目录
- 4.4网际协议：因特网中的转发和编址
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- [4.4.1 IPv4数据报格式](#4.4.1 IPv4数据报格式)
- [4.4.2 IPv4编址(addressing)](#4.4.2 IPv4编址(addressing))
- [4.4.3 因特网控制报文协议(Internet Control Message Protocal，ICMP）](#4.4.3 因特网控制报文协议(Internet Control Message Protocal，ICMP）)
- [4.4.4 IPv6](#4.4.4 IPv6)
4.4网际协议：因特网中的转发和编址
4.4.1 IPv4数据报格式
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好多呀，看书吧
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IPv4数据报分片(Fragmentation)
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最大传送单元(Maximum Transmission Unit，MTU)
- MTU限制IP数据报长度
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不同链路断落可能有不同链路层协议，MTU可能不同
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一个链路层帧能承载的最大数据量
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将IP数据报分片，在目的地重新组装
- 重组(reassembly)
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IP首部用于标记同一数据报的所有分片
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4.4.2 IPv4编址(addressing)
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IP地址：用来标识主机接口、路由器接口的32位标识符
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接口(interface)：主机和物理链路的连接边界
连接方式
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有线：以太网交换机
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无线：Wifi
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点分十进制表示法(dotted-decimal notation)
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子网(subnets)
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具有相同IP地址子网部分的设备接口
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可以不用通过路由器直接连接
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IP地址
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高位：子网标识
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低位：主机标识
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路由器和路由器之间也是一个子网
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子网(网络)掩码(network mask)
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作用
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划分网络和主机地址
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判断设备是否在同一子网
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如IP地址：192.168.1.10/24
- 子网掩码：255.255.255.0
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无类别域间路由选择(Classless Interdomain Routing，CIDR)
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支持任意地址长度子网掩码
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地址格式：
a.b.c.d/x
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主机如何获取IP地址
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系统管理员硬编码
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动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP)
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DHCP除了提供IP地址，还能提供子网掩码 ，Client第一跳路由器的地址 ，DNS服务器的名称 和IP地址
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作用
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动态从主机获取IP地址
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为主机提供其子网掩码，其第一跳路由地址(即默认网关)和其本地DNS服务器地址
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即插即用(plug-and-play)协议或零配置(zeroconf)协议
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步骤
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DHCP服务器发现
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主机发送DHCP发现报文
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主机要发现一个与其交互的DHCP服务器
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DHCP服务器提供
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DHCP服务器响应DHCP服务报文
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提供可用的IP地址和其他参数
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DHCP请求
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主机响应DHCP请求报文
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选择服务器，回显配置的参数
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DHCP ACK
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DHCP服务器响应DHCP ACK报文
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证实所要求的参数
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网络地址转换(Network Address Translation，NAT)
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私有IP地址和公有IP地址之间的转换
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使用原因
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因为对于外界而言，本地网络仅使用一个IP地址(节约）
- 使大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址
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可更改本地网络设备地址而不通知外界(改内)
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可在不更改本地网络设备地址的情况下更换互联网提供商(Internet Service Provider，ISP)(改外)
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本地网络内设备无法被外界准确访问(安全)
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NAT转换表
记录内部私有IP地址和端口到外部公有IP地址和端口的对应关系
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实现
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出站(outgoing)数据报
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私变公
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NAT路由器将数据报的私有IP地址和端口号替换为路由器的公有IP地址和新端口号
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维护NAT表
- 记录转换映射表
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入站(incoming)数据报
- 根据转换表把数据报的目的IP地址和端口号变为私有IP地址和端口号
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争议
支持
- 缓解IPv4地址短缺
反对
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端口号应该用于进程编址，而非主机编址
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违法网络分层原则
- NAT处理了运输层，传统路由器应只处理网络层
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违反端到端通信原则
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端到端：路由器/交换机应仅提供数据传输功能，而可靠性、安全性等应由终端设备实现
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NAT路由器修改了运输层的端口号
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应使用IPv6解决IP地址短缺
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妨碍P2P应用程序
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对等方(peer)位于NAT后，破环双向连接能力
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解决：NAT穿越(NAT traversal)
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4.4.3 因特网控制报文协议(Internet Control Message Protocal，ICMP）
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主机和路由器通过ICMP交换互联网信息
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错误报告
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网络诊断
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回显(echo)请求或应答
- 回显就是把发送方的内容又发回去，来验证收到的内容对不对(echo也译为回声)
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Traceroute和ICMP
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Traceroute程序允许跟踪一台主机到世界上任意一台其他主机的路由
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Traceroute是确定到目标的跳数和每跳往返时间（RTT）的工具（命令）
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Traceroute工作原理
a. 源主机向目标主机发送一系列普通数据报
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每个数据报携带一个具有不可达UDP端口号的UDP报文段
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数据报(datagram)
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指IP数据报，属于网络层，是网络层的基本传输单位
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包含IP头部+载荷(payload)，载荷可以是TCP/UDP报文段等
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报文段(segment)
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属于传输层，是传输层的基本单位，有TCP报文段或UDP报文段
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包含首部+应用层数据
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从1开始依次递增TTL
b. 当第n个数据报到达第n台路由器
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丢弃该数据报
- 第n个数据报TTL=n，每经过一个路由器TTL值减1，当到达第n台路由器TTL=0，正好过期
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向源主机发送ICMP告警报文
- 包含路由器名和IP地址
c. 当ICMP报文到达时，源主机计算RTT
d. Traceroute用相同TTL发送3个一组的分组
e. 停止条件
当数据报到达目的之际，目的主机向源主机发送端口不可达的ICMP报文，源主机收到后停止
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4.4.4 IPv6
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产生原因
a. 32位IPv4将被分配尽
b. 简化首部格式加速处理和转发
c. 改进首部格式提高QoS(Quality of Service)
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IPv6数据报格式
好多呀，看书吧
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相较IPv4的改进
a. 校验和
- 完全移除校验和，减少处理时间
b. 分片/重组
- 不允许中间路由器进行分片和重组，只能在源和目的地执行
c. 选项
- 选项字段不再是IP首部的一部分
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从IPv4到IPv6迁移
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建隧道(tunneling)：
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IPv6数据报作为IPv4的载荷(payload)，在IPv4路由器之间进行传输
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