IP网际协议 - IP首部,IP路由选择,子网掩码
IP首部
4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7 bit,其次8~15 bit,然后1 6~23 bit,最后是24~31 bit。这种传输次序称作big endian字节序。由于T C P / I P首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。以其他形式存储二进制整数的机器,如little endian格式,则必须在传输数据之前把首部转换成网络字节序。
首部长度指的是首部占32 bit字的数目,包括任何选项。由于它是一个4比特字段,因此首部最长为6 0个字节。
总长度字段是指整个I P数据报的长度,以字节为单位。利用首部长度字段和总长度字段,就可以知道I P数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长1 6比特,所以I P数据报最长可达6 5 5 3 5字节(回忆图2 - 5,超级通道的M T U为6 5 5 3 5。它的意思其实不是一个真正的M T U—它使用了最长的I P数据报)。当数据报被分片时,该字段的值也随着变化。
总长度字段是I P首部中必要的内容,因为一些数据链路(如以太网)需要填充一些数据以达到最小长度。尽管以太网的最小帧长为4 6字节(见图2 - 1),但是I P数据可能会更短。如果没有总长度字段,那么I P层就不知道4 6字节中有多少是I P数据报的内容。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。
T T L(t i m e - t o - l i v e)生存时间字段设置了数据报可以经过的最多路由器数。它指定了数据报的生存时间。T T L的初始值由源主机设置(通常为3 2或6 4),一旦经过一个处理它的路由器,它的值就减去1。当该字段的值为0时,数据报就被丢弃,并发送I C M P报文通知源主机。
首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。I C M P、I G M P、U D P和T C P在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。
最后一个字段是任选项,是数据报中的一个可变长的可选信息。目前,这些任选项定义
如下:
• 安全和处理限制(用于军事领域,详细内容参见RFC 1108[Kent 1991])
• 记录路径(让每个路由器都记下它的I P地址,见7 . 3节)
• 时间戳(让每个路由器都记下它的I P地址和时间,见7 . 4节)
• 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,见8 . 5节)
• 严格的源站选路(与宽松的源站选路类似,但是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32 bit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32 bit的整数倍(这是首部长度字段所要求的)。
IP路由选择
从概念上说, I P路由选择是简单的,特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相连(如点对点链路)或都在一个共享网络上(以太网或令牌环网),那么I P数据报就直接送到目的主机上。否则,主机把数据报发往一默认的路由器上,由路由器来转发该数据报。大多数的主机都是采用这种简单机制。
路由表中的每一项都包含下面这些信息:
• 目的I P地址。它既可以是一个完整的主机地址,也可以是一个网络地址,由该表目中的标志字段来指定(如下所述)。主机地址有一个非0的主机号(见图1 - 5),以指定某一特定的主机,而网络地址中的主机号为0,以指定网络中的所有主机(如以太网,令牌环网)。
• 下一站(或下一跳)路由器( next-hop router)的I P地址,或者有直接连接的网络I P地址。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器,通过它可以转发数据报。下
一站路由器不是最终的目的,但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
• 标志。其中一个标志指明目的I P地址是网络地址还是主机地址,另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器,还是一个直接相连的接口(我们将在9 . 2节中详细介绍这些标志)。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。I P路由选择是逐跳地( h o p - b y - h o p)进行的。从这个路由表信息可以看出, I P并不知道到达任何目的的完整路径(当然,除了那些与主机直接相连的目的)。所有的I P路由选择只为数据报传输提供下一站路由器的I P地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的,而且下一站路由器与该主机是直接相连的。
I P路由选择主要完成以下这些功能:
1) 搜索路由表,寻找能与目的I P地址完全匹配的表目(网络号和主机号都要匹配)。如果找到,则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口(取决于标志字段的值)。
2) 搜索路由表,寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到,则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口(取决于标志字段的值)。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。例如,一个以太网上的所有主机都是通过这种表目进行寻径的。这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。关于这一点我们在下一节中进行讨论。
3) 搜索路由表,寻找标为“默认( d e f a u l t)”的表目。如果找到,则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
子网掩码
特殊情况的IP地址
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