計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：Chapter 4-Network Layer網(wǎng)絡(luò)層1

1、Network Layer網(wǎng)絡(luò)層Chapter 4內(nèi)容提要網(wǎng)絡(luò)層的功能路由與轉(zhuǎn)發(fā)擁塞控制異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)路由算法靜態(tài)路由與動態(tài)路由距離向量路由算法鏈路狀態(tài)路由算法層次路由與自治系統(tǒng)IPv4IPv4分組IPv4地址與NAT子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼、CIDRDHCP、ICMP協(xié)議IPv6路由協(xié)議RIP路由協(xié)議OSPF路由協(xié)議BGP路由協(xié)議IP多播移動IP網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備4:Network Layer2ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorit

2、hmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network La

3、yer3ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting a

4、nd subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer4Functions of the network layertransport packets from sending host to receiving host從發(fā)送主機(jī)向接收主 機(jī)傳輸分組network layer protocols run in every host, router 每臺主機(jī)和路由器中都運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議4:Network Layer5app

5、licationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysica

6、lnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysical4:Network Layer4-61230111value in arrivingpackets header分組首部routing algorithm路由算法local forwarding table本地轉(zhuǎn)發(fā)表header value首部值output link輸出鏈路01000101011110013221Two Key Network-Layer Functions網(wǎng)絡(luò)層的兩個關(guān)鍵功能forwarding轉(zhuǎn)發(fā): move packets from routers input to app

7、ropriate router output將分組從路由器的輸入端口移動到適當(dāng)?shù)穆酚善鬏敵龆丝趓outing路由: determine route taken by packets from source to dest.決定分組從源到目的地所采用的路徑routing algorithms路由算法4:Network Layer7Network layer connection and connectionless service網(wǎng)絡(luò)層的連接和無連接服務(wù)Virtual-circuit network provides network-layer connection service虛電路網(wǎng)絡(luò)提供

8、網(wǎng)絡(luò)層連接服務(wù)Datagram network provides network-layer connectionless service數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)層無連接服務(wù)analogous to the transport-layer services, but 與傳輸層服務(wù)類似但有如下區(qū)別:service服務(wù): host-to-host主機(jī)到主機(jī)no choice無選擇: network provides connection service or connectionless service網(wǎng)絡(luò)提供連接服務(wù)或無連接服務(wù)implementation實(shí)現(xiàn): in network core在網(wǎng)絡(luò)核

9、心4:Network Layer8Virtual-circuit Network虛電路網(wǎng)絡(luò)ATM, frame-relay幀中繼, X.25call setup for each call before data can flow在數(shù)據(jù)傳輸之前，建立呼叫，then teardown (signaling protocols信令協(xié)議) 然后拆除Virtual circuits (VCs) are network-layer connections. 虛電路是網(wǎng)絡(luò)層的連接each packet carries VC identifier (not destination host address)

10、每個分組攜帶虛電路標(biāo)識符，而不是目的主機(jī)地址every router on source-dest path maintains “state” for each passing connection在源到目的地路徑上的每臺路由器都為每條經(jīng)過的連接維護(hù)狀態(tài)4:Network Layer9Datagram Network數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)no call setup at network layer在網(wǎng)絡(luò)層無呼叫建立routers: no state about end-to-end connections路由器不維護(hù)端到端連接的狀態(tài)no network-level concept of “connect

11、ion”無網(wǎng)絡(luò)級連接的概念packets forwarded using destination host address根據(jù)目的主機(jī)地址進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)packets between same source-dest pair may take different paths在相同源和目的對之間的分組可能采用不同的路徑10虛電路網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的對比對比的方面虛電路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)思路可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保證連接的建立必須有不需要終點(diǎn)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(diǎn)的完整地址分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)每個分組

12、獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作出故障的結(jié)點(diǎn)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(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時不一定按發(fā)送順序端到端的差錯處理和流量控制可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion control（Chapter3）InternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector r

13、outing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer11ContentsFunctions of the network layerRouting and

14、 forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPO

15、SPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer12How Networks Differ網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別Some of the many ways networks can differ.5-43134:Network Layer14中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。物理層中繼系統(tǒng)：中繼器(repeater)。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋 (bridge)。網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。 網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備 15當(dāng)中繼系統(tǒng)是中繼器或網(wǎng)橋時，一

16、般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。 互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/IP 的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。 網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器 ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing

17、 algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer1617Routing algorithms路由算法是產(chǎn)生路由表的算法是網(wǎng)絡(luò)層軟件的一部分對于數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)，對每個數(shù)據(jù)報都要做路由選擇對于虛電路網(wǎng)絡(luò)，只需在建立連接時做一次

18、路由選擇Graph abstraction圖論抽象4:Network Layer18uyxwvz2213112535Graph: G = (N,E)N = set of routers = u, v, w, x, y, z 節(jié)點(diǎn)是路由器E = set of links = (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) 邊是物理鏈路 鏈路開銷Cost of link：時延，費(fèi)用或擁塞等級 路徑開銷：Cost of path (x1, x2, x3, xp) = c(x1,x2) + c(x2,x3) + + c(xp-

19、1,xp) Routing algorithm: algorithm that finds least-cost path路由算法：找到開銷最小的路徑 (路由器序列) 19關(guān)于“最佳路由” 不存在一種絕對的最佳路由算法。所謂“最佳”只能是相對于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。這里最佳應(yīng)考慮的因素包括：鏈路長度、時延、速率、鏈路容量、鏈路差錯率等。實(shí)際的路由選擇算法，應(yīng)盡可能接近于理想的算法。 路由選擇是個非常復(fù)雜的問題它是網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)共同協(xié)調(diào)工作的結(jié)果。路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時無法事先知道。 4:Network Layer20Routing Algorith

20、m classification路由算法分類Static routing algorithms靜態(tài)路由算法: routes change slowly over time路由隨時間緩慢變化Dynamic routing algorithms動態(tài)路由算法: routes change more quickly路由更快地變化periodic update周期性的更新in response to link cost changes適應(yīng)鏈路開銷的變化most popular dynamic routing algorithmsDistance vector routing algorithms距離向量

21、路由算法Link state routing algorithms鏈路狀態(tài)路由算法 ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4

22、packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer214:Network Layer22Distance vector algorithm (1)Bellman-Ford方程： 定義 dx(y) = 從x到y(tǒng)的最小開銷路徑的費(fèi)用, c(x,v) =從x到鄰居節(jié)點(diǎn)v的鏈路的開銷 則 dx(y) = min c(x,v) + dv(y) 其中mi

23、n對x的所有鄰居vuyxwvz2213112535dv(z) = 5, dx(z) = 3, dw(z) = 3du(z) = min c(u,v) + dv(z), c(u,x) + dx(z), c(u,w) + dw(z) = min 2 + 5, 1 + 3, 5 + 3 = 4Node that achieves minimum is next hop in shortest path forwarding table取值最小的節(jié)點(diǎn)對應(yīng)最短路徑中的下一跳 轉(zhuǎn)發(fā)表23Distance vector algorithm (2)Basic idea: Node x maintains di

24、stance vector 節(jié)點(diǎn)x維護(hù)距離向量Dx=dx(y): yN (如果y不是x的鄰居節(jié)點(diǎn), 則dx(y)=,否則dx(y)= c(x,y)Each node periodically sends its own distance vector to neighbors每個節(jié)點(diǎn)周期性向其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送它自己的距離向量, Node x also maintains its neighbors distance vectors節(jié)點(diǎn)x保存其鄰居節(jié)點(diǎn)的距離向量For each neighbor v, x maintains Dv = dv(y): y N When a node x receive

25、s new DV from neighbor, it updates its own DV using B-F equation當(dāng)節(jié)點(diǎn)x接收到來自鄰居的新距離向量，它使用B-F方程更新自己的DV :Dx(y) minvc(x,v) + Dv(y) for each node y NDistance vector algorithm (3)(a) A network (b) Input from A, I, H, K, and the new routing table for J J收到來自A, I, H, K的距離向量后計算出新的路由表24ContentsFunctions of the n

26、etwork layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIP

27、v6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer25Link State Routing鏈路狀態(tài)路由算法Each router must do the following:Discover its neighbors, learn their network address.發(fā)現(xiàn)鄰居，學(xué)習(xí)它們的網(wǎng)絡(luò)地址Measure the delay or cost to each of its neighbors.測量到每一個鄰居的時延或開銷Construct a packet (li

28、nk state packet)telling all it has just learned. 構(gòu)造一個分組(鏈路狀態(tài)分組) 來通告其學(xué)習(xí)到的所有信息Send this packet to all other routers. 向所有路由器發(fā)送該分組Compute the shortest path to every other router. 計算到其他路由器的最短路徑26計算到其他路由器的最短路徑Dijkstra算法是由荷蘭計算機(jī)科學(xué)家狄克斯特拉于1959 年提出的。是從一個頂點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑算法，解決的是有向圖中的最短路徑問題。源節(jié)點(diǎn)u的鏈路狀態(tài)算法Initialization

29、: N = u for all nodes v if v is a neighbor of u then D(v) = c(u,v) else D(v) = Loop find node w not in N such that D(w) is a minimum add w to N update D(v) for each neighbor v of w and not in N: D(v) = min(D(v), D(w) + c(w,v) until N=N27符號:c(u,v): 從節(jié)點(diǎn)u到v的鏈路開銷; 如果不是鄰居，則= D(v):從節(jié)點(diǎn)u到目的節(jié)點(diǎn)v的路徑開銷的當(dāng)前值N: 已計

30、算出最小開銷路徑的目的節(jié)點(diǎn)的集合計算到其他路由器的最短路徑Step012345NuuxuxyuxyvuxyvwuxyvwzD(v),p(v)2,u2,u2,uD(w),p(w)5,u4,x3,y3,yD(x),p(x)1,uD(y),p(y)2,xD(z),p(z) 4,y4,y4,yuyxwvz2213112535符號:c(x,y): 從節(jié)點(diǎn)x到y(tǒng)的鏈路開銷; 如果不是直接鄰居，則= D(v):從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)v的路徑開銷的當(dāng)前值p(v): 從源節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)v的路徑中v的前一個節(jié)點(diǎn)N: 已計算出最小開銷路徑的目的節(jié)點(diǎn)的集合4:Network Layer284:Network Layer4-2

31、9計算到其他路由器的最短路徑(2)uyxwvzResulting shortest-path tree from u 以U為源節(jié)點(diǎn)的最短路徑樹:vxywzvxxxxdestinationlinkResulting forwarding table in u: U的轉(zhuǎn)發(fā)表:ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector rou

32、ting algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer304:Network Layer4-31Hierarchical Routing層次路由scale規(guī)模:

33、cant store all dests in routing tables!不能將所有的目的地存儲在路由表中routing table exchange would swamp links!路由表交換將堵塞鏈路administrative autonomy管理自治internet = network of networkseach network admin may want to control routing in its own network 每個網(wǎng)絡(luò)管理員可能要控制自己網(wǎng)絡(luò)中的路由 Hierarchical Routing層次路由aggregate routers into reg

34、ions將路由器聚合為區(qū)域, “autonomous systems” (AS)也稱為自治系統(tǒng)4:Network Layer4-32Hierarchical Routing (2)routers in same AS run same routing protocol同一個AS中的路由器運(yùn)行相同的路由協(xié)議intra-AS routing protocol自治系統(tǒng)內(nèi)的路由協(xié)議，也稱為域內(nèi)路由協(xié)議、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議Interior Gateway Protocol (IGP) e.g. RIP、OSPFrouters in different AS can run different intra-AS

35、 routing protocol不同AS中的路由器能夠運(yùn)行不同的intra-AS 路由協(xié)議Inter-AS routing protocol is used for routing between ASes自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議，也稱為域間路由協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議External Gateway Protocol (EGP) e.g. BGPGateway router網(wǎng)關(guān)路由器Direct link to router in another AS 直接連接到另一個AS中的路由器ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardin

36、gCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routing and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP m

37、ulticastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer3334IPv4 Packet FormatIPv4分組格式一個 IP 數(shù)據(jù)分組由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。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。 4:Network Layer4-35IPv4 datagram formatIPv4數(shù)據(jù)報格式verlength32 bitsdata (variable length,typically a TCP or UDP segment)16-bit identif

38、ierheader checksumtime tolive32 bit source IP addressIP protocol versionnumberheader length (4-byte)max numberof remaining hops(decremented at each router)forfragmentation/reassemblytotal datagramlength (bytes)upper layer protocolto deliver payload tohead.lentype ofservice“type” of data flgsfragment

39、 offsetupper layer32 bit destination IP addressOptions (if any)E.g. timestamp,record routetaken, specifylist of routers to visit.how much overhead with TCP?20 bytes of TCP20 bytes of IP= 40 bytes + app layer overhead36固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選

40、字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特數(shù) 據(jù) 部 分首 部傳送IP 數(shù)據(jù)報首部發(fā)送在前37可變部分首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特數(shù) 據(jù) 部 分首 部傳送IP 數(shù)據(jù)報固定部分38首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選

41、字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分版本占 4 bit，指IP協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號為 4 (即 IPv4)39首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分首部長度占 4 bit，可表示的最大數(shù)值是 15 個單位(一個單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長度的最大值是60字節(jié)。40首部04816

42、192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分服務(wù)類型占 8 bit，用來獲得更好的服務(wù)這個字段以前一直沒有被人們使用 41首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分總長度占 1

43、6 bit，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 65535 字節(jié)?？傞L度必須不超過最大傳送單元 MTU。 42首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分標(biāo)識(identification) 占 16 bit，它是一個計數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報的標(biāo)識。 43首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首

44、 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分標(biāo)志(flag) 占 3 bit，目前只有前兩個比特有意義。標(biāo)志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF 1 表示后面“還有分片”。MF 0 表示最后一個分片。標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Dont Fragment) 。只有當(dāng) DF 0 時才允許分片。 44首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長

45、 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分片偏移(13 bit)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。4:Network Layer4-45IP Fragmentation & ReassemblyIP分片和重組network links have MTU (max. transfer unit)網(wǎng)絡(luò)鏈路有MTU (最大傳輸單元) largest possible link-level frame payload 可能的最大鏈路級幀的數(shù)據(jù)部分different link types, diffe

46、rent MTUs 不同的鏈路類型有不同的MTUlarge IP datagram divided (“fragmented”) within net大IP 數(shù)據(jù)報被分割(分片)one datagram becomes several datagrams一個數(shù)據(jù)報變?yōu)閹讉€數(shù)據(jù)報“reassembled” only at final destination僅在最終的目的地重組IP header bits used to identify, order related fragments IP首部的幾個比特用于標(biāo)識、排序相關(guān)的分片fragmentation: in: one large datag

47、ramout: 3 smaller datagramsreassembly4:Network Layer4-46IP Fragmentation and Reassembly (2)ID=xoffset=0fragflag=0length=4000ID=xoffset=0fragflag=1length=1500ID=xoffset=185fragflag=1length=1500ID=xoffset=370fragflag=0length=1040One large datagram becomesseveral smaller datagramsExample4000 byte datag

48、ramMTU = 1500 bytes1480 bytes in data fieldoffset =1480/8 47首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分生存時間(8 bit)記為 TTL (Time To Live)，這是為了限制數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中的生存時間，其單位最初是秒，但為了方便，現(xiàn)在都用“跳數(shù)”作為 TTL 的單位。數(shù)據(jù)報每經(jīng)過一個路由器，其 TTL 值就減 1。

49、48首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分協(xié)議(8 bit)字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個處理過程49運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù) 據(jù) 部 分IP 數(shù)據(jù)報協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進(jìn)程IPv4數(shù)據(jù)報的協(xié)議字段對應(yīng)的上層協(xié)議協(xié)議字段高層協(xié)議類型1ICMP2IGMP6TCP8EGP17UDP4

50、1IPv689OSPF50首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分首部校驗(yàn)和(16 bit)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報的首部不包括數(shù)據(jù)部分。51發(fā)送端接收端16 bit字 116 bit字 2置為全 0校驗(yàn)和16 bit字 n16 bit反碼算術(shù)運(yùn)算求和取反碼數(shù)據(jù)報首部IP 數(shù)據(jù)報16 bit校驗(yàn)和16 bit字 116 bit字 216 bit校驗(yàn)和16 bit字 n16 bit反碼

51、算術(shù)運(yùn)算求和16 bit結(jié)果取反碼數(shù)據(jù)部分若結(jié)果為 0, 則保留；否則，丟棄該數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)部分不參與校驗(yàn)和的計算52首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分源地址和目的地址都各占 4 字節(jié)53首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時 間協(xié) 議標(biāo) 識服 務(wù) 類 型總 長 度片 偏 移填 充首 部 校 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）比特首部長

52、度01234567DTRC未用優(yōu) 先 級數(shù) 據(jù) 部 分比特固定部分可變部分選項(xiàng)字段的長度可變，從 1 個字節(jié)到 40 個字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。ContentsFunctions of the network layerRouting and forwardingCongestion controlInternetworkingRouting algorithmsStatic routing and dynamic routingDistance Vector routing algorithmLink State routing algorithmHierarchical routin

53、g and Autonomous SystemsIPv4IPv4 packetIPv4 address and NATSubnetting and subnet mask、CIDRDHCP、ICMPIPv6Routing protocolsRIPOSPFBGPIP multicastMobile IPNetwork layer device4:Network Layer544:Network Layer55IPv4 Addressing: introductionIP address: 32-bit identifier for host, router interface interface

54、: connection between host/router and physical link主機(jī)/路由器與物理鏈路之間的連接routers typically have multiple interfaceshost typically has one interfaceIP addresses associated with each interface IP地址與每個接口相關(guān)聯(lián)202.1.12.1 = 11001010 00000001 00001100 000000012021112Dotted-decimal notation 點(diǎn)分十進(jìn)制4:Network Layer56IPv

55、4 Addressing: introduction (2)Classful addressing 分類地址 1981年Subnetting 子網(wǎng)劃分 1991年Classless interdomain routing (CIDR)無類域間路由(Supernetting構(gòu)成超網(wǎng)) 1993年57Classful IPv4 Addresses 分類IP地址 IP 地址可以分為兩級：IP 地址 := , 地址由兩個固定長度的字段組成：網(wǎng)絡(luò)號net-id：標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)；主機(jī)號host-id：標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。分類的IP地址4:Network Layer5859特殊IP地

56、址60IP 地址的一些重要特點(diǎn) IP地址分兩個等級的好處是：IP地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時只分配網(wǎng)絡(luò)號，而剩下的主機(jī)號則由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。用交換機(jī)或網(wǎng)橋連接起來的若干個局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號。所有分配到網(wǎng)絡(luò)號 net-id 的網(wǎng)絡(luò)，不管是范圍很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng)，都是平等的。 61互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.

57、1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id62互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1

58、.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id63互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1

59、.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id64互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址

60、B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id65互聯(lián)網(wǎng)中