《IP包的傳送方式》課件

IP包的傳送方式歡迎來到本次關(guān)于IP包傳送方式的演示。我們將深入探討網(wǎng)絡(luò)通信的核心機(jī)制，揭示數(shù)據(jù)包如何在復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)中穿梭。IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)層核心IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由。無連接服務(wù)IP提供盡力而為的數(shù)據(jù)傳輸，不保證可靠性。分組交換數(shù)據(jù)被分割成小包，獨(dú)立傳輸和路由。傳輸層協(xié)議TCP協(xié)議面向連接，可靠傳輸，適用于要求準(zhǔn)確性的應(yīng)用。UDP協(xié)議無連接，快速傳輸，適用于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。以太網(wǎng)幀格式以太網(wǎng)幀包含目標(biāo)地址、源地址、類型字段和數(shù)據(jù)。交換機(jī)通過MAC地址學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)高效通信。沖突檢測CSMA/CD機(jī)制避免同時(shí)傳輸導(dǎo)致的數(shù)據(jù)沖突。OSI參考模型1應(yīng)用層2表示層3會(huì)話層4傳輸層5網(wǎng)絡(luò)層OSI模型定義了網(wǎng)絡(luò)通信的標(biāo)準(zhǔn)框架，IP位于網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)路由和尋址。IP地址的分類A類首位為0，網(wǎng)絡(luò)號8位，主機(jī)號24位。適用于大型網(wǎng)絡(luò)。B類首位為10，網(wǎng)絡(luò)號16位，主機(jī)號16位。適用于中型網(wǎng)絡(luò)。C類首位為110，網(wǎng)絡(luò)號24位，主機(jī)號8位。適用于小型網(wǎng)絡(luò)。D類和E類D類用于多播，E類保留用于研究。IP地址的子網(wǎng)劃分劃分目的提高IP地址利用率，減少廣播域。借位原理從主機(jī)位借用若干位作為子網(wǎng)號。子網(wǎng)數(shù)量由借用的位數(shù)決定，2的n次方。地址范圍每個(gè)子網(wǎng)有固定的可用IP地址范圍。子網(wǎng)掩碼1定義用于區(qū)分IP地址中的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分。2格式32位二進(jìn)制數(shù)，網(wǎng)絡(luò)部分全1，主機(jī)部分全0。3應(yīng)用與IP地址按位與運(yùn)算，得到網(wǎng)絡(luò)地址。4表示方法點(diǎn)分十進(jìn)制或CIDR表示法（如/24）。路由表1目的網(wǎng)絡(luò)指定數(shù)據(jù)包要到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)地址。2下一跳數(shù)據(jù)包應(yīng)該發(fā)送到的下一個(gè)路由器的IP地址。3接口用于發(fā)送數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)接口。4度量值表示到達(dá)目的地的成本，用于選擇最佳路徑。靜態(tài)路由優(yōu)點(diǎn)配置簡單不消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬安全性高缺點(diǎn)不能自動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化大型網(wǎng)絡(luò)維護(hù)困難故障恢復(fù)能力差動(dòng)態(tài)路由RIP協(xié)議基于跳數(shù)的距離矢量協(xié)議，適用于小型網(wǎng)絡(luò)。OSPF協(xié)議鏈路狀態(tài)協(xié)議，基于帶寬計(jì)算最短路徑。BGP協(xié)議路徑矢量協(xié)議，用于自治系統(tǒng)之間的路由選擇。路由算法1Dijkstra算法用于計(jì)算單源最短路徑。2Bellman-Ford算法可處理負(fù)權(quán)邊的單源最短路徑。3Floyd-Warshall算法計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)對之間的最短路徑。ARP協(xié)議發(fā)送ARP請求廣播詢問目標(biāo)IP對應(yīng)的MAC地址。接收ARP響應(yīng)目標(biāo)主機(jī)回復(fù)自己的MAC地址。更新ARP緩存保存IP和MAC地址的映射關(guān)系。發(fā)送數(shù)據(jù)幀使用獲得的MAC地址封裝以太網(wǎng)幀。ICMP協(xié)議錯(cuò)誤報(bào)告通知源主機(jī)數(shù)據(jù)包傳輸中遇到的問題。查詢用于診斷網(wǎng)絡(luò)狀況，如ping命令。重定向通知主機(jī)使用更好的路由路徑。時(shí)間戳用于同步和測量網(wǎng)絡(luò)延遲。UDP數(shù)據(jù)報(bào)8字節(jié)UDP頭部固定長度，包含源端口、目標(biāo)端口、長度和校驗(yàn)和。65507字節(jié)UDP數(shù)據(jù)報(bào)最大理論長度，實(shí)際常受MTU限制。0可靠性UDP不保證可靠傳輸，應(yīng)用層需自行處理。TCP連接1客戶端發(fā)送SYN請求建立連接，發(fā)送初始序列號。2服務(wù)器回復(fù)SYN+ACK確認(rèn)客戶端請求，發(fā)送自己的序列號。3客戶端發(fā)送ACK確認(rèn)服務(wù)器響應(yīng)，連接建立完成。TCP可靠性機(jī)制序列號標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)字節(jié)流，保證數(shù)據(jù)有序。確認(rèn)應(yīng)答接收方確認(rèn)收到的數(shù)據(jù)，請求重傳丟失的包。超時(shí)重傳發(fā)送方在一定時(shí)間內(nèi)未收到確認(rèn)就重新發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP流量控制滑動(dòng)窗口接收方通告窗口大小，發(fā)送方據(jù)此調(diào)整發(fā)送速率。窗口大小動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)流量控制。擁塞控制通過慢啟動(dòng)、擁塞避免、快重傳和快恢復(fù)算法，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀況，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。IP包的封裝和轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)送。TCP/UDP封裝添加傳輸層頭部。IP封裝添加IP頭部，包含源IP和目標(biāo)IP。鏈路層封裝添加以太網(wǎng)頭部，準(zhǔn)備在物理網(wǎng)絡(luò)傳輸。IP數(shù)據(jù)報(bào)首部版本指定IP協(xié)議版本，IPv4或IPv6。首部長度表示IP頭部的長度，以4字節(jié)為單位。服務(wù)類型指定服務(wù)質(zhì)量要求，如延遲、吞吐量等?？傞L度整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度，包括頭部和數(shù)據(jù)。IP分片與重組1MTU限制當(dāng)IP包大于鏈路層MTU時(shí)，需要進(jìn)行分片。2分片過程將大包分割成多個(gè)小包，每個(gè)分片都有獨(dú)立的IP頭。3標(biāo)識(shí)字段用于標(biāo)識(shí)屬于同一原始數(shù)據(jù)報(bào)的分片。4重組目的主機(jī)根據(jù)標(biāo)識(shí)字段重新組裝原始數(shù)據(jù)報(bào)。IP轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制1接收數(shù)據(jù)包路由器接收到IP數(shù)據(jù)包。2查找路由表根據(jù)目的IP地址查找下一跳。3轉(zhuǎn)發(fā)決策選擇最佳路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。4更新TTL遞減TTL值，丟棄TTL為0的包。DHCP協(xié)議DHCP發(fā)現(xiàn)客戶端廣播尋找DHCP服務(wù)器。DHCP提供服務(wù)器響應(yīng)，提供可用IP地址。DHCP請求客戶端選擇并請求特定IP地址。DHCP確認(rèn)服務(wù)器確認(rèn)分配，租約生效。DNS域名解析1根域名服務(wù)器2頂級域名服務(wù)器3權(quán)威域名服務(wù)器4本地DNS服務(wù)器DNS解析過程是遞歸查詢，從本地DNS開始，逐級向上查詢，直到找到對應(yīng)IP地址。網(wǎng)關(guān)作用協(xié)議轉(zhuǎn)換在不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。路由功能決定數(shù)據(jù)包的下一跳路由。安全控制作為網(wǎng)絡(luò)邊界，實(shí)施訪問控制策略。地址轉(zhuǎn)換執(zhí)行NAT，允許內(nèi)網(wǎng)設(shè)備訪問外網(wǎng)。防火墻工作原理包過濾根據(jù)IP地址、端口等信息過濾數(shù)據(jù)包。狀態(tài)檢測跟蹤連接狀態(tài)，提供更精細(xì)的控制。應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)深入分析應(yīng)用層協(xié)議，提供高級保護(hù)。IP數(shù)據(jù)報(bào)優(yōu)化1頭部壓縮減少重復(fù)信息，提高傳輸效率。2路徑MTU發(fā)現(xiàn)避免不必要的分片，提高網(wǎng)絡(luò)性能。3QoS支持通過DSCP字段實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量保證。4IPsec提供端到端加密和認(rèn)證，增強(qiáng)安全性。移動(dòng)IP技術(shù)家鄉(xiāng)代理在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)原始網(wǎng)絡(luò)中代表其接收數(shù)據(jù)包，并轉(zhuǎn)發(fā)到當(dāng)前位置。外部代理