湖南公安高等?？茖W(xué)校教案首頁 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).doc

2007年上學(xué)期 / 計(jì)算機(jī)網(wǎng)路教案 / 第18講湖南公安高等?？茖W(xué)校教案首頁課程名稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教師姓名所屬教研室網(wǎng)絡(luò)技術(shù)教研室授課對(duì)象級(jí) 專業(yè) 區(qū)隊(duì)授課時(shí)間第 周星期 學(xué) 時(shí)2學(xué)時(shí)授課章節(jié)第5章 網(wǎng)絡(luò)層 第三節(jié)教學(xué)目的通過本節(jié)的學(xué)習(xí)了解因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是以網(wǎng)際協(xié)議IP為主的一組協(xié)議，包括：網(wǎng)際協(xié)議IP、地址解析協(xié)議ARP、逆向地址解析協(xié)議RARP及因特網(wǎng)控制信息協(xié)議ICMP等。本節(jié)著重介紹了IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式、IP地址類型和子網(wǎng)掩碼的計(jì)算。內(nèi)容摘要5.3 因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 5.3.1 國際協(xié)議IP 教學(xué)過程設(shè) 計(jì)復(fù)習(xí)5分鐘，授新課80分鐘，總結(jié)5分鐘。重 點(diǎn)1、IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式2、IP地址類型3、子網(wǎng)編址4、子網(wǎng)掩碼的計(jì)算難 點(diǎn)1、IP地址類型2、子網(wǎng)掩碼的計(jì)算教學(xué)方法講授教學(xué)資源多媒體課件課外作業(yè)見教材116面14題備 注一、復(fù)習(xí)提問：1、什么是內(nèi)部路由協(xié)議？什么是外部路由協(xié)議？2、什么是網(wǎng)絡(luò)擁塞？產(chǎn)生擁塞的原因是什么？如何避免或解決網(wǎng)絡(luò)擁塞？二、講授新課第 5 章 網(wǎng)絡(luò)層學(xué)習(xí)指導(dǎo) 1、學(xué)生應(yīng)該理解并掌握互聯(lián)網(wǎng)中IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸和處理過程5.3 因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議5.3.1 網(wǎng)際協(xié)議IPIP協(xié)議完成了在通信子網(wǎng)中將數(shù)據(jù)分組從源結(jié)點(diǎn)傳送到目的結(jié)點(diǎn)的過程，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際報(bào)文分段和路由。1、IP數(shù)據(jù)報(bào) （1）IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式l IP分組是IP協(xié)議的基本處理單元。傳輸層的數(shù)據(jù)交給IP協(xié)議后，IP協(xié)議要在前面加上一個(gè)IP分組頭，用于控制IP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和處理等。l IP分組由分組頭（控制部分）和數(shù)據(jù)部分組成。IP分組頭部包括20字節(jié)的固定部分和變長的選項(xiàng)部分。20個(gè)字節(jié)的固定部分包括IP協(xié)議的版本號(hào)、IP分組長度、服務(wù)類型、分組總長度、標(biāo)識(shí)符、段位移、分組生存時(shí)間、頭部校驗(yàn)以及源端IP地址和目的端IP地址?？蛇x的變長部分包括源選徑等多個(gè)可選控制項(xiàng)。l 版本號(hào)(Version)占用4位，指出創(chuàng)建分組的IP版本。l 頭長度(Header Length)占用4位，指出分組頭(Packet Header）的長度,以4個(gè)字節(jié)（32比特）為單位表示長度。 l 服務(wù)類型( Type of Service) IP分組頭中的服務(wù)類型占用8位，被分為5個(gè)子域，分別是優(yōu)先權(quán)、D、T、R和保留域。1. 3比特優(yōu)先權(quán)指示本報(bào)文的重要程度，其值為0到7。0表示一般優(yōu)先權(quán)，而7表示網(wǎng)絡(luò)控制優(yōu)先權(quán)。值越大，表示優(yōu)先級(jí)越高。2. 它提供了一種可以利用的手段，讓網(wǎng)絡(luò)控制信息比一般數(shù)據(jù)具有更高的優(yōu)先級(jí)。3. 它在交換用于指示狀態(tài)的控制分組和執(zhí)行分布式的擁塞控制算法中傳輸擁塞控制分組時(shí)，尤為重要。盡管目前大部分路由器忽略服務(wù)類型，但它的實(shí)現(xiàn)考慮到了更新版本的變化。4. D是延遲(delay)的縮寫，低延遲對(duì)于在傳輸用戶在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)中登錄并要求快速響應(yīng)時(shí)很有用。5. T是吞吐率(throughput)的縮寫，在分組設(shè)置高吞吐率（High -Throughput）要求，可以使路由器的IP尋找高速網(wǎng)絡(luò)來傳送分組。6. R表示可靠性(reliability)。高可靠（High-Reliablility）要求說明了分組應(yīng)當(dāng)被可靠地投送l 分組長度(Packet Length)指示整個(gè)IP分組的長度。它是一個(gè)16比特的字段，所以IP數(shù)據(jù)包最長可達(dá)65535個(gè)字節(jié)。l 標(biāo)識(shí)( Identification)，標(biāo)志（Flags），段偏移量(Fragment Offset) 這三個(gè)字段用于分段。1. 重裝標(biāo)識(shí)：16比特?cái)?shù)據(jù)報(bào)編號(hào)2. 段偏移：13比特；3. 標(biāo)志（Flags）：3比特，有1位備用l 生存期( Time of Live) IP協(xié)議的生存時(shí)間TTL限制了一個(gè)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的存活時(shí)間。每一個(gè)新產(chǎn)生的IP報(bào)文中，頭部的生存時(shí)間(TTL)字段都被設(shè)置為最大生存周期255。l 協(xié)議類型：協(xié)議類型指示IP數(shù)據(jù)部分是由哪一種協(xié)議發(fā)送的，接收端則根據(jù)該協(xié)議類型確定應(yīng)該把IP報(bào)文中的數(shù)據(jù)部分交給哪一個(gè)上層協(xié)議去處理。 l 校驗(yàn)和：校驗(yàn)和用于保證頭部數(shù)據(jù)的完整性。注意，每次傳輸必須重新計(jì)算校驗(yàn)和，因?yàn)轭^部中的生存期字段在不斷改變。l 源和目的地址： 源I P地址和目標(biāo)I P地址這些字段包含了發(fā)送和接收的站點(diǎn)地址。在傳輸過程中，這兩個(gè)字段保持不變。 l IP分組選項(xiàng)IP分組選項(xiàng)主要用于控制和測試。常用的選項(xiàng)有:1. 記錄路由選項(xiàng)（Record Route Option）2. 時(shí)戳選項(xiàng)（Time Stamp Option）3. 嚴(yán)格源路由選項(xiàng)（Source Route Option）4. 寬松源路由選項(xiàng)（Loose Source Route Option）5. 安全選項(xiàng)（Security Option） （2）IP數(shù)據(jù)報(bào)的分段和重組l 網(wǎng)際協(xié)議面臨的一個(gè)問題是：不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)允許的最大的幀長度（也叫做最大傳輸單位，Maximum Transfer Unit, MTU）各不相同，其值由物理網(wǎng)絡(luò)的硬件和算法所確定，不能更改。IP分組要經(jīng)過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，如果IP分組的長度比路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)允許的MTU都小，則直接進(jìn)行傳輸；但假設(shè)路由器接受了一個(gè)分組，并確定它必須通過MTU比分組長度小的網(wǎng)絡(luò)，則路由器必須將分組分為更小的單位,稱為段（Fragment），以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟆 在IP包頭中，與數(shù)據(jù)包的分段和重組相關(guān)的三個(gè)字段：標(biāo)識(shí)符、標(biāo)志位和分段位移。 l IP分段舉例假設(shè)網(wǎng)絡(luò)的MTU允許最多是1400字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此，路由器將含有4000字節(jié)的輸入分組分為3個(gè)段。 2、IP地址類型基本的IP地址是分成8位一個(gè)單元(稱為8位位組)的32位二進(jìn)制數(shù)。IP地址中的每一個(gè)8位位組用0255之間的一個(gè)十進(jìn)制數(shù)表示。這些數(shù)之間用點(diǎn)(.)隔開，這就是所謂的點(diǎn)分十進(jìn)制格式。（1）IP地址的分類和表示IP地址按第一個(gè)字節(jié)的前幾位分成A、B、C、D、E五類。其中，A、B、C類地址為單播地址，D類地址為組播地址，E類地址保留，以備將來的特殊用途。A、B、C三類地址可以分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分。A、B、C類IP地址的特性l A類網(wǎng)絡(luò)地址A類網(wǎng)絡(luò)地址的前8位代表網(wǎng)絡(luò)號(hào)，最高位總是0，因此網(wǎng)絡(luò)號(hào)從1開始，到1 2 7結(jié)束，剩余的2 4位地址代表在“本地”主機(jī)上的地址。所以在A類地址中，本地地址的數(shù)量為224或16 777 216個(gè)。A類地址用于有許多機(jī)器的大型網(wǎng)絡(luò),每個(gè)得到A類地址的網(wǎng)絡(luò)管理員都能夠給1千6百多萬臺(tái)主機(jī)分配地址。網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是從1.0.0.0（最小地址）開始，到127.0.0.0（最大地址）結(jié)束。 l B類網(wǎng)絡(luò)地址B類地址的前兩位為10，接下來的14位代表網(wǎng)絡(luò)號(hào)，因此網(wǎng)絡(luò)號(hào)是從128開始，到191結(jié)束。后兩個(gè)字節(jié)代表主機(jī)號(hào)，因此每個(gè)擁有B類地址的網(wǎng)絡(luò)在本地所管理地址空間大小為216或65536。B類地址個(gè)數(shù)為214,即16384個(gè)。例如137.55.0.0，129.33.0.0為B類網(wǎng)絡(luò)號(hào)。B類IP地址一般用作中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。l C、D、E類網(wǎng)絡(luò)地址1. C類網(wǎng)絡(luò)地址前三位為110，網(wǎng)絡(luò)號(hào)有21位，只有8位表示局部或主機(jī)地址，限制了設(shè)備數(shù)最多為256個(gè)。共有C類地址總數(shù)為2097152個(gè)。2. D類網(wǎng)絡(luò)地址用作組播，當(dāng)需要一個(gè)以上的設(shè)備接收時(shí)，采用這種地址類型。3. E類地址的前五位為11110。在IPv4地址中保留該地址。（2）特殊的IP地址有一些IP地址有特殊含義，導(dǎo)致可分配的網(wǎng)絡(luò)地址的總數(shù)進(jìn)一步減少。下列地址不能分配給實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)：l 回送地址l 廣播地址l 網(wǎng)絡(luò)地址l 本機(jī)地址l 私有地址（3）IP地址的分配和管理IP地址是由網(wǎng)絡(luò)信息中心(Network Information Center, NIC )分配的，連在互連網(wǎng)上設(shè)備的IP地址應(yīng)是唯一的，不能與其他設(shè)備的IP地址沖突。 3、子網(wǎng)編址和掩碼劃分子網(wǎng)的原因在于:l 它允許系統(tǒng)管理員按照自己的需要組織網(wǎng)絡(luò)地址空間。由于大多數(shù)物理網(wǎng)絡(luò)只能處理幾百臺(tái)主機(jī)的連接，A類或B類地址的所有者需要設(shè)計(jì)它們的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)。l 其次，在該網(wǎng)絡(luò)之外子網(wǎng)是不可見的。從Internet的角度看，多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的地方應(yīng)該被看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。即發(fā)給該機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上任何主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)總會(huì)到達(dá)進(jìn)入該機(jī)構(gòu)的同一個(gè)路由器，再由這個(gè)路由器進(jìn)行內(nèi)部路由。外部發(fā)送方無需了解(或關(guān)心)該數(shù)據(jù)進(jìn)入目的機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)后是如何到達(dá)目的子網(wǎng)上的目的主機(jī)的。對(duì)于外部路由來說，仍只需保留一個(gè)表項(xiàng)尋址到同一個(gè)路由器。整個(gè)IP地址空間按等級(jí)組織，外部選路基于網(wǎng)絡(luò)地址的第一部分進(jìn)行，內(nèi)部選路，尋址到子網(wǎng)和主機(jī)，則由網(wǎng)絡(luò)地址的所有者負(fù)責(zé)。這種方法使得路由表更加簡單、高效（1）子網(wǎng)編址l 在基礎(chǔ)的IP地址分類上，將主機(jī)號(hào)進(jìn)一步劃分為子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。l 可節(jié)約網(wǎng)絡(luò)號(hào)及充分利用主機(jī)號(hào)的編址能力；可將同一類型主機(jī)劃分為一個(gè)子網(wǎng)，便于管理。l IP地址由3部分構(gòu)成：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。l 關(guān)鍵：確定如何分隔子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)，綜合考慮所需子網(wǎng)個(gè)數(shù)和子網(wǎng)規(guī)模來確定。l 如1個(gè)單位申請(qǐng)到一個(gè)C類網(wǎng)，希望建10個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)約10臺(tái)主機(jī)，就可以考慮子網(wǎng)占原來主機(jī)號(hào)的4位，主機(jī)號(hào)占余下的4位。l 注意：不能為全0和全1 （2）子網(wǎng)掩碼每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)擁有自己唯一的子網(wǎng)號(hào)。所謂子網(wǎng)號(hào)，即是將原IP地址中的主機(jī)號(hào)字段中的前若干個(gè)比特作為“子網(wǎng)號(hào)”字段，后面剩下的仍為主機(jī)號(hào)字段。為了標(biāo)志子網(wǎng)號(hào)在IP地址中的位置，提出了子網(wǎng)掩碼的概念，子網(wǎng)掩碼是32位，由一連串的“1”和一連串的“0”組成。“l(fā)”對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)字段，而“0”對(duì)應(yīng)于主機(jī)號(hào)字段。當(dāng)IP地址與其子網(wǎng)掩碼相“與”（二進(jìn)制邏輯與）時(shí)，就可以得到該地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。255.255.252.0 或/22表示。（3）子網(wǎng)劃分實(shí)例l 將要?jiǎng)澐值淖泳W(wǎng)數(shù)轉(zhuǎn)換成最接近的2的整數(shù)冪的值；l 將確定的冪值按從高位排序占用主機(jī)地址相應(yīng)位，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)；l 寫出子網(wǎng)掩碼；l 確定子網(wǎng)范圍最復(fù)雜；10個(gè)子網(wǎng)，取24，占主機(jī)4位11110000，十進(jìn)制為240，C類網(wǎng)