IP数据报和数据转发
4.4IP数据报的发送和转发过程
4.4IP数据报的发送和转发过程
IP数据报的转发和发送包括两个部分
主机发送数据报
路由器转发ip数据报
下⾯我们就来举例说明发送和转发过程。
数据报的交付⽅式分为直接交付和间接交付两种
那么源主机是如何知道⽬的主机是否与⾃⼰在同⼀个⽹络中呢？
假设主机C要给主机F发送数据报，主机C将⾃⼰的IP地址与⼦⽹掩码相与，就可以得到主机C所在⽹络的⽹络地址，既然主机C要给F发送IP 数据报。
那主机C肯定知道F的IP地址。
主机c将主机F的IP地址与⾃⼰的⼦⽹掩码相与。
就可得到⽬的⽹络地址。
该地址与⾃⼰的⽹络地址不相符，于是主机C就知道了F和⾃⼰不在同⼀个⽹络。
主机C要把数据报交给路由器，让路由器来帮忙转发。
那么主机从C⼜是如何知道该把数据报交给哪个路由器来转发呢？
实际上，⽤户为了让本⽹络中的主机，能和其它⽹络中的主机进⾏通信，就必须给其指定本⽹络中的⼀个路由器，由该路由器帮忙进⾏转发，所指定的路由器，也被称为默认⽹关（就是⼀个保安），对于本例，我们可以将路由器接⼝0的IP地址指定该该接⼝直连的各个主机作为默认⽹关。
这样，当本⽹络中的主机要和其它主机进⾏通信时，会将IP数据报传输给默认⽹关。
由默认⽹关帮主机将IP数据报转发出去。
那么路由器收到IP数据报之后⼜是如何转发的呢？
检查IP数据报⾸部是否出错：若出错，丢弃并告诉源主机，没错就转发。
根据IP数据报的⽬的地址在路由表中找匹配的记录，找到就转发给下⼀个该转发的，找不到就丢弃该IP数据报并告诉主机你这个我转发不了。
继续下⼀条：
注意路由器不会转发⼴播：
练习题：
总结：。
路由器转发原理
路由器转发原理
路由器转发原理是指路由器根据IP数据报的源IP地址和目的IP地址，从路由表中寻找最佳的路径，通过转发器设备将数据报按照此路径传送出去，这个过程也叫路由转发。
实现：
1. 路由器计算机识别网络传输数据报，并且使用指定的IP地址路由表根据传输数据报的源IP地址和目的IP地址，通过算术运算寻找最佳的路径传输。
2. 根据最优的路径，从传输数据报中提取出目的IP地址信息或源IP地址信息，将数据按照此路径转发至目的IP计算机。
3. 在源IP计算机向目的IP计算机传输数据报之前，源IP计算机发出一条ARP （地址解析协议）请求，源IP计算机将得到通过路由器和目的IP计算机网段上的响应，如果响应可以匹配，则证明连接有效，路由器就可以转发数据报了。
4. 如果响应不可以匹配，路由器将持续转发该请求，直到得到有效的响应，才
能完成路由转发。
IP数据报传输与处理过程
IP数据报传输与处理过程图1-1显示了由3个路由器互联3个以太网的互联网示意图，表1-1~表1-7给出了主机的路由表。
A、B和路由器R1，R2，R3表1-1 主机A的路由表子网掩码目的网络下一路由器255.255.0.0 10.1.0.0 直接投递0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.0.1表1-2 路由器R1的路由表子网掩码目的网络下一路由器255.255.0.0 10.1.0.0 直接投递255.255.0.0 10.3.0.0 直接投递255.255.0.0 10.2.0.0 10.1.0.1表1-3 路由器R2的路由表子网掩码目的网络下一路由器255.255.0.0 10.1.0.0 直接投递255.255.0.0 10.2.0.0 直接投递255.255.0.0 10.3.0.0 10.2.0.2表1-4 路由器R3的路由表子网掩码目的网络下一路由器255.255.0.0 10.2.0.0 直接投递255.255.0.0 10.3.0.0 直接投递255.255.0.0 10.1.0.0 10.2.0.1表1-5 主机B的路由表子网掩码目的网络下一路由器255.255.0.0 10.3.0.0 直接投递0.0.0.0 0.0.0.0 10.3.0.2假如主机A的某个应用程序需要发送数据到主机B的某个应用程序，IP数据报在互联网中的传输与处理大致要经历如下过程：1.主机发送IP数据报如果主机A要发送数据给互联网上的另一台主机B，那么，主机A首先要构造一个目的IP地址为主机B的IP数据报（目的IP地址=10.3.0.88），然后对数据报进行路由选择。
利用路由选择算法和主机A的路由表（见表1-1）可以得到，目的主机B和主机A不在同一网络，需要将该数据报转发到默认路由器R2（IP地址10.1.0.1）。
尽管主机A需要将数据报首先送到它的默认路由器R2而不是目的主机B，但是它既不会修改原IP数据报的内容，也不会在原IP数据报上面附加内容（甚至不附加下一默认路由器的IP地址）。
IP协议 (通俗易懂),IP协议的主要功能及实现原理,IP地址分类,IP数据包分片,IP数据报格式。
IP协议（通俗易懂），IP协议的主要功能及实现原理，IP地址分类，IP数据包分片，IP数据报格式。
「主页」：士别三日wyx「简介」：CSDN top100、阿里云博客专家、华为云享专家、网络安全领域优质创「专栏简介」：此文章已录入专栏《计算机网络零基础快速入门》本章重点1.IP协议的作用是什么？2.IP地址分类有哪些？3.IP数据包为什么分片？怎么分片？IP是一种「不可靠」的「端到端」的数据包「传输服务」，主要实现两个功能：数据传输和数据分片。
一、IP地址IP协议根据「IP地址」将数据传输到指定的目标主机，就像你寄快递的时候需要提供一个收货地址一样。
IP地址是全世界唯一的 32 位「二进制」数，通常用4位点分十进制来表示。
在 cmd 中执行 ipconfig 命令，查看本机的IP地址：为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址分为「网络号码」和「主机号码」两个部分，同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络号码。
1）IP地址分类IP地址分为A、B、C、D、E五类。
A类地址第一段是网络号码，剩下三段是主机号码；B类地址前两段是网络号码，剩下两段是主机号码；C类地址前三段是网络号码，最后一段是主机号码；类别IP范围子网掩码描述A类（1~126）1.0.0.1 ~127.255.255.254255.0.0.0共有126个网络，每个网络有1600万台主机，适合大规模的网络。
B类（128~191）128.0.0.1 ~191.255.255.254255.255.0.0共有16384个网络，每个网络有6万台主机，适合中等规模的网络。
C类（192~223）192.0.0.1 ~233.255.255.254255.255.255.0共有209万个网络，每个网络有254台主机，适合小型网络。
D类224.0.0.0 ~ 组播地址类别IP范围子网掩码描述（224~239）239.255.255.255E类（240~255）240.0.0.0 ~255.255.255.254保留地址2）私有IP地址A、B、C类地址中，分为公有IP和私有IP。
IP数据报
那么IP协议为什么要提供对IP数据报首部的校验功能呢？一方面，IP首部属于IP层协议的内容，不可能由 上层协议处理，另一方面，IP首部中的部分字段在点对点的传递过程中是不断变化的，只能在每个中间点重新形 成校验数据，在相邻点之间完成校验 。
监控技术
监控技术
随着计算机互联技术的迅速发展，络已经深入人民的生活当中，与我们的生活具有十分紧密的，成为了我们 生活当中的一部分。黑客们通过复杂多变的络攻击对我们的络进行攻击，侵犯着我们的互联，导致我们的互联具 有相当大的安全威胁，他们可以通过截取局域中正在传输的数据包，然后对数据包解析，得到一系列的数据，导 致我们的个人信息和隐私全都暴露出来，甚至对我们的个人财产造成不可估计的损失。如果使用IP数据包监控技 术就可以及时的获取黑客的入侵信息，并提前做好黑客入侵的预防工作，不让黑客有机可乘，保障我们的信息安 全。络监控是保护信息安全的一项十分重要的技术，他可以及时的发现络中存在的安全问题，有利于维护计算机 互联络安全。
增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能，但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的。这就增 加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。新的IP版本IPv6就将IP数据报的首部长度做 成固定的。这些任选项定义如下：
（1）安全和处理限制（用于军事领域）
路由器转发IP数据报的基本过程
路由器转发IP数据报的基本过程1. 路由器的基本概念和作用路由器是一种网络设备，用于在不同网络之间传输数据。
它可以根据网络地址将数据从源地址转发到目的地址。
路由器是网络中的交通警察，负责决定数据的最佳路径并转发数据包。
2. IP数据报的基本结构IP数据报是在网络中传输的基本单位，它包含了源地址、目的地址、数据内容和其他控制信息。
IP数据报的基本结构如下：•版本：标识IP协议的版本，通常为IPv4或IPv6。
•头部长度：指示IP数据报头部的长度。
•服务类型：用于指定数据报的服务质量要求。
•总长度：指示整个IP数据报的长度。
•标识、标志和片偏移：用于分片和重组IP数据报。
•生存时间：指示数据报在网络中可以存活的时间。
•协议：指示IP数据报的上层协议，如TCP、UDP等。
•头部校验和：用于检测IP数据报头部的错误。
•源地址：发送IP数据报的源主机的IP地址。
•目的地址：接收IP数据报的目的主机的IP地址。
•选项：可选字段，用于提供一些附加的功能。
3. 路由器的转发过程路由器的转发过程是指将收到的IP数据报从一个接口转发到另一个接口的过程。
下面是路由器转发IP数据报的基本过程：步骤1：接收数据报路由器从一个接口接收到来自源主机的IP数据报。
步骤2：检查目的地址路由器检查IP数据报的目的地址，以确定数据报的最终目的地。
步骤3：查找路由表路由器使用路由表来决定将数据报转发到哪个接口。
路由表是路由器的重要组成部分，它记录了网络地址与接口之间的映射关系。
步骤4：选择最佳路径路由器根据路由表中的信息选择最佳路径，以确保数据报能够快速、安全地到达目的地。
最佳路径通常是根据距离、带宽和网络拥塞等因素来确定的。
步骤5：转发数据报路由器将数据报从源接口转发到目的接口。
在转发过程中，路由器会根据目的地址修改数据报的目的MAC地址，并重新计算IP数据报的校验和。
步骤6：发送数据报路由器将修改后的数据报发送到下一个接口，继续转发到下一个路由器或目的主机。
计算机三级考试复习知识点：IP数据报
计算机三级考试复习知识点：IP数据报计算机三级考试复习知识点：IP数据报IP数据报是IP协议使用的数据单元，互联层数据信息和控制信息的传递都需要通过IP数据报进行，同时也是计算机三级考试的重要内容，店铺整理了相关知识点，一起来复习下吧：1.IP数据报的格式IP数据报的格式可以分为报头区和数据区两部分，数据区包括高层需要传输的数据，而报头区是为了正确传输高层数据而增加的控制信息。
通俗地说，数据报的数据区就像是一个信件，而信封上写明寄信人和收信人等信息后，就相当于是一个报头区。
把两者结合一起，就是一个IP数据报。
报头区包含了源IP地址、目的IP地址等控制信息，具体内容如下。
(1)版本和协议类型在IP报头中，版本字段表示该数据报对应的IP协议版本号，不同的IP协议版本规定的数据报格式稍有不同，目前使用的IP协议版本号为4。
协议字段表示该数据报数据区数据的高级协议类型(如TCP)，用于指明数据区数据的格式。
(2)长度报头中有两个表示长度的字段，一个为报头长度，另一个为总长度。
报头长度以32b为单位，指出该报头区的长度。
在没有选项和填充的情况下，该值为“5”。
总长度以8b为单位，表示整个IP数据报的总长度(其中包含报头区长度和数据区长度)。
(3)服务类型服务类型字段规定对本数据报的处理方式。
利用该字段，发送端可以为IP数据包分配一个转发优先级，并可以要求中转路由器尽量使用低延迟、高吞吐率或高可靠性的线路投递。
(4)生存周期IP数据报的路由选择具有独立性，因此从源主机到目的主机的传输延迟也具有随机性。
如果路由表发生错误，数据报就有可能进入一个死循环。
利用IP报头中的生存周期字段，可以有效的控制数据报在网络中无休止的流动。
在网络中，“生存周期”域随时间而递减，在该域为0时，报文将被删除，避免死循环的发生。
(5)头部校验和头部校验和用于保证IP数据报头的完整性。
注意，在IP数据报中，只含有报头校验字段，没有数据区校验字段。
第 8 章 IP 数据报
第 8 章 IP 数据报8.1 IP数据报的格式IP数据报包含报头区和数据区两部份：• 数据区： 高层传输的数据。
• 报头区： 为了正确传输高层数据而增加的控制信息。
报头中各主要字段的功能1、版本与协议类型• 版本：数据报对应的 IP协议版本号（目前使用的IP协议版本号为4）• 协议类型：数据报数据区数据的高级协议类型（如 TCP），指出数据报携带的运输层数据使用的协议。
2、长度• 报头长度：报头区的长度（以 32bit双字为单位），若不是4字节的整数倍，用最后一个填充字段填充。
• 总长度：整个 IP数据报的长度（以8bit字节为单位）。
头长度与数据之和的长度。
3、服务类型• 转发过程中对该数据报的处理方式。
• 它为路由器提供服务信息，服务类型字段的前三个比特表示优先级。
4、生存周期• 即 TTL（Time To Live），数据包每经过一个路由器，其TTL值减1，当TTL为0时，路由器将丢弃该数据包。
建议值为32秒。
• IP数据报在互联网中的存活时间（避免死循环）。
5、头部校验和• 采用 CRC校验码，只校验数据报的首部。
• 保证 IP数据报报头的完整性。
6、地址• 源 IP地址（4字节）：数据报的 发送者 。
• 目的 IP地址（4字节）：数据报的 接收者 。
8.2 IP封装、分片与重组IP封装IP数据报在各个物理网络中需要重新封装8.2.1 MTU与分片1、 MTU• MTU： 网络规定的一个帧最多能够携带的数据量• IP数据报的长度只有小于或等于网络的MTU，才能在这个网络传输• 与路由器连接的各个网络的 MTU可能不同2、 分片： IP数据报的尺寸大于将发往网络的MTU值时，路由器将IP数据报分成若干较小的部分的过程• 每个分片由报头区和数据取两部分构成• 每个分片经过独立的路由选择等处理过程，最终到达目的主机8.2.2 重组重组： 在接收到 所有 分片的基础上，主机对分片进行重新组装的过程• 目的主机进行重组• 减少了中间路由器的计算量• 路由器可以为每个分片独立选路• 路由器不需要对分片进行重组，也不可能对分片进行重组8.2.3 分片控制1、 标识• 源主机赋予 IP数据报的标识符• 该域需要复制到新分片的报头中• 目的主机利用此域和目的地址判断分片属于哪个数据报• 标志• 标识是否已经分片，是否是最后一个分片2、 片偏移• 本片数据在初始 IP数据报数据区的位置• 偏移量以 8个字节为单位8.3 IP数据报选项功能： 主要用于控制和测试用户可以使用也可以不使用 IP选项。
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ICMP主要差错报告类型 主要差错报告类型
目的地不可达报告
网络不可达、主机不可达、协议和端口不可达等
超时报告 参数出错报告
ICMP差错控制 差错控制
1.ICMP的基本功能之一是提供差错报告 2.ICMP协议不严格规定对出现的差错采取的处理方式 3.ICMP差错报告都是采用路由器到源主机的模式
IP数据报本身只包含源主机地址和目的主机地址，错误报告给目的主机 没有意义（有时也不可能） 路由器独立选路，发现错误的路由器不知道该数据报经过的路径，无法 将错误通知相应路由器
IP 数据报头部中的各个域。其中， 源地址和目的地地址均是IP地址
报头中各主要字段的功能（ ） 报头中各主要字段的功能（1）
1.版本与协议类型
版本：数据报对应的IP协议版本号（目前使用的IP协议版本号为4） 协议类型：数据报数据区数据的高级协议类型（如TCP）
2.长度
报头长度：报头区的长度（以32bit为单位） 总长度：整个IP数据报的长度（以8bit为单位）
记录路由选项
1.记录路由：记录IP数据报从源主机到目的主机所经过路 径上各个路由器的IP地址 2.应用场合
查看IP数据报传输过程中所经过的路径 测试路由器的路由配置是否正确
时间戳选项
时间戳：记录IP数据报经过每一路由器时的当地 时间 应用场合：分析网络吞吐率、拥塞情况、负载情 况等
因特网控制报文协议ICMP
表 7-7 ICMP 报文种类
类型字段的值与 ICM P 报文的类型的关系 类型的值 3 4 ICMP 报文的类型 目的站不可达 源站抑制 (S ource quench) 时间超过 参数问题 改变路由 (Redirect，或重定向 ) 回送 (Echo)请求或回答 时间戳 (Timestamp)请求或回答 地址掩码 (Address mask)请求或回答 路由器询问 (Router solicitation)或通告
和使用↑↓→←等键功能一样
错误提示
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
字符下面有“^”的地方是拼写错 误
路由器配置
Configuring a Router
Hyperchannel 令牌环 (16 Mbit/s) 令牌环 (4 Mbit/s) FDDI 以太网 X.25 PPP
分片
分片：IP数据报的尺寸大于将发往网络的MTU值时，路由器将IP数据 报分成若干较小的部分的过程 每个分片由报头区和数据区两部分构成 每个分片经过独立的路由选择等处理过程，最终到达目的主机
用户和特权模式的切换
IOS的命名与察看
使用show version命令来查看IOS的信息
Show version
通过show version 得到的信息：
IOS版本以及注释信息 Bootstrap 的信息 Boot Rom的信息 上一次启动的方式 系统镜像文件的位置 路由器型号 寄存器地址 接口信息等
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
IOS的帮助功能
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
a）三个路由器将四个网络连接成一个互联网的例子 b）路由器R2的概念路由表，其中每一项列出一个目的 网络和到达目的网络路径中的下一站
a)四个网络和三个路由器组成的一个互联网， 每个路由器接口分配一个IP地址 b)是中间那个路由器的路由表，表中每一项列出一个目的地、 一个屏蔽码和到达目的地的下一站
测试配置的路由 – tracert命令 命令
“tracert”命令可以显示数据报转发所经过的路径
IOS
Internetwork Operating System
Cisco IOS
路由器是计算机，需要操作系统，Cisco IOS就是路由器 的操作系统 实现路由器和交换机的功能 可靠安全的连接网络 提供网络的一些测试功能 使用CLI - Command-Line Interface 分两种主要模式： 用户模式：Router> 特权模式：Router#
重组
1.重组：在接收到所有分片的基础上，主机对分片进行重 新组装的过程 2.目的主机进行重组
减少了中间路由器的计算量 路由器可以为每个分片独立选路
3.路由器不需要对分片进行重组，也不可能对分片进行重 组
TTL：IP数据报在互联网中的存活时间（避免死循环） 报头校验和（Header Checksum）：对报头的完整性 进行检查。 源IP地址和目的IP地址（Source IP address and Destination IP Address）：32位的IP地址。 IP选项（IP Options）：用于网络测试、调试、保密 及其他功能的选项。
实践： 实践：ping命令剖析与使用 命令剖析与使用
功能：测试网络的连通性和可达性 工作机理：回应请求/应答ICMP报文对的具体实现 UNIX、Linux、Windows等网络操作系统都支持ping命令 不同网络操作系统对ping命令的实现稍有不同
Windows 2000的ping命令形式 的 命令形式
ping [-t] [-a] [-n count] [-l size] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-r count] [-s count] [[-j host-list] | [-k host-list]] [-w timeout] 目的IP地址
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
修改“ 修改“ping”命令的请求超时时间 命令的请求超时时间
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
ping对目的地不可达的屏幕响应 对目的地不可达的屏幕响应
修改主机名
Router#config t Router(config)#hostname Lab_A Lab_A(config)# 修改主机名的命令需在全局配置模式下使用
1.目的网络不可达（Destination net eachable）
没有到目的地的路由 原因：通常是“Reply from”中列出的路由器路由错误 造成的
2.请求超时（Request timed out）
在指定的超时时间内没有对探测报文作出响应 原因：路由器关闭、目标主机关闭、没有路由返回到 主机或响应的等待时间大于指定的超时时间等
IP数据报和数据报转发
本节主要内容
1.IP数据报的格式及主要字段的功能 2.IP数据报的分片与重组 3.源路由、记录路由及时间戳选项 4.ICMP的主要功能 5.实践内容
剖析ping命令 使用ping命令及其选项
6.6 IP数据报和数据报转发
头部
数据区
IP数据报的基本格式：一个头部后跟着数据区， 头部Байду номын сангаас有控制该包发往何地及如何发送的信息
编辑功能
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
连续发送ping探测报文 探测报文 连续发送
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。 “x”，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
自选数据长度的ping探测报文 探测报文 自选数据长度的
功能：主要用于控制和测试 用户可以使用也可以不使用IP选项。但所有实现IP协议 的设备必须能处理IP选项，IP数据报选项由选项码、长度和选项 数据三部分组成
源路由选项
源路由：IP数据报穿越互联网所经过的路径由源 主机指定 应用场合：测试某特定网络的吞吐率、使数据报 绕开出错 网络等
源路由选项分为
严格源路由选项：规定IP数据报要经过路径上的每一个 路由器 松散源路由选项：只给出IP数据报必须经过的一些“要 点”
为了提高IP数据报交付成功的机会，在网 际 层 使 用 了 因 特 网 控 制 报 文 协 议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 。ICMP 报文格式如图所示。
ICMP报文的种类有两种，即ICMP 差 ICMP差 错报告报文和ICMP询问报文。 错报告报文 ICMP询问报文 ICMP报文的类型字段的值与ICMP报 文类型的对应关系如表所示。
分片控制
1.标识(Identification) 16bit 源主机赋予IP数据报的标识符
该域需要复制到新分片的报头中 目的主机利用此域和目的地址判断分片属于哪个数据报
2.标志（Flags）3bit 标识是否已经分片，是否是最后一个分片 3.片偏移（Frag Offset）：对数据报进行分片，以便允许在 互联网上使用不同的MTU。13 bits 本片数据在初始IP数据报 数据区的位置偏移量以8B为单位
差错报告报文
11 12 5 8或 0