湖南公安高等专科学校教案首页 计算机网络.doc

2007年上学期 / 计算机网路教案 / 第18讲湖南公安高等专科学校教案首页课程名称计算机网络教师姓名所属教研室网络技术教研室授课对象级 专业 区队授课时间第 周星期 学 时2学时授课章节第5章 网络层 第三节教学目的通过本节的学习了解因特网的网络层协议是以网际协议IP为主的一组协议，包括：网际协议IP、地址解析协议ARP、逆向地址解析协议RARP及因特网控制信息协议ICMP等。本节着重介绍了IP数据报的格式、IP地址类型和子网掩码的计算。内容摘要5.3 因特网的网络层协议 5.3.1 国际协议IP 教学过程设 计复习5分钟，授新课80分钟，总结5分钟。重 点1、IP数据报的格式2、IP地址类型3、子网编址4、子网掩码的计算难 点1、IP地址类型2、子网掩码的计算教学方法讲授教学资源多媒体课件课外作业见教材116面14题备 注一、复习提问：1、什么是内部路由协议？什么是外部路由协议？2、什么是网络拥塞？产生拥塞的原因是什么？如何避免或解决网络拥塞？二、讲授新课第 5 章 网络层学习指导 1、学生应该理解并掌握互联网中IP数据报的传输和处理过程5.3 因特网的网络层协议5.3.1 网际协议IPIP协议完成了在通信子网中将数据分组从源结点传送到目的结点的过程，可以实现网际报文分段和路由。1、IP数据报 （1）IP数据报的格式l IP分组是IP协议的基本处理单元。传输层的数据交给IP协议后，IP协议要在前面加上一个IP分组头，用于控制IP协议对数据的转发和处理等。l IP分组由分组头（控制部分）和数据部分组成。IP分组头部包括20字节的固定部分和变长的选项部分。20个字节的固定部分包括IP协议的版本号、IP分组长度、服务类型、分组总长度、标识符、段位移、分组生存时间、头部校验以及源端IP地址和目的端IP地址。可选的变长部分包括源选径等多个可选控制项。l 版本号(Version)占用4位，指出创建分组的IP版本。l 头长度(Header Length)占用4位，指出分组头(Packet Header）的长度,以4个字节（32比特）为单位表示长度。 l 服务类型( Type of Service) IP分组头中的服务类型占用8位，被分为5个子域，分别是优先权、D、T、R和保留域。1. 3比特优先权指示本报文的重要程度，其值为0到7。0表示一般优先权，而7表示网络控制优先权。值越大，表示优先级越高。2. 它提供了一种可以利用的手段，让网络控制信息比一般数据具有更高的优先级。3. 它在交换用于指示状态的控制分组和执行分布式的拥塞控制算法中传输拥塞控制分组时，尤为重要。尽管目前大部分路由器忽略服务类型，但它的实现考虑到了更新版本的变化。4. D是延迟(delay)的缩写，低延迟对于在传输用户在远程计算机中登录并要求快速响应时很有用。5. T是吞吐率(throughput)的缩写，在分组设置高吞吐率（High -Throughput）要求，可以使路由器的IP寻找高速网络来传送分组。6. R表示可靠性(reliability)。高可靠（High-Reliablility）要求说明了分组应当被可靠地投送l 分组长度(Packet Length)指示整个IP分组的长度。它是一个16比特的字段，所以IP数据包最长可达65535个字节。l 标识( Identification)，标志（Flags），段偏移量(Fragment Offset) 这三个字段用于分段。1. 重装标识：16比特数据报编号2. 段偏移：13比特；3. 标志（Flags）：3比特，有1位备用l 生存期( Time of Live) IP协议的生存时间TTL限制了一个报文在网络中的存活时间。每一个新产生的IP报文中，头部的生存时间(TTL)字段都被设置为最大生存周期255。l 协议类型：协议类型指示IP数据部分是由哪一种协议发送的，接收端则根据该协议类型确定应该把IP报文中的数据部分交给哪一个上层协议去处理。 l 校验和：校验和用于保证头部数据的完整性。注意，每次传输必须重新计算校验和，因为头部中的生存期字段在不断改变。l 源和目的地址： 源I P地址和目标I P地址这些字段包含了发送和接收的站点地址。在传输过程中，这两个字段保持不变。 l IP分组选项IP分组选项主要用于控制和测试。常用的选项有:1. 记录路由选项（Record Route Option）2. 时戳选项（Time Stamp Option）3. 严格源路由选项（Source Route Option）4. 宽松源路由选项（Loose Source Route Option）5. 安全选项（Security Option） （2）IP数据报的分段和重组l 网际协议面临的一个问题是：不同的网络体系结构允许的最大的帧长度（也叫做最大传输单位，Maximum Transfer Unit, MTU）各不相同，其值由物理网络的硬件和算法所确定，不能更改。IP分组要经过多个网络传输时，如果IP分组的长度比路径上的每个节点允许的MTU都小，则直接进行传输；但假设路由器接受了一个分组，并确定它必须通过MTU比分组长度小的网络，则路由器必须将分组分为更小的单位,称为段（Fragment），以适应网络传输的要求。l 在IP包头中，与数据包的分段和重组相关的三个字段：标识符、标志位和分段位移。 l IP分段举例假设网络的MTU允许最多是1400字节的数据。因此，路由器将含有4000字节的输入分组分为3个段。 2、IP地址类型基本的IP地址是分成8位一个单元(称为8位位组)的32位二进制数。IP地址中的每一个8位位组用0255之间的一个十进制数表示。这些数之间用点(.)隔开，这就是所谓的点分十进制格式。（1）IP地址的分类和表示IP地址按第一个字节的前几位分成A、B、C、D、E五类。其中，A、B、C类地址为单播地址，D类地址为组播地址，E类地址保留，以备将来的特殊用途。A、B、C三类地址可以分为网络号和主机号两部分。A、B、C类IP地址的特性l A类网络地址A类网络地址的前8位代表网络号，最高位总是0，因此网络号从1开始，到1 2 7结束，剩余的2 4位地址代表在“本地”主机上的地址。所以在A类地址中，本地地址的数量为224或16 777 216个。A类地址用于有许多机器的大型网络,每个得到A类地址的网络管理员都能够给1千6百多万台主机分配地址。网络号范围是从1.0.0.0（最小地址）开始，到127.0.0.0（最大地址）结束。 l B类网络地址B类地址的前两位为10，接下来的14位代表网络号，因此网络号是从128开始，到191结束。后两个字节代表主机号，因此每个拥有B类地址的网络在本地所管理地址空间大小为216或65536。B类地址个数为214,即16384个。例如137.55.0.0，129.33.0.0为B类网络号。B类IP地址一般用作中等规模的网络。l C、D、E类网络地址1. C类网络地址前三位为110，网络号有21位，只有8位表示局部或主机地址，限制了设备数最多为256个。共有C类地址总数为2097152个。2. D类网络地址用作组播，当需要一个以上的设备接收时，采用这种地址类型。3. E类地址的前五位为11110。在IPv4地址中保留该地址。（2）特殊的IP地址有一些IP地址有特殊含义，导致可分配的网络地址的总数进一步减少。下列地址不能分配给实际的网络：l 回送地址l 广播地址l 网络地址l 本机地址l 私有地址（3）IP地址的分配和管理IP地址是由网络信息中心(Network Information Center, NIC )分配的，连在互连网上设备的IP地址应是唯一的，不能与其他设备的IP地址冲突。 3、子网编址和掩码划分子网的原因在于:l 它允许系统管理员按照自己的需要组织网络地址空间。由于大多数物理网络只能处理几百台主机的连接，A类或B类地址的所有者需要设计它们的内部体系结构。l 其次，在该网络之外子网是不可见的。从Internet的角度看，多个逻辑网络的地方应该被看作一个网络。即发给该机构网络上任何主机的数据报总会到达进入该机构的同一个路由器，再由这个路由器进行内部路由。外部发送方无需了解(或关心)该数据进入目的机构的网络后是如何到达目的子网上的目的主机的。对于外部路由来说，仍只需保留一个表项寻址到同一个路由器。整个IP地址空间按等级组织，外部选路基于网络地址的第一部分进行，内部选路，寻址到子网和主机，则由网络地址的所有者负责。这种方法使得路由表更加简单、高效（1）子网编址l 在基础的IP地址分类上，将主机号进一步划分为子网号和主机号。l 可节约网络号及充分利用主机号的编址能力；可将同一类型主机划分为一个子网，便于管理。l IP地址由3部分构成：网络号、子网号和主机号。l 关键：确定如何分隔子网号和主机号，综合考虑所需子网个数和子网规模来确定。l 如1个单位申请到一个C类网，希望建10个子网，每个子网约10台主机，就可以考虑子网占原来主机号的4位，主机号占余下的4位。l 注意：不能为全0和全1 （2）子网掩码每个逻辑网络拥有自己唯一的子网号。所谓子网号，即是将原IP地址中的主机号字段中的前若干个比特作为“子网号”字段，后面剩下的仍为主机号字段。为了标志子网号在IP地址中的位置，提出了子网掩码的概念，子网掩码是32位，由一连串的“1”和一连串的“0”组成。“l”对应于网络号和子网号字段，而“0”对应于主机号字段。当IP地址与其子网掩码相“与”（二进制逻辑与）时，就可以得到该地址的网络号和子网号。255.255.252.0 或/22表示。（3）子网划分实例l 将要划分的子网数转换成最接近的2的整数幂的值；l 将确定的幂值按从高位排序占用主机地址相应位，将其转换为十进制数；l 写出子网掩码；l 确定子网范围最复杂；10个子网，取24，占主机4位11110000，十进制为240，C类网