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考研_计算机网络_第五学时_网络层null计算机网络计算机网络网络层网络层网络层 1 路由器在网际互连中的作用 1.1 路由器的构成 1.2 交换构件 1.3 互联网与因特网 2 因特网的网际协议 IP 2.1 分类的 IP地址 2.2 IP 地址与硬件地址 2.3 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP 2.4 IP 数据报的格式 2.5 IP 层处理数据报的流程网络层(续)网络层(续)3 划分子网和构造超网 3.1 划分子网 3.2 使...

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null计算机网络计算机网络网络层网络层网络层 1 路由器在网际互连中的作用 1.1 路由器的构成 1.2 交换构件 1.3 互联网与因特网 2 因特网的网际 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 IP 2.1 分类的 IP地址 2.2 IP 地址与硬件地址 2.3 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP 2.4 IP 数据报的格式 2.5 IP 层处理数据报的流程网络层(续)网络层(续)3 划分子网和构造超网 3.1 划分子网 3.2 使用子网掩码的分组转发过程 3.3 无分类编址 CIDR 4 因特网控制报文协议 ICMP 5 因特网的路由选择协议 6.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念 6.5.2 内部网关协议 RIP 6.5.3 内部网关协议 OSPF 6.5.4 外部网关协议 BGP 网络层(续)网络层(续) 6 IP 组播和因特网组管理协议 IGMP 6.6.1 IP 组播的基本概念 6.6.2 因特网组管理协议 IGMP 6.6.3 组播路由选择 7 网络地址转换 NAT 8 下一代的网际协议 IPv6 (IPng) 8.1 解决 IP 地址耗尽的措施 8.2 IPv6 的基本首部 8.3 IPv6 的扩展首部 8.4 IPv6 的地址空间 8.5 从 IPv4 到 IPv6 的过渡 8.6 ICMPv61 路由器在 网际互连中的作用 1 路由器在 网际互连中的作用 1.1 路由器的构成 当主机 A 要向另一个主机 B 发送数据报时,先要检查目的主机 B 是否与源主机 A 连接在同一个网络上。 如果是,就将数据报直接交付给目的主机 B 而不需要通过路由器。 但如果目的主机与源主机 A 不是连接在同一个网络上,则应将数据报发送给本网络上的某个路由器,由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。 直接交付和间接交付 直接交付和间接交付 间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器 但间接交付就必须使用路由器典型的路由器的结构 典型的路由器的结构 路由 选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组 转发转发表分组处理输出端口……11133122223——网络层 2——数据链路层 1——物理层“转发”和“路由选择”的区别 “转发”和“路由选择”的区别 “转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。 “路由选择”(routing)则是按照分布式算法,根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化 情况,动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。 在讨论路由选择的原理时,往往不去区分转发表和路由表的区别, 输入端口对线路上 收到的分组的处理 输入端口对线路上 收到的分组的处理 数据链路层剥去帧首部和尾部后,将分组送到网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定的时延。 物理层处理数据链路层 处理网络层处理 分组排队 交 换 结 构 输入端口的处理从 线 路 接 收 分 组查表和转发输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路 输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路 当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部,交给物理层后发送到外部线路。 物理层处理数据链路层 处理网络层处理 分组排队 输出端口的处理向 线 路 发 送 分 组缓存管理交 换 结 构分组丢弃 分组丢弃 若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率,则队列的存储空间最终必定减少到零,这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。 1.2 交换结构1.2 交换结构I1I3I2O1O2存 储 器I1I3I2O1O2I1I3I2O1O3(a) 通过存储器(c) 通过互连网络(b) 通过总线总线互连网络O3O31.3 互联网与因特网 1.3 互联网与因特网 互连在一起的网络要进行通信,会遇到许多问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 需要解决,如: 不同的寻址 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 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 网络互相连接起来 要使用一些中间设备 网络互相连接起来 要使用一些中间设备 中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。 物理层中继系统:转发器(repeater)。 数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。 网络层中继系统:路由器(router)。 网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统:网关(gateway)。 网络互连使用路由器 网络互连使用路由器 当中继系统是转发器或网桥时,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。 互连网络与虚拟互连网络 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(b) 虚拟互连网络路由器 虚拟互连网络 (IP 网)虚拟互连网络的意义 虚拟互连网络的意义 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。 使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。 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。 名词 internet 和 Internet 名词 internet 和 Internet 以小写字母 i 开始的 internet(互联网或互连网)是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。 以大写字母 I 开始的的 Internet(因特网)则是一个专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族,且其前身是美国的 ARPANET。 2 因特网的网际协议 IP2 因特网的网际协议 IP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) 因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol) 网际协议 IP 及其配套协议 网际协议 IP 及其配套协议 各种应用层协议 网络接口层(TELNET, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP2.1 分类的 IP 地址 1. IP 地址及其表示方法 2.1 分类的 IP 地址 1. IP 地址及其表示方法 我们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惟一的 32 bit 的标识符。 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 IP 地址的编址方法 IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法,在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进,其标准[RFC 950]在 1985 年通过。 构成超网。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。分类 IP 地址 分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中一个字段是网络号 net-id,它标志主机(或路由器)所连接到的网络,而另一个字段则是主机号 host-id,它标志该主机(或路由器)。 两级的 IP 地址可以记为: IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>} (6-1)::= 代表“定义为”IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001D 类地址是多播地址 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 bitnet-id 16 bitnet-id 8 bit0A 类地址host-id 16 bitB 类地址C 类地址011D 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 001E 类地址保留为今后使用 路由器转发分组的步骤 路由器转发分组的步骤 先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。 当分组到达目的网络后,再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段,就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。 点分十进制记法 点分十进制记法 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 bit 的二进制数 转换为十进制数2. 常用的三种类别的 IP 地址 2. 常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 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 2543. 几种特殊的 IP 地址 3. 几种特殊的 IP 地址 练习:IP地址分类练习:IP地址分类地址类型网络号主机号10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A6.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB 0.2.1.10.0.0. 106.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB 128.63.0.0 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB 0.0.2.100 128.63.0.0 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC 0.0.2.100 128.63.0.0 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC 201.222.5.0 0.0.2.100 128.63.0.0 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IP练习:IP地址分类练习:IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC 0.0.0.64 201.222.5.0 0.0.2.100 128.63.0.0 0.2.1.1 10.0.0.06.2 因特网的网际协议IPnull00000000 ~ 11111111 (二进制) ––– 0 ~ 255 (十进制)练习:IP地址分类6.2 因特网的网际协议IPIP 地址的一些重要特点 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: 第一,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。这样就方便了 IP 地址的管理。 第二,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,从而减小了路由表所占的存储空间。 IP 地址的一些重要特点 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。这种主机称为多接口主机(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。 IP 地址的一些重要特点 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。 (4) 所有分配到网络号 net-id 的网络,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。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 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。2.2 IP 地址与硬件地址 2.2 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nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径 H1→经过 R1 转发→再经过 R2 转发→H2查找路由表查找路由表nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 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 IP1→IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 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 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2IP 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 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2IP 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 不同层次、不同区间的源地址和目的地址不同层次、不同区间的源地址和目的地址2.3 地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP 2.3 地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP 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。 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 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。 nullAYXBZ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209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-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-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-18ARP 高速缓存的作用ARP 高速缓存的作用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。 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。 应当注意的问题应当注意的问题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,那么就要通过 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。应当注意的问题应当注意的问题从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的,主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。 只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信,ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。 什么我们不直接 使用硬件地址进行通信? 什么我们不直接 使用硬件地址进行通信? 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。 逆地址解析协议 RARP 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。 典型ARP包分析典型ARP包分析2.4 IP 数据报的格式 2.4 IP 数据报的格式 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。 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。 null固 定 部 分可变 部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报null可变 部分首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报固 定 部 分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分IP 数据报分片的举例IP 数据报分片的举例偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8 = 0偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 350140028003799279913993799需分片的 数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 31400280 0字 个人自传范文3000字为中华之崛起而读书的故事100字新时代好少年事迹1500字绑架的故事5000字个人自传范文2000字 节 0表6-5 IP数据报首部中与分片有关的字段中的数值表6-5 IP数据报首部中与分片有关的字段中的数值课堂练习课堂练习一个数据报长度为4200字节(固定首部长度)。经过一个网络传输,但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。问应当划分为几个短些的数据报片?各数据报片的数据字段长度、片偏移字段和MF标志应为多少?解答解答偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8 = 0偏移 = 1480/8 = 185偏移 = 2960/8 = 370148029604179295914794179需分片的 数据报数据报片 1首部数据部分共 4180 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314802960字节 0MF= 1MF=1MF=0null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分null发送端接收端16 bit字 116 bit字 216 bit字 n……数 据 报 首 部IP 数据报16 bit字 116 bit字 216 bit字 n……数据部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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)比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固 定 部 分可变 部分2. IP 数据报首部的可变部分 2. IP 数据报首部的可变部分 IP 首部的可变部分就是一个选项字段,用来支持排错、测量以及安全等措施,内容很丰富。 选项字段的长度可变,从 1 个字节到 40 个字节不等,取决于所选择的项目。 增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能,但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。 实际上这些选项很少被使用。 2.5 IP 层转发分组的流程 2.5 IP 层转发分组的流程 路由器和结点交换机有些区别: 路由器是用来连接不同的网络,而结点交换机只是在一个特定的网络中工作。 路由器是专门用来转发分组的,而结点交换机还可接上许多个主机。 路由器使用统一的 IP 协议,而结点交换机使用所在广域网的特定协议。 路由器根据目的网络地址找出下一个路由器,而结点交换机则根据目的站所接入的交换机号找出下一跳(即下一个结点交换机)。null 网 1 10.0.0.0 网 4 40.0.0.0 网 3 30.0.0.0 网 2 20.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳路由器的地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付,接口 1直接交付,接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中,对每一条路由,最主要的是 (目的网络地址,下一跳地址) 特定主机路由 特定主机路由 这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。 采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络,同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。 分组转发算法 分组转发算法 (1) 从数据报的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。 (2) 若网络 N 与此路由器直接相连,则直接将数据报交付给目的站 D;否则是间接交付,执行(3)。 (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由,则将数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则,执行(4)。 (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由,则将数据报传送给路由表指明的下一跳路由器;否则,执行(5)。 (5) 若路由表中有一个默认路由,则将数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;否则,执行(6)。 (6) 报告转发分组出错。 必须强调指出 必须强调指出 IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。 当路由器收到待转发的数据报,不是将下一跳路由器的 IP 地址填入IP数据报,而是送交下层的网络接口软件。 网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址,并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部,然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。 3 划分子网和构造超网 3.1 划分子网3 划分子网和构造超网 3.1 划分子网1. 从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在 ARPANET 的早期,IP 地址的设计确实不够合理。 IP 地址空间的利用率有时很低。 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。 两级的 IP 地址不够灵活。 三级的 IP 地址 三级的 IP 地址 从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”,使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。 这种做法叫作划分子网(subnetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。 划分子网的基本思路 划分子网的基本思路 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 从主机号借用若干个比特作为子网号 subnet-id,而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。 IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>} (6-2) 划分子网的基本思路(续) 划分子网的基本思路(续) 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报,仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id,先找到连接在本单位网络上的路由器。 然后此路由器在收到 IP 数据报后,再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。 最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。 一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.0一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.0………145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器我的网络地址 是 145.13.0.0R1R3R2划分为三个子网后对外仍是一个网络 划分为三个子网后对外仍是一个网络 145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子网 145.13.21.0子网 145.13.3.0 子网 145.13.7.0所有到达网络 145.13.0.0 的分组均到达 此路由器网络 145.13.0.0R1R3R2划分子网后变成了三级结构 划分子网后变成了三级结构 当没有划分子网时,IP 地址是两级结构,地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”,而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。 划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分,而不改变 IP 地址的因特网部分。 2. 子网掩码2. 子网掩码从一个 I P数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 IP 地址的各字段和子网掩码 IP 地址的各字段和子网掩码 网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号net-idhost-id三级 IP 地址主机号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时 的网络地址net-i
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