05、第五单元-网络层-IP数据报1

【网络层与IP数据报详解】 网络层是计算机网络中的核心层次，负责处理不同网络间的通信，确保数据能够从源主机正确地传输到目标主机。其中，IP（Internet Protocol）协议是网络层的关键协议，它定义了数据在网络中传输的基本格式和规则。IP数据报是IP协议的数据单元，包含了发送和接收所需的各种信息。 1. **网络服务模型** - **尽力服务（Best Effort）**：这是IP协议提供的主要服务模型，意味着它不保证数据传输的可靠性、时延或顺序，而是尽可能快地将数据发送出去。 - **其他模型**：包括恒定位速率、可变位速率、可用位速率、未指定位速率以及如X.25、ATM等面向连接的服务，这些提供了服务质量保证，但IP协议本身并不支持这些特性。 2. **交换技术** - **电路交换**：预先建立物理路径，数据沿着该路径连续传输，适合对带宽需求稳定的通信，如电话系统。 - **包交换**：数据被分割成数据包，每个数据包独立选择路径，适合突发性数据传输，如互联网。包交换又分为虚电路和数据报两种方式： - **虚电路**：先建立连接再传输，如ATM和帧中继，有临时和永久两种。 - **数据报**：无需建立连接，每个数据包独立路由，如IP协议。 3. **IP数据报格式** - **版本**：4字节，表示IP协议的版本，如IPv4或IPv6。 - **头部长度**：4字节，指示头部的字节数，用于计算整个数据报的长度。 - **服务类型**（ToS）：8位，定义了优先级和服务类别，但实际应用中常被忽略。 - **总长度**：16位，整个数据报的字节大小，包括头部和数据部分。 - **标识、标志（DF, MF）、偏移量**：用于数据报的分片和重组。 - **生存期（TTL）**：8位，每经过一个路由器减一，为0则丢弃数据报，防止循环。 - **协议**：8位，指示数据部分使用的上层协议，如TCP（6），UDP（17）等。 - **头部校验和**：16位，用于检测头部错误。 - **源和目的IP地址**：各32位，标识发送和接收数据报的主机地址。 - **选项和填充位**：可变长度，用于扩展功能和字节对齐。 4. **IP数据报特性** - **服务类型ToS**：虽然在IPv4中实际使用有限，但在IPv6中演变为Traffic Class和Flow Label，用于QoS（服务质量）控制。 - **分段和重组**：当数据报过大无法通过某些网络时，IP层会将其分段传输，目标主机则负责重组。 - **选项**：可选字段允许扩展功能，如记录路径、时间戳等，但通常不常用，因为会影响性能。 IP数据报是网络层的核心载体，其格式和特性决定了数据在网络中的传输方式。网络层的主要任务是路由选择，通过分析IP地址来决定数据报的最佳路径，并采用尽力服务模型保证数据尽可能快速地传递。理解IP数据报的结构和工作原理对于网络通信和网络工程至关重要。