week7-1 第3章 計算機網絡體系結構-五層網絡結構.網絡層1

1、1復習復習第第3章章 計算機網絡體系結構計算機網絡體系結構1：物理層：物理層2：數據鏈路層：數據鏈路層2 第第3章章 計算機網絡體系結構計算機網絡體系結構 1：物理層：物理層 2：數據鏈路層：數據鏈路層 3：網絡層：網絡層 4：傳輸層：傳輸層 5：應用層：應用層本節(jié)內容本節(jié)內容 31、 網絡層提供的兩種服務網絡層提供的兩種服務2 、 網際協(xié)議網際協(xié)議 IP 1） 虛擬互連網絡虛擬互連網絡 2） 分類的分類的 IP 地址地址 3） IP 地址與硬件地址地址與硬件地址 4） 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議與逆地址解析協(xié)議 RARP5） IP 數據報的格式數據報的格式 6） IP

2、 層轉發(fā)分組的流程層轉發(fā)分組的流程本節(jié)內容本節(jié)內容 ： 3 網絡層網絡層14本節(jié)重點(1) 虛擬互連網絡的概念(2) IP 地址與物理地址的關系51 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“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)？ 6電信網的成功經驗讓網絡負責可靠交付 面向連接的通信方式 建立虛電路(Virtual Circuit)，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的網絡協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯按序到達終點。 7應用層應用層運輸層運輸層網絡層網絡

3、層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層應用層應用層運輸層運輸層網絡層網絡層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層虛電路服務虛電路服務H1 H2虛電路虛電路H1 發(fā)送給 H2 的所有分組都沿著同一條虛電路傳送8虛電路是邏輯連接 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。 9因特網采用的設計思路 網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務。 網絡在發(fā)送分組時不需要先建立連接。每一個分組（即 IP 數據報）

4、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。 10盡最大努力交付的好處 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）。 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。 因特網能夠發(fā)展到今日的規(guī)模，充分證明了當初采用這種設計思路的正確性。 11應用層應用層運輸層運

5、輸層網絡層網絡層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層應用層應用層運輸層運輸層網絡層網絡層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層數據報服務數據報服務H1 H2IP 數據報數據報丟失丟失H1 發(fā)送給發(fā)送給 H2 的分組可能沿著不同路徑傳送的分組可能沿著不同路徑傳送虛電路服務與數據報服務的對比虛電路服務與數據報服務的對比131、 網絡層提供的兩種服務2 、 網際協(xié)議 IP 1） 虛擬互連網絡 2） 分類的 IP 地址 3） IP 地址與硬件地址 4） 地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議 RARP5） IP 數據報的格式 6） IP 層轉發(fā)分組的流程本節(jié)內容本節(jié)內容 ： 3 網絡層網絡層1142 網際協(xié)議I

6、P 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 Resolution 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)15網際層的網際層的 IP 協(xié)議及配套協(xié)議協(xié)議及配套協(xié)議各種應用層協(xié)議各種應用層協(xié)議 網絡接口層網絡接口層(HT

7、TP, FTP, SMTP 等等)物理硬件物理硬件運輸層運輸層TCP, UDP應用層應用層ICMPIPRARP ARP與各種網絡接口與各種網絡接口網絡層網絡層（網際層）（網際層）IGMP161、 網絡層提供的兩種服務2 、 網際協(xié)議 IP 1） 虛擬互連網絡虛擬互連網絡 2） 分類的 IP 地址 3） IP 地址與硬件地址 4） 地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議 RARP5） IP 數據報的格式 6） IP 層轉發(fā)分組的流程本節(jié)內容本節(jié)內容 ： 3 網絡層網絡層117 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

8、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 1） 虛擬互連網絡 18中間設備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。 物理層中繼系統(tǒng)：轉發(fā)器(repeater)。 數據鏈路層中繼系統(tǒng)：網橋或橋接器(bridge)。 網絡層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。 網橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。 網絡層以上的中繼系統(tǒng)：網關(gateway)。 網絡互相連接起來要使用一些中間設備 19 當中繼系統(tǒng)是轉發(fā)器或網橋時，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

9、個網絡。 網關由于比較復雜，目前使用得較少。 互聯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。 網絡互連使用路由器 20互連網絡與虛擬互連網絡 網絡網絡網絡網絡網絡(a) 互連網絡(b) 虛擬互連網絡路由器 虛擬互連網絡（互聯網）21虛擬互連網絡的意義 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。 使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網絡可簡稱為 IP 網。 使用虛擬互連網絡的好處是：當互聯網上的主機進行

10、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)。 5432154321主機主機H1 主機主機 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間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分組在互聯網中的傳送分組在互聯網中的傳送 23從網絡層看 IP 數據報的傳送 如果我們只從網絡層考慮問題，那么 IP 數據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絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層IP

11、數據報數據報H1R1R2R3R4R5H2241、 網絡層提供的兩種服務網絡層提供的兩種服務2 、 網際協(xié)議網際協(xié)議 IP 1） 虛擬互連網絡虛擬互連網絡 2） 分類的分類的 IP 地址地址 3） IP 地址與硬件地址地址與硬件地址 4） 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議與逆地址解析協(xié)議 RARP5） IP 數據報的格式數據報的格式 6） IP 層轉發(fā)分組的流程層轉發(fā)分組的流程本節(jié)內容本節(jié)內容 ： 3 網絡層網絡層1252） 分類的 IP 地址（1）. IP 地址及其表示方法 我們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

12、一個在全世界范圍是唯一的 32 位的標識符。 IP 地址現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 26IP 地址的編址方法 分類的 IP 地址。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。 子網的劃分。這是對最基本的編址方法的改進，其標準RFC 950在 1985 年通過。 構成超網。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。27分類 IP 地址 每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號 net-id，它標志主機（或路由

13、器）所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號 host-id，它標志該主機（或路由器）。 兩級的 IP 地址可以記為：IP 地址 := , (4-1):= 代表“定義為”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 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 101net-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

14、-id16 位B 類地址C 類地址01 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 101A 類地址的網絡號字段 net-id 為 1 字節(jié)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 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)net-id24 位host-id24 位net

15、-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 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 101C 類地址的網絡號字段 net-id 為 3 字節(jié)net-id24 bithost-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 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 101A 類

16、地址的主機號字段 host-id 為 3 字節(jié)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 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 101B 類地址的主機號字段 host-id 為 2 字節(jié)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 1host-id8 位D 類地

17、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)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01 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 101D 類地址是多播地址 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

18、-id16 位B 類地址C 類地址01 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 101E 類地址保留為今后使用 37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 位的二進制數轉換為十進制數38（2）. 常用的三種類別的 IP 地址 IP 地址

19、的使用范圍 網絡 最大 第一個 最后一個 每個網絡類別 網絡數 可用的 可用的 中最大的 網絡號 網絡號 主機數 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 25439IP 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： 第一，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。這樣就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器僅根據目的主機所連接的

20、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大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。 40IP 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 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 數據報從一個網絡轉發(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。 41IP 地址的一些重要特點 (3) 用轉發(fā)器或網橋連接起來的若

21、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。(4) 所有分配到網絡號 net-id 的網絡，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。 互聯網中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LA

22、N3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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互聯網中的 IP 地址 BR1R3R2222.

23、1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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互聯網中的 IP 地址 BR1R3

24、R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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互聯網中的 IP 地址 BR1222.1

25、.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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互聯網中的 IP 地址 BR1222.1.3.

26、2R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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。 互聯網中的 IP 地址 BR1

27、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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。 互聯網中的 IP 地址 BR12

28、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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。 互聯網中的 IP 地址 BR122

29、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯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” ?，F在常不指明 IP 地址。501、 網絡層提供的兩種服務網絡層提供的兩種服務2 、 網際協(xié)議網際協(xié)議 IP 1） 虛擬互連網絡虛擬互連網絡 2） 分類的分類的 IP 地址地址 3） IP 地址與硬件地址地址與硬件地址 4） 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議 ARP 與逆地址解析協(xié)議與逆地址解析協(xié)議 RARP5） IP 數據報的格式數據報的格式

30、6） IP 層轉發(fā)分組的流程層轉發(fā)分組的流程本節(jié)內容本節(jié)內容 ： 3 網絡層網絡層1513） IP 地址與硬件地址 TCP 報文IP 數據報MAC 幀應用層數據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 轉發(fā)再經過 R2 轉發(fā)H2查找路由表查找路由表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IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2I

31、P6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯網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 數據報從協(xié)議棧的層次上看數據的流動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 數據報從虛擬的 IP 層上看 IP 數據報的流動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 數據報在鏈路上看 MAC 幀的流動IP1H