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  第29题      
  知识点:   IPv4数据报格式   分片和重装配
  章/节:   Internet 协议       

 
IP数据报的分段和重装配要用到报文头部的标识符、数据长度、段偏置值和M标志等四个字段,其中(28)的作用是指示每一分段在原报文中的位置,(29)字段的作用是表明是否还有后续分组。
 
 
  A.  段偏置值
 
  B.  M标志
 
  C.  D标志
 
  D.  头校验和
 
 
 

 
  第11题    2011年下半年  
   37%
一个IP数据包经过一台路由器转发到另一个网络,该IP数据包的头部字段中一定会发生变化的是(11)。
  第38题    2019年下半年  
   75%
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..
  第11题    2021年下半年  
   42%
IPv4首部的最大值为(10)字节,原因是IHL字段长度为(11)比特。
   知识点讲解    
   · IPv4数据报格式    · 分片和重装配
 
       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
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