IP协议与ethernet协议

news2024/12/29 10:41:54

一、IP协议

1.IP协议作用和意义

（1）计算机网络体系结构

（2）网络互联使用路由器

（3）IP网的意义

当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，看不见互连的各具体的网络异构细节。

如果在这种覆盖全球的 IP 网的上层使用 TCP 协议，那么就是现在的互联网 (Internet)。

（4）分组在互联网中的传送

（5）分组传输路径

2.IP数据报首部格式

（1）IP数据报的格式

（2）IP数据报首部的固定部分中各字段

版本——占 4 位，指 IP 协议的版本。目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)。

首部长度——占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)，因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。

区分服务——占 8 位，用来获得更好的服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段

总长度——占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。

标识 (identification) ——占 16 位，它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识。

标志(flag) ——占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF=1 表示后面还有分片，MF=0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。只有当 DF=0 时才允许分片。

片偏移——占 13 位，指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。

生存时间——占8位，记为TTL（Time To Live），指示数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。

协议——占 8 位，指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给那个处理过程。

（3）IP数据报首部中的协议

IP 协议支持多种协议，IP 数据报可以封装多种协议 PDU。

常用的一些协议和相应的协议字段值

3.IP数据报分片

IP分片：

当IP数据报的长度超过帧的MTU时，它将被分片传输。分片可能发生在发送端，也可能发送在中转路由器上，而且可能在传输过程中被多次分片，但只有在最终的目标机器上，这些分片才会被内核中的IP模块重新组装。
IP的分片和重组需要的信息由头部的三个字段提供：16位数据报标识、3位标志、13位偏移。一个IP数据报的每个分片都具有自己的IP头部，他们具有相同的标识值，但具有不同的片偏移。并且除了最后一个分片外，其他分片都将设置MF标志。此外，每个分片的IP头部的总长度字段将被设置为该分片的长度。
以太网帧的MTU是1500字节，因此他携带的IP数据报的数据部分最多是1480字节(因为头部占了20字节)。

举例

考虑现在用IP数据报封装一个长度位1481字节的ICMP报文(考虑到ICMP的8字节的头部，得到其数据部分长度为1473字节)，则该数据报在使用以太网帧传输时必须被分片。
在这里插入图片描述
第二个IP分片不包含ICMP头部信息，因为IP模块重组该ICMP报文的时候只需要一份ICMP头部信息，重复传送这个信息没有益处。1473字节的ICMP报文数据的前1472字节被IP模块复制到第一个IP分片中，使其总长度为1500字节，从而满足MTU的要求，而多出来的最后一个字节被复制到第二个IP分片中。
此时第一个IP数据报片偏移为0，第二个IP数据报中的片偏移为1472/8=184。