31网络层与传输层.ppt

1、4/18/2022计算机网络A1Lecture slides by Dou Jun4/18/2022计算机网络A2第三单元：网络层与传输层第三单元：网络层与传输层第一讲（第一讲（3-13-1）: :网络层网络层4/18/2022计算机网络A3前言前言 迄今为止，迄今为止，n 本课程的第一单元已经就网络体系结构的传统描述进行了本课程的第一单元已经就网络体系结构的传统描述进行了介绍，在分析上述描述的不完备性的基础上定义了计算机介绍，在分析上述描述的不完备性的基础上定义了计算机网络中网络中“带外信令带外信令”的概念并用该观点的概念并用该观点Internet的体系结的体系结构从新进行了描述。构从新进行

2、了描述。n 本课程第二单元讨论本课程第二单元讨论物理层和数据链路层物理层和数据链路层技术，该两层是技术，该两层是现有现有各种网络中端系统和通信子网（用户平台和信控管理各种网络中端系统和通信子网（用户平台和信控管理平台）都具备的基本协议层次。平台）都具备的基本协议层次。n 本单元将继续用带外信令的观点讲述在本单元将继续用带外信令的观点讲述在Internet现有体系现有体系结构结构中中端系统和通信子网都必备端系统和通信子网都必备网络层网络层以及在以及在端系统必备，端系统必备，在通信子网的信控、管理平台上也必备的在通信子网的信控、管理平台上也必备的传输层传输层。4/18/2022计算机网络A4数据链

3、路层与物理层：端系统与通数据链路层与物理层：端系统与通信子网通用（已在第信子网通用（已在第2单元讨论）单元讨论）网络层：端系统和通信子网网络层：端系统和通信子网传送层：端系统和通信子网传送层：端系统和通信子网 的信控、管理平台的信控、管理平台4/18/2022计算机网络A5网络层提供的两种服务网络层提供的两种服务 “面向连接面向连接”还是还是“无连接无连接”？ 在计算机网络领域，网络层应该向运输层在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（提供怎样的服务（“面向连接面向连接”还是还是“无无连接连接”）曾引起了长期的争论。）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，争论焦

4、点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？可靠交付应当由谁来负责？是是网络网络还是还是端端系统系统？ 4/18/2022计算机网络A6电信网的成功经验电信网的成功经验让网络负责可靠交付让网络负责可靠交付 面向连接面向连接的通信方式的通信方式 建立建立虚电路虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方，以保证双方通信所需的一切网络资源。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。所发送的分组无差错按序到达终点。?点评：受电信网的影响，这也是点评：受电信网的影响，这也是OSI/RM最最强调的服

5、务。强调的服务。?按照按照OSI/RM对网络层的功能的界定，网络对网络层的功能的界定，网络层涉及的功能如层涉及的功能如表表1所示。所示。4/18/2022计算机网络A7表表1： OSI/RM对网络层功能的界定对网络层功能的界定4/18/2022计算机网络A8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虚电路服务 (Virtual Circuit, VC)H1 H2虚电路H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送4/18/2022计算机网络A9虚电路是逻辑连接虚电路是逻辑连接 虚电路表示这只是一条虚电路表示这只是一条逻辑上的连接逻辑上的连接，分，分组都

6、沿着这条逻辑连接按照组都沿着这条逻辑连接按照存储转发存储转发方式方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。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请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条一条真正的连接真正的连接。因此分组交换的虚连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。一样。 4/18/2022计算机网络A10因特网采用的设计思路因特网采用的设计思路 网络层向上只提供简单灵活的、网络层向上只提供简单灵活的、无连接的无连接的、尽最尽最大努力交付大努力交付的的数据报数据报（Datagram, DG）服

7、务服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。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。点），当然也不保证分组传送的时限。 4/18/2022计算机网络A11尽最大努力交付的好处尽最大努力交付的好处 由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，由于传输网络不提供端到端的可靠

8、传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而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）。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）。负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大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。降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当因特

9、网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。初采用这种设计思路的正确性。 ?点评：这也是点评：这也是OSI/RM的实际应用没有成功的的实际应用没有成功的原因。原因。4/18/2022计算机网络A12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（Datagram, DG）H1 H2IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送4/18/2022计算机网络A13虚电路服务与数据报服务的对比虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面对比的方面虚电路服务虚电路服务VC数据报服务数据报服务DG思路思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由

10、网络来保证可靠通信应当由用户主机来保可靠通信应当由用户主机来保证证连接的建立连接的建立必须有必须有不需要不需要终点地址终点地址仅在连接建立阶段使用，每仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址每个分组都有终点的完整地址分组的转发分组的转发属于同一条虚电路的分组均属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转每个分组独立选择路由进行转发发当结点出故障时当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，出故障的结点可能会丢失分组，一些路

11、由可能会发生变化一些路由可能会发生变化分组的顺序分组的顺序总是按发送顺序到达终点总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处端到端的差错处理和流量控制理和流量控制可以由网络负责，也可以由可以由网络负责，也可以由用户主机负责用户主机负责由用户主机负责由用户主机负责4/18/2022计算机网络A14Internet的网络层协议概述的网络层协议概述 Internet网络层协议的内部层次的划分网络层协议的内部层次的划分nInternet的网络层涉及多个协议，包括核心的网络层涉及多个协议，包括核心协议协议IP、与其他层的地址映射相关的各种、与其他层的地址映射相

12、关的各种地址解析协议、与控制相关的地址解析协议、与控制相关的Internet控制控制报文协议（报文协议（ICMP）、试图解决服务质量而）、试图解决服务质量而增加的资源预留协议增加的资源预留协议RSVP,以及后来在以及后来在IP之之上打的安全补丁上打的安全补丁“安全安全IP协议协议”（IPSecurity, IPSec)。Internet网络层的网络层的内部结构如内部结构如图图1所示。所示。4/18/2022计算机网络A15 从图从图1可以看出：可以看出：n Internet网络层以网络层以无连接无连接的的IP协议为基础。协议为基础。n 在通信子网中，在通信子网中，IP之上的增强型子层分别涉及通

13、信之上的增强型子层分别涉及通信子网的信控、管理平台或用户数据平台的需要。本子网的信控、管理平台或用户数据平台的需要。本讲的重点是用户数据传输与交换。讲的重点是用户数据传输与交换。图图1：Internet网络层内部协议层次结构网络层内部协议层次结构4/18/2022计算机网络A16IP (Internet Protocol) 特点特点n 无连接协议无连接协议n 只定义了一个协议数据单元只定义了一个协议数据单元IP报文，变长。报文，变长。n 只对报头校验，正文无校验。只对报头校验，正文无校验。n 在各网络节点（路由器）中，根据目的地址查找在各网络节点（路由器）中，根据目的地址查找路径表获得在该节点

14、的输出端口。路径表获得在该节点的输出端口。n 路径表的获得或更新维护在信控、管理平台上通路径表的获得或更新维护在信控、管理平台上通过应用层的路径信息交换协议和相关的路径算法过应用层的路径信息交换协议和相关的路径算法生成。生成。4/18/2022计算机网络A17图2： IPv4报文格式报文格式 IPv44/18/2022计算机网络A18n版本字段（版本字段（Version）为为4比特，比特，IPv4的该字段的该字段之值为之值为“4”。RFC 1700对版本号的代码做了明确的对版本号的代码做了明确的规定，与此相关的版本号如下：规定，与此相关的版本号如下： 0、15：保留；：保留；13、1014：尚

15、未指定；：尚未指定；4：IPv4 （RFC 791）；）；6：IPv6（RFC 2460）（注：）（注：代码代码“6”在在RFC 1700中，原被指定用于中，原被指定用于“Simple Internet Protocol”，现用于，现用于IPv6。）。）n报头长度字段报头长度字段（IHL，即，即Internet Header Length）由于报头中有可选字段，因而报头长由于报头中有可选字段，因而报头长度不固定，此字段之值指明报头为度不固定，此字段之值指明报头为4字节的倍数。此字节的倍数。此字段的最小值为字段的最小值为5，表示只有固定长度部分而无选项，表示只有固定长度部分而无选项，即报头长度为

16、即报头长度为20字节；该字节；该4比特字段的最大值为比特字段的最大值为15，故报头最长为故报头最长为60字节。字节。4/18/2022计算机网络A19n 服务类型字节服务类型字节*（TOS，即，即Type Of Service）此此8比特比特字段用于指明用户期望的非量化的服务质量，字段用于指明用户期望的非量化的服务质量，IPv4对对TOS字节中各比特的用途规定如图字节中各比特的用途规定如图8.3所示。所示。PrecedenceDTR00图图8.3 IPv4对服务类型字节的规定对服务类型字节的规定n D（Delay）：）：D=0，普通延时；，普通延时；D=1，低延时。，低延时。n T（Throu

17、ghput）：）：T=0，一般吞吐率；，一般吞吐率；T=1，高吞吐率。，高吞吐率。n R（Reliability）：）：R=0，一般可靠性；，一般可靠性；R=1，高可靠性。，高可靠性。 * 此处译作此处译作“服务类型字节服务类型字节”是为了与后面的标准（是为了与后面的标准（RFC 1700和和RFC 1349）中将）中将“Precedence”后面的后面的4比特重新比特重新定义为定义为TOS区别开。区别开。4/18/2022计算机网络A20n 报文总长度（报文总长度（Total Length）报文字节数指示，报文字节数指示，长度为长度为16比特，允许比特，允许IP报文的最大长度为报文的最大长度

18、为65 536字节。但由于实际网络支持的长度可能不同，字节。但由于实际网络支持的长度可能不同，IPv4要求支持的最大报文长度至少为要求支持的最大报文长度至少为576字节，即字节，即至少允许存放至少允许存放512字节的用户数据（字节的用户数据（64+512）。）。n 报文标识符（报文标识符（Identification）16比特字段，比特字段，在该报文存活期内，在同一对通信目标间的报文在该报文存活期内，在同一对通信目标间的报文中，此标识符之值必须唯一。因此，在报文中，此标识符之值必须唯一。因此，在报文“片片”（Fragment）重新合成报文时，可用它作为）重新合成报文时，可用它作为“片片”与原报

19、文之间的关联标识符。与原报文之间的关联标识符。资源预留时，用作资源预留时，用作流标识符。流标识符。4/18/2022计算机网络A21n 标志字段（标志字段（3比特）比特）有三位，分别是保留位（值恒为有三位，分别是保留位（值恒为“0”）；（对网关）；（对网关/路由器的）报文是否分为路由器的）报文是否分为“片片”（Fragment）的指示位）的指示位DF：DF=0，可以分，可以分“片片”，DF=1，不分，不分“片片”；是否有后续；是否有后续“片片”指示位指示位MF（More Fragment）：）：MF=0，最后一个报文，最后一个报文“片片”，MF=1，后面还有报文，后面还有报文“片片”。除最后一

20、。除最后一“片片”外，前面外，前面的的“片片”必须为必须为8字节（字节（64比特）的整数倍。比特）的整数倍。n 片位移（片位移（Fragment Offset）片位移字段除去前面占用片位移字段除去前面占用的的3比特，还剩比特，还剩13比特。比特。“片片”由由1个或多个个或多个8字节数据块字节数据块（“片块片块”，Fragment Block）组成。每个数据片中的片）组成。每个数据片中的片块数（块数（NFB，即，即Number of Fragment Block）将用作片位）将用作片位移的计数增量。例如：报文的第一移的计数增量。例如：报文的第一“片片”的该字段为的该字段为“0”，若该若该“片片”

21、为为512字节（字节（NFB=64），分片后第），分片后第2个报文的个报文的片位移字段内应为片位移字段内应为“64”，余类推。由于，余类推。由于IP报文的最大长报文的最大长度为度为65 536字节，故最大片位移量为字节，故最大片位移量为8191。4/18/2022计算机网络A22n 存活期（存活期（Time To Live）*此此8比特字段用于指明报文比特字段用于指明报文在在Internet内还能够生存的时间（单位秒）。经过一个路内还能够生存的时间（单位秒）。经过一个路由器，处理报头的模块至少对该值减由器，处理报头的模块至少对该值减1（即使处理时间不（即使处理时间不到到1秒），当该值减为秒），

22、当该值减为0时，该报文被丢弃，以防止报文在时，该报文被丢弃，以防止报文在Internet内长时间循环。目前推荐使用的存活期（内长时间循环。目前推荐使用的存活期（TTL）的缺省初始值为的缺省初始值为64。n （上层）协议（上层）协议（Protocol）此此8比特字段用于标识在比特字段用于标识在IP报文用户数据字段内部装载的上层协议数据使用的协议报文用户数据字段内部装载的上层协议数据使用的协议（如：（如：TCP），），RFC 1700对此字对此字 段数字作了明确规定。段数字作了明确规定。 * 存活期以时间秒为单位进行计算和处理在实践中很难存活期以时间秒为单位进行计算和处理在实践中很难进行，文本中也

23、没说明如何实现。如果以绝对时间为基础进行，文本中也没说明如何实现。如果以绝对时间为基础进行计算，就要求全网时钟同步或具有某种进行计算，就要求全网时钟同步或具有某种“时戳时戳”（Time Stamping）系统，而该功能属于选项，并非所有）系统，而该功能属于选项，并非所有网络都支持。在实践中，最简单的方法是计算跨过的中间网络都支持。在实践中，最简单的方法是计算跨过的中间节点数（节点数（Hop），许多），许多IPv4协议实现就是这样做的，协议实现就是这样做的，IPv6已将该字段改为已将该字段改为“Hop Limit”。4/18/2022计算机网络A23图图3：IPv6分组格式分组格式 IPv64/

24、18/2022计算机网络A24 IPv6与与IPv4相比具有以下特点：相比具有以下特点：n IPv6将将IPv4的的32比特地址字段扩展为比特地址字段扩展为128比特，因此可以比特，因此可以支持更灵活的地址结构体系和更大的寻址空间；地址的自支持更灵活的地址结构体系和更大的寻址空间；地址的自动配置也更为简单。由于在地址中增加了（动配置也更为简单。由于在地址中增加了（Scope）字段，）字段，使组播（使组播（Multicast）规模更容易控制；新增加的）规模更容易控制；新增加的“任意播任意播地址地址”（Anycast Address），使节点可以向任意组内的任），使节点可以向任意组内的任一节点发送

25、分组，大大增加了对数据接收对象指定的灵活一节点发送分组，大大增加了对数据接收对象指定的灵活性。性。n IPv6报头部分字段有所减少，优化了部分字段，并将不常报头部分字段有所减少，优化了部分字段，并将不常用字段改为选项（地址以外的分组头固定长从用字段改为选项（地址以外的分组头固定长从12字节减少字节减少到到8字节，字段数也从字节，字段数也从12减少到减少到8）。这种改变的主要优点）。这种改变的主要优点是简化了中间节点各字段的常规处理，但是，由于地址字是简化了中间节点各字段的常规处理，但是，由于地址字段长度的大幅度增加，段长度的大幅度增加，IPv6分组的报头固定部分仍然从分组的报头固定部分仍然从I

26、Pv4的的20字节，增加为字节，增加为40字节。字节。4/18/2022计算机网络A25n 选项编码方式使分组的传输的效率更高，对选项选项编码方式使分组的传输的效率更高，对选项长度上的严格限制更少，今后增加新的选项也更长度上的严格限制更少，今后增加新的选项也更容易。容易。n 新增加了对新增加了对“数据流数据流”的标识能力（的标识能力（Flow Labeling Capability），从而为标识特定对象间），从而为标识特定对象间（一对一，或一对多）连续分组数据的特定服务（一对一，或一对多）连续分组数据的特定服务需求（非缺省服务质量或实时性要求）提供了基需求（非缺省服务质量或实时性要求）提供了基

27、本手段，也为本手段，也为IP层之上的资源预留协议（层之上的资源预留协议（RSVP）这类面向流的协议提供直接的支持。这类面向流的协议提供直接的支持。n IPv6还扩展了对身份识别（还扩展了对身份识别（Authentication）、数）、数据整体性（据整体性（Integrity）和用户数据保密性的支持。）和用户数据保密性的支持。4/18/2022计算机网络A26IPv6的分组头各字段内涵：的分组头各字段内涵：n 版本（版本（Version）字段）字段含义和长度与含义和长度与IPv4相同，相同，对对IPv6其值为其值为“6”（参见（参见RFC1700）。）。n 用户数据等级（用户数据等级（Traf

28、fic Class）字段）字段此此8比特比特字段是字段是IPv4中中“Type of Service”字段的替代物，字段的替代物，其目的在于为发起节点和中转节点（其目的在于为发起节点和中转节点（Router）指）指明此明此IPv6分组传输服务级别或优先级别。有关级分组传输服务级别或优先级别。有关级别的划分和代码将在专门的标准中制订。别的划分和代码将在专门的标准中制订。n 数据流标签（数据流标签（Flow Label）字段）字段此此20比特字比特字段意在为发起节点制定对分组流的处理方式的机段意在为发起节点制定对分组流的处理方式的机制，如非缺省服务质量等级、制，如非缺省服务质量等级、“实时实时”数

29、据流等。数据流等。所谓数据流是在相同的所谓数据流是在相同的“一对一一对一”或或“一对多一对多”（广播或组播）地址间连续分组流。（广播或组播）地址间连续分组流。4/18/2022计算机网络A27n发送方要使用此功能时，在此字段内填入发送方要使用此功能时，在此字段内填入00001HexFFFFFHex之间的一个伪随之间的一个伪随机数，作为该数据流的标识符机数，作为该数据流的标识符2、7（评注：（评注：有些象连接标识符，无连接有些象连接标识符，无连接IP协议在处理协议在处理连续流时，借用了面向连接协议中的连接连续流时，借用了面向连接协议中的连接标识符的概念）。当发送方不使用此功能标识符的概念）。当发

30、送方不使用此功能时，该字段填为全时，该字段填为全“0”，中间节点将忽略，中间节点将忽略这一字段。有关对此字段详细需求的定义这一字段。有关对此字段详细需求的定义目前仍在研究之中，对不同数据流的处理目前仍在研究之中，对不同数据流的处理和控制需要专门的控制协议来完成，和控制需要专门的控制协议来完成，相应相应的工作也有待进一步的研究。的工作也有待进一步的研究。4/18/2022计算机网络A28n 用户数据长度字段（用户数据长度字段（Payload Length）此此16比特字段比特字段取代了取代了IPv4中的报文头长度字段。由于中的报文头长度字段。由于IPv4报头可选部分报头可选部分长度可变，因此用报

31、头长度字段来定界；长度可变，因此用报头长度字段来定界；IPv6将可选部分将可选部分放入用户数据（放入用户数据（Payload）部分，由分组头中）部分，由分组头中8比特的比特的“下下一头（一头（Next Header）”字段来指明在字段来指明在Payload中紧跟中紧跟IPv6分组头固定部分之后的扩展分组头的类别。有关编码与分组头固定部分之后的扩展分组头的类别。有关编码与IPv4中协议类型（中协议类型（Protocol）字段编码相同（参见）字段编码相同（参见RFC 1700）n 下一分组头类型标识符（下一分组头类型标识符（Next Header）指明紧跟在指明紧跟在IPv6分组头后面的分组头后面

32、的IPv6扩展分组头或扩展分组头或IP层之上的协议类型，层之上的协议类型，编码规则与编码规则与IPv4的的Protocol字段相同，由字段相同，由RFC 1700界定。界定。n 跨越节点数限制字段（跨越节点数限制字段（Hop Limit）此字段是此字段是IPv4中中“存活期存活期”（Time To Live）字段的替代物。）字段的替代物。IPv6用跨越用跨越节点数替代节点数替代IPv4中的在网中存活时间（秒）更具有可操作中的在网中存活时间（秒）更具有可操作性。每经过一个中转节点，性。每经过一个中转节点，Hop Limit之值被减之值被减1；减到；减到0时，该分组被丢弃。时，该分组被丢弃。4/1

33、8/2022计算机网络A29n 源地址源地址/目的地址（目的地址（Source/Destination Address）IPv6的地址字段由的地址字段由IPv4的的4字节增加为字节增加为16字节，以解决字节，以解决IPv4的的4字节地址的不足。字节地址的不足。RFC 2373（文献（文献6）对有关地址结构）对有关地址结构做了详细的规定，有关问题将在下面单独讨论。做了详细的规定，有关问题将在下面单独讨论。n IPv6扩展分组头（扩展分组头（IPv6 Extension Headers）IPv6提提供的扩展分组头是为网络层可选功能，从某种意义上讲也供的扩展分组头是为网络层可选功能，从某种意义上讲也

34、可以看作是可以看作是IP子层之上的控制子层之上的控制/增强子层的功能。这些字增强子层的功能。这些字段将置于段将置于IPv6固定分组头之后，但在传送层协议数据单元固定分组头之后，但在传送层协议数据单元之前。目前的之前。目前的IPv6文本中定义了文本中定义了4种扩展分组头，它们分种扩展分组头，它们分别是：逐段选项扩展头（别是：逐段选项扩展头（Hop-by-Hop Options）、路径选）、路径选择扩展头（择扩展头（Routing）、分片扩展头（）、分片扩展头（Fragment）和目的）和目的地选项扩展头（地选项扩展头（Destination Options）；另外，）；另外，RFC 2402定义

35、了身份认证扩展头（定义了身份认证扩展头（Authentication），），RFC 2406定定义了用户安全数据封装扩展头（义了用户安全数据封装扩展头（Encapsulating Security Payload）。有关扩展头格式、功能和编码问题，我们将）。有关扩展头格式、功能和编码问题，我们将在后面单独讨论。在后面单独讨论。4/18/2022计算机网络A30IPv4与与IPv6比较简表比较简表4/18/2022计算机网络A316.2.1 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

36、全世界范围是唯一的 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。 4/18/2022计算机网络A32IP 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。4/18/2022计算机网络A33分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字

37、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 := , (6-1):= 代表“定义为”4/18/2022计算机网络A34net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 1014/18/2022

38、计算机网络A35net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节4/18/2022计算机网络A36net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址

39、C 类地址01 1host-id8 bitD 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 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节4/18/2022计算机网络A37net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节4/18/

40、2022计算机网络A38net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节4/18/2022计算机网络A39net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bit

41、B 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节4/18/2022计算机网络A40net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101D 类地址是多播地址 4/18/2022计算机网络

42、A41net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 101E 类地址保留为今后使用 4/18/2022计算机网络A42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-

43、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。 4/18/2022计算机网络A43点分十进制记法 1100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 bit 二进制代码10000 00000 每隔 8 bit 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 bit 的二进制数转换为十进制数4/18/2022计算机网络A442. 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 12

44、6 (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 2544/18/2022计算机网络A45IP 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

45、占的存储空间。 4/18/2022计算机网络A46IP 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。 4/18/2022计算机网络A47IP 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

46、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。 4/18/2022计算机网络A48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.LAN3

47、N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.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-id4/18/2022计算机网络A49互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.222

48、2.1.3.1R3R2222.1.3.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-id4/18/2022计算机网络A50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.

49、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-id4/18/2022计算机网络A51互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.22

50、22.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.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-id4/18/2022计算机网络A52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

51、.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。 4/18/2022计算机网络A53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.

52、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。 4/18/2022计算机网络A54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.

53、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。 4/18/2022计算机网络A55互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.52

54、22.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.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。4/18/2022计算机网络A566.2.2 IP 地址与硬件地址 TCP 报

55、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4/18/2022计算机网络A57HA1HA5HA4HA3HA6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4/18/2022计算机网络A58HA1HA5HA4HA3HA6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MA

56、C 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动4/18/2022计算机网络A59HA1HA5HA4HA3HA6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 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从

57、HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动4/18/2022计算机网络A60HA1HA5HA4HA3HA6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 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动4/18/2022计算机网络A61IP1H

58、A1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 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 IP1IP2 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 4/18/2022计算机网络A62IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP

59、4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 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 4/18/2022计算机网络A63IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 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

60、 数据报 4/18/2022计算机网络A64IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 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 4/18/2022计算机网络A656.2.3 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