IP资料报
网际协议(IP)
•如前述，IP提供无连线的资料转发，是Internet资料通讯的基础
•整个TCP/IP提供三套服务：
•IP提供的是最底层的、最基础的一部分
•这种服务是不提供服务保证的，分组可能丢失、延迟，也不通知传送方或接受方。一个分组序列有可能沿着不同的路径传送。
服务是全力转发，不因为资源耗尽或网络故障而停止，因而会引起丢失等不可靠的情形出现。
IP协议中提供的三种重要的内容
•基本的资料传送单元，为之指定了精确的资料格式
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•IP软件执行路由功能，为资料传送选择路径
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•IP还包含一套规则描述主机和路由器应如何处理资料，出错资料应何时以及如何产生，丢弃分组的条件
IP资料报
IP资料报在传送时封装在帧的资料域，硬件不能识别IP格式。
详细的资料报头，见下页：
•VERS: 4个位元，版本号
•HLEN:4个位元，资料报头的长度(以多少个32位位元来度量)，一般除了IP OPTIONS 以及相应的PADDING字段可变，其它字段都是固定长，最常见的资料报头是无IP OPTIONS 及PADDING字段，则总长为160字节， HLEN的值为5
•TOTAL LENGGTH:为IP资料报的总长度(包括头和资料，以多少个8位组来衡量)，其为16位元，因此一个IP资料报可能的最大长度为65535个8位组
•SERVICE TYPE(TOS):指定应如何处理该资料报，它又分为5个子字段，见下页图：
头3位用于优先级(0-7)，指定资料报的优先级，可用于拥塞控制，但目前几乎所有的主机和路由器都忽略此资讯。
D:设定后表示要求低延迟
T:设定后表示要求高吞吐量
R :设定后表示要求高可靠
都用来给路由选择提供建议，但不是一定要执行的。
•IDENTIFICATION、FLAGS和FRAGMENT OFFSET三个字段控制IP资料报的分片(fragmentation)和组合(reassembly)
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•IP资料报的分片和组合：
–IP资料报是由软件处理，与硬件无关，因而在不同版本的协议中可规定其最大长度。
–但由硬件处理的低层的资料帧长度是由硬件限定的，例如，以太网最大可传送的帧长为 1500 个8位组，而FDDI为4470个8位组，这些限定值称为最大传送单元(MTU)。
–而IP资料报封装在低层的资料帧中，如果资料报需要通过一个具有较小的MTU的物理网络，那么为了适合物理网络MTU的要求，就必须把较大的资料报分片成较小的资料报，分片由路由器来完成，但不提供保证。（路由器处理的最小资料单元为576个8位组）而把较小的资料报组合回原始的资料报在目的主机进行。
下页示例图：
•在TCP/IP中，资料报一旦被分片，则在到达目的主机之前就一直以单独的资料报存在，在到达主机后，才组合成原始的资料报。
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•这样做的缺点：
–都到接受端主机组合，效率不高，且在MTU大的网络中仍以小的资料报传输，效率不高
–接受端主机会设定一个组合计时器，若超过一个定时，则不再组合为原始资料报，这样只要有一个小的分组不能到达目的，则整个的原始资料报就出错，这就有可能增大了整个网络传输出错的概率。
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•这也可能是优点，各个小的资料报可以独立路由，均衡负载。
•在分片后，每一片都与原始的资料报有相同的头格式。
•TOTAL LENGTH字段设定为分片的长度，而非原始资料报的长度
•IDENTIFICATION字段
–每一个原始资料报的IDENTIFICATION字段包含一个唯一的标识资料报的整数，在分片时，这个整数拷贝到所有分片，以便使主机知道每个分片是属于哪一个资料报
•FRAGMENT OFFSET字段
–通过指定各个分片在原始资料报中的偏移量而指定各个分片在原始资料报中的位置
•FLAGS字段：3位FLAGS的低两位控制分片
–其中头一位(不要分片)设为1时表示不要分片，当某个路由器认为一个设为不要分片的资料报需要分片时，路由器放弃该资料报并向源主机发送一个出错讯息。
–低一位(更多的分片)指定分片是否是一个原始资料报的中间部分或结束部分。若其设定为0，则表明该分片是最后一个分片，再通过检查各分片的偏移量，目的主机就可以重新组合回原始资料报。
•TIME TO LIVE(TTL) 字段(以秒为单位)
–指定资料报在网上的保留时间。每个处理该资料报的路由器都会根据已过去的时间减少这个字段的值，当其值为零时，就丢弃该资料报，并发回一个出错讯息。这样就不会使一个数据报总在网络中占用资源。
–但在没有时钟同步时，一般路由器并不能知道精确的时间，一种简易的途径是：
•当路由器处理一个未经长时等待的资料报时，只把TTL字段减一，而如果该路由器负载较大，资料报等待时间长，则减去其从达到路由器到得到处理这一段的秒数。
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•PROTOCOL字段
–指定资料域的资料是由那种高层协议建立的，因而也就相应地指定了资料域的格式
•HEADER CHECKSUM字段
–检校和，确保资料头(而非整个资料报)值的完整性，这就使得封装的高层协议资料需要自己的检校和。
•SOURCE IP ADDRESS字段
–源主机32位IP地址
•DESTINATION IP ADDRESS字段
–目的主机32位IP地址
•PADDING字段
–由于 IP OPTIONS 的字段长度依据所选定的选项而有所不同，PADDING字段的作用是根据IP OPTIONS字段的长度把两个字段的长度和补到32位。
•IP OPTIONS 字段在一般资料报中并不需要，主要用于网络测试和除错。
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•IP OPTIONS的第一个8位组为选项程式码字段：
•COPY位控制在分片时路由器如何对待这些选项。
–COPY位设为1时，指定选项应拷贝到所有分片
–COPY位设为0时，指定选项应拷贝到第一个分片
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•OPTION CLASS 和OPTION NUMBER指定选项类别并指定各个选项类的特定选项：
•选项说明举例：
•记录路由选项：
–允许源主机建立一个空列表，并让每一个处理了资料报的路由器新增其IP地址到表中。
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•时间戳选项：
–允许源主机建立一个空列表，并让每一个处理了资料报的路由器向列表新增一个项，这个项包含两部分：
•其IP地址，时间戳（整数）
–这样可以使源主机知道更精确的资料报传输路径
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计算机网络基础课程—TCP/IP概述
