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1、網絡層,1,計算機網絡第4章:網絡層,網絡層,2,學習目標,熟練掌握：子網劃分，路由表與路由轉發(fā)。 掌握：距離向量路由算法，鏈路狀態(tài)路由算法，IPv4分組， IPv4地址，NAT，路由協(xié)議（RIP，OSPF，BGP）。 理解：子網掩碼，自治系統(tǒng)，層次路由，移動IP通信過程。 了解：大綱其他內容。,網絡層,3,第4部分 網絡層,4.1 網絡層的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分組 IPv4地址與NAT 子網絡劃分與子網掩碼、CIDR ARP、DHCP、ICMP協(xié)議 4.4 IPv6,4.5 路由協(xié)議 層次路由與自治系統(tǒng) 域內路由與域間路由 RIP路由協(xié)議 OSPF路由協(xié)議 BG

2、P路由協(xié)議 4.6 IP組播 4.7 移動IP 4.8 網絡層設備,網絡層,4,網絡層提供的兩種服務,在計算機網絡領域，網絡層應該向傳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)？,網絡層,5,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。,網絡層,6,應用層 運輸層 網絡層 數據鏈路層 物理層,應用層 運輸層 網絡層 數據鏈路層 物理

3、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,網絡層,7,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。,網絡層,8,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）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

4、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。,網絡層,9,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傳輸層負責（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。,網絡層,10,應用層 運輸層 網絡層 數據鏈路層 物理層,應用層 運輸層 網絡層 數據鏈路層 物理層,

5、數據報服務,H1,H2,IP 數據報,丟失,H1 發(fā)送給 H2 的分組可能沿著不同路徑傳送,網絡層,11,虛電路服務與數據報服務的對比,網絡層,12,網際協(xié)議IP,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 Gr

6、oup Management Protocol),網絡層,13,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,ICMP,IP,RARP,ARP,與各種網絡接口,網絡層 （網際層）,IGMP,網絡層,14,5 4 3 2 1,主機 H1,主機 H2,R1,R4,R5,R2,R3,R1,R2,R3,H1,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,分組在互聯(lián)網中的傳送,網絡層,15,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

7、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,IP 數據報,H1,R1,R2,R3,R4,R5,H2,網絡層,16,關鍵的網絡層功能,轉發(fā): 將分組從路由器的輸入移動到適當的路由器輸出 路由: 決定分組從源到目的地所采用的路由 路由算法,類比: 路由: 規(guī)劃從源到目的地路徑的過程 轉發(fā): 通過單個立交橋的過程,網絡層,17,1,2,3,0111,到達分組首部的值,路由算法,路由和轉發(fā)相互影響,網絡層,18,網絡擁塞：網絡性能曲線,提供的負載,吞吐量,擁塞,輕度 擁塞,0,網絡層,19,擁塞（Congestion）,擁塞 網絡資源上有太多的分組時，將會導致網絡性能

8、下降。 對資源需求的總和 可用資源 資源：鏈路容量、交換節(jié)點中的緩存和處理機速度等。 擁塞產生的原因 低帶寬線路 多個輸入對應一個輸出 節(jié)點緩沖容量太小 結點處理機速度不高,網絡層,20,擁塞的策略：決不只針對某個因素改善擁塞！,若結點緩存容量太小，到達結點的分組無空間暫存； 若增大結點緩存容量，而鏈路容量和處理機速度未提高，分組排隊會很長，導致時延增大，可能因超時發(fā)送端進行重發(fā)，發(fā)出更多的分組，擁塞更加惡化； 提高結點處理機速度，增大鏈路容量，故然可以改善這段的擁塞，但可能只是將瓶頸轉移到其他地方。 因此，針對某個因素的解決方案，只能對提高網絡性能起到一定的好處，甚至僅僅是轉移了影響性能的瓶

9、頸。,網絡層,21,擁塞控制與流量控制的差別,擁塞控制（congestion control） 需要確保通信子網能夠承載用戶提交的通信量，是一個全局性過程，涉及主機、路由器等很多因素； 流量控制（flow control) 與點到點的通信量有關，主要解決快速發(fā)送方與慢速接收方的問題，是局部過程，一般都是基于反饋進行控制的。,網絡層,22,擁塞和流量控制的區(qū)別,網絡層,23,擁塞控制所起的作用,提供的負載,吞吐量,擁塞,輕度 擁塞,0,網絡層,24,第4部分 網絡層,4.1 網絡層的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分組 IPv4地址與NAT 子網絡劃分與子網掩碼、CIDR AR

10、P、DHCP、ICMP協(xié)議 4.4 IPv6,4.5 路由協(xié)議 層次路由與自治系統(tǒng) 域內路由與域間路由 RIP路由協(xié)議 OSPF路由協(xié)議 BGP路由協(xié)議 4.6 IP組播 4.7 移動IP 4.8 網絡層設備,網絡層,25,路由算法,就是產生路由表的算法 是網絡層軟件的一部分 對于數據報網絡，對每個數據報都要做路由選擇 對于虛電路網絡，只需在建立連接時做一次路由選擇,網絡層,26,理想的路由算法,理想的路由算法： 算法必須是正確的和完整的。 算法在計算上應簡單，即開銷小，效率高。 算法應能適應通信量和網絡拓撲的變化，這就是說，要有自適應性。 算法應具有穩(wěn)定性，即算法必須收斂，不能振蕩發(fā)散。 算

11、法對所有用戶應是公平的。 算法應是最佳的。,網絡層,27,關于“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。 實際的路由選擇算法，應盡可能接近于理想的算法。 路由選擇是個非常復雜的問題 它是網絡中的所有結點共同協(xié)調工作的結果。 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。,網絡層,28,從路由算法的自適應性考慮,靜態(tài)路由選擇策略即非自適應路由選擇，一般采用離線方式求出路由表，其特點是簡單和開銷較小，但不能及時適應網絡狀態(tài)的變化。 動態(tài)路由選

12、擇策略即自適應路由選擇，其特點是能較好地適應網絡狀態(tài)的變化，但實現起來較為復雜，開銷也比較大。,網絡層,29,路由,路由算法的圖論抽象: 圖中的節(jié)點是路由器 圖中的邊是物理鏈路 鏈路代價: 時延，費用或擁塞等級,目的：決定從源到目的地通過網絡的“好的路徑”(路由器序列),2,2,1,3,1,1,2,5,3,5,“好的”路徑: 通常意味著最小費用的路徑 其他定義也是可能的,網絡層,30,距離向量算法,Bellman-Ford方程 (動態(tài)規(guī)劃) 定義 dx(y) := 從x到y(tǒng)最低費用路徑的費用 則 dx(y) = min c(x,v) + dv(y) 其中min對x的所有鄰居,網絡層,31,Be

13、llman-Ford 例子,Clearly, dv(z) = 5, dx(z) = 3, dw(z) = 3,du(z) = min c(u,v) + dv(z), c(u,x) + dx(z), c(u,w) + dw(z) = min 2 + 5, 1 + 3, 5 + 3 = 4,取最小的節(jié)點是在最短路中的下一跳 轉發(fā)表,B-F equation says:,網絡層,32,距離向量算法,基本思想: 每個節(jié)點周期性的發(fā)送它自己的距離向量以估計到其鄰居 當節(jié)點x接收到來自鄰居的新DV估計，它使用B-F方程更新其自己的DV :,Dx(y) minvc(x,v) + Dv(y) for each

14、 node y N,在規(guī)模較小、正常的條件下，估計值Dx(y)收斂在實際最小費用 dx(y),網絡層,33,距離向量算法,迭代、異步: 每次本地迭代由下列事件引起: 本地鏈路費用改變 從鄰居獲得更新的DV報文 分布式: 每個節(jié)點僅當其DV改變時通知鄰居 如果必要，鄰居則通知它們的鄰居,每個節(jié)點:,網絡層,34,距離向量: 鏈路費用變化,鏈路費用變化: 好消息傳播得快 壞消息傳播得慢“計數到無窮”問題! 在算法穩(wěn)定前，迭代44 次: 毒性逆轉: 如果Z路由通過Y得到 X : Z告訴Y它(Zs)到X的距離是無窮 (因此Y將不能經Z路由到X) 這將完全解決計數到無窮問題?,網絡層,35,鏈路狀態(tài)路由

15、算法,Dijkstra算法 所有節(jié)點知道網絡拓撲、鏈路費用 經“鏈路狀態(tài)廣播”完成 所有節(jié)點具有相同信息 從一個節(jié)點(源)到所有其他節(jié)點計算最低費用路徑 給出對這些節(jié)點的轉發(fā)表 迭代: k次迭代后，得知到k個目的地的最低費用路徑,概念: c(x,y): 從節(jié)點x到y(tǒng)的鏈路費用; = 如果不是直接鄰居 D(v):從源到目的地v路徑費用的當前值 p(v): 從源到v沿路徑的前任節(jié)點 N: 已知在最小費用路徑中的節(jié)點集合,網絡層,36,Dijsktra算法,1 初始化: 2 N = u 3 對所有節(jié)點v 4 if v 臨近 u 5 then D(v) = c(u,v) 6 else D(v) = 7

16、 8 Loop 9 找出w不在N中使得D(w)最小 10 將w加入N 11 對于所有v臨近w并不在N中，更新D(v): 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* 到v的新費用或是到v的老費用或到w加上從w到v的已知最短路費用*/ 15 until 所有節(jié)點在 N中,網絡層,37,Dijkstra 算法: 例子,步驟 0 1 2 3 4 5,N u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz,D(v),p(v) 2,u 2,u 2,u,D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y 3,y,D(x),p(x) 1,u,D(y),p(y) 2,x,D(

17、z),p(z) 4,y 4,y 4,y,網絡層,38,Dijkstra算法, 討論,算法復雜性: n個節(jié)點 每次迭代: 需要檢查所有節(jié)點w, 不在N中 n(n+1)/2 對比: O(n2) 更有效的實現是可能的: O(nlogn) 可能振蕩: 如鏈路費用 = 承載流量的量,e,1,1,e,1,1,e,1,1,網絡層,39,LS和DV算法的比較,報文復雜性 LS: 對n個節(jié)點，E條鏈路, 發(fā)送O(nE) 報文 DV: 僅在鄰居之間交換 收斂時間變化 收斂速度 LS: O(n2) 算法要求 O(nE)報文 可能具有振蕩 DV: 收斂時間變化 可能有選路環(huán)路 計數到無窮問題,健壯性: 如果路由器異常

18、，將發(fā)生什么現象? LS: 節(jié)點可能通告不正確的鏈路費用 每個節(jié)點僅計算它自己的表 DV: DV節(jié)點通告不正確的路徑費用 每個節(jié)點表能由其他人使用 差錯通過網絡傳播,網絡層,40,第4部分 網絡層,4.1 網絡層的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分組 IPv4地址與NAT 子網絡劃分與子網掩碼、CIDR ARP、DHCP、ICMP協(xié)議 4.4 IPv6,4.5 路由協(xié)議 層次路由與自治系統(tǒng) 域內路由與域間路由 RIP路由協(xié)議 OSPF路由協(xié)議 BGP路由協(xié)議 4.6 IP組播 4.7 移動IP 4.8 網絡層設備,網絡層,41,IP v4分組的格式,一個 IP 數據分組由首部

19、和數據兩部分組成。 首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數據報必須具有的。 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。,網絡層,42,固 定 部 分,可變 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,數 據 部 分,首 部,傳送,IP 數據報,發(fā)送在前,網絡層,43,可變 部分,首 部,

20、0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,數 據 部 分,首 部,傳送,IP 數據報,網絡層,44,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比

21、特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,數 據 部 分,首 部,傳送,IP 數據報,固 定 部 分,網絡層,45,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,46,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志

22、,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,47,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未

23、用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,48,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,49,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗

24、 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,50,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,標志(flag) 占 3 bi

25、t，目前只有前兩個比特有意義。 標志字段的最低位是 MF (More Fragment)。 MF 1 表示后面“還有分片”。MF 0 表示最后一個分片。 標志字段中間的一位是 DF (Dont Fragment) 。 只有當 DF 0 時才允許分片。,網絡層,51,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定

26、部 分,可變 部分,網絡層,52,IP分片和重新組裝,網絡鏈路有MTU (最大傳輸長度) 最大可能的鏈路級幀 不同的鏈路類型，不同的 在網絡中，大IP 數據報被分割(“分段”) 一個數據報 變?yōu)閹讉€數據報 “重新裝配”僅在最后目的地 IP首部比特用于標識、排序相關段,分段: 輸入: 一個大的數據報 輸出: 3個小的數據報,reassembly,網絡層,53,IP分片和重新組裝,例子 4000字節(jié)數據報 MTU = 1500字節(jié),在數據字段1480 字節(jié),偏移 = 1480/8,網絡層,54,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型

27、,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 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 限制數據報在網絡中的生存時間，其單位最初是秒， 但為了方便，現在都用“跳數”作為 TTL 的單位。 數據報每經過一個路由器，其 TTL 值就減 1。,網絡層,55,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總

28、長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,56,運輸層,網絡層,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,數 據 部 分,IP 數據報,網絡層,57,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首

29、部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,58,發(fā)送端,接收端,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,數 據 報 首 部,IP 數據報,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,數據部分,網絡層,59,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標志,生 存 時 間,協(xié) 議,標 識,服 務 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 校 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4

30、,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數 據 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,網絡層,60,IP 數據報首部的可變部分,IP 首部的可變部分就是一個選項字段，用來支持排錯、測量以及安全等措施，內容很豐富。 選項字段的長度可變，從 1 個字節(jié)到 40 個字節(jié)不等，取決于所選擇的項目。 增加首部的可變部分是為了增加 IP 數據報的功能，但這同時也使得 IP 數據報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數據報的開銷。 實際上這些選項很少被使用。,網絡層,61,IPv4地址,在網絡中有幾種尋址方法？ 在網絡中，存在兩種尋址方法?，F在已經了解了其中一種尋址方法的定義，那就是

31、MAC地址。互連網連接中，第二種尋址方法使用的是所謂的IP地址。 MAC地址是物理地址，是數據鏈路層使用的地址。IP地址是網絡層使用的地址。,網絡層,62,IPv4地址,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。,網絡層,63,什么是IP地址,IP地址是基于Internet Protocol(因特網協(xié)議)的。 每一個物理網絡

32、必須有自己的唯一的IP地址。 IP地址對于WAN上的互連網連接來說，是非常必要的。,網絡層,64,如何設計IP地址,網絡層,65,IP 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。,網絡層,66,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

33、機（或路由器）。,網絡層,67,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,網絡層,68,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C

34、 類地址,0,1,1,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 0,0,1,A 類地址的網絡號字段 net-id 為 1 字節(jié),網絡層,69,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,B 類地址的網絡號字段 net-id 為 2 字節(jié),網絡

35、層,70,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,C 類地址的網絡號字段 net-id 為 3 字節(jié),網絡層,71,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id

36、 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,A 類地址的主機號字段 host-id 為 3 字節(jié),網絡層,72,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,B 類地址的主機號字段

37、host-id 為 2 字節(jié),網絡層,73,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,C 類地址的主機號字段 host-id 為 1 字節(jié),網絡層,74,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號

38、字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,D 類地址是多播地址,網絡層,75,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網絡號字段和主機號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,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 0,0,1,E 類地址保留為今后

39、使用,網絡層,76,路由器如何利用IP地址轉發(fā)分組？,利用分組中的IP 地址： 找到網絡號 net-id 找到目的網絡。 當分組到達目的網絡后： 利用主機號host-id 直接交付給目的主機。,網絡層,77,點分十進制記法,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 bit 的二進制數 轉換為十進制數,網絡層,78,網絡層,79,網絡層,80,網絡層,81,網絡層,82,特殊的IP地址,網絡層,83,常用的三種類別的 IP 地址,IP 地址的使用范圍,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

40、絡號 主機數 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,網絡層,84,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： 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

41、表所占的存儲空間。,網絡層,85,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 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。,網絡層,86,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。

42、(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。,網絡層,87,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN

43、3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,網絡層,88,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,222.1.4

44、.2,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,網絡層,89,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,222.1.

45、6.1,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,網絡層,90,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,222.

46、1.2.2,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,網絡層,91,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.

47、1.1,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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

48、IP 地址。,網絡層,92,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網,路

49、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。,網絡層,93,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,22

50、2.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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。,網絡層,94,互聯(lián)網中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,222.1

51、.3.2,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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” ?，F在常不指明 IP 地址。,網絡層,95,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,網絡層,96,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網,局域網,

52、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,網絡層,97,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網,局域網,局域網,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網,MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數據報,從協(xié)議棧的層次上看數據的流動,網絡層,98,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,硬件地址

53、,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網,局域網,局域網,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網,MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數據報,從虛擬的 IP 層上看 IP 數據報的流動,網絡層,99,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網,局域網,局域網,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,IP 層

54、上的互聯(lián)網,MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數據報,在鏈路上看 MAC 幀的流動,網絡層,100,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網,MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數據報,在 IP 層抽象的互聯(lián)網上只能看到 IP 數據報 圖中的 IP1IP2 表示從源地址 IP1 到目的地址 IP2 兩個路由器的 IP 地址并不出現在 IP 數據報的首部中,網絡層,101,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機 H1,主機 H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網,MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,