(TCP IP协议与网络编程)第2章IP协议.ppt

第2章 IP协议 2.1 IP协议如何进行网络互联 2.2 IP地址 2.3 IP数据报格式 2.4 Internet控制报文协议(ICMP) 2.5 地址解析 2.6 IP数据报的路由选择 习题 2.1 IP协议如何进行网络互联 2.1.1 网络互联方式 面对一个由很多网络连接而成的互联网，在进行数据通信时，数据是如何从源端传输到目标端的呢？我们可以举一个日常生活中的例子来说明这个问题，如有图2-1所示的一个城市交通图。 在图2-1中有六个城市，它们之间通过图中所示的公路相连，为了便于说明问题，我们对图中的公路进行了编号。 图2-1中所示的城市交通图与多个网络连接而成的互联网是非常相似的，图2-1中的一个城市相当于互联网中的一个网络，连接城市的公路相当于连接网络的介质，每条路上都有一个负责选路的路由器(在图2-2中用表示)，这样我们可以把图2-1所示的交通图对应成图2-2所示的网络互联图。 前面在交通图中所述的两种不同送信(通信)过程，正好与网络互联的两种解决方案相对应。这两种网络互联方案是：面向连接的(Connect-oriented)和无连接的(Connectionless)。 面向连接的解决方案要求在通信的源端和目标端之间建立一条逻辑通路，一般称为虚电路(Virtual Circuit)，源端和目标端之间通信时的所有信息都通过该通路传输，这与交通图中送信过程的第一种方式类似。这种方式看似简单，易于实现，但其最大的缺点是如果不能保证虚电路中沿途经过的节点都能可靠地发送数据，就可能使网络崩溃。由于互联网所连网络的复杂性和多样性，因而很难保证所有节点都能可靠地发送数据。 无连接的互联网解决方案与交通图中送信过程的第二种方式类似，它在源端和目标端之间不建立一条逻辑通路，而送到网络中的每个分组带有完整的目标主机地址，收到分组的节点(主要是路由器)根据目标地址和当前网络状况(如通信量等)，选择一条合适的线路把分组发送到接近目标端的下一个节点，通过多个节点的转发，最终把分组送达目标节点。使用这种方式时，由源端顺序送出的各分组，由于每个分组在网络中可能经过不同的路径到达目标端，所以先发出的分组不一定就先到达目标端，另外，也不能保证每个分组都能可靠地到达目标端。 无连接方式的优点是显而易见的，源端和目标端之间的通信可以通过多条通路进行，而不依赖于某一条通路，因此可靠性和通信效率高。另外，这种方式实现起来也比较简单，适合于异构网络的互联，因此被很多网络厂商所使用。Internet使用的就是这种无连接的方式，由IP协议来实现。 2.1.2 IP互联网原理 利用信息隐蔽原理，在互联网中把不同网络的实现细节通过IP层隐藏起来，达到在网络层逻辑上一致的目的，如图2-3所示。 2.1.3 IP协议的地位与IP互联网的特点 互联网上的所有数据报都要经过IP协议进行传输，它是通信网络与高层协议的分界，如图2-4所示。 使用IP协议的互联网具有以下重要特点： (1) ?IP协议是一种无连接(Connectionless)不可靠(Unreliable)的数据报传输协议。 (2) IP互联网中的计算机没有主次之分，所有主机地位平等(因为惟一标识它们的是IP地址)，当然从逻辑上来说，所有网络(不管规模大小)也没有主次之分。 (3) IP互联网没有确定的拓扑结构，就像图2-2所示的那样。 (4) 在IP互联网中的任何一台主机，都至少有一个独一无二的IP地址，有多个网络接口卡的计算机每个接口可以有一个IP地址，这样一台主机可能就有多个IP地址。有多个IP地址的主机叫多宿主机(Multi-home Host)。 (5) 在互联网中有IP地址的设备不一定就是一台计算机，如IP路由器、网关等，因为与互联网有独立连接的设备都要有IP地址。 2.2 IP地址 2.2.1 IP地址的结构 互联网是由很多网络连接而成的，互联网中的数据报有些是在本网内主机之间传输的，有些是要送到互联网中其他网络中的主机中去的，因此，IP地址不但要标识在本网内的主机号，还要标识在互联网中的网络号，如图2-5所示。 2.2.2 IP地址的表示格式 Internet现在使用的IP协议是IPv4(第四版)，它使用32位二进制数(即4个字节)表示一个IP地址，在进行程序设计时一般用长整型。用二进制数表示IP地址适合于机器使用，但对用户来说难写，难记，易出错，因此人们常把IP地址按字节分成4个部分，并把每一部分写成等价的十进制数，数之间用“.”分隔，这就是人们最常用的“点分十进制”表示法。IP地址的各种表示法如表2-1所示。 表中后三种地址表示方法只是为了人们书写方便而使用的，