层结构。,001 TLA标识 保留 NLA标识 SLA标识 接口标识,13bit 8bit 24bit 16bit 64bit,52,IPv6位址的格式(3/6),Site-Local:,前,10 bits,為首碼固定為,1111111011,，間隔,38 bits,的,0,後接,16bits,的子網路位址,(Subnet ID),，最後是,64 bits,的介面位址。,Site-Local IPv6,位址一定以,FEC0,開頭，以,FEC0:/10,泛指,Site-Local IPv6,位址,Link-Local:,前,10 bits,為首碼固定為,1111111010,，接著是連續,54 bits,的,0,，最後是,64 bits,的介面位址。,Link-Local IPv6,位址一定以,FE80,，以,FE80:/10,泛指,Link-Local IPv6,位址,53,IPv6位址的格式(4/6),IPv4-Compatible:,沒有所謂的首碼與介面位址，只是在原本,32 bits,的,IPv4,位址前面加上,96 bits,的,0,8bit,8bit,16bit,1111.,54,IPv6位址的格式(5/6),Multicast,位址：整合了,IPv4,的多點傳送,(Multicast),及廣播傳送,(Broadcast),，適用於單一節點對多個節點的資料傳送。前,8 bits,為首碼固定為，最後,112 bits,為群組位址,(Group ID,Group Identifier),标志 范围,0000 保留 0001 本地站点,0010 本地链路 0101 本地网点,1000 本地机构 1110 全球范围,1111 保留,0 永久分配,1 临时地址,55,IPv6位址的格式(6/6),Anycast,位址：是,IPv6,位址新增的類型。也是用在單一節點對多個節點,(,或其中任一點,),的資料傳送，但是它的目的節點必須是路由器或,L3,交換器，而不是電腦。首碼長度不固定，首碼以外的位元都是,0,56,用于标识一组网络接口,目标地址为任播抵制的数据报将发送给最近的一个接口,适合于One-to-One-of-Many的通讯场合,Whos Gateway?,Im nearest one.,57,3.2.2 IPv6分组格式,可选,基本首部,扩展首部1,扩展首部n,数据,IPv6,数据包由一个基本报头加上,0,个或多个扩展报头机上层协议单元构成。,58,IPv6 首部,Priority:,确定数据流中分组的优先级,Flow Label:,确认同一“flow”中的分组,(“flow”的概念尚未定义完善).,Next header:,定义用来传送数据的上层协议,基本包头,next header=routing,路由包头,next header=AH,认证包头,next header=TCP,TCP数据段,59,IPv6基本报头,备注,version=6,Traffic Class,IP V4 TOS,Flow Label,用于指示流,Next Header,IP V4 Protocol,Hop Limit,IP V4 TTL,Payload Length,指示该,IP,报文负荷长度,Source,和,Destination,地址都是,128,位,IPv4,IPv6,60,其他不同于 IPv4的修改,Checksum,:,完全取消，,以减少每个步跳上的处理时间,Options:,允许使用,但不再是首部的内容,而是由“Next Header”字段说明,IPV6定义的扩展包头有：逐跳选项报头、路由包头、分段包头、目的地选项包头、认证包头、负载安全封装包头等等。,Fragment,。所有站点必须使用1280的分组。如果源站发送过大的分组，中间路由器不进行分片，返回出错信息，使源站分解分组。,ICMPv6:,ICMP的新版本,新增报文类型，e.g.“Packet Too Big”,组播管理功能,61,IPv6扩展报头,IPv6将一些IP层的可选功能实现在上层封装和基本IPv6头部之间的扩展头部中,主要的扩展报头：,Hop-by-Hop Options header,Destination Options header,Routing header,Fragment header,Authentication header,Encapsulating Security Payload header,62,扩展报头的一个举例-,Routing Header,Routing Header的作用在于使得数据包经过指定的中间节点到达目的地。,63,一个带Routing Header报文的转发流程,S,I1,I2,I3,D,Source Address=S Hdr Ext Len=6,Desti,nation Address=I1 Segments Left=3,Address1=I2,Address2=I3,Address3=D,Source Address=S Hdr Ext Len=6,Destination Address=I2 Segments Left=2,Address1=I1,Address2=I3,Address3=D,Source Address=S Hdr Ext Len=6,Destination Address=I3 Segments Left=1,Address1=I1,Address2=I2,Address3=D,Source Address=S Hdr Ext Len=6,Destination Address=D Segments Left=0,Address1=I1,Address2=I2,Address3=I3,64,扩展报头的顺序,逐跳选项报头,目标选项报头（当存在路由报头时，用于中间目标）,路由报头,片段包头,身份验证报头,封装安全有效载荷报头,目标选项报头（用于最终目标）,65,典型的IPv6数据包,每一种扩展报头其实也有自己特定的协议号，例如：路由报头为43，AH报头为51,每一个基本报头和扩展报头的protocol字段标识后面紧接的内容,IPv6报头,Next Header=6,TCP段,IPv6报头,Next Header=43,IPv6报头,Next Header=43,路由报头,Next Header=6,路由报头,Next Header=51,AH报头,Next Header=6,TCP段,TCP段,66,3.2.3 IPv4向IPv6的过渡,67,IPv6网络部署进程,循序渐进，降低成本,IPv6孤岛,IPv6孤岛,IPv6孤岛,IPv4 Internet,协议转换,IPv6孤岛,IPv6 Internet,IPv4孤岛,IPv4孤岛,IPv4 Internet,IPv6孤岛,IPv6 Internet,68,IPv6孤岛互联技术,采用隧道技术来完成互通,IPv6报文作为IPv4的载荷,主要隧道技术包括：,手工隧道,GRE隧道,自动隧道,6to4隧道,ISATAP隧道,6PE,优点,充分利用现有网络,骨干网内部设备无须升级,缺点,额外的隧道配置,效率降低,69,路由器中安装双协议栈,70,路由器-路由器之间建立隧道,71,3.3 移动IP,移动IP工作原理,代理发现,代理注册,两次穿越的效率问题,72,为什么在IP层引入移动性,各种底层无线网络之间的漫游,IP Over Everything,数据、语音、视频等多种业务的融合,Everything Over IP,73,移动IP需要解决的问题,接入路由器1,通信对端,移动节点,接入路由器2,ADDR1,ADDR1 DATA,74,移动IP需要解决的问题,接入路由器1,通信对端,移动节点,接入路由器2,ADDR2,ADDR1 DATA,IP地址的改变对于通信对端和上层（IP层以上）是透明的,移动节点需要一个在移动过程中保持不变的标识,不中断已经建立的连接,通信对端始终能够找到移动节点,家乡地址,75,术语,家乡地址(HoA:Home Address)：移动节点的标识，手动配置或者由家乡网络分配，通常不变,转交地址(CoA:Care-of Address)：移动节点位置的标识，由移动到的外地网络分配，随位置变化,家乡代理(Home Agent)：保存移动节点的家乡地址和转交地址之间的映射关系(绑定),通信对端(Correspond Node)：和移动节点进行通信的网络节点，它可能是静止的节点，也可能是移动节点,知道移动节点家乡地址如何将数据包路由到移动节点的转交地址？,数据包先路由到家乡代理，由家乡代理发送给移动节点！,HoA与CoA的对应关系称为绑定(Binding),76,3.3.1 移动IP工作原理,77,基本过程,移动检测,移动节点检测到自己移动到了外地网络,代理公告（MIPv4）/路由器公告（MIPv6）,转交地址配置,MIPv4,外地代理转交地址（即外地代理地址）(Foreign Agent CoA),配置转交地址(Co-located CoA),MIPv6,全局可路由转交地址,的绑定注册,到家乡代理（MIPv4/MIPv6）,到通信对端（MIPv6）,78,3.3.2 代理发现,涉及到归属代理和外地代理。对于一个移动主机来说，如果在归属网络上，并不需要这两个代理。只有当它移动到其它网络的时候，才需要这两个代理参与工作。,发现代理就是要得到代理的地址。,79,3.3.3 代理注册,1)在外地网络上通过接收到的代理通告报文获取转交地址。,2)移动主机向归属代理注册，通知其转交地址。,3)如果截止期到了，移动主机必须更新注册。,4)如果移动主机回到归属网络，就取消它的注册。,80,通过外地代理进行注册,归属代理,外地代理,移动主机,1注册请求,2转发注册请求,3注册响应,4转发注册响应,81,移动主机直接注册,归属代理,移动主机,1注册请求,2注册响应,82,3.3.4 两次穿越的效率问题,83,