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  第33题      
  知识点:   IPv4数据报格式   分片   分片和重装配   链路
  章/节:   Internet 协议       

 
假设一个IP数据段的长度为4000B,要经过一段MTU为1500B的链路,该IP报文必须经过分片才能通过该链路,以下关于分片的描述中,正确的是( )。
 
 
  A.  该原始IP报文报是IPv6报文
 
  B.  分片后的报文将在通过该链路后的路由器进行重组
 
  C.  报文被分为三片,这三片报文的总长度为4000B
 
  D.  分片中的最后一片,标志位Flag为0,Offset字段为370
 
 
 

 
  第38题    2021年下半年  
   67%
IPv4报文分片和重组分别发生在( )。
  第10题    2021年下半年  
   66%
IPv4首部的最大值为(10)字节,原因是IHL字段长度为(11)比特。
  第38题    2019年下半年  
   76%
以太网的最大帧长为1518字节,每个数据帧前面有8个字节的前导字段,帧间隙为9.6μs。若采用TCP/IP网络传输14600字节的应用层数据..
   知识点讲解    
   · IPv4数据报格式    · 分片    · 分片和重装配    · 链路
 
       IPv4数据报格式
        IP协议的数据报格式如下图所示。
        
        IP数据报格式
        下面将分别说明这些字段的定义:
        (1)版本。该字段长4位,表示IP的版本号,目前常用的为版本4,即IPv4。
        (2)IHL。该字段长4位,表示IP头部的长度(即除了用户数据之外),以一个32位的字为基本单位,即该IP首部包含多少个32位的字。该字段值最小是5,即20字节。
        (3)服务类型。服务类型TOS包括3位的优先权字段(现在已忽略不用)、4位的服务类型字段。用于区分可靠性、优先级、延迟和吞吐率的参数。
        (4)报文总长度。报文总长度字段指明了整个IP分组的长度,这个长度是以字节为单位的。IP是一个网络层的协议,需要考虑IP分组穿越不同网络的情况。有时,一个IP分组的长度可能无法满足某些高速网络中的最小数据帧长的要求,此时需要IP分组最后进行填充。如果没有总长度字段的指示,处理程序无法识别出哪里是IP分组的结束。
        (5)标识符。标识字段可以唯一地标识一个IP分组。前面已经提到,IP需要考虑分组在穿越不同网络时的情况。一个较大的IP分组可能在其他的网络中被拆分成若干个小的分片,穿过这些网络后必须对这些分片进行重组,这时就需要标识字段来判断某个分片属于哪一个IP分组。
        (6)标志字段。标志字段只有3位。第一位没有定义,必须为0,第二位D指明了该IP分组是否可被分片,第三位M指明了当前分片是否为最后一个分片。
        (7)分片偏移量。分片偏移量字段:长13位,不难想象,既然IP分组需要分片,那么必须有一个字段指明当前分片在原始IP分组中的偏移地址。
        (8)TTL。生存时间TTL字段,指明了该IP分组的生命期,当IP分组通过一个路由器时,该分组的TTL将被减1,如果TTL将为零,该IP分组将被丢弃,从而避免了循环路由的问题。
        (9)协议字段。该字段指出了哪一个高层协议在使用IP。例如,6对应TCP,17对应UDP。
        (10)首部校验和。首部校验和字段用于保证首部的完整性。不过由于路由器经常需要修改TTL的数值,在RFC1141中给出了一种方法,使得路由器在修改TTL时不需要重新计算整个首部的校验和。
        (11)源IP地址和目的IP地址。源IP地址和目的IP地址字段指出了IP分组的来源主机和目的主机。
        (12)IP选项与填充数据。该字段可以扩充IP的含义,目前有一些对可选项的定义。不过目前很少使用这些定义项,而且也不是所有的主机和路由器都支持这些可选项。由于IP首部必须是32位的整数倍,所以在必要时会在可选项后插入一些0以保证IP首部的要求。
 
       分片
        IP协议采用的是遇到MTU更小的网络时再分片。
 
       分片和重装配
        在理想情况下,整个数据报被封装在一个物理帧中,可以提高物理网络上的效率。由于IP数据包经常在许多类型的物理网络上传送,而每种物理网络所能够传送的帧的长度是有限的,例如以太网是1500字节,FDDI是4470字节,这个限制称为网络最大传送单元(Maximum Transmission Unit,MTU)。这就使得IP协议在设计上不得不处理这样的矛盾:当数据报通过一个可传送更大帧的网络时,如果数据报大小限制为整个最小的MTU,就会浪费网络带宽资源;但如果数据报大小大于最小的MTU,就可能出现无法封装的问题。为了有效地解决这个问题,IP协议采用了分片和重装配机制来解决。
               分片
               IP协议采用的是遇到MTU更小的网络时再分片。
               重装配
               为了能够减少中途路由器的工作,降低出错,重装配工作是直到目的主机时才进行的,也就是分片后,遇到MTU更大的网络时并不重装配,而且保持小分组,直到目的主机接收完整后再一次性重装配。
               它使用了4个字段来处理分片和重装配问题:
               (1)第一个字段是报文ID字段,它唯一标识了某个站某个协议层发出的数据。
               (2)第二个字段是数据长度,即字节数。
               (3)第三个字段是偏置值,即分片在原来数据报中的位置以8字节的倍数计算。
               (4)第四个是M标志,用来标识是否为最后一个分片。
               整个分片的步骤为:
               (1)对数据块的分片必须在64位(8B)的边界上划分,因而除最后一段外,其他段长都是64位的整数倍。
               (2)对得到的每一个分片都加上原来的数据报的IP头,组成短报文。
               (3)每一个短报文的长度字段修改为它实际包含的字节数。
               (4)第一个短报文的偏置值设置为0,其他的偏置值为其前面所有报文长度之和除以8。
               (5)最后一个报文的M标志置0(False),其他报文的M标志置为1(True)。
               下图所示是一个“分片”的实例。
               
               数据报分片示意图
 
       链路
        链路(link)指的是从发信点到收信点(即从信源到信宿)的一串结点和线路。链路通信是指端到端的通信。
        计算机网络从逻辑结构上可以分成两部分:负责数据处理、向网络用户提供各种网络资源及网络服务的外层用户资源子网和负责数据转发的内层通信子网。通信子网由分组交换结点(简记为R)及连接这些结点的链路组成,负责在主机(Host,H)间传输分组。资源子网由连在网上的主机构成,为网上用户提供共享资源,入网途径和方法。局域网中的每台主机都通过网卡连接到传输介质上,网卡负责在各个主机间传递数据,显然,网卡和传输介质构成了局域网的通信子网,而主机集合则构成了资源子网。用户子网指的是由主计算机、终端、通信控制设备、连网外设、各种软件资源等组成。通信子网分为点对点通信子网和广播式通信子网。它主要有三种组织形式:结合型、专用型和公用型,如下图所示。
        
        网络的组织形式
        计算机网络也可以看作是在物理上分布的相互协作的计算机系统。其硬件部分除了单体计算机、光纤、同轴电缆以及双绞线等传输媒体之外,还包括插入计算机中用于收发数据分组的各种通信网卡(在操作系统中,这些网卡不当成一种外部设备),把多台计算机连接到一起的集线器(hub,该设备近年正逐步被相应的交换机取代),扩展带宽和连接多台计算机用的交换机(switch)以及负责路径管理、控制网络交通情况的路由器或ATM交换机等。其中路由器或ATM交换机是构成广域网络的主要设备,而交换机和集线则是构成局域网络的主要设备。这些设备都可看作一种专用的计算机。
        综上所述,计算机网络是一个由不同传输媒体构成的通信子网,与这个通信子网连接的多台地理上分散的具有唯一地址的计算机,将数据划分为不同长度分组进行传输和处理的协议软件以及应用系统所组成的传输和共享信息的系统。
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第33题    在手机中做本题