计算机网路原理复习笔记

未看：

前两章
第四章路由聚合
第四章最长前缀匹配
SDN

3. 数据链路层

3.1 基本概念和功能概述

3.1.1

链路：是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。

数据链路：协议+链路

把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。

因为物理层可能会把数据弄丢，所以数据链路层需要进行一些设置来使得物理层可以可靠的传输数据

数据链路层的协议数据单元：帧

点对点信道 ：使用一对一的点对点专用通道点对点协议

广播信道 ：使用一对多的共享通道共享信道协议

3.1.2 三个基本问题

1. 封装成帧

用帧首部和帧尾部封装成帧

网络层的IP数据包传送到数据链路层就成为帧的数据部分。

规定所能传送的数据部分长度上限——最大传送单元MTU。

帧首部和尾部进行帧定界，帧定界符：SOH表示帧开始，EOT表示帧的结束。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-zVbi5reU-1640444202408)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221183658605.png)]

2.透明传输

不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

数据中有可能会出现和定界符相同的字符，导致错误

（1）字节填充法：在特殊字符（SOH、EOT、ESC）前面填充一个转义字符来区分。

发送方在封装帧时，进行扫描，扫描到SOH、EOT、ESC（转义字符）时在其前面添加转义字符，以区分，告诉接受方这个和特殊字符相同的字符是数据，当然这些约定由双方之间的协议完成。

（2）零比特填充法：首位定界符都是01111110

在发送端，扫描整个信息字段，当数据中出现连续的5个1，就立即填充一个0

接收端接收到帧是，先找到表示字段确定边界，再用硬件对比特流进行扫描，发现连续5个1时，就把后面的0 删除。

保证了透明传输:在传送的比特流中可以传送任意比特组合，而不会引起对帧边界的判断错误。

3. 差错控制

误码率：在一段时间内，传输错误的比特栈传输比特总数的比率为误码率。

设法提高信噪比就可以使误码率减小。

循环冗余校验CRC：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-lsXdRX0t-1640444202410)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221190747102.png)]

计算帧检验序列FCS：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Ni7KPkTc-1640444202411)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221192036914.png)]

CRC校验只能做到对帧的无差错接收。

可靠传输：发送端发送什么，接收端就收到什么。

传输差错可分为两大类：比特差错；另一类包括帧丢失、帧重复、帧失序

在数据链路层使用CRC校验，能够实现无比特差错的传输，但是不是可靠传输。

3.2 点对点协议PPP

3.2.1 PPP协议的特点

点到点协议（Point to Point Protocol，PPP）是为在同等单元之间传输数据包这样的简单链路设计的链路层协议。设计目的主要是用来通过拨号或专线方式建立点对点连接发送数据，使其成为各种主机、网桥和路由器之间简单连接的一种共通的解决方案。

ppp协议组成

（1）一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法

（2）链路控制协议LCP：建立并维护数据链路层连接

（3）网络控制协议NCP：PPP支持多种网络层协议，每个网络层协议需要一个NCP来配置，为网络层协议建立和配置逻辑链接。

3.2.2 PPP协议的帧格式

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DdCGdvuR-1640444202411)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221194002754.png)]

F标志字段表示一个帧的开始或结束。即PPP帧的定界符。

A，C字段无信息。

透明传输问题

当 PPP 用在同步传输（一连串的比特连续传送）链路时，使用比特填充法。

当 PPP 用在异步传输（逐个字符地传送）时，就使用字符填充法。

3.2.3 PPP协议的工作状态

 当用户拨号接入 ISP 时，路由器的调制解调器对拨号做出确认，并建立一条物理连接。

 PC 机向路由器发送一系列的 LCP 分组（封装成多个 PPP 帧），以便建立LCP连接。

 这些分组及其响应选择一些 PPP 参数，并进行网络层配置， NCP 给新接入的 PC 机分配一个临时的 IP 地址，使 PC 机成为因特网上的一个主机。

 通信完毕时，NCP 释放网络层连接，收回原来分配出去的 IP 地址。接着，LCP 释放数据链路层连接。最后，释放物理层连接。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-cz1VdX7Y-1640444202413)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221195449606.png)]

可见，PPP 协议已不是纯粹的数据链路层的协议，它还包含了物理层和网络层的内容。

3.3 使用广播信道的数据链路层

3.3.1 局域网的数据链路层

局域网最主要的特点：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限

局域网主要优点：

具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网
便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变。
提高了系统的可靠性、可用性和残存性。

以太网已成为了局域网的同义词。

适配器的作用

计算机于外界局域网的连接是通过适配器，又称网卡。

适配器功能：

在计算机的操作系统安装管理适配器的设备驱动程序
实现局域网协议（如：以太网协议）
进行串行/并行转换
对数据进行缓存

3.3.2 CSMA/CD协议

以太网采取无连接的工作方式；不可靠交付；以太网发送的数据使用曼彻斯特编码。

多点接入：使用总线型网络。

载波监听：边发送边监听。当某一个结点要发送数据时，它首先要侦听信道有无其它结点正在发送数据，若信道空闲则发送数据；如果侦听到信道正忙，则需要等待一段时间，直至信道空闲再发数据。

碰撞检测：在发送数据的同时，进行冲突检测，一旦发现冲突则立刻停止发送，并等待冲突平息以后，再执行 CSMA/CD协议，直至将数据成功地发送出去为止。

为什么要进行碰撞检测？

由于电磁波在总线上的传播速率是有限的，当某个站监听到总线是空闲时，也可能总线并非真正是空闲的。

CSMA/CD重要特性

使用 CSMA/CD 协议的以太网不能进行全双工通信而只能进行半双工通信。
每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰撞的可能性。
这种发送的不确定性使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。

以太网的端到端往返时延 2t 称为 争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。

二进制指数类型退避算法确定重传时机

最短帧长：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qxCPtFlW-1640444202415)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211221210437947.png)]

以太网规定了最短有效帧长为 64 字节，凡长度小于 64 字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。

强化碰撞：

当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时： (1) 立即停止发送数据； (2) 再继续发送若干比特的人为干扰信号 (jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞。

3.3.3 使用集线器的星型拓扑

粗同轴电缆 -> 细同轴电缆 - > 双绞线

采用双绞线的以太网物理上是星型拓扑，逻辑上总线型。

星型以太网10BASE-T

使用无屏蔽双绞线，采用星形拓扑。
每个站需要用两对双绞线，分别用于发送和接收。
双绞线的两端使用 RJ-45 插头。
集线器使用了大规模集成电路芯片，因此集线器的可靠性提高。
10BASE-T 的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过 100 m

10BASE-T 以太网在局域网中的统治地位

既降低了成本，又提高了可靠性。
具有很高的性价比
局域网发展史上的一个非常重要的里程碑
以太网的拓扑就从总线形变为更加方便的星形网络
以太网也就在局域网中占据了统治地位

3.3.4 以太网的信道利用率

以太网总的信道利用率并不能达到 100%

α →0，表示一发生碰撞就立即可以检测出来，并立即停止发送，因而信道利用率很高。
α 越大，表明争用期所占的比例增大，每发生一次碰撞就浪费许多信道资源，使得信道利用率明显降低。

理想情况下的极限信道利用率 Smax 为：

3.3.5 以太网的MAC层

1.MAC层的硬件地址

硬件地址又称为物理地址或MAC地址，实际上就是适配器地址。

2.MAC帧的格式

3.4 扩展的以太网

3.4.1 在物理层扩展以太网

1.使用光纤扩展

主机使用光纤（通常是一对光纤）和一对光纤调制解调器连接到集线器，很容易使主机和几公里以外的集线器相连接。

2.使用集线器扩展

使用多个集线器可连成更大的、多级星形结构的以太网。

优点：

使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。
扩大了以太网覆盖的地理范围。

缺点：

碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。（同一碰撞域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧，同一时间只能有一台设备发送信息。）
如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。

3.4.2 在数据链路层扩展以太网

扩展以太网更常用的方法是在数据链路层进行。

早期使用网桥，现在使用以太网交换机。

网桥

网桥工作在数据链路层。它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或把它丢弃。

交换机

交换机实际上就是一个多端口的网桥。以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。
交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。
以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高。

交换机的三种转发模式

直通式：只检查目的地址，马上转发。延迟小，不可靠。
存储转发式：检查整个帧，然后才转发。延迟大，可靠，支持不同速率的端口。
无分段式：检查前64字节，然后转发。

3.4.3 虚拟局域网

利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网 VLAN。

虚拟局域网 VLAN 是由一些局域网网段构成的与物理位置无关的逻辑组。

虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一种服务，而并不是一种新型局域网。

虚拟局域网是用户和网络资源的逻辑组合。

VLAN概念

划分网段；灵活；安全

一个VLAN = 一个广播域 = 逻辑子网

VLAN的操作

每个VLAN相当于一个物理网桥，VLAN可以跨越多个交换机。

连接两个交换机端口之间的链路成为汇聚链路。

VLAN配置步骤

定义VTP域名
启用 VTP 模式(可选)
启用 trunk
创建 VLAN
为 VLAN 分配端口

3.5 高速以太网

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-krLDfJjS-1640444202416)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222091711630.png)]

4.使用高速以太网进行宽带接入

4. 网络层

4.1 网络层的几个重要概念

4.1.1 网络层提供的两种服务

1. 面向连接的虚电路服务

2. 网络层设计的尽量简单，向其上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务

网络层不提供服务质量的承诺，采用这种设计思路的好处是：网络造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。

4.1.2 网络层的两个层面

路由器之间传送的信息有两大类：

转发源主机和目的主机之间所传送的数据（分组转发）
传送路由信息（路由选择）

即把网络层抽象划分为数据层面和控制层面。

4.2 网络协议IP

与IPv4配套的三个协议：

地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)
网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-SL1RcPnv-1640444202417)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222095838064.png)]

4.2.1 虚拟网络互连

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XWjEjrlk-1640444202417)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222100526593.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-abLf9bGY-1640444202418)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222100353533.png)]

4.2.2 IP地址

1. IP地址及其表示方法

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-aMK73Bnp-1640444202418)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222101050420.png)]

IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}

IP地址在整个互联网范围内是唯一的。 IP 地址指明了连接到某个网络上的一个主机。

2. 分类的IP地址

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-m3etWpbu-1640444202419)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222101331345.png)]

网络号全0的IP地址表示本网络；

网络号为127（01111111）的网络号作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信。

主机号全0的IP地址表示本主机；

主机号全1代表所有的。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-5akmU7Xb-1640444202419)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222101915874.png)]

A类地址的全0和127不能指派，各类地址的全0和全1的主机地址不能指派。

所以A类地址可指派的网络号是2^{7-2个，可指派的最大主机数为2}24-2

B类地址可指派的网络号是2^{14个，可指派的最大主机数为2}16-2

C类地址可指派的网络号是2^{21个，可指派的最大主机数为2}8-2

子网划分：主机号的高位划分为子网号。

3. 无分类编址CIDR

消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间，但无法解决 IP 地址枯竭的问题。

（1）网络前缀

斜线记法： a.b.c.d / n：二进制 IP 地址的前 n 位是网络前缀。例如：128.14.35.7/20：前 20 位是网络前缀。

（2）地址块

CIDR 把网络前缀都相同的所有连续的 IP 地址组成一个 CIDR 地址块。

一个 CIDR 地址块包含的 IP 地址数目，取决于网络前缀的位数。

例如：128.14.32.0/20 组成的地址块（共 2^12 个地址），最小地址 128.14.32.0，最大地址 128.14.47.255，可指派的地址数是 2^12 – 2 个.

（3）地址掩码

又称为子网掩码，目的：让机器从 IP 地址迅速算出网络地址。

由一连串 1 和接着的一连串 0 组成，而 1 的个数就是网络前缀的长度。

/20 地址块的地址掩码：11111111 11111111 11110000 00000000 点分十进制记法：255.255.240.0 CIDR 记法：255.255.240.0/20。

网络地址 = (二进制的 IP 地址) AND (地址掩码) AND运算就是逻辑乘法运算

CIDR地址块中三个特殊的地址块：

前缀n=32，32位IP地址都为前缀，没有主机号。这个特殊地址用于主机路由。
前缀n=31，这个地址块中只有两个IP地址，。这个地址块用于点对点链路。
前缀n=0，IP地址也为全0，这用于默认路由。

路由聚合

4. IP地址的特点

每个 IP 地址都由网络前缀和主机号两部分组成。
IP 地址是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。
转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络
在 IP 地址中，所有分配到网络前缀的网络都是平等的。

注意：

同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须一样。
路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。
两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。这种网络仅需两个 IP 地址，可以使用 /31 地址块。主机号可以是 0 或 1。

4.3.2 IP地址与MAC地址

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-YuPuXyKM-1640444202419)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222111633508.png)]

在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。IP数据报在转发过程中，它的首部中的源地址和目的地址时钟不变。
在局域网的链路层，只能看见MAC帧，IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同网络上传送时，其MAC帧的首部中的源地址和目的地址要发生变化。MAC帧的首部的变化在IP层是看不见的。
尽管互连在一起的网络的 MAC 地址体系各不相同，但 IP 层抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节。

4.2.4 地址解析协议ARP

在主机的ARP高速缓存中存放 IP 地址到 MAC 地址的映射表。映射表动态更新（新增或超时删除）。

当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-e8k8Hpvr-1640444202420)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222113018897.png)]

自动运行ARP，按以下步骤找出B的MAC地址：

本局域网上广播发送 ARP 请求。ARP 请求分组：包含发送方硬件地址 / 发送方 IP 地址 / 目标方硬件地址(未知时填 0) / 目标方 IP 地址。
在本局域网上的所有主机运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。
单播 ARP 响应分组，同时在这个ARP相应分组中写入自己的MAC地址。
主机A收到主机B的ARP相应分组后，就在其ARP高速缓存中写入B的IP地址到MAC地址的映射。

ARP 用于解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和 MAC 地址的映射问题。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，主机A必须知道路由器R的IP地址，解析出其MAC地址，然后把IP数据报传送到路由器R1。然后R1再用同样的方法解析出目的主机H2的MAC地址，是IP数据报最终交付主机H2。

使用 ARP 的四种典型情况

发送方是主机，要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。
发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。
发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。
发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上另一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

为什么要使用两种地址：IP 地址和 MAC 地址？

不同网络使用不同的 MAC 地址。MAC 地址之间的转换非常复杂。

对以太网 MAC 地址进行寻址也是极其困难的。

连接到互联网的主机只需各自拥有一个唯一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，即使必须多次调用 ARP 来找到 MAC 地址，但这个过程都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见的。

4.2.5 IP数据报的格式

一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。

首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。

在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GQ68wlXo-1640444202420)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222114753880.png)]

IP首部的部分重要字段含义如下:

版本。占4位。指IP的版本，目前广泛使用的版本号为4。
首部长度。占4位。以4B为单位，最大值为60B (15*4B)。最常用的首部长度是20B,此时不使用任何选项(即可选字段)。
总长度。占16位。指首部和数据之和的长度，单位为B，因此数据报的最大长度为2^16-1= 65535B。以太网帧的最大传送单元(MTU)为1500B，因此当一个IP数据报封装成帧时，数据报的总长度(首部加数据) 一定不能超过下面数据链路层的MTU值。
标识。占16位。它是一个计数器，每产生一个数据报就加1,并赋值给标识字段。但它并不是“序号”(因为IP是无连接服务)。当一个数据报的长度超过网络的MTU时，必须分片，此时每个数据报片都复制一次标识号，以便能正确重装成原来的数据报。
标志。占3位。标志字段的最低位为MF, 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,只有当DF =0时才允许分片。
片偏移。占13位。它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,8B，即每个分片的长度一定是8B (64 位)的整数倍。
首部校验和。占16位。IP数据报的首部校验和只校验分组的首部，而不校验数据部分。
生存时间(TTL)。占8位。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值，标识分组在网络中的寿命，以确保分组不会永远在网络中循环。路由器在转发分组前，先把TTL减1。若TTL被减为0，则该分组必须丢弃。
协议。占8位。指出此分组携带的数据使用何种协议，即分组的数据部分应交给哪个传输层协议，如TCP、UDP等。其中值为6表示TCP,值为17表示UDP。
源地址字段。占4B，标识发送方的IP地址。
目的地址字段。占4B，标识接收方的IP地址。

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。

4.3 IP层转发分组的过程

4.3.1 基于终点的转发

分组在互联网中是逐跳转发的。

基于终点的转发：基于分组首部中的目的地址传送和转发。

为了压缩转发表的大小，转发表中最主要的路由是**（目的网络地址，下一跳地址）** ，而不是（目的地址，下一跳地址）。查找转发表的过程就是逐行寻找前缀匹配。

4.3.2 最长前缀匹配

使用 CIDR 时，在查找转发表时可能会得到不止一个匹配结果。

最长前缀匹配原则：选择前缀最长的一个作为匹配的前缀。网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。

4.4 网际控制报文协议ICMP

ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP 是互联网的标准协议。但 ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。

ICMP报文的格式：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-gUiFQRQ6-1640444202421)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222191224314.png)]

ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上IP数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。

ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式，共有三个字段：即类型、代码和检验和。接着的 4 个字节的内容与 ICMP 的类型有关。

4.4.1 ICMP报文的种类

两种：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ZSzi9Hvg-1640444202421)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222191344286.png)]

1. ICMP差错报告报文

ICMP 差错报告报文的数据字段的内容：差错报告的IP数据报的首部和数据字段的前8个字节

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-48UQlgAQ-1640444202421)(C:\Users\86152\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211222191824278.png)]

不应发送 ICMP 差错报告报文的几种情况：

对 ICMP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报文
对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送 ICMP 差错报告报文。
对具有多播地址的数据报都不发送 ICMP 差错报告报文。
对具有特殊地址（如127.0.0.0 或 0.0.0.0）的数据报不发送 ICMP 差错报告报文。

2. ICMP询问报文

(1) 回送请求和回答

由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问。

收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送 ICMP 回送回答报文。

这种询问报文用来测试目的站是否可达，以及了解其有关状态。

(2) 时间戳请求和回答

请某台主机或路由器回答当前的日期和时间。

时间戳回答报文中有一个 32 位的字段，其中写入的整数代表从 1900 年 1 月 1 日起到当前时刻一共有多少秒。

时间戳请求与回答可用于时钟同步和时间测量。

4.4.2 ICMP应用举例

PING

用来测试两个主机之间的连通性。使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，没有通过运输层的 TCP 或 UDP。

Traceroute

用来跟踪一个分组从源点到终点的路径。它利用 IP 数据报中的 TTL 字段、ICMP 时间超过差错报告报文和 ICMP 终点不可达差错报告报文实现对从源点到终点的路径的跟踪。

4.5 IPv6

为了解决IPv4地址耗尽问题

4.5.1 IPv6的基本首部

IPv6 仍支持无连接的传送。将协议数据单元 PDU 称为分组 (packet) 。

主要变化8条：

更大的地址空间。将地址从 IPv4 的 32 位增大到了 128 位。
扩展的地址层次结构。可以划分为更多的层次
灵活的首部格式。定义了许多可选的扩展首部。
改进的选项。允许数据报包含有选项的控制信息，其选项放在有效载荷中。其首部长度是固定的。
允许协议继续扩充。更好地适应新的应用。
支持即插即用（即自动配置）。不需要使用 DHCP。
支持资源的预分配。支持实时视像等要求保证一定的带宽和时延的应用。
IPv6 首部改为 8 字节对齐。首部长度必须是 8 字节的整数倍。原来的 IPv4 首部是 4 字节对齐。

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IPv6首部各字段含义：

版本(version)—— 4 位。它指明了协议的版本，对 IPv6 该字段总是 6。
通信量类(traffic class)—— 8 位。这是为了区分不同的 IPv6 数据报的类别或优先级。
流标号(flow label)—— 20 位。 “流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报，“流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。流标号对实时音频/视频数据的传送特别有用。
有效载荷长度(payload length)—— 16 位。它指明 IPv6 数据报除基本首部以外的字节数（所有扩展首部都算在有效载荷之内），其最大值是 64 KB。
下一个首部(next header)—— 8 位。相当于 IPv4 的协议字段（无扩展首部时）或可选字段（有扩展首部，指明第一个扩展首部的类型）
跳数限制(hop limit)—— 8 位。源站在数据报发出时即设定跳数限制。路由器在转发数据报时将跳数限制字段中的值减 1。当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。
源地址—— 128 位。是数据报的发送站的 IP 地址。
目的地址—— 128 位。是数据报的接收站的 IP 地址。

4.5.2 IPv6的地址

一个IPv6数据报的目的地址可以是三种基本类型的地址：

单播 (unicast)：传统的点对点通信。
多播 (multicast)：一点对多点的通信。
任播 (anycast)：IPv6 增加的一种类型。任播的终点是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个。通常是按照路由算法得出的距离最近的一个。

节点与接口

IPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称为节点。

一个节点可能有多个与链路相连的接口。

IPv6 地址是分配给节点上接口的。

一个具有多个接口的节点可以有多个单播地址。
其中的任何一个地址都可以当作到达该节点的目的地址。

冒号十六进制记法

0压缩 (zero compression)：一串连续的零可以用一对冒号取代。在任一地址中，只能使用一次零压缩。

省略任何 16 位部分或十六进制数中的前导0（零）

双冒号 (::)可以代替包含一个或多个 16 位全 0 数据段（十六进制数）的任意一个连续字符串，双冒号 (: