計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層

1、第5章 網(wǎng)絡(luò)層5.1概述網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)圖5.1一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的例子圖5.2網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)分組穿越互聯(lián)網(wǎng)的傳輸分組交換路由器1. 路由器的結(jié)構(gòu)和功能圖5.3路由器的結(jié)構(gòu)2. 3層交換機(jī)Internet網(wǎng)際層1. 網(wǎng)際層提供的服務(wù)及其特點(diǎn)2. 網(wǎng)際層的協(xié)議5.2網(wǎng)際協(xié)議(IP)分類IPv4地址及劃分子網(wǎng)1. 分類IPv4地址圖5.4IP地址結(jié)構(gòu)2. 劃分子網(wǎng)圖5.5子網(wǎng)號(hào)和子網(wǎng)掩碼示例3. 私有地址IP數(shù)據(jù)報(bào)格式圖5.6IP數(shù)據(jù)報(bào)格式及服務(wù)類型子字段結(jié)構(gòu)IP差錯(cuò)檢驗(yàn)算法1. 發(fā)送方生成檢驗(yàn)和2. 接收方校驗(yàn)檢驗(yàn)和3. 檢驗(yàn)和算法示例圖5.7檢驗(yàn)和算法的例子IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組1. IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝中的問題及解決

2、方案2. IP數(shù)據(jù)報(bào)分片圖5.8數(shù)據(jù)報(bào)分片示例3. 片重組4. 分片與重組控制IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)1. IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制圖5.9路由表示例2. 基本的IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)算法3. 統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)算法圖5.10子網(wǎng)IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)圖5.11選項(xiàng)碼5.3地址解析協(xié)議(ARP)概述1. IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程中地址的使用圖5.12IP地址和物理地址的使用2. 如何由IP地址得到物理地址圖5.13R1中地址的查找和轉(zhuǎn)換RP地址解析機(jī)制1. 基于動(dòng)態(tài)綁定的解析機(jī)制圖5.14ARP地址解析的工作過程2. 提高ARP解析效率5.4因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)ICMP及其報(bào)文格式圖5.15ICMP數(shù)據(jù)的

3、封裝ICMP報(bào)文1. 差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文2. ICMP控制報(bào)文圖5.16ICMP路由重定向3. ICMP請(qǐng)求/應(yīng)答(request/reply)報(bào)文4. 路由器發(fā)現(xiàn)(router discovery)報(bào)文5.5無類別域間路由選擇(CIDR)CIDR編址1. CIDR產(chǎn)生的背景2. CIDR地址及記法3. CIDR地址分配示例構(gòu)造超網(wǎng)最長前綴匹配5.6路由選擇協(xié)議概述1. 路由表的優(yōu)化更新問題2. 兩類路由選擇協(xié)議3. 動(dòng)態(tài)路由選擇示例圖5.17動(dòng)態(tài)路由選擇的簡單例子路由信息協(xié)議(RIP)1. 距離矢量路由算法圖5.18距離矢量算法的例子圖5.19路由更新2. 路由信息協(xié)議RIP圖5.20RIP2報(bào)文

4、格式開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)1. SPF路由選擇算法圖5.21Dijkstra算法示例圖5.22以 a為根的最短路徑樹2. OSPF路由選擇協(xié)議概述3. OSPF報(bào)文圖5.23OSPF報(bào)文格式4. 單區(qū)OSPF操作5. 鏈路狀態(tài)信息的分區(qū)管理圖5.24OSPF自治系統(tǒng)分區(qū)示例邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)1. BGP及其特點(diǎn)2. BGP路由選擇示例圖5.25BGP路由選擇示例3. BGP報(bào)文4. BGP的路由信息交換過程示例圖5.26BGP路由信息交換的例子5.7IP多播概述1. 什么是IP多播圖5.27多播示例2. IP多播地址3. IP多播協(xié)議因特網(wǎng)組管理協(xié)議(IGMP)1. IGMP報(bào)文

5、圖5.28IGMP報(bào)文格式及其封裝2. IGMP工作機(jī)制3. 提高IGMP工作效率距離矢量多播路由選擇協(xié)議(DVMRP)1. 概述2. RPF構(gòu)造廣播樹圖5.29構(gòu)造多播樹3. 對(duì)廣播樹剪枝構(gòu)造多播樹4. 多播隧道圖5.30多播隧道5.8下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6概述IPv6地址1. IPv6地址類型和地址空間2. IPv6地址記法3. 全球單播地址圖5.31IPv6全球單播地址IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式1. IPv6數(shù)據(jù)報(bào)圖5.32IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的一般形式2. IPv6數(shù)據(jù)報(bào)基本首部圖5.33IPv6數(shù)據(jù)報(bào)基本首部格式3. IPv6數(shù)據(jù)報(bào)擴(kuò)展首部圖5.34有路由選擇擴(kuò)展首部的IPv6數(shù)據(jù)報(bào)IPv4向I

6、Pv6過渡1. 雙協(xié)議棧技術(shù)圖5.35雙協(xié)議棧傳送IPv6數(shù)據(jù)報(bào)示例2. 隧道技術(shù)圖5.36隧道技術(shù)5.9IP主干網(wǎng)異步傳輸模式(ATM)1. 信元交換2. ATM體系結(jié)構(gòu)圖5.37ATM層次結(jié)構(gòu)3. 物理層圖5.38ATM信元裝載于STM-1幀的例子4. ATM層圖5.39UNI(a)和NNI(b)的信元頭部圖5.40ATM信元傳輸示例5. AAL層圖5.41AAL僅在ATM網(wǎng)絡(luò)的端點(diǎn)出現(xiàn)圖5.42AAL5 數(shù)據(jù)處理6. ATM服務(wù)質(zhì)量(QoS)7. ATM通信量控制IP over ATM1. IPOA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖5.43傳統(tǒng)IPOA網(wǎng)絡(luò)示例2. IP數(shù)據(jù)報(bào)通過ATM網(wǎng)絡(luò)3. IPOA的協(xié)議

7、結(jié)構(gòu)圖5.44IP over ATM協(xié)議結(jié)構(gòu)多協(xié)議標(biāo)記交換(MPLS)1. MPLS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖5.45MPLS網(wǎng)絡(luò)示例2. 基于標(biāo)記的分組轉(zhuǎn)發(fā)IP over SDH1. IP over SDH及其特點(diǎn)2. IP over SDH的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖5.46IP over SDH協(xié)議結(jié)構(gòu)IP over WDM思考題5.1用一句話概述網(wǎng)際層提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。5.2什么是分組交換?有什么優(yōu)點(diǎn)?它有哪兩種方式?它們的特點(diǎn)是什么？5.3IPv4的地址包括哪幾個(gè)字段？分為幾類？用戶使用哪幾類？畫圖表示它們的結(jié)構(gòu)。它們各適用于什么規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)？IP地址使用什么記法表示？你們單位的IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段是什么？是幾類的

8、？5.4說出特殊形式的IP地址及其意義。5.5如果沒有進(jìn)行子網(wǎng)劃分，A、B和C類IP地址的子網(wǎng)掩碼各是什么？5.6某單位的網(wǎng)絡(luò)使用B類IP地址166.111.0.0，如果將網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)劃分為30個(gè)子網(wǎng)，subnet-id應(yīng)該取幾位？子網(wǎng)掩碼應(yīng)該是什么？每個(gè)子網(wǎng)最多可包含多少臺(tái)計(jì)算機(jī)？試用二進(jìn)制和點(diǎn)分十進(jìn)制記法對(duì)應(yīng)地寫出subnet-id最小的子網(wǎng)上host-id最小和最大的主機(jī)的IP地址。5.7一個(gè)A類IP網(wǎng)絡(luò).0，欲劃分為6個(gè)子網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼應(yīng)該是什么？給出每個(gè)子網(wǎng)的IP地址的范圍。5.8ARP進(jìn)行的是哪兩種地址的轉(zhuǎn)換？ARP如何進(jìn)行地址的轉(zhuǎn)換？它采取了哪些措施提高地址轉(zhuǎn)換的效率？5.9IP

9、數(shù)據(jù)報(bào)首部的定長域的長度是多少？最大首部長度是多少？IP數(shù)據(jù)報(bào)可攜帶的數(shù)據(jù)長度最多是多少？5.10IP對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的什么部分進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)？其優(yōu)、缺點(diǎn)是什么？IP在什么結(jié)點(diǎn)進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)？為什么？5.11IP使用什么方式進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)？描述該檢驗(yàn)方法。5.12IP如何進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)傳輸延遲監(jiān)控？5.13什么是最大傳輸單元MTU？IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸中為什么要進(jìn)行分片與重組？分片在何處進(jìn)行？重組在何處進(jìn)行？5.14無選項(xiàng)IP數(shù)據(jù)報(bào)攜帶5000字節(jié)數(shù)據(jù)，它下一步經(jīng)由MTU為1500字節(jié)的以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)報(bào)如何分片？用圖形表示分片的情況，并標(biāo)明每個(gè)分片的“片偏移”字段的數(shù)值。5.15什么是直接交付和間接交付？5.16最基本

10、的路由表包含什么信息？IP采用什么樣的數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制？敘述基本的數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)流程。5.17什么是默認(rèn)路由？使用它的好處是什么？5.18對(duì)于圖5.9 所示的網(wǎng)絡(luò)圖和路由器物理接口和IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系，請(qǐng)給出路由器R2 和網(wǎng)絡(luò)128.3.0.0上的某一計(jì)算機(jī)的基本路由表(表中只包含目的網(wǎng)絡(luò)和下一跳地址)。如果有多種選擇，只要給出一種跳數(shù)最小的就可以。5.19設(shè)路由器R的不完整的路由表如下:請(qǐng)回答下列問題:(1) 由表中序號(hào)14的目的網(wǎng)絡(luò)屬于哪類網(wǎng)絡(luò)？它們是由什么網(wǎng)絡(luò)劃分出來的？(2) 假如R1端口1和R2端口2的IP地址的host-id均為5(十進(jìn)制)，請(qǐng)給出它們的IP地址。(3) 到目的主機(jī)H1H

11、5的下一跳是什么(如果是直接交付寫出轉(zhuǎn)發(fā)端口)？5.20ICMP報(bào)文如何傳輸？簡述ICMP在TCP/IP體系中的地位？5.21ICMP差錯(cuò)報(bào)告的特點(diǎn)是什么？簡要介紹主要差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文。5.22ICMP主要有哪些控制報(bào)文？它們的功能是什么？5.23什么是靜態(tài)路由選擇和動(dòng)態(tài)路由選擇？最優(yōu)路徑可以有哪些度量指標(biāo)？5.24路由選擇協(xié)議的作用是什么？有哪兩類路由選擇協(xié)議？5.25對(duì)于圖5-47，如果目的結(jié)點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)D,列表表示用距離矢量路由選擇算法求各結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)的最短路徑的迭代過程,并畫出以D為根的最短路徑樹。圖5-475.26圖5-48(a) 和(b)分別給出了路由器B原有的路由表和從鄰接的路由器A傳

12、來的更新報(bào)文，據(jù)此給出路由器B更新后的路由表，用箭頭指明為引起更新的表項(xiàng)。圖5-485.27已知網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜透麈溌烽L度如圖5-49所示，請(qǐng)用Dijkstra算法計(jì)算由源結(jié)點(diǎn)A到網(wǎng)絡(luò)的其他各結(jié)點(diǎn)的最短路徑，用表格表示出計(jì)算過程，并畫出最短路徑樹。圖5-495.28什么是自治系統(tǒng)AS？AS內(nèi)部使用哪類路由選擇協(xié)議？目前主要有什么協(xié)議？5.29IP如何表示多播組地址？以太網(wǎng)如何表示組地址？用于多播的以太網(wǎng)地址范圍是什么？5.30敘述IGMP的工作機(jī)制。為了提高效率，IGMP又采用了什么措施？5.31說明RPF的逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)處理方式，并以圖5.27的路由器R1和R3轉(zhuǎn)發(fā)源站H0的多播數(shù)據(jù)報(bào)為例進(jìn)行說明。

13、5.32列表寫出/13,/14,/24 CIDR地址塊的:(1) 掩碼(點(diǎn)分十進(jìn)制形式); (2) 包含的地址數(shù); (3) 包含的B/C類網(wǎng)絡(luò)數(shù)。5.33(a) 一個(gè)單位有下面的6個(gè)/24 CIDR地址塊，試進(jìn)行最大程度的路由聚合，寫出聚合后的CIDR地址塊。(b) 如果這個(gè)單位再增加下面2個(gè)/24 CIDR地址塊，進(jìn)行最大程度的路由聚合，寫出聚合后的CIDR地址塊。5.34IPv6和IPv4兼容嗎？IPv6和Internet上層的TCP、UDP兼容嗎？IPv6和IPv4相比，主要的改進(jìn)是什么？5.35IPv6的地址長度是多少？地址空間有多大？5.36IPv6全球單播地址的用途是什么？它的結(jié)構(gòu)

14、如何？說明各字段的意義。5.37IPv6地址使用什么記法表示？該記法中還采用了什么規(guī)定使它更為簡便和實(shí)用？試舉例說明。5.38為了簡化IPv6地址的表達(dá)，可采用什么技術(shù)？寫出下列IPv6地址的簡潔形式: 211B0052000000000000000003DEAF45 15CB00000000CD760000000000000000 00000000000000005.39試說明IPv4向IPv6過渡使用的雙協(xié)議棧技術(shù)及存在的問題。5.40試說明IPv4向IPv6過渡使用的隧道技術(shù)。5.41解釋異步傳輸模式ATM一詞中“異步”的含義。5.42從數(shù)據(jù)交換技術(shù)上講，信元交換的特點(diǎn)是什么？5.43什么是虛通路VP和虛通道VC？敘述它們的作用和特點(diǎn)。5.44說明ATM層如何轉(zhuǎn)發(fā)信元。5.45在ATM網(wǎng)絡(luò)中，AAL層在什么位置出現(xiàn)？ATM交換機(jī)包