第三章
IP协议
RFC791
TCP/IP详解卷 1,CH3,CH11,CH12
主要内容
? 3.1 IP地址
? 3.2 子网和子网掩码
? 3.3 IP数据报
? 3.4 IP选路
? 3.5 IP的分片处理和重组处理
? 3.6 IP组播技术
? 3.7 IP的未来
? 课下作业
3.1 IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
32 bits
IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
128 64 32 16
8 4 2 1
11111111 11111111 11111111 11111111二进制
32 bits
1 8 9 16 17 24 25 32
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
128 64 32 16
8 4 2 1
11111111 11111111 11111111 11111111
10101100 00010000 01111010 11001100
二进制
32 bits
172 16 122 204
举例
十进制
二进制
1 8 9 16 17 24 25 32
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
? A类,
? B类,
? C类,
? D类,
? E类,
IP 地址分类
0 Net-id Host-id Host-id Host-id
10 Net-id Net-id Host-id Host-id
110 Net-id Net-id Net-id Host-id
8 bits 8 bits 8 bits 8 bits
11110 Used for research
1110 Broad cast address
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
D 类地址是多播地址
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
E 类地址保留为今后使用
十进制与二进制的转换
0 0 0 0 0 0 0 0 = 0
1 0 0 0 0 0 0 0 = 128
1 1 0 0 0 0 0 0 = 192
1 1 1 0 0 0 0 0 = 224
1 1 1 1 0 0 0 0 = 240
1 1 1 1 1 0 0 0 = 248
1 1 1 1 1 1 0 0 = 252
1 1 1 1 1 1 1 0 = 254
1 1 1 1 1 1 1 1 = 255
128 64 32 16 8 4 2 1
各类 IP 地址的范围
1
A:
位
0NNNNNNN Host Host Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (1-126)
1
B,10NNNNNN Network Host Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (128-191)
1
C,110NNNNN Network Network Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (192-223)
1
D,1110MMMM Multicast Group Multicast Group Multicast Group
8 9 16 17 2425 32
范围 (224-239)
主机地址
172.16.2.2
172.16.3.10
172.16.12.12
10.1.1.1
10.250.8.11
10.180.30.118
E1
172.16 12 12
Network Host
., Network Interface
172.16.0.0
10.0.0.0
E0
E1
Routing Table
172.16.2.1
10.6.24.2
E0
11111111
可用的主机地址
172 16 0 0
10101100 00010000 00000000 00000000
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Network Host
00000000 00000001
11111111 11111111
11111111 11111110
......
00000000 00000011
11111101
12
3
65534
65535
65536
-
...
2
65534
N
2N-2 = 216-2 = 65534
IP地址的特点
? 由因特网编号授权委员会 INAN(Internet Assigned
Number Authority)统一分配
? 非等级的地址结构
? 一个主机同时连到两个网络上 —— 多接口主机
? IP地址同时指明主机和网络
? 用转发器和网桥连接起来的若干局域网具有相同的网
络号
? 所有分配到网络号的网络都是平等的
? 主机号置全 0可用来指明单个网络的地址
特殊 IP地址
? 网络地址 主机号部分为全 0，用来表示一个网络，而
不是连接到该网络的主机，该地址不能在 IP包中出现。
如,128.1.0.0表示一个 B类网络 128.1
? 直接广播地址 主机号部分为全 1，该地址作为目的地
址时表示发给一个网络中的所有主机，但只有单个包
通过互联网到达该网络，然后送达该网络中的所有主
机。如：目的地址为 128.1.255.255的包是发给一个
B类网络 128.1中的所有主机。
? 有限广播地址 255.255.255.255 表示在本网络中的
一次广播。
? 本机地址 0.0.0.0 当计算机启动时能自动获
得它的 IP地址，但，启动协议也使用 IP来通信。
当使用这个启动协议时，计算机不可能支持一
个正确的 IP源地址，为了处理这一情况，用
0.0.0.0 指本计算机。
? 回送地址 127.*.*.* 用于测试网络应用程序，当一个
应用程序发送数据给另一个应用程序时，数据向下穿
过协议栈到达 IP软件,IP软件把数据向上通过协议栈
返回第二个程序。因此，程序员可以很快地在一台计
算机上测试程序逻辑，而无需两台计算机，也无须通
过网络发送包。根据习惯，经常使用主机号 1，所以常
见的回送地址是 127.0.0.1
特殊 IP地址小结
网络号 主机号 地址类型 用 途
全 0 全 0 本机 启动时使用
网络 全 0 网络 标识一个网络
网络 全 1 直接广播 在特定网络上广播
全 1 全 1 有限广播 在本地网络上广播
127 任意 回送 协议栈测试
保留 IP地址
为了解决 IP地址缺乏问题,IANA在 RFC1918
中规定：保留一些 IP地址空间，用于私有网内，
不在公共网内存在。
? 10.0.0.0/8
? 172.16~31.0.0/16
? 192.168.0.0/24
3.2 子网和子网掩码
? IP地址的设计不合理
不够用
浪费
将 IP地址扩展（ IPV6）
划分子网
网络号 子网号 主机号
全 1 全 0
? 子网掩码
? 网络 172.16.0.0
172.16.0.0
不划分子网的 IP地址
172.16.0.1 172.16.0.2 172.16.0.3
…...
172.16.255.253 172.16.255.254
? Network 172.16.0.0
划分子网的 IP地址
172.16.1.0 172.16.2.0
172.16.3.0
172.16.4.0
子网的寻址
172.16.2.200
172.16.2.2
172.16.2.160
172.16.2.1
172.16.3.5
172.16.3.100
172.16.3.150
E0
172.16
Network
Network Interface
172.16.0.0
172.16.0.0
E0
E1
New Routing Table
2 160
Host
.,
172.16.3.1
E1
子网的寻址
172.16.2.200
172.16.2.2
172.16.2.160
172.16.2.1
172.16.3.5
172.16.3.100
172.16.3.150
172.16.3.1
E0
E1
172.16 2 160
Network Host
., Network Interface
172.16.2.0
172.16.3.0
E0
E1
New Routing Table
Subnet
子网掩码
172 16 0 0
255 255 0 0
255 255 255 0
IP
地址
缺省的
子网掩码
有 8位子网号的
子网掩码
Network Host
Network Host
Network Subnet Host
11111111 11111111 00000000
00000000
划分子网要付出代价
? 一个 B类地址本来可容纳 216-2=65534台主机
? 划出 6位子网号后最多可有：
26-2=62个子网
每个子网最多可有 210-2=1022台主机
共容纳 62× 1022=63364台主机
? 比划分子网前少容纳
65534-63364=2170台主机
不划分子网的子网掩码
1… 11 000… 000
111… 111 0… 0
111… 111 000… 000
A类 255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
石油大学 202.194.145.~ 属于 C类地址，没划分子网，
故子网掩码为 255.255.255.0
B类
C类
子网规划
Other
subnets
192.168.5.16
192.168.5.32 192.168.5.48
20 个子网
每个子网内 5 个主机
C 类地址, 192.168.5.0
无类路由选择 CIDR
Classless Inter-Domain Routing
? 用来解决两类问题：
? 主干网路由表的增长 —— 聚合路由，使属于同一个 AS
的多个地址映射到一个地址上。
? IP地址不够用 —— 合理分配网络号和主机号的长度，
使得 IP地址被充分利用。
? 关键技术：在 IP地址和路由表中变长前缀之间有效地
找到最长匹配
? 参考网站,http://www.netland.com.cn/
有类和无类路由协议
路 由 协 议 有类或无类
路由信息协议 RIP 有类
路由信息协议 RIPV2 无类
内部网关路由协议 IGRP 有类
开放最短通路优先 OSPF 无类
边界网关协议 BGP 无类
增强内部网关路由协议 EIGRP 无类
3.3 IP 数据报
首部
数据
前一部分,20字节的固定首部
后一部分：长度可变的选项字段、填充
版本 首部长度 服务类型 总 长 度
标 识 标志 片 偏 移
寿 命 协 议 首部检验和
源 IP 地 址
目 的 IP 地 址
长度可变的选项字段 填 充
数 据
…
比特 0 4 8 16 19 24 31
固
定
部
分
可变
部分
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
首
部
发送在前
可变
部分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
固
定
部
分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
固
定
部
分
可变
部分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
版本 —— 占 4 bit，指 IP协议的版本
目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
首部长度 —— 占 4 bit，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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
服务类型 —— 占 8 bit，用来获得更好的服务
这个字段以前一直没有被人们使用
? 服务类型 8位 用来获得更好的服务
优先级 D T R C 未用
0 1 2 3 4 5 6 7
Low Delay
High Throughput
High Reliability
Low Cost ToS 0
ToS最多有一位置 1
ToS字段推荐值
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
总长度 —— 占 16 bit，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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
标识 (identification) 占 16 bit，
它是一个计数器，用来产生数据报的标识。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
标志 (flag) 占 3 bit，目前只有前两个比特有意义。
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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
片偏移 (12 bit)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。
偏移 = 0/8 = 0
偏移 = 0/8
= 0
偏移 = 1400/8 = 175 偏移 = 2800/8 = 350
1400 2800 379927991399
3799
需分片的
数据报
数据报片 1
首部
数据部分共 3800 字节
首部 1 首部 2 首部 3
字节 0
数据报片 2 数据报片 3
1400 2800字节 0
IP 数据报分片的举例
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
生存时间 (8 bit)记为 TTL (Time To Live),这是为了
限制数据报在网络中的生存时间, 其单位最初是秒,
但为了方便, 现在都用, 跳数, 作为 TTL 的单位 。
数据报每经过一个路由器, 其 TTL 值就减 1。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
协议 (8 bit)字段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哪个处理过程
运输层
网络层 首部
TCP UDP
ICMP IGMP OSPF
数 据 部 分
IP 数据报
协议字段指出应将数据
部分交给哪一个进程
? 常用的协议字段值是：
UDP—— 17 TCP—— 6 ICMP—— 1 IGMP—— 2
BGP—— 3 EGP—— 8 IGP—— 9
OSPF—— 89 TP4—— 29
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
首部检验和 (16 bit)字段只检验数据报的首部
不包括数据部分。
这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。
10101100 00010000
11011011
01101110
10100000
11000100
00000010
首部检验和 RFC1071
00010000 00010000
10010000 00010000 00000010
00000010 10101100
……………
1001000010010010
+
01101101 001110111001000101101111
发送端 接收端
16 bit字 1
16 bit字 2
置为全 0检验和
16 bit字 n
16 bit反码算术运算求和
…
…
取反码
数
据
报
首
部
IP 数据报
16 bit检验和
16 bit字 1
16 bit字 2
16 bit检验和
16 bit字 n
16 bit反码算术运算求和
16 bit结果
…
…
取反码
数据部分
若结果为 0,则保留；
否则，丢弃该数据报
数据部分
不参与检验和的计算
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
源地址和目的地址都各占 4 字节
IP 数据报首部的可变部分
? IP 首部的可变部分就是一个选项字段, 用来支
持排错, 测量以及安全等措施, 内容很丰富 。
? 选项字段的长度可变, 从 1 个字节到 40 个字
节不等, 取决于所选择的项目 。
? 增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的
功能, 但这同时也使得 IP 数据报的首部长度
成为可变的 。 这就增加了每一个路由器处理数
据报的开销 。
? 实际上这些选项很少被使用 。
选 项
? 安全和处理限制（用于军事领域）
? 记录路径（让每个路由器都记下它的 I P地址）
? 时间戳（让每个路由器都记下它的 I P地址和时间）
? 宽松的源站选路 （为数据报指定一系列必须经过的 I P地址）
? 严格的源站选路 （要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地
址）。
这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。
选项字段一直都是以 4字节作为界限，在必要的时候插入值为 0的填充
字节。这样就保证 I P首部始终是 4字节的整数倍
3.4 IP选路
? 路由器收到待转发的数据报
? 查表 得到下一站路由器入口的 IP地址
? 地址转换 路由器入口的 IP地址 —— 〉 路由器入
口的 MAC地址
? 写帧
? 根据帧中 MAC地址找到下一站路由器入口
? 很多路由表中，下站地址就是写的路由器入口的
MAC地址
查路由表
① 用子网掩码 ∧ 目的站 IP地址 D—— 〉 N （网络号 +子网号）
②若 N=该路由器某个端口的网络号，则直接交付，否则转③
③若路由表中有 D的指明主机路由，则按指明的路由器转发，
否则转④
④若路由表中有到达网络 N的路由，则按表中转发，否则转⑤
⑤若有默认路由，则按默认路由转发，否则转⑥
⑥ 报告路由选择出错
3.5 IP的分片处理和重组处理
? 数据链路不同,MTU也不同。
? 各种数据链路的 MTU
见 TCP/IP综合基础篇 P164
? 以太网 1500字节
? IEEE802.3 1492字节
? 16M令牌环 17914字节
? 4M令牌环 4464字节
? FDDI 4352字节
? X.25 576字节
? 点对点（低时延） 296字节
IP数据报的分片处理和重组处理
? 分片以 8字节为单位进行
? 分片可以反复多次
? 分片的缺点：
? 加重路由器的处理负担
? 只要丢失一个分片，原数据报将全部丢掉。
路径 MTU发现
Path MTU Discovery
? 在现在的操作系统中都有实际安装
? 查资料：路径ＭＴＵ发现的原理和方法
? 做实验：用 ping,tracert等工具测试ＭＴＵ
ping和 tracert的用法见, 常用的网络命令, 文档
3.6 IP组播技术
? 为了适应多媒体应用,1989年
Stew.Deering 引入组播技术。
? 应用：
? 视频 /音频会议
? 共享公告板
?, push”技术（广告、信息订阅等）
? 数据发布
? 服务器数据复制 …,
IP组播技术要点
? 寻址 224.0.0.0 --- 239.255.255.255
224.0.0.0 -- 224.0.0.255 为保留
? 224.0.0.1,子网上的所有主机
? 224.0.0.2：子网上的所有路由器
? 动态注册 RFC1112定义了 IGMP
? 组播路由
IGMP 因特网组管理协议
? 采用 IGMP,路由器可以确定哪些本地网段应该接受
某一特定组播组的流量。
? 采用组播，一台主机上运行的多个进程可以属于同一
组播组。
? 主机上运行的进程，或者说用户、应用参与某一主机
接口的组播组。这一概念是理解组播的基础也是理解
的关键。
? 某一接口上的组播组成员是动态的，它随着进程加入
或离开组而改变，这意味着用户基于他们执行的应用
可以动态地参加组播组。
? IGMP处理的是组播数据包分发服务环节的最后一步，
它仅涉及在本地路由器和直连子网的组成员之间传送
组播数据流。
? IGMP并不关心相邻路由器间或跨越互联网的组播数
据包的分发，这是由组播路由协议来完成。
组播路由协议
目前常用的组播路由协议有：
? 距离矢量组播路由协议 DVMRP Distance
Vector Multicast Routing Protocol
? 组播开放最短通路优先 MOSPF Multicast
Open Shortest Path First
? 独立于协议组播 PIM Protocol
Independent Multicast，有两种模式：密
集模式和稀疏模式。
组播路由协议的特点
组播路由协议必须结合传统的单播路由
协议一起工作，以建立网络路经。
协 议 要求的单播路由协议 发送算法
DVMRP RIP 反向路经发送
MOSPF OSPF 最短通路优先
PIM密集模式 任何路由协议 反向路经发送
PIM稀疏模式 任何路由协议 类似于基于核心树的算法
组播应用状况
在国外应用非常广泛
? 微软公司每个月都要用组播技术传播多媒体数据流
? Cisco公司已经用 IP/TV来进行实时视频流组播，用于公司内部的会议和
培训。
? 美国田纳西州的 Promus饭店已经使用 StarBurst通信公司的软件，通过卫
星链路向所属分店分发软件升级和数据更新信息。
? MCI公司以及 BBN Planet公司等一些 Internet服务提供商正在有限的基
础上进行组播试验，包括 UUNET Technologies在内的供应商已经开始向
客户提供组播服务,Digital Xpress公司通过卫星经销组播服务。
组播中的主要问题
? 管理问题
? 要防止的攻击：
? 泛洪攻击
? 会话冲突
? 未授权的接收者接受组播数据
? 以别的数据源淹没真正的源，改变会话的内容。
IGMPv3增加了对当前 IP组的管理
? 安全问题
? 服务质量问题 QoS
组播的前景
? 由于组播是一项非常实用的技术，为了推动它的发展，
由全球主要的网络设备厂商、电信运营公司和 ISPs成
立了一个论坛型的组织, IP组播倡议组织 (IPMI)”。
许多大公司，包括 AT&T,IBM,Cisco,Microsoft
和 3Com等都支持 IP组播技术，并且成为了 IPMI的成
员。
? IPMI的目的是与 IETF中的组播工作组一起制定 IP组
播标准，并加速这些标准的采用。随着组播技术的进
一步完善，以及更多高效、实用的组播应用程序被开
发出来，组播将获得更加广泛的应用。
3.7 IP的未来 —— IPv6
? IPv4所面临的问题
? IPv4的地址严重匮乏
? 路由表急剧膨胀
? 网络安全
? 暂时的解决方法
? NAT
? CIDR
? IPv6特点
? 新的地址方案
? 效率更高
? 更灵活
? 功能更强
? …,..
IPv6地址表示
? 冒号十六进制表示法 x:x:x:x:x:x:x:x
? 每段 16 位，如：
FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
? 允许零压缩，如：
? FF01:0:0:0:0:0:0:101 = FF01::101
? 0:0:0:0:0:0:0:1 =,:1
? 0:0:0:0:0:0:0:0 =,:
? 允许 IPv4地址和 IPv6地址 混合使用
? IPv4 兼容地址：支持隧道方式在 IPv4中传 IPv6
包（高 96比特为 0）,,202.112.109.47
? IPv4映象地址：用于 IPv6节点访问只支持 IPv4的
节点。,,FFFF:202.112.109.47
IPv6地址类型
? RFC2373
? 可聚集全球地址
? 001 1/8 total space
? 链路本地地址
? 1111111010 1/1024 total space
? 节点本地地址
? 1111111011 1/1024 total space
? 多点传送地址
? 11111111 1/256 total space
IPV4到 IPV6的过渡
? 隧道技术
? 双协议栈
? 查资料,IPV4到 IPV6的过渡技术
? 做实验：做一个隧道，来传输 IPV4和
IPV6数据报
课下作业（必做）
1.查资料,IPV4到 IPV6的过渡技术研究
并做相应的实验
2.查资料,IP欺骗原理及防御策略
并做相应的实验
3.查资料,IP组播技术研究
课下作业（选作）
1.编写一个解析 IP数据包的程序，用该程序捕获
网络中的 IP数据包，解析数据包的内容，将结
果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
（注：使用 socket编程）
运行格式：程序名 日志文件
2.编程序，监控网络，捕获一段时间内网络上的 IP数据包，按 IP数
据包的源地址统计出该源地址在该段时间内发出的 IP数据包的个
数，将其写入日志文件或用图形表示出来（建议用图形表示出统
计结果）
运行格式：程序名 时间间隔 日志文件名
3.编程序，判断一个 IP地址是否合法，并判断该地址是否属于一个
给定的子网。
运行格式：程序名 子网号 /子网掩码中 1的个数 IP地址
IP协议
RFC791
TCP/IP详解卷 1,CH3,CH11,CH12
主要内容
? 3.1 IP地址
? 3.2 子网和子网掩码
? 3.3 IP数据报
? 3.4 IP选路
? 3.5 IP的分片处理和重组处理
? 3.6 IP组播技术
? 3.7 IP的未来
? 课下作业
3.1 IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
32 bits
IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
128 64 32 16
8 4 2 1
11111111 11111111 11111111 11111111二进制
32 bits
1 8 9 16 17 24 25 32
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
IP 地址
255 255 255 255
点十进制
最大值
Network Host
128 64 32 16
8 4 2 1
11111111 11111111 11111111 11111111
10101100 00010000 01111010 11001100
二进制
32 bits
172 16 122 204
举例
十进制
二进制
1 8 9 16 17 24 25 32
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
128 64 32 16
8 4 2 1
? A类,
? B类,
? C类,
? D类,
? E类,
IP 地址分类
0 Net-id Host-id Host-id Host-id
10 Net-id Net-id Host-id Host-id
110 Net-id Net-id Net-id Host-id
8 bits 8 bits 8 bits 8 bits
11110 Used for research
1110 Broad cast address
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
D 类地址是多播地址
net-id
24 bit
host-id
24 bit
net-id
16 bit
net-id
8 bit
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
0A 类地址
host-id
16 bit
B 类地址
C 类地址 01 1
host-id
8 bit
D 类地址 1110 多 播 地 址
E 类地址 保 留 为 今 后 使 用1111 0
01
E 类地址保留为今后使用
十进制与二进制的转换
0 0 0 0 0 0 0 0 = 0
1 0 0 0 0 0 0 0 = 128
1 1 0 0 0 0 0 0 = 192
1 1 1 0 0 0 0 0 = 224
1 1 1 1 0 0 0 0 = 240
1 1 1 1 1 0 0 0 = 248
1 1 1 1 1 1 0 0 = 252
1 1 1 1 1 1 1 0 = 254
1 1 1 1 1 1 1 1 = 255
128 64 32 16 8 4 2 1
各类 IP 地址的范围
1
A:
位
0NNNNNNN Host Host Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (1-126)
1
B,10NNNNNN Network Host Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (128-191)
1
C,110NNNNN Network Network Host
8 9 16 17 24 25 32
范围 (192-223)
1
D,1110MMMM Multicast Group Multicast Group Multicast Group
8 9 16 17 2425 32
范围 (224-239)
主机地址
172.16.2.2
172.16.3.10
172.16.12.12
10.1.1.1
10.250.8.11
10.180.30.118
E1
172.16 12 12
Network Host
., Network Interface
172.16.0.0
10.0.0.0
E0
E1
Routing Table
172.16.2.1
10.6.24.2
E0
11111111
可用的主机地址
172 16 0 0
10101100 00010000 00000000 00000000
16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Network Host
00000000 00000001
11111111 11111111
11111111 11111110
......
00000000 00000011
11111101
12
3
65534
65535
65536
-
...
2
65534
N
2N-2 = 216-2 = 65534
IP地址的特点
? 由因特网编号授权委员会 INAN(Internet Assigned
Number Authority)统一分配
? 非等级的地址结构
? 一个主机同时连到两个网络上 —— 多接口主机
? IP地址同时指明主机和网络
? 用转发器和网桥连接起来的若干局域网具有相同的网
络号
? 所有分配到网络号的网络都是平等的
? 主机号置全 0可用来指明单个网络的地址
特殊 IP地址
? 网络地址 主机号部分为全 0，用来表示一个网络，而
不是连接到该网络的主机，该地址不能在 IP包中出现。
如,128.1.0.0表示一个 B类网络 128.1
? 直接广播地址 主机号部分为全 1，该地址作为目的地
址时表示发给一个网络中的所有主机，但只有单个包
通过互联网到达该网络，然后送达该网络中的所有主
机。如：目的地址为 128.1.255.255的包是发给一个
B类网络 128.1中的所有主机。
? 有限广播地址 255.255.255.255 表示在本网络中的
一次广播。
? 本机地址 0.0.0.0 当计算机启动时能自动获
得它的 IP地址，但，启动协议也使用 IP来通信。
当使用这个启动协议时，计算机不可能支持一
个正确的 IP源地址，为了处理这一情况，用
0.0.0.0 指本计算机。
? 回送地址 127.*.*.* 用于测试网络应用程序，当一个
应用程序发送数据给另一个应用程序时，数据向下穿
过协议栈到达 IP软件,IP软件把数据向上通过协议栈
返回第二个程序。因此，程序员可以很快地在一台计
算机上测试程序逻辑，而无需两台计算机，也无须通
过网络发送包。根据习惯，经常使用主机号 1，所以常
见的回送地址是 127.0.0.1
特殊 IP地址小结
网络号 主机号 地址类型 用 途
全 0 全 0 本机 启动时使用
网络 全 0 网络 标识一个网络
网络 全 1 直接广播 在特定网络上广播
全 1 全 1 有限广播 在本地网络上广播
127 任意 回送 协议栈测试
保留 IP地址
为了解决 IP地址缺乏问题,IANA在 RFC1918
中规定：保留一些 IP地址空间，用于私有网内，
不在公共网内存在。
? 10.0.0.0/8
? 172.16~31.0.0/16
? 192.168.0.0/24
3.2 子网和子网掩码
? IP地址的设计不合理
不够用
浪费
将 IP地址扩展（ IPV6）
划分子网
网络号 子网号 主机号
全 1 全 0
? 子网掩码
? 网络 172.16.0.0
172.16.0.0
不划分子网的 IP地址
172.16.0.1 172.16.0.2 172.16.0.3
…...
172.16.255.253 172.16.255.254
? Network 172.16.0.0
划分子网的 IP地址
172.16.1.0 172.16.2.0
172.16.3.0
172.16.4.0
子网的寻址
172.16.2.200
172.16.2.2
172.16.2.160
172.16.2.1
172.16.3.5
172.16.3.100
172.16.3.150
E0
172.16
Network
Network Interface
172.16.0.0
172.16.0.0
E0
E1
New Routing Table
2 160
Host
.,
172.16.3.1
E1
子网的寻址
172.16.2.200
172.16.2.2
172.16.2.160
172.16.2.1
172.16.3.5
172.16.3.100
172.16.3.150
172.16.3.1
E0
E1
172.16 2 160
Network Host
., Network Interface
172.16.2.0
172.16.3.0
E0
E1
New Routing Table
Subnet
子网掩码
172 16 0 0
255 255 0 0
255 255 255 0
IP
地址
缺省的
子网掩码
有 8位子网号的
子网掩码
Network Host
Network Host
Network Subnet Host
11111111 11111111 00000000
00000000
划分子网要付出代价
? 一个 B类地址本来可容纳 216-2=65534台主机
? 划出 6位子网号后最多可有：
26-2=62个子网
每个子网最多可有 210-2=1022台主机
共容纳 62× 1022=63364台主机
? 比划分子网前少容纳
65534-63364=2170台主机
不划分子网的子网掩码
1… 11 000… 000
111… 111 0… 0
111… 111 000… 000
A类 255.0.0.0
255.255.0.0
255.255.255.0
石油大学 202.194.145.~ 属于 C类地址，没划分子网，
故子网掩码为 255.255.255.0
B类
C类
子网规划
Other
subnets
192.168.5.16
192.168.5.32 192.168.5.48
20 个子网
每个子网内 5 个主机
C 类地址, 192.168.5.0
无类路由选择 CIDR
Classless Inter-Domain Routing
? 用来解决两类问题：
? 主干网路由表的增长 —— 聚合路由，使属于同一个 AS
的多个地址映射到一个地址上。
? IP地址不够用 —— 合理分配网络号和主机号的长度，
使得 IP地址被充分利用。
? 关键技术：在 IP地址和路由表中变长前缀之间有效地
找到最长匹配
? 参考网站,http://www.netland.com.cn/
有类和无类路由协议
路 由 协 议 有类或无类
路由信息协议 RIP 有类
路由信息协议 RIPV2 无类
内部网关路由协议 IGRP 有类
开放最短通路优先 OSPF 无类
边界网关协议 BGP 无类
增强内部网关路由协议 EIGRP 无类
3.3 IP 数据报
首部
数据
前一部分,20字节的固定首部
后一部分：长度可变的选项字段、填充
版本 首部长度 服务类型 总 长 度
标 识 标志 片 偏 移
寿 命 协 议 首部检验和
源 IP 地 址
目 的 IP 地 址
长度可变的选项字段 填 充
数 据
…
比特 0 4 8 16 19 24 31
固
定
部
分
可变
部分
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
首
部
发送在前
可变
部分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
固
定
部
分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
数 据 部 分首 部传送
IP 数据报
固
定
部
分
可变
部分
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
版本 —— 占 4 bit，指 IP协议的版本
目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
首部长度 —— 占 4 bit，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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
服务类型 —— 占 8 bit，用来获得更好的服务
这个字段以前一直没有被人们使用
? 服务类型 8位 用来获得更好的服务
优先级 D T R C 未用
0 1 2 3 4 5 6 7
Low Delay
High Throughput
High Reliability
Low Cost ToS 0
ToS最多有一位置 1
ToS字段推荐值
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
总长度 —— 占 16 bit，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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
标识 (identification) 占 16 bit，
它是一个计数器，用来产生数据报的标识。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
标志 (flag) 占 3 bit，目前只有前两个比特有意义。
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。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
片偏移 (12 bit)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。
偏移 = 0/8 = 0
偏移 = 0/8
= 0
偏移 = 1400/8 = 175 偏移 = 2800/8 = 350
1400 2800 379927991399
3799
需分片的
数据报
数据报片 1
首部
数据部分共 3800 字节
首部 1 首部 2 首部 3
字节 0
数据报片 2 数据报片 3
1400 2800字节 0
IP 数据报分片的举例
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
生存时间 (8 bit)记为 TTL (Time To Live),这是为了
限制数据报在网络中的生存时间, 其单位最初是秒,
但为了方便, 现在都用, 跳数, 作为 TTL 的单位 。
数据报每经过一个路由器, 其 TTL 值就减 1。
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
协议 (8 bit)字段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哪个处理过程
运输层
网络层 首部
TCP UDP
ICMP IGMP OSPF
数 据 部 分
IP 数据报
协议字段指出应将数据
部分交给哪一个进程
? 常用的协议字段值是：
UDP—— 17 TCP—— 6 ICMP—— 1 IGMP—— 2
BGP—— 3 EGP—— 8 IGP—— 9
OSPF—— 89 TP4—— 29
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
首部检验和 (16 bit)字段只检验数据报的首部
不包括数据部分。
这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。
10101100 00010000
11011011
01101110
10100000
11000100
00000010
首部检验和 RFC1071
00010000 00010000
10010000 00010000 00000010
00000010 10101100
……………
1001000010010010
+
01101101 001110111001000101101111
发送端 接收端
16 bit字 1
16 bit字 2
置为全 0检验和
16 bit字 n
16 bit反码算术运算求和
…
…
取反码
数
据
报
首
部
IP 数据报
16 bit检验和
16 bit字 1
16 bit字 2
16 bit检验和
16 bit字 n
16 bit反码算术运算求和
16 bit结果
…
…
取反码
数据部分
若结果为 0,则保留；
否则，丢弃该数据报
数据部分
不参与检验和的计算
首
部
0 4 8 16 19 24 31
版 本
标志
生 存 时 间 协 议
标 识
服 务 类 型 总 长 度
片 偏 移
填 充
首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变）
比特
首部长度
0 1 2 3 4 5 6 7
D T R C 未用优 先 级
数 据 部 分
比特
固
定
部
分
可变
部分
源地址和目的地址都各占 4 字节
IP 数据报首部的可变部分
? IP 首部的可变部分就是一个选项字段, 用来支
持排错, 测量以及安全等措施, 内容很丰富 。
? 选项字段的长度可变, 从 1 个字节到 40 个字
节不等, 取决于所选择的项目 。
? 增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的
功能, 但这同时也使得 IP 数据报的首部长度
成为可变的 。 这就增加了每一个路由器处理数
据报的开销 。
? 实际上这些选项很少被使用 。
选 项
? 安全和处理限制（用于军事领域）
? 记录路径（让每个路由器都记下它的 I P地址）
? 时间戳（让每个路由器都记下它的 I P地址和时间）
? 宽松的源站选路 （为数据报指定一系列必须经过的 I P地址）
? 严格的源站选路 （要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地
址）。
这些选项很少被使用，并非所有的主机和路由器都支持这些选项。
选项字段一直都是以 4字节作为界限，在必要的时候插入值为 0的填充
字节。这样就保证 I P首部始终是 4字节的整数倍
3.4 IP选路
? 路由器收到待转发的数据报
? 查表 得到下一站路由器入口的 IP地址
? 地址转换 路由器入口的 IP地址 —— 〉 路由器入
口的 MAC地址
? 写帧
? 根据帧中 MAC地址找到下一站路由器入口
? 很多路由表中，下站地址就是写的路由器入口的
MAC地址
查路由表
① 用子网掩码 ∧ 目的站 IP地址 D—— 〉 N （网络号 +子网号）
②若 N=该路由器某个端口的网络号，则直接交付，否则转③
③若路由表中有 D的指明主机路由，则按指明的路由器转发，
否则转④
④若路由表中有到达网络 N的路由，则按表中转发，否则转⑤
⑤若有默认路由，则按默认路由转发，否则转⑥
⑥ 报告路由选择出错
3.5 IP的分片处理和重组处理
? 数据链路不同,MTU也不同。
? 各种数据链路的 MTU
见 TCP/IP综合基础篇 P164
? 以太网 1500字节
? IEEE802.3 1492字节
? 16M令牌环 17914字节
? 4M令牌环 4464字节
? FDDI 4352字节
? X.25 576字节
? 点对点（低时延） 296字节
IP数据报的分片处理和重组处理
? 分片以 8字节为单位进行
? 分片可以反复多次
? 分片的缺点：
? 加重路由器的处理负担
? 只要丢失一个分片，原数据报将全部丢掉。
路径 MTU发现
Path MTU Discovery
? 在现在的操作系统中都有实际安装
? 查资料：路径ＭＴＵ发现的原理和方法
? 做实验：用 ping,tracert等工具测试ＭＴＵ
ping和 tracert的用法见, 常用的网络命令, 文档
3.6 IP组播技术
? 为了适应多媒体应用,1989年
Stew.Deering 引入组播技术。
? 应用：
? 视频 /音频会议
? 共享公告板
?, push”技术（广告、信息订阅等）
? 数据发布
? 服务器数据复制 …,
IP组播技术要点
? 寻址 224.0.0.0 --- 239.255.255.255
224.0.0.0 -- 224.0.0.255 为保留
? 224.0.0.1,子网上的所有主机
? 224.0.0.2：子网上的所有路由器
? 动态注册 RFC1112定义了 IGMP
? 组播路由
IGMP 因特网组管理协议
? 采用 IGMP,路由器可以确定哪些本地网段应该接受
某一特定组播组的流量。
? 采用组播，一台主机上运行的多个进程可以属于同一
组播组。
? 主机上运行的进程，或者说用户、应用参与某一主机
接口的组播组。这一概念是理解组播的基础也是理解
的关键。
? 某一接口上的组播组成员是动态的，它随着进程加入
或离开组而改变，这意味着用户基于他们执行的应用
可以动态地参加组播组。
? IGMP处理的是组播数据包分发服务环节的最后一步，
它仅涉及在本地路由器和直连子网的组成员之间传送
组播数据流。
? IGMP并不关心相邻路由器间或跨越互联网的组播数
据包的分发，这是由组播路由协议来完成。
组播路由协议
目前常用的组播路由协议有：
? 距离矢量组播路由协议 DVMRP Distance
Vector Multicast Routing Protocol
? 组播开放最短通路优先 MOSPF Multicast
Open Shortest Path First
? 独立于协议组播 PIM Protocol
Independent Multicast，有两种模式：密
集模式和稀疏模式。
组播路由协议的特点
组播路由协议必须结合传统的单播路由
协议一起工作，以建立网络路经。
协 议 要求的单播路由协议 发送算法
DVMRP RIP 反向路经发送
MOSPF OSPF 最短通路优先
PIM密集模式 任何路由协议 反向路经发送
PIM稀疏模式 任何路由协议 类似于基于核心树的算法
组播应用状况
在国外应用非常广泛
? 微软公司每个月都要用组播技术传播多媒体数据流
? Cisco公司已经用 IP/TV来进行实时视频流组播，用于公司内部的会议和
培训。
? 美国田纳西州的 Promus饭店已经使用 StarBurst通信公司的软件，通过卫
星链路向所属分店分发软件升级和数据更新信息。
? MCI公司以及 BBN Planet公司等一些 Internet服务提供商正在有限的基
础上进行组播试验，包括 UUNET Technologies在内的供应商已经开始向
客户提供组播服务,Digital Xpress公司通过卫星经销组播服务。
组播中的主要问题
? 管理问题
? 要防止的攻击：
? 泛洪攻击
? 会话冲突
? 未授权的接收者接受组播数据
? 以别的数据源淹没真正的源，改变会话的内容。
IGMPv3增加了对当前 IP组的管理
? 安全问题
? 服务质量问题 QoS
组播的前景
? 由于组播是一项非常实用的技术，为了推动它的发展，
由全球主要的网络设备厂商、电信运营公司和 ISPs成
立了一个论坛型的组织, IP组播倡议组织 (IPMI)”。
许多大公司，包括 AT&T,IBM,Cisco,Microsoft
和 3Com等都支持 IP组播技术，并且成为了 IPMI的成
员。
? IPMI的目的是与 IETF中的组播工作组一起制定 IP组
播标准，并加速这些标准的采用。随着组播技术的进
一步完善，以及更多高效、实用的组播应用程序被开
发出来，组播将获得更加广泛的应用。
3.7 IP的未来 —— IPv6
? IPv4所面临的问题
? IPv4的地址严重匮乏
? 路由表急剧膨胀
? 网络安全
? 暂时的解决方法
? NAT
? CIDR
? IPv6特点
? 新的地址方案
? 效率更高
? 更灵活
? 功能更强
? …,..
IPv6地址表示
? 冒号十六进制表示法 x:x:x:x:x:x:x:x
? 每段 16 位，如：
FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
? 允许零压缩，如：
? FF01:0:0:0:0:0:0:101 = FF01::101
? 0:0:0:0:0:0:0:1 =,:1
? 0:0:0:0:0:0:0:0 =,:
? 允许 IPv4地址和 IPv6地址 混合使用
? IPv4 兼容地址：支持隧道方式在 IPv4中传 IPv6
包（高 96比特为 0）,,202.112.109.47
? IPv4映象地址：用于 IPv6节点访问只支持 IPv4的
节点。,,FFFF:202.112.109.47
IPv6地址类型
? RFC2373
? 可聚集全球地址
? 001 1/8 total space
? 链路本地地址
? 1111111010 1/1024 total space
? 节点本地地址
? 1111111011 1/1024 total space
? 多点传送地址
? 11111111 1/256 total space
IPV4到 IPV6的过渡
? 隧道技术
? 双协议栈
? 查资料,IPV4到 IPV6的过渡技术
? 做实验：做一个隧道，来传输 IPV4和
IPV6数据报
课下作业（必做）
1.查资料,IPV4到 IPV6的过渡技术研究
并做相应的实验
2.查资料,IP欺骗原理及防御策略
并做相应的实验
3.查资料,IP组播技术研究
课下作业（选作）
1.编写一个解析 IP数据包的程序，用该程序捕获
网络中的 IP数据包，解析数据包的内容，将结
果显示在标准输出上，并同时写入日志文件。
（注：使用 socket编程）
运行格式：程序名 日志文件
2.编程序，监控网络，捕获一段时间内网络上的 IP数据包，按 IP数
据包的源地址统计出该源地址在该段时间内发出的 IP数据包的个
数，将其写入日志文件或用图形表示出来（建议用图形表示出统
计结果）
运行格式：程序名 时间间隔 日志文件名
3.编程序，判断一个 IP地址是否合法，并判断该地址是否属于一个
给定的子网。
运行格式：程序名 子网号 /子网掩码中 1的个数 IP地址
