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教程: IPV6教程-基础-TCP/IP网络互联简介

3位分段标志位中的第一位未用，其他两位用于控制数据报的分段方式。如果“不能分段( D F )”位设为1，意味着数据报在选路到目的地的过程中不会分段传输。如果数据报不分段就无法选路，试图分段的路由器将丢掉该数据报并向源主机发送错误报文。如果“更多段( M F )”位设为1，意味着该数据报是某两个或多个分段中的一个，但不是最后一段。如果M F位设为0，意味着后面没有其他分段或者是该数据报本来就没有分段。接收主机把标志位和分段偏移一起使用，以重组被分段的数据报。
• 分段偏移值：这个字段包含1 3位，它表示以8字节为单位，当前数据报相对于初始数据报的开头的位置。换句话说，数据报的第一个分段的偏移值为0；如果第二个分段中的数据从初始数据报开头的第8 0 0字节开始，该偏移值将是1 0 0。
• 生存期：这个8位字段指明数据报在进入互联网后能够存在多长时间，它以秒为单位。生存期( TTL )用于测量数据报在穿越互联网时允许存在的秒数。其最大值是2 5 5，当TTL 到达0时，包将被网络丢弃。设定TTL的本意是让每个路由器计算出处理每个数据包所
需的时间，然后从TTL中把这段时间减去。实际上，数据报穿越路由器的时间远小于1秒，因此路由器厂商在实现中采用了一个简单的减法：即在转发数据报时把TTL减1。在实践中， TTL代表的是数据报在被丢弃前能够穿越的最大跳数。
• 协议：指明数据报中携带的净荷类型，主要标识所使用的传输层协议：一般是TCP连接或UDP数据报。
• 头校验和：IPv4中不提供任何可靠服务，此校验和只针对包头。计算校验和时，把包头作为一系列16位二进制数字(校验和本身在计算时被设为0)，并把它们加在一起，然后对结果取补码。这保证了头的正确性但并没有增加任何传输可靠性或对IP的差错检查。
• 源/目的IP地址：这些是源主机和目的主机的实际的32位( 4个八位组) IPv4地址。
2. IP 选项
顾名思义，IP选项是可选的且不经常使用，而且它们在IPv6中的形式根本不同。在IPv4中，IP选项主要用于网络测试和调试。
可用的选项大多与选路有关。例如，有的选项允许发送方指定数据报必须经过的路由，换句话说，定义了由哪些路由器来处理该数据报。还有的选项要求中转路由器记录其IP地址为数据报打上时间戳。一些选项，尤其是指出数据报必须经过哪些IP地址的报文要求在选项后附加一些数据。
指定路由、记录路由器或增加时间戳等选项增加了IP头的长度。如果使用的话， IP选项会以没有间隔字符的方式串在一起，如果它们的结尾不在字边界，即字节数不是4字节的整数倍，还将会加上填充数据。正如上述对头长度字段的描述，选项字段可以包括不超过40字节的选项和选项数据。IPv4的选项将在第3章中详细描述。
2.3.3 数据报的转移
理解数据报的转移过程意味着要理解IP寻址方案和IP数据报头字段。发送数据报的IP主机为数据报建立的IP头中包含自己的地址作为源地址，并包含目的主机IP地址。当这个数据报沿着网络协议栈到达链路层后，链路层必须确定向“同一个本地网络”上哪一台主机发送。换句话说，即便目的地在另一个网络上，数据报也必须发送给与发送方主机在同一个网络上的主机。
发送主机将检查目的地址。如果在同一个IP网络和子网上，该主机将使用地址解析协议(ARP)向本地网络发送广播，并把IP地址映射到链路层(如以太网)地址，然后将该数据报封装到数据链路层帧中并直接发送到目的地。但是，如果目的地在不同的网络或子网上，发送者必须确定向何处发送数据，使之可以转发到正确的网络。
这就是路由器的作用。发送方主机了解本地主机，也了解路由器。一般来说，一个子网上有一个或两个路由器用来转发包。发送主机把IP数据报(由初始发出，目的地址为最终目的地)封装在链路层帧中，该帧直接发给默认路由器，由此路由器把该帧拆开并检查IP数据报头。首先，它将检查版本号，IPv4中只允许该字段为版本4。它还将继续处理头字段中的其他部分，递减生存期字段并重新计算包头校验和。
路由器还会检查目的地址以确定它是否属于路由器直接连接的任一本地网络。如果是，路由器将使用ARP确定目的地的数据链路层地址，然后把该数据报封装在数据链路层帧中发送。如果不属于该路由器直接连接的任何网络，则将数据报转发给另一个路由器。继续此过程，直到数据报到达其目的网络为止。
图2-4中展示了这个工作过程。图中包含有两个不同机构，它们均连接在Internet上，且各自有三个网络。每个网络连接到一个路由器上，每个路由器同时连接三个网络和Internet。当主机X向主机Y发送数据时，该数据将首先被发送到网络A上以到达路由器A。当路由器A收到该数据报后，此路由器将该数据报拆开，确定其目的地不在与自己连接的任何网络(A、B或C)上。然后此路由器将该数据报转发到另一个路由器上(在本例中位于Internet中某处)，该路由器将继续通过Internet转发数据报直至到达路由器B为止。一旦路由器B收到该数据报，该路由器拆包后发现其目的地址在自己的一个本地网络上，于是这个路由器使用ARP来查询网络以确定正确的数据链路层地址并将数据发送至该主机。
每个路由器都修改包中的生存期和头检验和。如果在发送者和接收者之间数据报必须分段，中间路由器还要修改数据报ID和分段偏移值。在原始数据报过大而无法穿越一个中间网络的时候，这种情况就可能发生。

2.4 ICMP
IP使用Internet控制报文协议(ICMP)为路由器提供机制，以便向要求通信路径信息或路由可达性状态信息的其他路由器或主机提供这些信息。ICMP还有其他功能，包括为其他节点通告当前时间和所用子网掩码的请求提供响应。ICMP向其他节点提供的信息非常有用，其中包括：
• 通知节点目的地不可达。
• 发送关于特定路由或路由器的差错或状态信息。
• 对可达节点状态的请求/应答。
• 关于超时(生存期终止)数据报的通知。
ICMP是一个非常简单的协议，它使用四个字段来完成这些功能。ICMP v6为支持IPv6的重要特性—邻居发现而进行了扩展，这一点将在第10章中讨论。
2.5 选路、传输和应用协议
关于选路、传输和应用协议的详细内容最好留给其他教材，其中包括我的《TCP/IP Clearly Explained》(AP Professional,1997)。第8章关于选路协议的讨论将侧重于如何进行更新和修改以更加适应传输协议和应用协议。第10章中将讨论对传输协议、应用协议及其他协议的修改。本小节仅提供对这些主题的简单介绍。
2.5.1 选路协议
选路协议帮助定义用于确定路由器向哪里转发包和如何了解跟踪路由的规则。路由器可以使用多种不同协议与转发包的其他路由器通信，这些协议包括边界网关协议(BGP)、选路信息协议(RIP)和开放最短路径优先(OSPF)协议等。这些协议使得路由器可以响应网络、链路和路由器状态的变化，这一点正是IP能够在大型网络上支持任意节点间连接能力的关键功能。
2.5.2 传输协议
网络层IP定义了互联网上特定节点间通信的规则，传输层协议则定义了在同一个互联网的一个或几个主机的特定进程间通信的规则。通常和IP一起使用的传输层协议主要是传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。这两个协议对于IP连网很重要，但在与IPv6一起使用时它们不必有大的改动。这两个协议中与IPv6相关的部分将在第10章中讨论，本节只进行简单介绍。
1. 传输控制协议
TCP提供了在两个端点的进程间建立虚电路的机制，这意味着一个TCP虚连接如同在系统间承载数据的全双工电路。由于TCP中提供了进程间数据的可靠传输，因此被称为可靠协议，它还提供了根据当前网络状态来优化传输性能的机制。这意味着，在所有数据均可收到和确认的情况下，传输速率可以逐渐增加。延时将导致发送主机在收到进一步的确认前降低发送速率。
TCP通常用于交互式应用，尤其是用于诸如web之类的某些数据接收差错将影响正常工作能力的应用中。TCP使用了“三次握手”机制来建立电路，所有的电路都使用正式中止。除多种校验和及其他可靠性功能外，这种连接方式增加了使用TCP的开销并导致其效率低于UDP。
2. 用户数据报协议
UDP是一个相当简单的协议。它几乎只使用源和目的信息，主要用于简单的请求/响应式结构的应用中。它不可靠，即没有任何控制能确定UDP数据报是否已被接收。它是无连接的，即在主机间传输数据时，不需要任何类型的电路。UDP的无连接特性使得UDP可以向广播地址发送数据；而TCP则不同，它要求特定的源地址和目的地址。
2.5.3 应用协议
实质上所有寻址问题均已在传输层(指定给节点上运行的特定进程的地址或端口号)和网络层(标识特定网络上的节点的IP地址)处理。应用协议，例如超级文本传输协议( HTTP )，就无须考虑寻址问题并因此无须为使用IPv6而进行大的改变。IP应用如何与IPv6网络栈一起工作将在第10章中讨论。





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