《计算机网络技术》课件第4章网络层

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第4章 网络层,Click to edit Master title style,计算机网络技术,课件制作人：罗桂兰,2010-8,知识链接,虚拟,互联网,IP,路由选择协议,第4章 网络层,ARP,RARP,IGMP,ICMP,第4章 网络层,（标注 的标题表示最基础的内容）,4.1,网络层提供的两种服务,4.2,网际协议,IP,4.3,划分子网和构造超网,4.4,网际控制报文协议,ICMP,4.5,因特网的路由选择协议,4.6,IP,多播,4.7,虚拟专用网,VPN,和网络地址转换,NAT,内容导航,重点章节,第4章 网络层,本章学习目的,掌握网络层提供的两种服务；,熟练掌握网际协议,IP,；,掌握,ARP,协议工作原理；,掌握子网划分方法；,理解,ICMP,、,IGMP,协议工作原理；,理解各种路由选择协议。,第4章 网络层,知识串接,网络层,数据链路层,物理层,按通信介质,有线网,无线网,广播式网,点对点网,按网络的传输技术,广域网,城域网,局域网,个人区域网,按网络的作用范围,第4章 网络层,互联网,互联网的构成,由个人区域网、局域网、城域网和广域网组成互联网,局域网,局域网,广域网,路由器,结点交换机,个人区域网,城域网,第4章 网络层,广域网实例,中国教育和科研计算机网,第4章 网络层,4.1,网络层提供的两种服务,在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“面向无连接”）曾引起了长期的争论。,争论焦点的实质就是：在计算机通信中，,可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统,？,回顾一下“面向连接”与,“面向无连接”有什么区别？,第4章 网络层,电信网的成功经验：让网络负责可靠交付,理由,面向连接,的通信方式,建立,虚电路,(Virtual Circuit),，以保证双方通信所需的一切网络资源。,如果再使用,可靠传输的网络协议,，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。,什么是虚电路？,1.,面向连接的,网络服务,(,虚电路服务,),第4章 网络层,应用层,运输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,运输层,网络层,数据链路层,物理层,虚电路服务,H,1,H,2,虚电路,H,1,发送给,H,2,的所有分组都沿着同一条虚电路传送,虚电路表示这只是,一条逻辑上的连接,，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。,请注意,，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接,只是类似，但并不完全一样,。,第4章 网络层,网络层向上只提供,简单,灵活的、,无连接,的、,尽最大努力交付,的数据报服务。,由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的,路由器,可以做得比较,简单,，而且,价格低廉,（与电信网的交换机相比较）。,如果主机（即,端系统,）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的,运输层负责,（包括,差错处理、流量控制等,）。,因特网长期实践证明,采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。,这样做虽然减轻了网络负担，但是可靠性又怎么保证？,2.,面向无连接的网络服务,(,数据报服务,),第4章 网络层,应用层,运输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,运输层,网络层,数据链路层,物理层,数据报服务,H,1,H,2,IP,数据报,丢失,H,1,发送给,H,2,的分组可能沿着不同路径传送,网络在发送分组时不需要先建立连接,。每一个分组（即,IP,数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。,网络层不提供服务质量的承诺。,即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分组交换网,H,1,向,H,5,发送分组,路径可能变化,3,1,2,2,1,3,H2,向,H6,发送分组,3,2,1,1,2,3,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,每个分组独立,地选择路由,网络,随时接受,主机发送的分组（即数据报）,网络为每个分组独立地选择路由。,3,1,2,3,2,1,1,2,3,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,尽最大努力，,不一定全部交付,网络,尽最大努力,地将分组交付给目的主机，,但网络对源主机没有任何承诺。,3,1,2,3,1,2,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,不保证,按序按时,网络,不保证,所传送的分组不丢失,也,不保证,按源主机发送分组的先后顺序,以及在时限内必须将分组交付给目的主机,3,1,2,3,1,2,丢失,不保证,分组不丢失,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,当网络发生,拥塞,时,网络中的结点可根据情况将一些,分组丢弃,E,发生拥赛，,丢弃分组,2,丢弃,3,1,2,3,1,第4章 网络层,提供数据报服务的特点,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,不可靠服务,数据报提供的服务是,不可靠,的，,它不能保证服务质量。,实际上“,尽最大努力交付,”的服务,就是没有质量保证的服务。,第4章 网络层,虚电路服务与数据报服务的对比,对比的方面,虚电路服务,数据报服务,思路,可靠通信应当由,网络,来保证,可靠通信应当由用户,主机,来保证,连接的建立,必须,有,不,需要,终点地址,仅在连接建立阶段使用,，每个分组使用短的虚电路号,每个分组都有终点的,完整地址,分组的转发,属于同一条虚电路的分组均按照,同一路由,进行转发,每个分组,独立选择路由,进行转发,当结点出故障时,所有通过出故障的结点的虚电路,均不能工作,出故障的结点可能,会丢失分组,，一些路由可能,会发生变化,分组的顺序,总是按发送,顺序,到达终点,到达终点时,不一定,按发送顺序,端到端的差错处理和流量控制,可以由,网络,负责，也可以由用户,主机,负责,由用户,主机,负责,第4章 网络层,4.2,网际协议,IP,4.2.1,虚拟互连网络,4.2.2,分类的,IP,地址,4.2.3 IP,地址与硬件地址,4.2.4,地址解析协议,ARP,与逆地址解析协议,RARP,4.2.5 IP,数据报的格式,4.2.6 IP,层转发分组的流程,IP数据报分组是如何进行存储转发的？,在什么样的网络中传输？,如何找到网络中的某个主机？,分组是如何封装的？,分组是如何转发的？,第4章 网络层,IP,协议族,网际协议,IP,是,TCP/IP,体系中两个最主要的协议之一。与,IP,协议配套使用的还有四个协议：,地址解析协议,ARP,(Address Resolution Protocol),逆地址解析协议,RARP,(Reverse Address Resolution Protocol),网际控制报文协议,ICMP,(Internet Control Message Protocol),网际组管理协议,IGMP,(Internet Group Management Protocol),第4章 网络层,网际层的,IP,协议及配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(HTTP, FTP, SMTP,等,),物理硬件,运输层,TCP, UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网络层,（网际层）,IGMP,第4章 网络层,互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：,不同的寻址方案,不同的最大分组长度,不同的网络接入机制,不同的超时控制,不同的差错恢复方法,不同的状态报告方法,不同的路由选择技术,不同的用户接入控制,不同的服务（面向连接服务和无连接服务）,不同的管理与控制方式,4.2.1,虚拟互连网络,Internet,第4章 网络层,中间设备,又称为,中间系统,或,中继,(relay),系统。,网络互连的中间设备,网关,网关,路由器、桥路器,网桥,(,桥接器,),、交换机,集中器、转发器,5,应用层,4,运输层,3,网络层,2,数据链路层,1,物理层,桥路器,(,Brouter,),：一种结合网桥或称,桥接器,（,bridge,）和,路由器,（,router,）两者功能的设备，它控制从,一个网络组件到另一个网络组件,（此时充当桥接器）和从,网络到因特网,（此时充当路由器）的传输。,这些中间设备,怎么区分？,第4章 网络层,各中间设备的区分,转发器,(Repeater),：就是简单的,信号放大器（中继器）,，信号在传输的过程中是要衰减的，其作用是实现电气信号的“再生”。,集线器,(Hub),：就是个,多端口的中继器,，把每个输入端口的信号放大再发到别的端口去，集线器实现多台计算机的互联。,交换机,(Switch),：可理解为高级的网桥，是,多个网桥,功能的集合。他有网桥的功能，但性能比网桥强。具有,高密度的端口,。,网桥,(Bridge),：也称为桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，网桥,根据,MAC,地址,来转发帧。网桥一般分有,两个端口,。,网关,(Gateway),：实现不同体系结构的,网络协议转换,，它通常采用软件的方法实现，并且与特定的应用服务一一对应。,路由器,(router),：连接因特网中各局域网、广域网的设备，根据信道的情况自动选择最佳路径，,根据,IP,地址转发分组,。,第4章 网络层,各中间设备的区分,转发器,(,Repeater),：就是简单的,信号放大器（中继器）,，信号在传输的过程中是要衰减的，其作用是实现电气信号的“再生”。,集线器,(Hub),：就是个,多端口的中继器,，把每个输入端口的信号放大再发到别的端口去，集线器实现多台计算机的互联。,交换机,(Switch),：可理解为高级的网桥，是,多个网桥,功能的集合。他有网桥的功能，但性能比网桥强。具有,高密度的端口,。,网桥,(Bridge),：也称为桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，网桥,根据,MAC,地址,来转发帧。网桥一般分有,两个端口,。,网关,(Gateway),：实现不同体系结构的,网络协议转换,，它通常采用软件的方法实现，并且与特定的应用服务一一对应。,路由器,(router),：连接因特网中各局域网、广域网的设备，根据信道的情况自动选择最佳路径，,根据,IP,地址转发分组,。,当中继系统是,转发器、集线器、网桥或交换机,时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。,网关由于比较复杂，目前使用得较少。,互联网都是指用路由器进行互连的网络。,由于历史的原因，许多有关,TCP/IP,的文献将网络层使用的路由器称为,网关。,第4章 网络层,互连网络与虚拟互连网络,网络,网络,网络,网络,网络,(a),互连网络,路由器,(b),虚拟互连网络,虚拟互连网络,（互联网）,网络的网络,逻辑上的：网络的网络,第4章 网络层,互连网络与虚拟互连网络,(b),虚拟互连网络,虚拟互连网络,（互联网）,逻辑上的网络的网络,所谓虚拟互连网络也就是,逻辑互连网络,，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用,IP,协议,就可以使这些性能各异的网络从用户看起来,好像是一个统一的网络,。,第4章 网络层,互连网络与虚拟互连网络,(b),虚拟互连网络,虚拟互连网络,（互联网）,逻辑上的网络的网络,使用,IP,协议的虚拟互连网络可简称为,IP,网。,IP,网,第4章 网络层,互连网络与虚拟互连网络,(b),虚拟互连网络,虚拟互连网络,（互联网）,逻辑上的网络的网络,使用虚拟互连网络的,好处,是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而,看不见互连的各具体的网络异构细节,。,IP,网,第4章 网络层,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机,H,1,主机,H,2,R,1,R,4,R,5,R,2,R,3,R,1,R,2,R,3,H,1,R,5,H,2,R,4,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,直接交付,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,分组在互联网中的传送,第4章 网络层,从网络层看,IP,数据报的传送,如果我们只从网络层考虑问题，那么,IP,数据报就可以想象是在网络层中传送。,网络层,网络层,网络层,网络层,网络层,网络层,网络层,IP,数据报,H,1,R,1,R,2,R,3,R,4,R,5,H,2,第4章 网络层,4.2.2,分类的,IP,地址,1. IP,地址及其表示方法,若把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。,IP,地址,就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是,唯一的,32,位的标识符,。,什么是IP地址？,IP,地址现在由因特网名字与号码指派公司,ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers),进行分配,第4章 网络层,IP,地址的编址方法,分类的,IP,地址,子网的划分,构成超网,这是最,基本的编址方法,，在,1981,年就通过了相应的标准协议。,这是对最基本的编址方法的,改进,，其标准,RFC 950,在,1985,年通过。,这是比较,新的无分类编址方法,。,1993,年提出后很快就得到推广应用。,第4章 网络层,IP,地址,:= , (4-1),分类,IP,地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成。,（,:=,代表“,定义为,”）,网络号,net-id,：,标志主机（或路由器）所连接到的网络,主机号,host-id,：标志该主机（或路由器）,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的网络号字段,net-id,为,1,字节,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的网络号字段,net-id,为,2,字节,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的网络号字段,net-id,为,3,字节,第4章 网络层,net-id,24 bit,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的主机号字段,host-id,为,3,字节,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的主机号字段,host-id,为,2,字节,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的主机号字段,host-id,为,1,字节,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,D,类地址是多播地址,第4章 网络层,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,E,类地址保留为今后使用,第4章 网络层,点分十进制记法,10000000000010110000001100011111,机器中存放的,IP,地址,是,32,位 二进制代码,10000000 00001011 00000011 00011111,每隔,8,位插入一个空格,能够提高可读性,采用点分十进制记法,则进一步提高可读性,128.11.3.31,128,11 3 31,将每,8,位的二进制数,转换为十进制数,如何快捷的记忆IP地址？,IP,地址,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,对于分类IP地址我们经常使用的是哪些？,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,A类最大网络数为什么要减2？,减,2,的原因,：网络号全,0,全,1,有特殊用途。,全,0,：本网络,全,1,：环回地址（,127.0.0.1,本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用）,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,0,0000001,0,1111110,A类最大网络数为什么要减2？,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,每一类网络中最大主机数为什么要减2？,减,2,的原因：主机号全,0,全,1,有特殊,用途。,全,0,：表示本主机所连接到的单个网络地址。,全,1,：表示该网络上的所有主机。,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,B类和C类最大网络数为什么只减1？,减,1,的原因,：由于网络号最前两位是（,10,或,110,）无论怎么取值网络地址都不可能为全,0,或全,1,。而在,实际中通常不指派以下地址：,128.0.0.0(B,类,),和,192.0.0.0(C,类,),第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,00000001,10,000000,11111111,10,111111,B类和C类最大网络数为什么又不减2？,第4章 网络层,2.,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络类别,最大网络数,第一个可用的网络号,最后一个可用的网络号,每个网络中最大的主机数,A,126 (2,7, 2),1,126,16,777,214(2,24, 2),B,16,383 (2,14, 1),128.1,191.255,65,534 (2,16, 2),C,2,097,151 (2,21, 1),192.0.1,223.255.255,254,00000001,00000000,110,00000,11111111,11111111,110,11111,B类和C类最大网络数为什么又不减2？,第4章 网络层,3.IP,地址应用场合,A,类：大型网络（,A,类已分配完，短缺）,B,类：中型网络,C,类：小型网络,D,类：组播,E,类：保留地址,第4章 网络层,4.,因特网规定的一些特殊地址,Hostid,为全,0,的,IP,地址,不分配给任何主机，仅用于表示某个网络的,网络地址,例：,202.119.2.,0,Hostid,为全,1,的,IP,地址,不分配给任何主机，用作,广播地址,例：,202.119.2.,255,32,位为全,1,的,IP,地址,称为,有限广播地址,，通常由无盘工作站启动时使用，希望从网络,IP,地址服务器处获得一个,IP,地址,255.255.255.255,32,位为全,0,的,IP,地址,表示本身,本机地址,0.0.0.0,环回地址,常用于本机上,软件测试,和本机上网络应用程序之间的通信地址,127.0.0.1,第4章 网络层,5.IP,地址的分配,一个物理网络上的用户要想进入因特网，必须获得,IP,地址,授权机构,（称为网络信息中心,NIC,）,分配的,IP,地址,。,IP,地址必须全网唯一。,组网者可以根据,网络的规模,和,用户的数目,，向,较高层次,的网络管理中心申请,IP,地址；网络中心根据申请分配若干个,连续的网络号,（,Netid,），,网内的,Hostid,则由该网的管理员进行指定。,例如：,中国教育科研网,（,）网络中心可以向,亚太地区网络中心,（,APNIC,）申请一批连续的,B,类或,C,类,IP,地址，支持国内所有高校接入因特网；,大理学院网络,中心向教育网网络中心申请地址若干个连续的,C,类地址；,数学与计算机学院,向大理学院校园网中心申请地址；从而获得所需的,IP,地址。,数学与计算机学院如何获得IP地址？,第4章 网络层,6.IP,地址的一些重要特点,(1) IP,地址是一种分,等级,的地址结构。分两个等级的好处是：,2,减小了路由表所占的存储空间,1,方便了,IP,地址的管理,IP,地址管理机构在分配,IP,地址时只分配网络号，而剩下的,主机号,则由得到该网络号的单位,自行分配,。,路由器仅,根据,目的主机所连接的,网络号,来,转发分组,（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少。,第4章 网络层,6.IP,地址的一些重要特点,(2),实际上,IP,地址是标志,一个主机（或路由器）和一条链路,的,接口,。,当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时,具有两个相应的,IP,地址,，其,网络号,net-id,必须是不同,的。这种主机称为,多归属主机,(,multihomed,host),。,由于一个路由器至少应当连接到,两个网络,（这样它才能将,IP,数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个,路由器至少应当有两个不同的,IP,地址,。,网络,1,网络,2,第4章 网络层,6.IP,地址的一些重要特点,(3),用,转发器或网桥,连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号,net-id,。,对于集线器或交换机连接的若干局域网网络号相同吗？,(4),所有分配到网络号,net-id,的网络，不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是,平等,的。,相同,地理范围与网络号有什么关系吗？,第4章 网络层,同一局域网网络号相同吗？,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的,IP,地址中的网络号,必须是一样的,。,图中的网络号就是,IP,地址中的,net-id,第4章 网络层,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的,IP,地址中的网络号必须是一样的。,图中的网络号就是,IP,地址中的,net-id,第4章 网络层,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的,IP,地址中的网络号必须是一样的。,图中的网络号就是,IP,地址中的,net-id,第4章 网络层,一个路由器具有几个,IP,地址和网络号？,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,路由器总是,具有两个或两个以上,的,IP,地址。,路由器的每一个接口都有一个,不同网络号的,IP,地址。,第4章 网络层,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的,IP,地址。,路由器的每一个接口都有一个,不同网络号的,IP,地址。,第4章 网络层,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的,IP,地址。,路由器的每一个接口都有一个,不同网络号的,IP,地址。,第4章 网络层,直接相连的路由器以哪个,IP,地址为准？,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明,IP,地址。如指明,IP,地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。,现在常不指明,IP,地址。,第4章 网络层,4.2.3 IP,地址与硬件地址,TCP,报文,IP,数据报,MAC,帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,链路层及以下,使用硬件地址,硬件地址,网络层及以上,使用,IP,地址,IP,地址,第4章 网络层,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,通信的路径,H,1,经过,R,1,转发,再经过,R,2,转发,H,2,查找路由表,查找路由表,第4章 网络层,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,第4章 网络层,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,从虚拟的,IP,层上看,IP,数据报的流动,第4章 网络层,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在链路上看,MAC,帧的流动,第4章 网络层,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在,IP,层抽象的互联网上只能看到,IP,数据报,图中的,IP,1,IP,2,表示从源地址,IP,1,到目的地址,IP,2,两个路由器的,IP,地址并不出现在,IP,数据报的首部中,第4章 网络层,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,路由器只根据目的站的,IP,地址的网络号,进行路由选择,第4章 网络层,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,MAC,帧,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在具体的物理网络的链路层,只能看见,MAC,帧,而看不见,IP,数据报,第4章 网络层,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,IP,1, IP,2,MAC,帧,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,IP,层抽象的互联网,屏蔽了下层很复杂的细节,在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用,统一的、抽象的,IP,地址,研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,第4章 网络层,4.2.4,地址解析协议,ARP,和,逆地址解析协议,RARP,IP,地址,物理地址,ARP,物理地址,IP,地址,RARP,如何实现IP地址与物理地址之间的转换呢？,第4章 网络层,地址解析协议,ARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用,硬件地址,。,当主机,A,欲向本局域网上的某个主机,B,发送,IP,数据报时，就先在其,ARP,高速缓存中,查看,有无主机,B,的,IP,地址。,如有,，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入,MAC,帧，然后通过局域网将该,MAC,帧发往此硬件地址。,Internet,主机,A IP1 MAC1,主机,B IP2 MAC2,路由器,IP3 MAC3,映射表,每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache),如果映射表中,没有怎么办呢？,第4章 网络层,ARP,响应,Y,X,Z,主机,B,向,A,发送,ARP,响应分组,主机,A,广播发送,ARP,请求分组,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是,209.0.0.5,，硬件地址是,00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机,209.0.0.6,的硬件地址,我是,209.0.0.6,硬件地址是,08-00-2B-00-EE-0A,Y,X,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,第4章 网络层,ARP,响应,Y,X,Z,主机,B,向,A,发送,ARP,响应分组,主机,A,广播发送,ARP,请求分组,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是,209.0.0.5,，硬件地址是,00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机,209.0.0.6,的硬件地址,我是,209.0.0.6,硬件地址是,08-00-2B-00-EE-0A,Y,X,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,为了减少网络上的通信量，主机,A,在发送其,ARP,请求分组时，就将自己的,IP,地址到硬件地址的映射写入,ARP,请求分组。,第4章 网络层,ARP,响应,Y,X,Z,主机,B,向,A,发送,ARP,响应分组,主机,A,广播发送,ARP,请求分组,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是,209.0.0.5,，硬件地址是,00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机,209.0.0.6,的硬件地址,我是,209.0.0.6,硬件地址是,08-00-2B-00-EE-0A,Y,X,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,当主机,B,收到,A,的,ARP,请求分组时，就将主机,A,的这一地址映射,写入主机,B,自己的,ARP,高速缓存,中。这对主机,B,以后向,A,发送数据报时就更方便了。,第4章 网络层,应当注意的问题,Internet,ARP,是解决,同一个局域网上,的主机或路由器的,IP,地址和硬件地址的映射问题。,如果所要找的主机和源主机不,在同一个局域网上，怎么办？,此时就要通过,ARP,找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后,把分组发送给,这个,路由器,，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。,ARP解析是自动进行的，主机用户是不知情的。,第4章 网络层,归纳：使用,ARP,的四种典型情况,发送方是,主机,，要把,IP,数据报发送到,本网络,上的另一个主机。,这时用,ARP,找到,目的主机的硬件地址,。,发送方是,主机,，要把,IP,数据报发送到,另一个网络,上的一个主机。,这时用,ARP,找到本网络上的一个,路由器,的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,发送方是,路由器,，要把,IP,数据报转发到,本网络,上的一个主机。,这时用,ARP,找到,目的主机的硬件地址,。,发送方是,路由器,，要把,IP,数据报转发到,另一个网络,上的一个主机。,这时用,ARP,找到本网络上的一个,路由器,的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,第4章 网络层,ARP,的意义,由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就,必须进行非常复杂的硬件地址转换工作,，因此几乎是不可能的事。,连接到因特网的主机都拥有,统一的,IP,地址,，它们之间的通信就像连接,在同一个网络上,那样简单方便，因为调用,ARP,来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由,计算机软件自动,进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。,为什么我们不直接使,用硬件地址进行通信？,第4章 网络层,逆地址解析协议,RARP,逆地址解析协议,RARP,使只知道自己硬件地址的主机能够知道其,IP,地址,。,这种主机往往是无盘工作站。 因此,RARP,协议目前已,很少使用,。,第4章 网络层,4.2.5 IP,数据报的格式,IP数据报是如何封装的？,掌握,IP,数据报：,各字段的含义,相关应用计算,重点,三字段的理解：,标识,标志,片偏移,难点,第4章 网络层,4.2.5 IP,数据报的格式,IP,数据报,一个,IP,数据报由首部和数据两部分组成。,首部,首部的前一部分是,固定,长度，共,20,字节，是所有,IP,数据报,必须,具有的。,在首部的固定部分的后面是一些,可选,字段，其长度是,可变,的。,可变部分,固定部分,第4章 网络层,固,定,部,分,可变,部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,首,部,发送在前,第4章 网络层,可变,部分,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,固,定,部,分,发送在前,注意,：在没有特殊说明时，一般情况下，,IP,数据报的首部默认为,20,个字节。,第4章 网络层,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,固,定,部,分,可变,部分,区