第01讲网络层ppt课件

1、第10讲 网络层(1)知识回想局域网协议局域网协议网桥原理网桥原理VLAN构成和意义构成和意义以太网的多种类型以太网的多种类型载波延伸和分组突发载波延伸和分组突发本讲教学内容和教学目的了解网络层的主要功能了解网络层的主要功能掌握网络互联的不同层次掌握网络互联的不同层次了解数据报与虚电路了解数据报与虚电路掌握掌握IP地址的分类地址的分类 网络层提供的两种效力 网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，详细功能包括寻址和路由选择、衔接的建立、送，详细功能包括寻址和路由选择、衔接的建立、坚持和终止等。它提供的效力使运输层不需求了解坚持和终止等。它提供

2、的效力使运输层不需求了解网络中的数据传输和交换技术。网络中的数据传输和交换技术。 在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的效力的效力“面向衔接还是面向衔接还是“无衔接曾引起了长无衔接曾引起了长期的争论。期的争论。 争论焦点的本质就是：在计算机通讯中，可靠交付争论焦点的本质就是：在计算机通讯中，可靠交付该当由谁来担任？是网络还是端系统？该当由谁来担任？是网络还是端系统？ 电信网的胜利阅历让网络担任可靠交付 面向衔接的通讯方式面向衔接的通讯方式 建立虚电路建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通，以保证双方通讯所需的一切网络资源。

3、讯所需的一切网络资源。 假设再运用可靠传输的网络协议，就可使所假设再运用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无过失按序到达终点。发送的分组无过失按序到达终点。 运用层运输层网络层数据链路层物理层运用层运用层运输层运输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层虚电路效力H1 H2虚电路H1 发送给 H2 的一切分组都沿着同一条虚电路传送虚电路是逻辑衔接虚电路表示这只是一条逻辑上的衔接，分组虚电路表示这只是一条逻辑上的衔接，分组都沿着这条逻辑衔接按照存储转发方式传送，都沿着这条逻辑衔接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理衔接。而并不是真正建立了一条物理衔接。请留意，电路交换的通讯

4、是先建立了一条真请留意，电路交换的通讯是先建立了一条真正的衔接。因此分组交换的虚衔接和电路交正的衔接。因此分组交换的虚衔接和电路交换的衔接只是类似，但并不完全一样。换的衔接只是类似，但并不完全一样。 因特网采用的设计思绪网络层向上只提供简单灵敏的、无衔接的、尽最大网络层向上只提供简单灵敏的、无衔接的、尽最大努力交付的数据报效力。努力交付的数据报效力。网络在发送分组时不需求先建立衔接。每一个分组网络在发送分组时不需求先建立衔接。每一个分组即即 IP 数据报独立发送，与其前后的分组无关数据报独立发送，与其前后的分组无关不进展编号。不进展编号。网络层不提供效力质量的承诺。即所传送的分组能网络层不提供

5、效力质量的承诺。即所传送的分组能够出错、丧失、反复和失序不按序到达终点，够出错、丧失、反复和失序不按序到达终点，当然也不保证分组传送的时限。当然也不保证分组传送的时限。 尽最大努力交付的益处由于传输网络不提供端到端的可靠传输效力，这就由于传输网络不提供端到端的可靠传输效力，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价钱低使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价钱低廉与电信网的交换机相比较。廉与电信网的交换机相比较。假设主机即端系统中的进程之间的通讯需求是假设主机即端系统中的进程之间的通讯需求是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层担任包可靠的，那么就由网络的主机中的运输层担任包括过失处置、流量控

6、制等。括过失处置、流量控制等。采用这种设计思绪的益处是：网络的造价大大降低，采用这种设计思绪的益处是：网络的造价大大降低，运转方式灵敏，可以顺应多种运用。运转方式灵敏，可以顺应多种运用。因特网可以开展到今日的规模，充分证明了当初采因特网可以开展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思绪的正确性。用这种设计思绪的正确性。 运用层运输层网络层数据链路层物理层运用层运输层网络层数据链路层物理层数据报效力H1 H2IP 数据报丧失H1 发送给 H2 的分组能够沿着不同途径传送虚电路效力与数据报效力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

7、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网际协议IP 网际协议网际协议 IP 是是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。体系中两个最主要的协议之一。与与 IP 协议配套运用的还有四个协议：协议配套运用的还有四个协议：地址解析协

8、议地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)网际控制报文协议网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)网际组管理协议网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)网际层的 IP 协议及配套协议各种运用层协议 网络接口层(, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP运用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层网际层IG

9、MP互连在一同的网络要进展通讯，会遇到许多问题需求互连在一同的网络要进展通讯，会遇到许多问题需求处理，如：处理，如：不同的寻址方案不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的网络接入机制不同的超时控制不同的超时控制不同的过失恢复方法不同的过失恢复方法不同的形状报告方法不同的形状报告方法不同的路由选择技术不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的用户接入控制不同的效力面向衔接效力和无衔接效力不同的效力面向衔接效力和无衔接效力不同的管理与控制方式不同的管理与控制方式 虚拟互连网络 中间设备又称为中间系统或中继中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。系统。 物理

10、层中继系统：转发器物理层中继系统：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：路由器网络层中继系统：路由器(router)。 网桥和路由器的混合物：桥路器网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统：网关网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 网络相互衔接起来要运用一些中间设备 当中继系统是转发器或网桥时，普通并不当中继系统是转发器或网桥时，普通并不称之为网络互连，由于这仅仅是把一个网称之为网络互连，由于这仅仅是把一个网络扩展了，而这依然是一个网络。络扩展了，而这依然是一个网

11、络。 网关由于比较复杂，目前运用得较少。网关由于比较复杂，目前运用得较少。 互联网都是指用路由器进展互连的网络。互联网都是指用路由器进展互连的网络。 由于历史的缘由，许多有关由于历史的缘由，许多有关 TCP/IP 的文的文献将网络层运用的路由器称为网关。献将网络层运用的路由器称为网关。 网络互连运用路由器 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 虚拟互连网络互联网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就是互连起来的各种物理网络的异构性

12、本来是客观存在的，但是我们利用存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好似是一个一致的网络。各异的网络从用户看起来好似是一个一致的网络。 运用运用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。网。 运用虚拟互连网络的益处是：当互联网上的主机进运用虚拟互连网络的益处是：当互联网上的主机进展通讯时，就好似在一个网络上通讯一样，而看不展通讯时，就好似在一个网络上通讯一样，而看不见互连的各详细的网络异构细节。见互连的各详细的网络异构细节。 5432154321主机H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3

13、H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分组在互联网中的传送 从网络层看 IP 数据报的传送 假设我们只从网络层思索问题，那么假设我们只从网络层思索问题，那么 IP 数数据报就可以想象是在网络层中传送。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H1R1R2R3R4R5H2分类的 IP 地址- 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、笼我们把整个因特网看成为一个单一的、笼统的网络。统的网络。IP 地址就是给每个衔接在因特地址就是给每个衔

14、接在因特网上的主机或路由器分配一个在全世网上的主机或路由器分配一个在全世界范围是独一的界范围是独一的 32 位的标识符。位的标识符。 IP 地址如今由因特网名字与号码指派公司地址如今由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进展分配进展分配 IP 地址的编址方法 分类的分类的 IP 地址。这是最根本的编址方法，地址。这是最根本的编址方法，在在 1981 年就经过了相应的规范协议。年就经过了相应的规范协议。 子网的划分。这是对最根本的编址方法的子网的划分。这是对最根本的编址方法的改良，其规范改良

15、，其规范RFC 950在在 1985 年经过。年经过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。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行运用。年提出后很快就得到推行运用。分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，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其中一个字段是网络号 net-id，它标志主，它标志主机或路由器所衔接到的网络，而另一机或路由器所衔接到的网络，而另一个字段那么是主机号个字段那么是主机号 host-id，它标志该主，它标志该主机或路由器。机或路由器。两级的两级的 IP 地址可以记为：地址可以记为： IP 地址地址 :=

16、 , (4-1):= 代表“定义为net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 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 101host-id24 位net-id8 位A类 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id16 位B类地址中的网络号字段和主机号字段 host-id16 位B

17、 类地址01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id24 位net-id16 位C类 地址中的网络号字段和主机号字段 host-id16 位C 类地址01 1host-id8 位C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节IP 地址中的D类地址 D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址D 类地址是多播地址 IP 地址中的E类地址 E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1E 类地址保管为今后运用 点分十进制记法 1000000000001011000000

18、1100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 位 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位插入一个空格可以提高可读性采用点分十进制记法那么进一步提高可读性1 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数转换为十进制数常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的运用范围及其计算 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 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C

19、 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254IP 地址的一些重要特点 (1) IP 地址是一种分等级的地址构造。分两个等级地址是一种分等级的地址构造。分两个等级的益处是：的益处是：第一，第一，IP 地址管理机构在分配地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网地址时只分配网络号，而剩下的主机号那么由得到该网络号的单络号，而剩下的主机号那么由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所衔接的网络号来转第二，路由器仅根据目的主机所衔接的网络号来转发分组而不思索目的主机号，这样就可以使

20、发分组而不思索目的主机号，这样就可以使路由表中的工程数大幅度减少，从而减小了路由路由表中的工程数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。表所占的存储空间。 IP 地址的一些重要特点(续) (2) 实践上实践上 IP 地址是标志一个主机或路由器和地址是标志一个主机或路由器和一条链路的接口。一条链路的接口。 当一个主机同时衔接到两个网络上时，该主机就必当一个主机同时衔接到两个网络上时，该主机就必需同时具有两个相应的需同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号地址，其网络号 net-id 必需是不同的。这种主机称为多归属主机必需是不同的。这种主机称为多归属主机(multi-homed host)。

21、由于一个路由器至少该当衔接到两个网络这样它由于一个路由器至少该当衔接到两个网络这样它才干将才干将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网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该当有两个不同的络，因此一个路由器至少该当有两个不同的 IP 地址。地址。 IP 地址的一些重要特点(续) (3) 用转发器或网桥衔接起来的假设干个局域用转发器或网桥衔接起来的假设干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号有同样的网络号 net-id。(4) 一切分配到网络号一切分配到网络号 net-id 的网络，范围很的网络，范围很小的局域网，还是能够覆盖很大地

22、理范小的局域网，还是能够覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。围的广域网，都是平等的。 互联网中的 网络分段在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必需是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id图中有多个网络，每个网络运用一个C类地址表示。互联网中的网络 分段续BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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 路由器用IP地