IP协议及以太网协议

IP协议

IP协议在网络体系中的位置

• 当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，看不见互连的各具体的网络异构细节
• 如果在这种覆盖全球的 IP 网的上层使用 TCP 协议，那么就是现在的互联网 (Internet)

IP协议的核心功能

• 异构网络互联：屏蔽底层网络差异，提供统一的网络层服务
• 无连接服务：不需要建立连接，每个数据报独立处理
• 尽力而为交付：不保证可靠性，可能丢失、重复、失序
• 路由选择：为数据报选择最佳传输路径
• 分组交换：数据分割为IP数据报独立传输

IP网络的透明性

主机A（以太网） → 路由器 → 网络B（WiFi） → 路由器 → 主机C（蜂窝网络） │ │ │ 数据链路层帧 IP数据报 数据链路层帧 │ │ │ 物理层比特流 IP路由转发 物理层比特流

IP层使上层应用感觉像是在一个统一的网络上通信

IP 数据报首部格式

• 版本：占 4 位，指 IP 协议的版本，目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
• 首部长度：占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)，因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节
• 区分服务：占 8 位，用来获得更好的服务，只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用，在一般的情况下都不使用这个字段
• 总长度：占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU
• 标识 (identification) ：占 16 位，它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识
• 标志(flag) ：占 3 位，目前只有前两位有意义
  • 标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。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 (Don’t Fragment) 。只有当 DF=0 时才允许分片
• 片偏移：占 13 位，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
• 生存时间：占 8 位，记为 TTL (Time To Live)，指示数据报在网络中可通过的路由器数的最大值
• 协议：占 8 位，指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给那个处理过程

IP数据报分片

IP 数据报首部中与分片有关的字段中的数值

以太网协议

以太网协议在网络体系中的位置

数据链路层的地位

数据链路层信道类型

• 点对点信道
• 广播信道
  • 使用一对多的广播通信方式
  • 必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送

以太网 V2 的 MAC 帧格式

无效的MAC帧

• 数据字段的长度与长度字段的值不一致
• 帧的长度不是整数个字节
• 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错
• 数据字段的长度不在 46 ~ 1500 字节之间
• 有效的 MAC 帧长度为 64 ~ 1518 字节之间

对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃，以太网不负责重传丢弃的帧