IP 网络之间互联的协议

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目录

单点传送

广播传送

多点传送


IP分组的转发规则

路由器仅根据网络地址进行转发。当IP数据包经由路由器转发时,如果目标网络与本地路由器直接相连,则直接将数据包交付给目标主机,这称为直接交付;否则,路由器通过路由表查找路由信息,并将数据包转交给指明的下一跳路由器,这称为间接交付。路由器在间接交付中,若路由表中有到达目标网络的路由,则把数据包传送给路由表指明的下一跳路由器;如果没有路由,但路由表中有一个默认路由,则把数据包传送给指明的默认路由器;如果两者都没有,则丢弃数据包并报告错误。

IP分片

一个IP包从源主机传输到目标主机可能需要经过多个不同的物理网络。由于各种网络的数据帧都有一个最大传输单元(MTU)的限制,如以太网帧的MTU是1500;因此,当路由器在转发IP包时,如果数据包的大小超过了出口链路的最大传输单元时,则会将该IP分组分解成很多足够小的片段,以便能够在目标链路上进行传输。这些IP分片重新封装一个IP包独立传输,并在到达目标主机时才会被重组起来。

IP分组结构

一个IP分组由首部和数据两部分组成。首部的前20字节是所有IP分组必须具有的,也称固定首部。在首部固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的。

IP所提供的服务大致可归纳为两类:

●IP信息包的传送。

●IP信息包的分割与重组。

IP信息包传送

IP是网络之间信息传送的协议,可将IP信息包从源设备(例如用户的计算机)传送到目的设备(例如某部门的www服务器)。为了达到这样的目的,IP必须依赖IP地址与IP路由器两种机制来实现。

IP地址

IP规定网络上所有的设备都必须有一个独一无二的IP地址,就好比是邮件上都必须注明收件人地址,邮递员才能将邮件送到。同理,每个IP信息包都必须包含有目的设备的IP地址,信息包才可以正确地送到目的地。同一设备不可以拥有多个IP地址,所有使用IP的网络设备至少有一个唯一的IP地址。

IP路由

互联网是由许多个网络连接所形成的大型网络。如果要在互联网中传送IP信息包,除了确保网络上每个设备都有一个唯一的IP地址之外,网络之间还必须有传送的机制,才能将IP信息包通过一个个的网络传送到目的地。此种传送机制称为IP路由。

各个网络通过路由器相互连接。路由器的功能是为IP信息包选择传送的路径。换言之,必须依靠沿途各路由器的通力合作,才能将IP信息包送到目的地。在IP路由的过程中,由路由器负责选择路径,IP信息包则是被传送的对象。

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IP路由说明

IP地址与IP路由是IP信息包传送的基础。此外,IP信息包传送时还有一项很重要的特性,即使用非连接式的传送方式。非连接式的传送方式是指IP信息包传送时,源设备与目的设备双方不必事先连接,即可将IP信息包送达。即源设备完全不用理会目的设备,而只是单纯地将IP信息包逐一送出。至于目的设备是否收到每个信息包、是否收到正确的信息包等,则由上层的协议(例如TCP)来负责检查。

使用非连接式的优点是过程简单化,可提高传输的效率。此外,由于IP信息包必须通过IP路由的机制,在一个个路由器之间传递,非连接式的传送方式较易在此种机制中运行。

相对于非连接式的传送方式,也有连接式的传送方式,也就是源与目的设备双方必须先建立连接,才能进一步传输数据,TCP就是使用连接式的传送方式。

IP信息包的分割与重组

为了能把一个IP报文放在不同的物理帧中,最大IP报文的长度就只能等于这条路径上所有物理网络的MTU的最小值。当数据报通过一个可以传输长度更大的帧的网络时,把数据报的大小限制在互联网上最小的MTU之下不经济;如果数据报的长度超过互联网中最小的MTU值的话,则当该数据报在穿越该子网时,就无法被封装在一个帧中。

IP协议在发送IP报文时,一般选择一个合适的初始长度。如果这个报文要经历的中间物理网络的MTU值比IP报文长度要小,则IP协议把这个报文的数据部分分割成若干个较小的数据片,组成较小的报文,然后放到物理帧中去发送。每个小的报文称为一个分段。分段的动作一般在路由器上进行。如果路由器从某个网络接口收到了一个IP报文,要向另外一个网络转发,而该网络的MTU比IP报文长度要小,那么就要把该IP报文分成多个小IP分段后再分别发送。

重组是分段的逆过程,把若干个IP分段重新组合后还原为原来的IP报文。在目的端收到一个IP报文时,可以根据其分段偏移和MF标志位来判断它是否是一个分段。如果MF位是0,并且分段偏移为0,则表明这是一个完整的IP数据报。否则,如果分段偏移不为0,或者MF标志位为1,则表明它是一个分段。这时目的地端需要实行分段重组。IP协议根据IP报文头中的标识符字段的值来确定哪些分段属于同一个原始报文,根据分段偏移来确定分段在原始报文中的位置。如果一个IP数据报的所有分段都正确地到达目的地,则把它重新组织成一个完整的报文后交给上层协议去处理。

总结如下:IP信息包在传送过程中,可能会经过许多个使用不同技术的网络。假设IP信息包是从ATM网络所发出,原始长度为9180B,如果IP路由途中经过以太网络,便面临信息包太大,无法在以太网络上传输的障碍。为了解决此问题,路由器必须有IP信息包分割与重组的机制,将过长的信息包进行分割,以便能在最大传输单位较小的网络上传输。分割后的IP信息包,由目的设备接收后重组,恢复成原来IP信息包。

3.在传送IP信息包时,一定会指明源地址与目的地址。源地址当然只有一个,但是目的地址却可能代表单一或多部设备。根据目的地址的不同,区分为3种传送方式:单点传送、广播传送以及多点传送。

单点传送

单点传送是一对一的传递模式。在此模式下,源端所发出的IP信息包,其IP报头中的目的地址代表单一目的设备,因此只有该目的设备能收到此IP信息包。在互联网上传送的信息包,绝大多数都是单点传送的IP信息包。

广播传送

广播传送是一对多的传递方式。在此方式下,源设备所发出的IP信息包,其IP报头中的目的地址代表某一网络,而非单一设备,因此该网络内的所有设备都能收到、并处理此类IP广播信息包。由于此特性,广播信息包必须小心使用,否则稍有不慎,便会波及该网络内的全部设备。

广播传送方式

多点传送

多点传送是一种介于单点传送与广播传送之间的传送方式模式。多点传送也是属于一对多的传送方式,但是它与广播传送有很大的不同。广播传送必定会传送至某一个网络内的所有设备,但是多点传送却可以将信息包传送给一群指定的设备。即多点传送的IP信息包,其IP报头中的目的地址代表的是一群选定的设备。凡是属于这一群的设备都可收到此多点传送信息包。

多点传送模式

设置多点传送方式的原因是:假设我们要必须传送一份数据给网络上10部指定的设备。如果使用单点传送的方式,必须重复执行10次传送的操作才能达成目的,不仅没有效率,且浪费网络带宽。如果使用广播传送的方式,则指定网络中的所有(例如20部)计算机都会收到、且必须处理这些广播传送信息包,换言之,将影响到其他不相干的计算机。这时候,如果使用多点传送,便能避免单点传送与广播传送的问题。

多点传送非常适合传送一些即时共享的信息给一群用户,例如传送即时股价、多媒体影音信息等。不过,虽然在同一个网络内进行多点传送没有技术上的问题,但如果要通过互联网,则沿途的路由器必须都支持相关的协议才行,这也是多点传送所面临的瓶颈。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-822957.html

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