《計算機網絡技術》課件第4章網絡層

1、知識鏈接虛擬互聯(lián)網IP路由選擇協(xié)議第4章 網絡層ARPRARPIGMPICMP第4章 網絡層（標注 的標題表示最基礎的內容） 4.1 網絡層提供的兩種服務4.2 網際協(xié)議 IP4.3 劃分子網和構造超網4.4 網際控制報文協(xié)議 ICMP4.5 因特網的路由選擇協(xié)議4.6 IP 多播4.7 虛擬專用網 VPN 和網絡地址轉換 NAT內容導航重點章節(jié)第4章 網絡層本章學習目的掌握網絡層提供的兩種服務；熟練掌握網際協(xié)議IP；掌握ARP協(xié)議工作原理；掌握子網劃分方法；理解ICMP、IGMP協(xié)議工作原理；理解各種路由選擇協(xié)議。第4章 網絡層知識串接網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層按通信介質有線網無線網廣播式網點對

2、點網按網絡的傳輸技術廣域網城域網局域網個人區(qū)域網按網絡的作用范圍第4章 網絡層互聯(lián)網互聯(lián)網的構成 由個人區(qū)域網、局域網、城域網和廣域網組成互聯(lián)網 局域網局域網廣域網路由器結點交換機個人區(qū)域網城域網第4章 網絡層廣域網實例中國教育和科研計算機網 第4章 網絡層4.1 網絡層提供的兩種服務在計算機網絡領域，網絡層應該向運輸層提供怎樣的服務（“面向連接”還是“面向無連接”）曾引起了長期的爭論。爭論焦點的實質就是：在計算機通信中，可靠交付應當由誰來負責？是網絡還是端系統(tǒng)？回顧一下“面向連接”與第4章 網絡層電信網的成功經驗：讓網絡負責可靠交付理由面向連接的通信方式建立虛電路(Virtual Circu

3、it)，以保證雙方通信所需的一切網絡資源。如果再使用可靠傳輸?shù)木W絡協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯按序到達終點。什么是虛電路？1.面向連接的網絡服務(虛電路服務)第4章 網絡層應用層運輸層網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層運輸層網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層虛電路服務H1 H2虛電路H1 發(fā)送給 H2 的所有分組都沿著同一條虛電路傳送虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。 第4章 網絡層網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡

4、最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務。由于傳輸網絡不提供端到端的可靠傳輸服務，這就使網絡中的路由器可以做得比較簡單，而且價格低廉（與電信網的交換機相比較）。如果主機（即端系統(tǒng)）中的進程之間的通信需要是可靠的，那么就由網絡的主機中的運輸層負責（包括差錯處理、流量控制等）。因特網長期實踐證明采用這種設計思路的好處是：網絡的造價大大降低，運行方式靈活，能夠適應多種應用。這樣做雖然減輕了網絡負擔，但是可靠性又怎么保證？2.面向無連接的網絡服務(數(shù)據(jù)報服務)第4章 網絡層應用層運輸層網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層運輸層網絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)報服務H1 H2IP 數(shù)據(jù)報丟失H1 發(fā)送給 H2 的分組可能沿著不同路徑

5、傳送網絡在發(fā)送分組時不需要先建立連接。每一個分組（即 IP 數(shù)據(jù)報）獨立發(fā)送，與其前后的分組無關（不進行編號）。網絡層不提供服務質量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復和失序（不按序到達終點），當然也不保證分組傳送的時限。 第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網H1 向 H5 發(fā)送分組路徑可能變化312213H2 向 H6 發(fā)送分組321123第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E每個分組獨立地選擇路由網絡隨時接受主機發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報）網絡為每個分組獨立地選擇路由。312321123第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務

6、的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E盡最大努力，不一定全部交付網絡盡最大努力地將分組交付給目的主機，但網絡對源主機沒有任何承諾。312312第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E不保證按序按時網絡不保證所傳送的分組不丟失也不保證按源主機發(fā)送分組的先后順序以及在時限內必須將分組交付給目的主機 312312丟失不保證分組不丟失第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E當網絡發(fā)生擁塞時網絡中的結點可根據(jù)情況將一些分組丟棄 E發(fā)生擁賽，丟棄分組2丟棄31231第4章 網絡層提供數(shù)據(jù)報服務的特點 H1H5H2H4H3ACDBH6E不可靠服

7、務數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的，它不能保證服務質量。實際上“盡最大努力交付”的服務就是沒有質量保證的服務。 第4章 網絡層虛電路服務與數(shù)據(jù)報服務的對比對比的方面虛電路服務數(shù)據(jù)報服務思路可靠通信應當由網絡來保證可靠通信應當由用戶主機來保證連接的建立必須有不需要終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號每個分組都有終點的完整地址分組的轉發(fā)屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進行轉發(fā)每個分組獨立選擇路由進行轉發(fā)當結點出故障時所有通過出故障的結點的虛電路均不能工作出故障的結點可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達終點到達終點時不一定按發(fā)送順序端到端的差錯處理和流量

8、控制可以由網絡負責，也可以由用戶主機負責由用戶主機負責第4章 網絡層4.2 網際協(xié)議IP 4.2.1 虛擬互連網絡4.2.2 分類的 IP 地址4.2.3 IP 地址與硬件地址4.2.4 地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議RARP4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報的格式4.2.6 IP 層轉發(fā)分組的流程IP數(shù)據(jù)報分組是如何進行存儲轉發(fā)的？在什么樣的網絡中傳輸？如何找到網絡中的某個主機？分組是如何封裝的？分組是如何轉發(fā)的？第4章 網絡層IP協(xié)議族網際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個最主要的協(xié)議之一。與 IP 協(xié)議配套使用的還有四個協(xié)議：地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolutio

9、n Protocol)逆地址解析協(xié)議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)網際控制報文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol)網際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)第4章 網絡層網際層的 IP 協(xié)議及配套協(xié)議各種應用層協(xié)議 網絡接口層(HTTP, FTP, SMTP 等)物理硬件運輸層TCP, UDP應用層ICMPIPRARPARP與各種網絡接口網絡層（網際層）IGMP第4章 網絡層互連在一起的網絡要進行通信，會遇到許多問題需要解決，如：不同

10、的尋址方案不同的最大分組長度不同的網絡接入機制不同的超時控制不同的差錯恢復方法不同的狀態(tài)報告方法不同的路由選擇技術不同的用戶接入控制不同的服務（面向連接服務和無連接服務）不同的管理與控制方式 4.2.1 虛擬互連網絡 InternetAB第4章 網絡層中間設備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。網絡互連的中間設備 網關網關路由器、橋路器網橋(橋接器)、交換機集中器、轉發(fā)器5 應用層4 運輸層3 網絡層2 數(shù)據(jù)鏈路層1 物理層橋路器(Brouter)：一種結合網橋或稱橋接器（bridge）和路由器（router）兩者功能的設備，它控制從一個網絡組件到另一個網絡組件（此時充當橋接器）和從網絡到

11、因特網（此時充當路由器）的傳輸。 這些中間設備第4章 網絡層各中間設備的區(qū)分轉發(fā)器(Repeater)：就是簡單的信號放大器（中繼器），信號在傳輸?shù)倪^程中是要衰減的，其作用是實現(xiàn)電氣信號的“再生”。 集線器(Hub)：就是個多端口的中繼器，把每個輸入端口的信號放大再發(fā)到別的端口去，集線器實現(xiàn)多臺計算機的互聯(lián)。交換機(Switch)：可理解為高級的網橋，是多個網橋功能的集合。他有網橋的功能，但性能比網橋強。具有高密度的端口。 網橋(Bridge)：也稱為橋接器，是連接兩個局域網的存儲轉發(fā)設備，網橋根據(jù)MAC地址來轉發(fā)幀。網橋一般分有兩個端口。 網關(Gateway)：實現(xiàn)不同體系結構的網絡協(xié)議轉

12、換，它通常采用軟件的方法實現(xiàn)，并且與特定的應用服務一一對應。路由器(router) ：連接因特網中各局域網、廣域網的設備，根據(jù)信道的情況自動選擇最佳路徑，根據(jù)IP地址轉發(fā)分組。第4章 網絡層各中間設備的區(qū)分轉發(fā)器(Repeater)：就是簡單的信號放大器（中繼器），信號在傳輸?shù)倪^程中是要衰減的，其作用是實現(xiàn)電氣信號的“再生”。 集線器(Hub)：就是個多端口的中繼器，把每個輸入端口的信號放大再發(fā)到別的端口去，集線器實現(xiàn)多臺計算機的互聯(lián)。交換機(Switch)：可理解為高級的網橋，是多個網橋功能的集合。他有網橋的功能，但性能比網橋強。具有高密度的端口。 網橋(Bridge)：也稱為橋接器，是連接

13、兩個局域網的存儲轉發(fā)設備，網橋根據(jù)MAC地址來轉發(fā)幀。網橋一般分有兩個端口。 網關(Gateway)：實現(xiàn)不同體系結構的網絡協(xié)議轉換，它通常采用軟件的方法實現(xiàn)，并且與特定的應用服務一一對應。路由器(router) ：連接因特網中各局域網、廣域網的設備，根據(jù)信道的情況自動選擇最佳路徑，根據(jù)IP地址轉發(fā)分組。當中繼系統(tǒng)是轉發(fā)器、集線器、網橋或交換機時，一般并不稱之為網絡互連，因為這僅僅是把一個網絡擴大了，而這仍然是一個網絡。網關由于比較復雜，目前使用得較少?；ヂ?lián)網都是指用路由器進行互連的網絡。由于歷史的原因，許多有關 TCP/IP 的文獻將網絡層使用的路由器稱為網關。 第4章 網絡層互連網絡與虛擬

14、互連網絡 網絡網絡網絡網絡網絡(a) 互連網絡路由器(b) 虛擬互連網絡 虛擬互連網絡（互聯(lián)網）網絡的網絡邏輯上的：網絡的網絡第4章 網絡層互連網絡與虛擬互連網絡 (b) 虛擬互連網絡 虛擬互連網絡（互聯(lián)網）邏輯上的網絡的網絡所謂虛擬互連網絡也就是邏輯互連網絡，它的意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網絡從用戶看起來好像是一個統(tǒng)一的網絡。第4章 網絡層互連網絡與虛擬互連網絡 (b) 虛擬互連網絡 虛擬互連網絡（互聯(lián)網）邏輯上的網絡的網絡使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網絡可簡稱為 IP 網。IP 網第4章 網絡層互連網絡與虛擬互連網絡

15、 (b) 虛擬互連網絡 虛擬互連網絡（互聯(lián)網）邏輯上的網絡的網絡使用虛擬互連網絡的好處是：當互聯(lián)網上的主機進行通信時，就好像在一個網絡上通信一樣，而看不見互連的各具體的網絡異構細節(jié)。IP 網第4章 網絡層5432154321主機H1 主機 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分組在互聯(lián)網中的傳送 第4章 網絡層從網絡層看 IP 數(shù)據(jù)報的傳送 如果我們只從網絡層考慮問題，那么 IP 數(shù)據(jù)報就可以想象是在網絡層中傳送。網絡層網絡層網絡層網絡層網

16、絡層網絡層網絡層IP 數(shù)據(jù)報H1R1R2R3R4R5H2第4章 網絡層4.2.2 分類的 IP 地址1. IP 地址及其表示方法 若把整個因特網看成為一個單一的、抽象的網絡。IP 地址就是給每個連接在因特網上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的 32 位的標識符。什么是IP地址？IP 地址現(xiàn)在由因特網名字與號碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進行分配第4章 網絡層IP 地址的編址方法 分類的 IP 地址子網的劃分構成超網這是最基本的編址方法，在 1981 年就通過了相應的標準協(xié)議。這是對最基

17、本的編址方法的改進，其標準RFC 950在 1985 年通過。這是比較新的無分類編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應用。第4章 網絡層IP 地址 := , (4-1)分類 IP 地址 每一類地址都由兩個固定長度的字段組成。（:= 代表“定義為”）網絡號net-id：標志主機（或路由器）所連接到的網絡主機號host-id：標志該主機（或路由器）第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地

18、址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類地址的網絡號字段 net-id 為 1 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址01

19、1host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 1 01B 類地址的網絡號字段 net-id 為 2 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類地址的網絡號字段 net-id 為 3 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 bithost-id24 位net-id16 位

20、net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類地址的主機號字段 host-id 為 3 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101B 類地址的主機

21、號字段 host-id 為 2 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類地址的主機號字段 host-id 為 1 字節(jié)第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-i

22、d8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101D 類地址是多播地址 第4章 網絡層net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的網絡號字段和主機號字段 0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101E 類地址保留為今后使用 第4章 網絡層點分十進制記法 10000000000010110000001100011111 機器中存放的 IP 地址是 32 位 二進制代碼

23、10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位插入一個空格能夠提高可讀性采用點分十進制記法則進一步提高可讀性1 128 11 3 31 將每 8 位的二進制數(shù)轉換為十進制數(shù)如何快捷的記憶IP地址？IP 地址第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.

24、255.255254對于分類IP地址我們經常使用的是哪些？第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.255.255254A類最大網絡數(shù)為什么要減2？減2的原因：網絡號全0全1有特殊用途。全0：本網絡全1：環(huán)回地址（本地軟件環(huán)回測試本主機的進程之間的通信之用）第4章 網絡層2. 常用的三

25、種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.255.2552540000000101111110A類最大網絡數(shù)為什么要減2？第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,77

26、7,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.255.255254每一類網絡中最大主機數(shù)為什么要減2？減2的原因：主機號全0全1有特殊用途。全0：表示本主機所連接到的單個網絡地址。全1：表示該網絡上的所有主機。第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.2556

27、5,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.255.255254B類和C類最大網絡數(shù)為什么只減1？減1的原因：由于網絡號最前兩位是（10或110）無論怎么取值網絡地址都不可能為全0或全1。而在實際中通常不指派以下地址：(B類)和(C類)第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (2

28、21 1)192.0.1223.255.25525400000001100000001111111110111111B類和C類最大網絡數(shù)為什么又不減2？第4章 網絡層2. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網絡類別最大網絡數(shù) 第一個可用的網絡號最后一個可用的網絡號每個網絡中最大的主機數(shù)A126 (27 2)112616,777,214(224 2)B16,383 (214 1)128.1191.25565,534 (216 2)C2,097,151 (221 1)192.0.1223.255.255254000000010000000011000000111111111111

29、111111011111B類和C類最大網絡數(shù)為什么又不減2？第4章 網絡層3.IP地址應用場合A類：大型網絡（A類已分配完，短缺）B類：中型網絡C類：小型網絡D類：組播E類：保留地址第4章 網絡層4.因特網規(guī)定的一些特殊地址Hostid為全0的IP地址不分配給任何主機，僅用于表示某個網絡的網絡地址例：Hostid為全1的IP地址不分配給任何主機，用作廣播地址例：5532位為全1的IP地址稱為有限廣播地址，通常由無盤工作站啟動時使用，希望從網絡IP地址服務器處獲得一個IP地址5532位為全0的IP地址表示本身本機地址環(huán)回地址常用于本機上軟件測試和本機上

30、網絡應用程序之間的通信地址第4章 網絡層5.IP地址的分配一個物理網絡上的用戶要想進入因特網，必須獲得IP地址授權機構（稱為網絡信息中心NIC）分配的IP地址。IP地址必須全網唯一。組網者可以根據(jù)網絡的規(guī)模和用戶的數(shù)目，向較高層次的網絡管理中心申請IP地址；網絡中心根據(jù)申請分配若干個連續(xù)的網絡號（Netid），網內的Hostid則由該網的管理員進行指定。例如：中國教育科研網（）網絡中心可以向亞太地區(qū)網絡中心（APNIC）申請一批連續(xù)的B類或C類IP地址，支持國內所有高校接入因特網；大理學院網絡中心向教育網網絡中心申請地址若干個連續(xù)的C類地址；數(shù)學與計算機學院向大理學院校園網中心申請地址；從而獲

31、得所需的IP地址。數(shù)學與計算機學院如何獲得IP地址？第4章 網絡層6.IP 地址的一些重要特點 (1) IP 地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是：2減小了路由表所占的存儲空間1方便了 IP 地址的管理IP 地址管理機構在分配 IP 地址時只分配網絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位自行分配。路由器僅根據(jù)目的主機所連接的網絡號來轉發(fā)分組（而不考慮目的主機號），這樣就可以使路由表中的項目數(shù)大幅度減少。第4章 網絡層6.IP 地址的一些重要特點 (2) 實際上 IP 地址是標志一個主機（或路由器）和一條鏈路的接口。 當一個主機同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的

32、IP 地址，其網絡號 net-id 必須是不同的。這種主機稱為多歸屬主機(multihomed host)。由于一個路由器至少應當連接到兩個網絡（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報從一個網絡轉發(fā)到另一個網絡），因此一個路由器至少應當有兩個不同的 IP 地址。網絡1網絡2第4章 網絡層6.IP 地址的一些重要特點 (3) 用轉發(fā)器或網橋連接起來的若干個局域網仍為一個網絡，因此這些局域網都具有同樣的網絡號 net-id。對于集線器或交換機連接的若干局域網網絡號相同嗎？(4) 所有分配到網絡號 net-id 的網絡，不管是范圍很小的局域網，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網，都是平等的。 相同地理范圍與網絡號

33、有什么關系嗎？第4章 網絡層同一局域網網絡號相同嗎？B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網在同一個局域網上的主機或路由器的IP 地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是 IP 地址中的 net-id第4章 網絡層B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網在同一個局域網上的主機或路由器的IP 地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是 IP 地址中的 net-id第4章

34、 網絡層B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網在同一個局域網上的主機或路由器的IP 地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是 IP 地址中的 net-id第4章 網絡層一個路由器具有幾個IP地址和網絡號？B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網路由器總是具有兩個或兩個以上的 IP 地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的 IP 地址。 第4章 網絡層B222.1.

35、1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網路由器總是具有兩個或兩個以上的 IP 地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的 IP 地址。 第4章 網絡層B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網路由器總是具有兩個或兩個以上的 IP 地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的 IP 地址。 第4章 網絡層直接相連的路由器以哪個IP地址為準？ B222.1.1.R1222.1.2.R3R22

36、22.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，則這一段連線就構成了一種只包含一段線路的特殊“網絡” 。現(xiàn)在常不指明 IP 地址。第4章 網絡層4.2.3 IP 地址與硬件地址 TCP 報文IP 數(shù)據(jù)報MAC 幀應用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網絡層及以上 使用 IP 地址IP 地址第4章 網絡層HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網通信的路徑H1經過 R1

37、 轉發(fā)再經過 R2 轉發(fā)H2查找路由表查找路由表第4章 網絡層HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動第4章 網絡層HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP

38、1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報從虛擬的 IP 層上看 IP 數(shù)據(jù)報的流動第4章 網絡層HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網MAC 幀IP2

39、IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在鏈路上看 MAC 幀的流動第4章 網絡層IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在 IP 層抽象的互聯(lián)網上只能看到 IP 數(shù)據(jù)報圖中的 IP1IP2 表示從源地址 IP1 到目的地

40、址 IP2 兩個路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報的首部中 第4章 網絡層IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報路由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網絡號進行路由選擇 第4章 網絡層IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP

41、2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在具體的物理網絡的鏈路層只能看見 MAC 幀而看不見 IP 數(shù)據(jù)報 第4章 網絡層IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報IP層抽象的互聯(lián)網屏蔽了下層很復雜的細節(jié)在抽象的網絡層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的 IP 地址研究主

42、機和主機或主機和路由器之間的通信 第4章 網絡層4.2.4 地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議 RARP IP 地址物理地址ARP物理地址IP 地址RARP如何實現(xiàn)IP地址與物理地址之間的轉換呢？第4章 網絡層地址解析協(xié)議 ARP不管網絡層使用的是什么協(xié)議，在實際網絡的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終還是必須使用硬件地址。當主機 A 欲向本局域網上的某個主機 B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報時，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機 B 的 IP 地址。如有，就可查出其對應的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。Internet主機A IP1 MAC1主機

43、B IP2 MAC2路由器 IP3 MAC3映射表每一個主機都設有一個 ARP 高速緩存(ARP cache)AB如果映射表中第4章 網絡層ARP 響應YXZ主機 B 向 A 發(fā)送ARP 響應分組 主機 A 廣播發(fā)送ARP 請求分組 ARP 請求ARP 請求ARP 請求ARP 請求00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主機 的硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AYXZ00-00-C0-15-AD-18ABAB第4章 網絡層ARP 響應YXZ主機 B 向 A 發(fā)送ARP 響應分組

44、主機 A 廣播發(fā)送ARP 請求分組 ARP 請求ARP 請求ARP 請求ARP 請求00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主機 的硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AYXZ00-00-C0-15-AD-18ABAB為了減少網絡上的通信量，主機 A 在發(fā)送其 ARP 請求分組時，就將自己的 IP 地址到硬件地址的映射寫入 ARP 請求分組。第4章 網絡層ARP 響應YXZ主機 B 向 A 發(fā)送ARP 響應分組 主機 A 廣播發(fā)送ARP 請求分組 ARP 請求ARP 請求ARP 請求

45、ARP 請求00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主機 的硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AYXZ00-00-C0-15-AD-18ABAB當主機 B 收到 A 的 ARP 請求分組時，就將主機 A 的這一地址映射寫入主機 B 自己的 ARP 高速緩存中。這對主機 B 以后向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)報時就更方便了。第4章 網絡層應當注意的問題InternetABARP 是解決同一個局域網上的主機或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射問題。如果所要找的主機和源主機不此時就要通過 ARP 找

46、到一個位于本局域網上的某個路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送給這個路由器，讓這個路由器把分組轉發(fā)給下一個網絡。剩下的工作就由下一個網絡來做。ARP解析是自動進行的，主機用戶是不知情的。第4章 網絡層歸納：使用 ARP 的四種典型情況 發(fā)送方是主機，要把IP數(shù)據(jù)報發(fā)送到本網絡上的另一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。發(fā)送方是主機，要把 IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送到另一個網絡上的一個主機。這時用 ARP 找到本網絡上的一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報轉發(fā)到本網絡上的一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。發(fā)送方是路由器，要把 IP

47、數(shù)據(jù)報轉發(fā)到另一個網絡上的一個主機。這時用 ARP 找到本網絡上的一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。第4章 網絡層ARP的意義 由于全世界存在著各式各樣的網絡，它們使用不同的硬件地址。要使這些異構網絡能夠互相通信就必須進行非常復雜的硬件地址轉換工作，因此幾乎是不可能的事。連接到因特網的主機都擁有統(tǒng)一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個網絡上那樣簡單方便，因為調用 ARP 來尋找某個路由器或主機的硬件地址都是由計算機軟件自動進行的，對用戶來說是看不見這種調用過程的。 為什么我們不直接使第4章 網絡層逆地址解析協(xié)議 RARP 逆地址解析協(xié)議 RARP 使只知道自己硬件地

48、址的主機能夠知道其 IP 地址。這種主機往往是無盤工作站。 因此 RARP協(xié)議目前已很少使用。 第4章 網絡層4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報的格式 IP數(shù)據(jù)報是如何封裝的？掌握IP數(shù)據(jù)報：各字段的含義相關應用計算重點三字段的理解：標識標志片偏移難點第4章 網絡層4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報的格式 IP 數(shù)據(jù)報一個 IP 數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的?？勺儾糠止潭ú糠值?章 網絡層固定部分可變部分04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識區(qū) 分 服 務總 長

49、度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分數(shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報首部發(fā)送在前第4章 網絡層可變部分首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識區(qū) 分 服 務總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分數(shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報固定部分發(fā)送在前注意：在沒有特殊說明時，一般情況下，IP數(shù)據(jù)報的首部默認為20個字節(jié)。第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移

50、填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分數(shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報固定部分可變部分區(qū) 分 服 務發(fā)送在前第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分版本占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號為 4 (即 IPv4)區(qū) 分 服 務1. IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段 第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間

51、協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分首部長度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個單位(一個單位為 4 字節(jié))區(qū) 分 服 務 60 字節(jié)。因此 IP 的首部長度的最大值是1541. IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段 第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分區(qū)分服務占 8 位，用來獲得更好的服務在舊

52、標準中叫做服務類型，但實際上一直未被使用過。1998 年這個字段改名為區(qū)分服務。只有在使用區(qū)分服務（DiffServ）時，這個字段才起作用。在一般的情況下都不使用這個字段 區(qū) 分 服 務1. IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段 第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分總長度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，總長度必須不超過最大傳送單元 MTU。 區(qū) 分 服 務因此數(shù)據(jù)報的最大長度為65535 字節(jié)。2

53、16-11. IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段 第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分總長度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，總長度必須不超過最大傳送單元 MTU。 區(qū) 分 服 務因此數(shù)據(jù)報的最大長度為65535 字節(jié)。216-1如此大的數(shù)據(jù)報，怎樣才能不超過MTU呢？1. IP 數(shù)據(jù)報首部的固定部分中的各字段 第4章 網絡層最大傳輸單元MTU回顧：什么是MTU？最大傳輸單元MTU（Maximum

54、 Transfer Unit）：物理網絡的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議對幀的最大長度的限制。例如，以太網是1500字節(jié)，F(xiàn)DDI是4470字節(jié)。MTU可以很小，也可以很大，完全取決于物理網絡。當IP包較小，而物理網絡的MTU較大時，是不經濟的；當IP包較大，而網絡的MTU較小時，是無法封裝在一個幀中的。IP協(xié)議采用的辦法是：當IP包較大，MTU較小時，將IP包劃分成多片（Fragment）。在發(fā)送時分片，在到達目的站時再將各片重新組合。怎么分片？第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長

55、 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分區(qū) 分 服 務IP數(shù)據(jù)報分片與標識、標志和片偏移相關重點難點部分第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分標識ID(identification) 占 16 位，它是一個計數(shù)器，用來產生數(shù)據(jù)報(包)的標識。來自于同一IP包的分片，其ID一樣。 區(qū) 分 服 務IP數(shù)據(jù)報分片與標識、標志和片偏移相關在后續(xù)網絡編程技術課程中， IP軟件使用的方法是在主存中保存一個全局計數(shù)器

56、，每產生一個新的包，就將計數(shù)器加1。第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識區(qū) 分 服 務總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分IP數(shù)據(jù)報分片與標識、標志和片偏移相關未用DFMFMF 1 表示后面“還有分片”MF 0 表示最后一個分片DF 0 允許分片DF 1 不允許分片標志(flag)占 3 位，目前只有前兩位有意義。第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識區(qū) 分 服 務總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源

57、地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分IP數(shù)據(jù)報分片與標識、標志和片偏移相關未用DFMFMF 1 表示后面“還有分片”MF 0 表示最后一個分片DF 0 允許分片DF 1 不允許分片標志(flag)占 3 位，目前只有前兩位有意義。在網絡工程實踐中， Flag主要用于分控制，通常，使用TCPIP的應用軟件并不關心分片，但為了測試互連網軟件或調試操作問題，測試分片的包的大小是非常重要的。第4章 網絡層首部04816192431版 本標志生 存 時 間協(xié) 議標 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗 和源 地 址目 的 地 址可 選 字

58、段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分片偏移(Offset)，占13 位，分片位移，指出：較長的分組在分片后某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單位。區(qū) 分 服 務IP數(shù)據(jù)報分片與標識、標志和片偏移相關即相對于用戶數(shù)據(jù)字段的起點，該片從何處開始。單個分片到達目的主機后才被重組，但各個分片到達的順序不能保證與發(fā)送的順序一致。第4章 網絡層 例【4-1】：一個IP包，其數(shù)據(jù)長度為2200字節(jié)，要通過一個MTU為820字節(jié)的LAN1，R1將如何分片？R1R2ABLAN1LAN2MTU=820提示：1.題目中沒有明確指出IP包的首部是多少字節(jié)，一般情況下，默認為

59、20字節(jié)。2.MTU=820字節(jié)，說明：分片后每個IP數(shù)據(jù)報分片的總長度為820字節(jié)=20字節(jié)(首部)+800字節(jié)(數(shù)據(jù)部分)。3.注意：題目給出的是IP包數(shù)據(jù)長度為2200字節(jié)，不包括IP包的首部。第4章 網絡層Offset800/8=100Offset0/8=0 例【4-1】：一個IP包，其數(shù)據(jù)長度為2200字節(jié)，要通過一個MTU為820字節(jié)的LAN1，R1將如何分片？R1R2ABLAN1LAN2MTU=820800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)首部片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)DF=0，MF1， Offset=0DF=0，MF1， Offset=100DF=0，MF0， Of

60、fset=20020字節(jié)MTU=800+20原始IP數(shù)據(jù)報 IP數(shù)據(jù)報片1 IP數(shù)據(jù)報片2 IP數(shù)據(jù)報片3 相對于用戶數(shù)據(jù)字段的起點，該片從何處開始。分析：MF=1：還有分片MF=0：分片結束Offset1600/8=200DF=0：允許分片DF=1：不允許分片第4章 網絡層 例【4-1】：一個IP包，其數(shù)據(jù)長度為2200字節(jié)，要通過一個MTU為820字節(jié)的LAN1，R1將如何分片？R1R2ABLAN1LAN2MTU=820解：總長度IDMFDFOffset原始數(shù)據(jù)報222012345000數(shù)據(jù)報片182012345100數(shù)據(jù)報片28201234510100數(shù)據(jù)報片36201234500200