計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層

1、第第5-6章章 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層2( (物理層、數(shù)據(jù)鏈路層物理層、數(shù)據(jù)鏈路層) )( (網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層) )網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路一個(gè)城市的交通不同城市的交通，網(wǎng)絡(luò)層就是交通中轉(zhuǎn)站 因特網(wǎng)中因特網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是將各種物理網(wǎng)絡(luò)互連起來，使得的主要任務(wù)是將各種物理網(wǎng)絡(luò)互連起來，使得不同物理網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)之間可以相互通信不同物理網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)之間可以相互通信。網(wǎng)絡(luò)互連需要解決的問題主要包括分組的轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)層編址、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連需要解決的問題主要包括分組的轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)層編址、數(shù)據(jù)報(bào)傳送差錯(cuò)處理、路由維護(hù)和報(bào)傳送差錯(cuò)處理、路由維護(hù)和IPIP組播等，以及與此相關(guān)的協(xié)議等。組播等，以及與此相關(guān)的協(xié)議等。

2、劃分網(wǎng)絡(luò)層的必要性 在在“網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層”中傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)包（中傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)包（PacketPacket，或叫，或叫“分分組組”），），如下圖所示。如下圖所示。一個(gè)數(shù)據(jù)包就是一個(gè)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過一個(gè)數(shù)據(jù)包就是一個(gè)數(shù)據(jù)幀經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議重封裝后得到的，每個(gè)包的包頭都有源節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議重封裝后得到的，每個(gè)包的包頭都有源節(jié)點(diǎn)的的IPIP地址，網(wǎng)絡(luò)間的尋址就是通過地址，網(wǎng)絡(luò)間的尋址就是通過IPIP地址進(jìn)行的。地址進(jìn)行的。3網(wǎng)絡(luò)層主要功能l網(wǎng)絡(luò)層為不同網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)提供通信服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)層為不同網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)提供通信服務(wù)，向傳輸層提供向傳輸層提供端到端端到端服務(wù)。服務(wù)。l屏蔽屏蔽網(wǎng)絡(luò)差異，提供網(wǎng)絡(luò)差異，提供透明透明傳輸傳輸

3、l尋找不同網(wǎng)絡(luò)間能共同遵守的網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)范尋找不同網(wǎng)絡(luò)間能共同遵守的網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)范l為網(wǎng)絡(luò)間通信為網(wǎng)絡(luò)間通信提供提供路由選擇路由選擇l分組的轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)層編址、路由選擇分組的轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)層編址、路由選擇l數(shù)據(jù)包封裝和解封裝數(shù)據(jù)包封裝和解封裝l擁塞控制擁塞控制。45 電路交換電路交換 報(bào)文交換報(bào)文交換 分組交換分組交換 虛電路虛電路 數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)5.1 交換技術(shù)交換技術(shù) 從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展來看，經(jīng)歷了一從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)交換技術(shù)的發(fā)展來看，經(jīng)歷了一個(gè)由個(gè)由“線路交換線路交換”、“報(bào)文交換報(bào)文交換”和現(xiàn)在最常用的和現(xiàn)在最常用的“分分組交換組交換”歷程。歷程。“報(bào)文交換報(bào)文

4、交換”和和“分組交換分組交換”都屬于都屬于“存儲存儲- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”交換技術(shù)。交換技術(shù)。P114-1186電路交換電路交換/ /線路交換線路交換：是在網(wǎng)絡(luò)中利用可切換的物：是在網(wǎng)絡(luò)中利用可切換的物理通信線路直接連接通信雙方所進(jìn)行的一種數(shù)據(jù)交理通信線路直接連接通信雙方所進(jìn)行的一種數(shù)據(jù)交換方式。換方式。 在數(shù)據(jù)傳輸期間，在源站點(diǎn)與目的站點(diǎn)之間建在數(shù)據(jù)傳輸期間，在源站點(diǎn)與目的站點(diǎn)之間建立一條專用電路鏈接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之前，電路一立一條專用電路鏈接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之前，電路一直被占用，而不能被其他節(jié)點(diǎn)所使用。直被占用，而不能被其他節(jié)點(diǎn)所使用。 1.1.電路交換電路交換7l電路交換必定是電路交換必定是面向

5、連接面向連接的服務(wù)；的服務(wù)；l兩臺計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先兩臺計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路物理線路連接連接（通（通常是由一種開關(guān)電路來控制常是由一種開關(guān)電路來控制）；）；l電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過建立連接、通話建立連接、通話（數(shù)據(jù)傳輸）與釋放連接的三個(gè)階段（數(shù)據(jù)傳輸）與釋放連接的三個(gè)階段；l電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速、有電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速、有序，通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會話類通信；序，通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會話類通信；l電路交

6、換方式的缺點(diǎn)是：通信線路利用率低。電路交換方式的缺點(diǎn)是：通信線路利用率低。l用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不足之處：資源浪費(fèi)、適應(yīng)性不用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不足之處：資源浪費(fèi)、適應(yīng)性不強(qiáng)、不夠靈活。強(qiáng)、不夠靈活。電路交換的特點(diǎn)電路交換的特點(diǎn)“存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”技術(shù)技術(shù) “存儲存儲- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)運(yùn)用程序先將途徑是網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)運(yùn)用程序先將途徑的數(shù)據(jù)流按傳輸單元（可以是的數(shù)據(jù)流按傳輸單元（可以是報(bào)文或報(bào)文分組報(bào)文或報(bào)文分組）接）接收并存儲下來，一個(gè)數(shù)據(jù)單元接收完后根據(jù)相關(guān)的收并存儲下來，一個(gè)數(shù)據(jù)單元接收完后根據(jù)相關(guān)的路由算法選擇一條合適的路由路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去路由算法選擇一條合適的路由路徑將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去，在邏

7、輯（不是物理線路）上為數(shù)據(jù)流提供了傳輸，在邏輯（不是物理線路）上為數(shù)據(jù)流提供了傳輸通路。通路。89 報(bào)文與分組的概念報(bào)文與分組的概念l數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以有報(bào)文報(bào)文（messagemessage）與）與分組分組（packetpacket）兩種方式；）兩種方式；l報(bào)文：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它報(bào)文：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元發(fā)送當(dāng)作一個(gè)邏輯單元發(fā)送整塊數(shù)據(jù)整塊數(shù)據(jù)；l分組：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果分組：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點(diǎn)就傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點(diǎn)就將它分成多個(gè)更小等長的數(shù)據(jù)段，將首部將它

8、分成多個(gè)更小等長的數(shù)據(jù)段，將首部+ +數(shù)據(jù)段構(gòu)成數(shù)據(jù)段構(gòu)成“分組分組”進(jìn)行發(fā)送。進(jìn)行發(fā)送。10 報(bào)文交換類似于發(fā)送信件。報(bào)文交換類似于發(fā)送信件。 “報(bào)文交換報(bào)文交換”是指信息以是指信息以“報(bào)文報(bào)文”（messagemessage，完，完整數(shù)據(jù)的一個(gè)信息段）為單位進(jìn)行存儲整數(shù)據(jù)的一個(gè)信息段）為單位進(jìn)行存儲- -轉(zhuǎn)發(fā)的一種轉(zhuǎn)發(fā)的一種數(shù)據(jù)交換方式。報(bào)文長度不限且可變。數(shù)據(jù)交換方式。報(bào)文長度不限且可變。 在報(bào)文交換中，不需要建立專用電路通道，通過在報(bào)文交換中，不需要建立專用電路通道，通過把目的地址附加在報(bào)文上，由各節(jié)點(diǎn)把目的地址附加在報(bào)文上，由各節(jié)點(diǎn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)整個(gè)整個(gè)報(bào)文。報(bào)文。 報(bào)文分組：報(bào)文

9、分組：報(bào)文：報(bào)文：報(bào)文號目的地址源地址校驗(yàn)報(bào)文號目的地址源地址報(bào)文分組數(shù)據(jù)校驗(yàn)報(bào)文分組號數(shù)據(jù)2.2.報(bào)文交換報(bào)文交換112.2.報(bào)文交換報(bào)文交換 通信子網(wǎng)根據(jù)報(bào)頭目的地址為報(bào)文進(jìn)行路徑選擇通信子網(wǎng)根據(jù)報(bào)頭目的地址為報(bào)文進(jìn)行路徑選擇, ,且信息在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的一段鏈路上且信息在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的一段鏈路上逐段逐段傳輸?shù)?。傳輸?shù)?。?yōu)點(diǎn)：不需要建立物理鏈路，線路利用率高。優(yōu)點(diǎn)：不需要建立物理鏈路，線路利用率高。缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延較大缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延較大 在分組交換網(wǎng)中，將報(bào)文分成更小的、等長的分在分組交換網(wǎng)中，將報(bào)文分成更小的、等長的分組。以組。以分組分組方式進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，且傳送時(shí)間更短。方式進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)

10、，且傳送時(shí)間更短。 分組交換技術(shù)中有兩大技術(shù)派系：分組交換技術(shù)中有兩大技術(shù)派系： 一種一種為為“數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)”服務(wù)，其分組稱之為服務(wù)，其分組稱之為“數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)”（datagramdatagram）。）。 另一種另一種稱之為稱之為“虛電路虛電路”服務(wù)，所建立的虛擬通服務(wù)，所建立的虛擬通道稱之為道稱之為“虛電路虛電路”（Virtual CircuitVirtual Circuit，VCVC）。）。 參見參見5.25.2節(jié)節(jié)123.3.分組分組交換交換分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)分組交換的優(yōu)缺點(diǎn) P11613注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)

11、送分組路由器主機(jī)在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口路由器的作用：路由器的作用：1.1.接收分組并緩存接收分組并緩存2.2.查找轉(zhuǎn)發(fā)表查找轉(zhuǎn)發(fā)表3.3.通過端口轉(zhuǎn)發(fā)分組通過端口轉(zhuǎn)發(fā)分組14復(fù)習(xí)三種交換方式復(fù)習(xí)三種交換方式 電路交換電路交換 報(bào)文交換報(bào)文交換 分組交換分組交換 虛電路虛電路 數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)5.2 網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù) 1.數(shù)據(jù)報(bào)分組交換 在在“數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)”分組交換方式中，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可以單分組交換方式中，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可以單獨(dú)通過路

12、由獨(dú)通過路由的的路徑發(fā)送，無需先創(chuàng)建傳送的虛電路，但路徑發(fā)送，無需先創(chuàng)建傳送的虛電路，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做獨(dú)立的路由選擇。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做獨(dú)立的路由選擇。因此，它因此，它是一種是一種無連接服務(wù)的無連接服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 而因特網(wǎng)就是一種在網(wǎng)絡(luò)層采用而因特網(wǎng)就是一種在網(wǎng)絡(luò)層采用無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 “數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)”就是在數(shù)據(jù)前部增加了就是在數(shù)據(jù)前部增加了報(bào)頭報(bào)頭，其中包括，其中包括源地址、目的地址、節(jié)點(diǎn)間的路由信息等，數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)源地址、目的地址、節(jié)點(diǎn)間的路由信息等，數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送就是通過這些地址和路由信息來保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送到送就是通過這些地址和路由信息來保

13、證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)的。目的節(jié)點(diǎn)的。152.虛電路分組交換 虛電路是面向連接服務(wù)的虛電路是面向連接服務(wù)的，分組被發(fā)送之前必須在發(fā)，分組被發(fā)送之前必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條專用的送方與接收方之間建立一條專用的邏輯連接邏輯連接（虛電路（虛電路-VCVC），），分組都沿著這條邏輯連接按照分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送方式傳送，并且在所有經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)并且在所有經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)（中間點(diǎn)）（中間點(diǎn)）或結(jié)點(diǎn)上或結(jié)點(diǎn)上有有唯一的唯一的虛電路標(biāo)識符（虛電路標(biāo)識符（VCIVCI）。）。 整個(gè)虛電路交換過程分為整個(gè)虛電路交換過程分為三個(gè)階段三個(gè)階段： 虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。虛電

14、路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。l例如：例如：ATMATM、幀中繼、幀中繼l請注意請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的、真正的、物理連接，也可以是邏輯的物理連接，也可以是邏輯的。因此分組交換的虛連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。1617因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路l因特網(wǎng)是一種在網(wǎng)絡(luò)層采用因特網(wǎng)是一種在網(wǎng)絡(luò)層采用無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)報(bào)無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。l數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)的基本思想是，每個(gè)分組只要帶有完整的目的的基本思想是，每個(gè)分組只要帶有完整的目的地址，路由

15、器就能使它正確地達(dá)到目的地。地址，路由器就能使它正確地達(dá)到目的地。l因此，網(wǎng)絡(luò)層向上層只提供簡單靈活的、因此，網(wǎng)絡(luò)層向上層只提供簡單靈活的、無連接的、無連接的、盡最大努力交付的盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。l網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（即（即 IP IP 數(shù)據(jù)報(bào)）數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)，與其前后的分組無關(guān)（不進(jìn)行編號）。（不進(jìn)行編號）。l網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序

16、到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然也不保證分組傳送的時(shí)限。也不保證分組傳送的時(shí)限。 虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的對比 表5-1對比的方面對比的方面虛電路服務(wù)虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)思路思路可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保證證連接的建立連接的建立必須有必須有不需要不需要終點(diǎn)地址終點(diǎn)地址僅在連接建立階段使用，每僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路號個(gè)分組使用短的虛電路號每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址分組的轉(zhuǎn)發(fā)分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于同一條虛電路的分組均屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)分組獨(dú)立

17、選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作電路均不能工作出故障的結(jié)點(diǎn)可能會丟失分組，出故障的結(jié)點(diǎn)可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化一些路由可能會發(fā)生變化分組的順序分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)處端到端的差錯(cuò)處理和流量控制理和流量控制可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)19lIPv4IPv4是是TCP/IPTCP/IP協(xié)議體系中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)協(xié)議體系中網(wǎng)絡(luò)

18、層的協(xié)議，提供無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。議，提供無連接的數(shù)據(jù)服務(wù)。lTCP/IPTCP/IP協(xié)議體系中的其它協(xié)議，如協(xié)議體系中的其它協(xié)議，如TCPTCP、UDPUDP、ICMPICMP及及IGMPIGMP等都是以等都是以IPIP協(xié)議為基協(xié)議為基礎(chǔ)的礎(chǔ)的。lP P143143196.1 網(wǎng)際協(xié)議IP 20網(wǎng)際層的網(wǎng)際層的 IP 協(xié)議及配套協(xié)議協(xié)議及配套協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層(HTTP, FTP, SMTP 等等)物理硬件物理硬件運(yùn)輸層運(yùn)輸層TCP, UDP應(yīng)用層應(yīng)用層ICMPIPRARPARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）（網(wǎng)際層）IGMP21l在在網(wǎng)

19、絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層除了除了 IP 協(xié)議還有其他四個(gè)協(xié)議：協(xié)議還有其他四個(gè)協(xié)議：l地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol)l逆地址解析協(xié)議逆地址解析協(xié)議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)l網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol)l網(wǎng)際組管理協(xié)議網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)22l網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)包含兩方面的內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)包含兩方面的內(nèi)容：l一是將不同的網(wǎng)絡(luò)用互聯(lián)設(shè)備連接

20、在一起形一是將不同的網(wǎng)絡(luò)用互聯(lián)設(shè)備連接在一起形成一個(gè)范圍更大的網(wǎng)絡(luò)成一個(gè)范圍更大的網(wǎng)絡(luò)l二是將一個(gè)原來很大的網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)二是將一個(gè)原來很大的網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)子網(wǎng)或網(wǎng)段?；蚓W(wǎng)段。lP143-1446.1.1 6.1.1 虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 23網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的目的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的目的l延長網(wǎng)絡(luò)電纜的長度，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍延長網(wǎng)絡(luò)電纜的長度，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)范圍l縮小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，提高網(wǎng)絡(luò)效率縮小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，提高網(wǎng)絡(luò)效率l提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互操作性。提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互操作性。24網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的方式lLAN-LAN lLANWANlLANWANLANlWAN-WAN25網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的中間設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的中間設(shè)備 l

21、中間設(shè)備中間設(shè)備又稱為又稱為中間系統(tǒng)或中繼中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。系統(tǒng)。l物理層：物理層：轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)、HUB。l數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋或橋接器網(wǎng)橋或橋接器(bridge)、第二層交換機(jī)、第二層交換機(jī)。l網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：路由器路由器(router)、第三層交換機(jī)、第三層交換機(jī)。l網(wǎng)絡(luò)層以上：網(wǎng)絡(luò)層以上：網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)(gateway)。 26l當(dāng)中間設(shè)備是當(dāng)中間設(shè)備是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(shí)，一般并不時(shí)，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 l網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，

22、目前使用得較少。網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。l互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)都是指用都是指用路由器路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。l由于歷史的原因，許多有關(guān)由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/IP TCP/IP 的文的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)。 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)使用路由器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)使用路由器 27l為了把不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連成一個(gè)統(tǒng)一的為了把不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連成一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，必須解決：網(wǎng)絡(luò)，必須解決：l所有計(jì)算機(jī)應(yīng)統(tǒng)一編址所有計(jì)算機(jī)應(yīng)統(tǒng)一編址l傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式應(yīng)該統(tǒng)一傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包格式應(yīng)該統(tǒng)一l異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題28異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連問題l解決

23、方案：解決方案： 統(tǒng)一采用統(tǒng)一采用TCP/IPTCP/IP協(xié)議！協(xié)議！l使用的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備：使用的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備：路由器路由器EthernetFDDIATM(a) 實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)IP路由器路由器主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)(b)用戶所看到的網(wǎng)絡(luò)用戶所看到的網(wǎng)絡(luò)多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連多個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連而成的而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)主機(jī)TCP / IPEthernetFDDICSMA/CD令令牌牌ATM面向連接面向連接X.25（光纖、微波、衛(wèi)星、同軸、電話、雙絞線）（光纖、微波、衛(wèi)星、同軸、電話、

24、雙絞線）虛電路虛電路不同的不同的鏈路層鏈路層不同的不同的物理層物理層統(tǒng)一的應(yīng)用層、統(tǒng)一的應(yīng)用層、傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層296.1.2 IP6.1.2 IP地址地址l IP協(xié)議的主要協(xié)議的主要功能功能就是在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)報(bào)。主要就是在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)報(bào)。主要有尋址、數(shù)據(jù)報(bào)的封裝、分段與重組等功能。有尋址、數(shù)據(jù)報(bào)的封裝、分段與重組等功能。l IPv4協(xié)議的協(xié)議的特點(diǎn)特點(diǎn)：lIP協(xié)議提供的是一種協(xié)議提供的是一種 “盡力而為（盡力而為（best-effort）”的服務(wù)。的服務(wù)。l無連接無連接意味著意味著IP協(xié)議并不維護(hù)協(xié)議并不維護(hù)IP分組發(fā)送后的任何狀態(tài)信息。每分組發(fā)送后的任何狀態(tài)信息

25、。每個(gè)分組的傳輸過程是相互獨(dú)立的。個(gè)分組的傳輸過程是相互獨(dú)立的。l不可靠不可靠意味著意味著IP協(xié)議不能保證每個(gè)協(xié)議不能保證每個(gè)IP分組都能夠正確的、不丟失分組都能夠正確的、不丟失和順序的到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。和順序的到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。lIPIP協(xié)議要保證數(shù)據(jù)分組通過協(xié)議要保證數(shù)據(jù)分組通過多跳路徑多跳路徑從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。30IPv4IPv4協(xié)議的演變與發(fā)展（補(bǔ)充）協(xié)議的演變與發(fā)展（補(bǔ)充）IPv4的不足lIPv4IPv4地址空間面臨枯竭地址空間面臨枯竭 32 32位位l骨干路由器維護(hù)的路由表表項(xiàng)數(shù)量過大骨干路由器維護(hù)的路由表表項(xiàng)數(shù)量過大l地址結(jié)構(gòu)不合理地址結(jié)構(gòu)不合理l配置復(fù)雜配置復(fù)

26、雜l服務(wù)質(zhì)量差服務(wù)質(zhì)量差l不支持端到端安全不支持端到端安全。31IPv6的主要優(yōu)勢l更更大大的的地址空間地址空間-128-128位位l有效和分級的尋址及路由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)有效和分級的尋址及路由基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)l支持無狀態(tài)和控制狀態(tài)的地址配置支持無狀態(tài)和控制狀態(tài)的地址配置l對服務(wù)質(zhì)量（對服務(wù)質(zhì)量（QoSQoS）的更好支持）的更好支持l提供用于鄰近節(jié)點(diǎn)交互的新協(xié)議提供用于鄰近節(jié)點(diǎn)交互的新協(xié)議l具有較強(qiáng)的具有較強(qiáng)的可可擴(kuò)展性擴(kuò)展性l支持支持移動移動特性特性。 3233IPv4IPv4協(xié)議包括哪些內(nèi)容？協(xié)議包括哪些內(nèi)容？l IP地址的劃分地址的劃分l標(biāo)準(zhǔn)分類的標(biāo)準(zhǔn)分類的IP地址地址 2級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)l劃分子網(wǎng)劃分子網(wǎng)

27、 3級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)l構(gòu)成超網(wǎng)構(gòu)成超網(wǎng) CIDR 2級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)lIP數(shù)據(jù)報(bào)的格式數(shù)據(jù)報(bào)的格式lARP、RARP、ICMP協(xié)議協(xié)議lIP路由技術(shù)路由技術(shù)34l因特網(wǎng)上的每臺計(jì)算機(jī)使用因特網(wǎng)上的每臺計(jì)算機(jī)使用“IPIP地址地址”作為其標(biāo)作為其標(biāo)識。識。l網(wǎng)絡(luò)上每臺計(jì)算機(jī)都有一個(gè)與眾不同的惟一的網(wǎng)絡(luò)上每臺計(jì)算機(jī)都有一個(gè)與眾不同的惟一的IPIP地址。地址。lIPv4IPv4使用使用3232位位二進(jìn)位二進(jìn)位（4 4字節(jié)）字節(jié)）地址，因此整個(gè)地址空地址，因此整個(gè)地址空間中有間中有4,294,967,2964,294,967,296（2 23232）個(gè)地址，也就是近）個(gè)地址，也就是近4343億個(gè)億個(gè)地址。地址

28、。lIP IP 地址現(xiàn)在由地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號碼指派公司因特網(wǎng)名字與號碼指派公司ICANN ICANN (Internet Corporation for Assigned Names (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)and Numbers)進(jìn)行分配。進(jìn)行分配。1、IP 地址及其表示方法地址及其表示方法35IP地址的劃分地址的劃分35IP 地址的編址方法 的三個(gè)階段36IP 地址的編址方法 的三個(gè)階段l分類的分類的 IP IP 地址地址。這是最基本的編址方法，。這是最基本的編址方法，在在 1981 1981 年就通過

29、了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。年就通過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。l子網(wǎng)的劃分子網(wǎng)的劃分。這是對最基本的編址方法的。這是對最基本的編址方法的改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)RFC 950RFC 950在在 1985 1985 年通過。年通過。l構(gòu)成超網(wǎng)構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。這是比較新的無分類編址方法。1993 1993 年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。37第一階段：標(biāo)準(zhǔn)第一階段：標(biāo)準(zhǔn) IP 地址的分類地址的分類l分類的分類的IP地址地址就是將就是將IP地址劃分為若干個(gè)地址劃分為若干個(gè)固定類，每一類地址都由固定類，每一類地址都由網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號和和主機(jī)號主機(jī)號 2個(gè)部分個(gè)部分組成。組成。l

30、兩級的兩級的 IP 地址可以記為：地址可以記為： IP 地址地址 := , := 代表“定義為”38IP地址的地址的“點(diǎn)分十進(jìn)制點(diǎn)分十進(jìn)制”表示表示lIPv4IPv4地址在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是以二進(jìn)制形式表示，每地址在計(jì)算機(jī)內(nèi)部是以二進(jìn)制形式表示，每個(gè)地址都有個(gè)地址都有3232位由數(shù)字位由數(shù)字0 0和和1 1構(gòu)成構(gòu)成，書寫和記憶很，書寫和記憶很不方便。不方便。l“點(diǎn)分十進(jìn)制點(diǎn)分十進(jìn)制”表示：用表示：用4 4個(gè)十進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)個(gè)十進(jìn)制數(shù)來表示一個(gè)IPIP地址，每個(gè)十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)地址，每個(gè)十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)IPIP地址中的地址中的8 8位位(1(1個(gè)字個(gè)字節(jié)節(jié)) )，相互間用小數(shù)點(diǎn)，相互間用小數(shù)點(diǎn) “ “ ”

31、” 隔開。隔開。 例如：例如：800011010 00001010 00100011 00110000A類地址810000010 00011000 00100011 01000100B類地址211000110 01110111 00010111 00001100C類地址點(diǎn)分十進(jìn)制表示點(diǎn)分十進(jìn)制表示 二進(jìn)制表示二進(jìn)制表示 IP地址類型地址類型39分類分類 IP 地址的劃分地址的劃分由網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)號中的號中的最高最高1 15 5位位指明該指明該IPIP地址地址的類型的類型注意：注意： 網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)地址和和廣播地址不能分配給主機(jī)使用廣播

32、地址不能分配給主機(jī)使用。E類是保留地址類是保留地址D類被屬于組播地址，用于組播通信類被屬于組播地址，用于組播通信402、常用的三種類別的、常用的三種類別的 IP 地址地址 IP 地址的使用范圍 表6-1IP地址地址 首字節(jié)取值首字節(jié)取值 網(wǎng)絡(luò)號取值網(wǎng)絡(luò)號取值 舉舉 例例 A類類 1 126 1 126 42B類類 128 191 128.0 191.255 1C類類 192 223 192.0.0 223.255.255 241特殊的IP地址l網(wǎng)絡(luò)地址：網(wǎng)絡(luò)地址：主機(jī)號為主機(jī)號為“全全0”0”的的IPIP地址，用來表示整個(gè)一地址

33、，用來表示整個(gè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；個(gè)網(wǎng)絡(luò)；l廣播地址：廣播地址：主機(jī)號為主機(jī)號為“全全1”1”的的IPIP地址，指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的地址，指整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)。所有主機(jī)。l可通過這個(gè)地址向?qū)?yīng)網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)包（也就可通過這個(gè)地址向?qū)?yīng)網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)以廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù)包（也就是廣播通信），讓本地網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)都可收到同一數(shù)據(jù)是廣播通信），讓本地網(wǎng)絡(luò)或子網(wǎng)的所有節(jié)點(diǎn)都可收到同一數(shù)據(jù)包。包。l有限廣播有限廣播地址地址：5555，可在網(wǎng)絡(luò)，可在網(wǎng)絡(luò)IDID未知情況未知情況下，用來將一個(gè)分組以廣播方式發(fā)送給本物理網(wǎng)絡(luò)中的所下，用來將一個(gè)分組以廣播方式

34、發(fā)送給本物理網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)。有主機(jī)。42l169169開頭的開頭的IPv4IPv4地址地址 稱為稱為“自動專用自動專用IPIP地址地址”，其地址范圍，其地址范圍為：為： /16 /16，子網(wǎng)掩碼為，子網(wǎng)掩碼為。l地址地址 該該地址地址叫做叫做“環(huán)回地址環(huán)回地址”（Loopback AddressLoopback Address），是主機(jī)），是主機(jī)IPIP堆棧內(nèi)部的堆棧內(nèi)部的IPv4IPv4地址，主要用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機(jī)地址，主要用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試以及本地機(jī)進(jìn)程間通信

35、進(jìn)程間通信；在在IPIP網(wǎng)絡(luò)中就是用來測試主機(jī)網(wǎng)絡(luò)中就是用來測試主機(jī)TCP/IPTCP/IP協(xié)議是否協(xié)議是否工作正常。工作正常。l地址地址 地址代表所有地址代表所有IPv4IPv4地址，常用于默認(rèn)路由配置，地址，常用于默認(rèn)路由配置，或者代表整個(gè)不確定的或者代表整個(gè)不確定的IPIP地址范圍地址范圍。43私用私用IPIP地址地址lRFC1918RFC1918提出了在提出了在A A、B B、C C三類三類IPIP地址中各保留一地址中各保留一部分地址專用于局域網(wǎng)使用的部分地址專用于局域網(wǎng)使用的IPIP地址。地址。l用于使用用于使用TCP/IPT

36、CP/IP協(xié)議但協(xié)議但不接入互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不接入互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，或者需要向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送需要將專用地址轉(zhuǎn)換成公或者需要向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送需要將專用地址轉(zhuǎn)換成公用用IPIP地址的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。地址的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。l保留的專用地址：保留的專用地址： P P147 147 表表6-26-2類類網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號總數(shù)總數(shù)A1B16C25644IP 地址的一些重要特點(diǎn)地址的一些重要特點(diǎn) P147（1）-（4）456.1.3 硬件地址 TCP 報(bào)文IP 數(shù)據(jù)報(bào)MAC 幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件

37、地址網(wǎng)絡(luò)層及以上 使用 IP 地址IP 地址IP地址與硬件地址的區(qū)別466.1.4 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議和逆地址解析協(xié)議 RARP IP 地址物理地址ARP物理地址IP 地址RARP471、地址解析協(xié)議 ARP P150l不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。 l每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè)每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP ARP 高速緩存高速緩存(ARP cache)(ARP cache)，里面，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的有所在的

38、局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP IP 地址到硬件地地址到硬件地址的址的映射表映射表。l當(dāng)主機(jī)當(dāng)主機(jī) A A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B B 發(fā)送發(fā)送 IP IP 數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其時(shí)，就先在其 ARP ARP 高速緩存中查看有無主機(jī)高速緩存中查看有無主機(jī) B B 的的 IP IP 地地址。如有，就可查出其對應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址址。如有，就可查出其對應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入寫入 MAC MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC MAC 幀發(fā)往此硬件地幀發(fā)往此硬件地址的主機(jī)。址的主機(jī)。若沒有，那么主機(jī)若沒有，那么主機(jī)A A就自動

39、運(yùn)行就自動運(yùn)行ARPARP協(xié)議獲取對協(xié)議獲取對應(yīng)的應(yīng)的MACMAC地址。地址。 Question1: 主機(jī)或路由器如何知道在主機(jī)或路由器如何知道在MACMAC幀的首部填入什么幀的首部填入什么 樣的樣的MACMAC地址？地址？ARP 響應(yīng)AYXBZ主機(jī) B 向 A 發(fā)送ARP 響應(yīng)分組 主機(jī) A 廣播發(fā)送ARP 請求分組 ARP 請求ARP 請求ARP 請求ARP 請求00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主機(jī) 的硬件地址我是 20

40、硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-1849Question2： ARP 高速緩存的作用高速緩存的作用?l為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī)為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī) A A 在發(fā)送其在發(fā)送其 ARP ARP 請求分組時(shí)，就將自己的請求分組時(shí)，就將自己的 IP IP 地址到硬件地地址到硬件地址的映射寫入址的映射寫入 ARP ARP 請求分組。請求分組。l當(dāng)主機(jī)當(dāng)主機(jī) B B 收到收到 A A 的的 ARP ARP 請求分組時(shí)，就將主請求分組時(shí)，就將主機(jī)機(jī) A A 的這一地址映射寫入主機(jī)的這一地址映射

41、寫入主機(jī) B B 自己的自己的 ARP ARP 高速緩存中。這對主機(jī)高速緩存中。這對主機(jī) B B 以后向以后向 A A 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就更方便了。時(shí)就更方便了。 l作用作用：存放：存放IP IP 地址到硬件地址的映射表。地址到硬件地址的映射表。50生存時(shí)間生存時(shí)間 為每一個(gè)映射地址項(xiàng)目設(shè)置生存時(shí)間，凡超為每一個(gè)映射地址項(xiàng)目設(shè)置生存時(shí)間，凡超過生存時(shí)間的項(xiàng)目就從高速緩存中刪除掉。過生存時(shí)間的項(xiàng)目就從高速緩存中刪除掉。 若某主機(jī)更換網(wǎng)卡或網(wǎng)卡損壞時(shí)，即變更若某主機(jī)更換網(wǎng)卡或網(wǎng)卡損壞時(shí)，即變更MACMAC地址，則發(fā)送端主機(jī)重新廣播發(fā)送地址，則發(fā)送端主機(jī)重新廣播發(fā)送ARPARP請請求分組。求分

42、組。51應(yīng)當(dāng)注意的問題應(yīng)當(dāng)注意的問題lARP ARP 是解決是解決同一個(gè)局域網(wǎng)同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的上的主機(jī)或路由器的 IP IP 地址和硬件地址的映射問題。地址和硬件地址的映射問題。l如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)上，如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)上，那么就要通過那么就要通過 ARP ARP 找到一個(gè)位于本局域網(wǎng)上的找到一個(gè)位于本局域網(wǎng)上的某個(gè)路由器的硬件地址某個(gè)路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送給這個(gè)，然后把分組發(fā)送給這個(gè)路由器，讓這個(gè)路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。路由器，讓這個(gè)路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來做。剩下的工作就由下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來

43、做。l從從IPIP地址到硬件地址的解析是地址到硬件地址的解析是自動進(jìn)行自動進(jìn)行的。的。522、逆地址解析協(xié)議 RARP l逆地址解析協(xié)議 RARP 使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道其 IP 地址。l RARP協(xié)議目前已很少使用。 l了解RARP536.1.5 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式數(shù)據(jù)報(bào)的格式 l一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。l首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。l在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的(最大為40Byte),首部最大長度為60字節(jié)。l見下圖 ，或圖6-6數(shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送在前首部0481

44、6192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識總 長 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分版本占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號為 4 (即 IPv4) 服 務(wù)類型1 1、IP IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段 56長度長度IPIP分組的首部有兩個(gè)長度字段分組的首部有兩個(gè)長度字段：l首部長度（首部長度（head lengthhead length）l總長度（總長度（total lengthtotal length）首部長度字段：首部長度字

45、段：l首部長度字段的長度占首部長度字段的長度占4 4位，它定義了以位，它定義了以4 4字節(jié)為一個(gè)單位的首部長度字節(jié)為一個(gè)單位的首部長度; ;l首部長度字段最小值為首部長度字段最小值為5 5個(gè)單位個(gè)單位, ,最大值為最大值為1515個(gè)單位，即個(gè)單位，即6060字節(jié)。字節(jié)。57總長度字段總長度字段l總長度字段的長度為總長度字段的長度為1616位，它定義以位，它定義以字節(jié)字節(jié)為為單位的總長度，它是首部長度與數(shù)據(jù)長度之單位的總長度，它是首部長度與數(shù)據(jù)長度之和；和；l總長度不得超過最大傳送單元總長度不得超過最大傳送單元 MTUMTU。首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識總 長

46、度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長 度 可 變）位首部長度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分服務(wù)類型占 8 位，用來獲得更好的服務(wù)，但實(shí)際上一直未被使用過。一般的情況下都不使用這個(gè)字段 服 務(wù)類型59l標(biāo)識字段長度為標(biāo)識字段長度為1616位，最多可以分配的位，最多可以分配的IDID值為值為6553565535個(gè)；個(gè)；l分組可能通過不同的傳輸路徑到達(dá)目的結(jié)分組可能通過不同的傳輸路徑到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)，屬于同一分組的不同的片到達(dá)時(shí)會出點(diǎn)，屬于同一分組的不同的片到達(dá)時(shí)會出現(xiàn)亂序，或者和屬于其它分組的片混在一現(xiàn)亂序，或者和屬于其它分組的片混在一起；起；l目的結(jié)點(diǎn)可以

47、根據(jù)字段標(biāo)識目的結(jié)點(diǎn)可以根據(jù)字段標(biāo)識IDID值，將同一值，將同一字段的片挑選出來重組。字段的片挑選出來重組。標(biāo)識字段標(biāo)識字段60標(biāo)志字段標(biāo)志字段l標(biāo)志字段共標(biāo)志字段共3 3位位，最高位為，最高位為0 0，該值必須復(fù)，該值必須復(fù)制到所有分組中；制到所有分組中；l不分片（不分片（DFDF）值：）值：DF=1DF=1，表示不能對分組，表示不能對分組分片；分片；DF=0DF=0，表示可以分片；，表示可以分片；l分片（分片（MF MF ）值：）值：MF=1MF=1表示接收的分片不是表示接收的分片不是最后一個(gè)分片，最后一個(gè)分片，MF=0MF=0表示接收的分片是最表示接收的分片是最后一個(gè)分片。后一個(gè)分片。0

48、DFM F61l片偏移片偏移(13(13位位) )指出：較長的分組在分指出：較長的分組在分片后，某片在原分組中的相對位置。片后，某片在原分組中的相對位置。也就是說，相對于用戶也就是說，相對于用戶數(shù)據(jù)字段數(shù)據(jù)字段的起的起點(diǎn)，該片從何處開始。點(diǎn)，該片從何處開始。l片偏移以片偏移以 8 8 個(gè)字節(jié)個(gè)字節(jié)為偏移單位，即每為偏移單位，即每個(gè)分片的長度一定是個(gè)分片的長度一定是8 8字節(jié)（字節(jié)（6464位）的位）的整數(shù)倍。整數(shù)倍。片偏移字段片偏移字段 重點(diǎn)重點(diǎn)62IP分組的分片與組裝 （補(bǔ)充）最大傳輸單元最大傳輸單元MTUMTU與與IPIP分組的分片分組的分片6263IP分組分片的基本方法分組分片的基本方法

49、6364片偏移字段片偏移字段 重點(diǎn)重點(diǎn)l報(bào)文分片的例子報(bào)文分片的例子 l舉例：舉例：P181 三（三（7） 65生存時(shí)間（生存時(shí)間（TTL）字段）字段l占占8 8位，表明數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。位，表明數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命。lIPIP分組從源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)的傳輸延遲是不確分組從源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)的傳輸延遲是不確定的；定的；l生存時(shí)間生存時(shí)間TTLTTL用來設(shè)定分組在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中被最多轉(zhuǎn)用來設(shè)定分組在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中被最多轉(zhuǎn)發(fā)分組的路由器跳數(shù)，最大數(shù)值是發(fā)分組的路由器跳數(shù)，最大數(shù)值是255255；l生存時(shí)間生存時(shí)間TTLTTL的初始值由源主機(jī)設(shè)置，經(jīng)過一個(gè)路的初始值由源主機(jī)設(shè)置，經(jīng)過一個(gè)路由器，它的值就

50、減由器，它的值就減1 1。當(dāng)生存時(shí)間。當(dāng)生存時(shí)間TTLTTL的值為的值為0 0時(shí)，時(shí)，分組就被丟棄，并發(fā)送分組就被丟棄，并發(fā)送ICMPICMP報(bào)文通知源主機(jī)。報(bào)文通知源主機(jī)。66協(xié)議字段協(xié)議字段l協(xié)議字段則是指使用協(xié)議字段則是指使用IPIP協(xié)議的高層協(xié)議類協(xié)議的高層協(xié)議類型型; ;l協(xié)議字段長度為協(xié)議字段長度為8 8位。位。協(xié)議字段值協(xié)議字段值高層協(xié)議類型高層協(xié)議類型1ICMP2IGMP6TCP8EGP17UDP41IPv689OSPF運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù) 據(jù) 部 分IP 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個(gè)進(jìn)程協(xié)議字段協(xié)議字段68首部校驗(yàn)和（首部校驗(yàn)和（

51、header checksum）l首部校驗(yàn)和字段長度為首部校驗(yàn)和字段長度為1616位；位；lIPIP分組只對分組只對分組首部分組首部進(jìn)行校驗(yàn)和計(jì)算；進(jìn)行校驗(yàn)和計(jì)算；lIPIP分組頭之外的部分屬于高層數(shù)據(jù)，分組頭之外的部分屬于高層數(shù)據(jù)，IPIP分分組可以不對高層數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。組可以不對高層數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。lIPIP分組頭每經(jīng)過一個(gè)路由器都要改變一次，分組頭每經(jīng)過一個(gè)路由器都要改變一次，但數(shù)據(jù)部分并不改變。但數(shù)據(jù)部分并不改變。l這里不采用這里不采用 CRC CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡單的計(jì)算檢驗(yàn)碼而采用簡單的計(jì)算方法。方法。69地址（地址（address）字段）字段l地址字段包括源地址（地址字段包括源地

52、址（source addresssource address）與目的地址（與目的地址（destination addressdestination address）；）；l源地址與目的地址源地址與目的地址字段長度都是字段長度都是3232位，分位，分別表示發(fā)送分組的源主機(jī)與接收分組的目別表示發(fā)送分組的源主機(jī)與接收分組的目的主機(jī)的的主機(jī)的IPv4IPv4地址地址；l在分組的整個(gè)傳輸過程中，無論采用什么在分組的整個(gè)傳輸過程中，無論采用什么樣的傳輸路徑或如何分片，源地址與目的樣的傳輸路徑或如何分片，源地址與目的地址始終地址始終保持不變保持不變。702、 IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分 lIP IP 首部的

53、可變部分就是一個(gè)選項(xiàng)字段，用首部的可變部分就是一個(gè)選項(xiàng)字段，用來支持排錯(cuò)、測量以及安全等措施，內(nèi)容來支持排錯(cuò)、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。很豐富。l選項(xiàng)字段的長度可變，從選項(xiàng)字段的長度可變，從 1 1 個(gè)字節(jié)到個(gè)字節(jié)到 40 40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。l選項(xiàng)的最大長度為選項(xiàng)的最大長度為4040字節(jié)，用戶使用的選項(xiàng)長度字節(jié)，用戶使用的選項(xiàng)長度不是不是4 4字節(jié)的整數(shù)倍，需要添加填充位；字節(jié)的整數(shù)倍，需要添加填充位；l實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。 716.1.6 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 l分組的轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)路由表l

54、路由表的組成：（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳路由入口（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳路由入口地址）地址）l如圖6-7,有四個(gè) A 類網(wǎng)絡(luò)通過三個(gè)路由器連接在一起。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬個(gè)主機(jī)。l可以想像，若按目的主機(jī)號來制作路由表，則所得出的路由表就會過于龐大。l但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含 4 個(gè)項(xiàng)目。這樣就可使路由表大大簡化。 路由器的作用與連接l路由器是一種能夠連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，其作用是：路由器是一種能夠連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，其作用是：l按照路由表在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包按照路由表在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包l根據(jù)需要對數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換根據(jù)需要對數(shù)據(jù)包的格

55、式進(jìn)行轉(zhuǎn)換l路由器的路由器的IP地址設(shè)置：地址設(shè)置：l當(dāng)路由器某端口連接一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該端口應(yīng)分配當(dāng)路由器某端口連接一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該端口應(yīng)分配IP地址地址l該該IP地址的網(wǎng)絡(luò)號，必須與所連接物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號相同地址的網(wǎng)絡(luò)號，必須與所連接物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號相同l例：例： 57 網(wǎng)絡(luò)地址 A類網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)地址 B類網(wǎng)絡(luò)FDDI廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址 C類網(wǎng)絡(luò)R1R2主機(jī)A主機(jī)B1212路由器的工作過程l工

56、作過程：工作過程：l發(fā)送端計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)封裝成發(fā)送端計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)封裝成IP數(shù)據(jù)報(bào)的形式，發(fā)送給路由器數(shù)據(jù)報(bào)的形式，發(fā)送給路由器l路由器接收到路由器接收到IP數(shù)據(jù)報(bào)之后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)之后，根據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)中目的地主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)中目的地主機(jī)的IP地址，查找地址，查找路由表路由表，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑；，選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑；l根據(jù)下個(gè)網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議，將根據(jù)下個(gè)網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議，將IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)報(bào)封裝成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包（幀）格式，送入緩沖器中排隊(duì)；（幀）格式，送入緩沖器中排隊(duì)；l在數(shù)據(jù)鏈路空閑時(shí)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到另一網(wǎng)絡(luò)；在數(shù)據(jù)鏈路空閑時(shí)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到另一網(wǎng)絡(luò)；l若目的地計(jì)算機(jī)就在該網(wǎng)絡(luò)上，則送達(dá)計(jì)算機(jī)，否則再

57、傳送給若目的地計(jì)算機(jī)就在該網(wǎng)絡(luò)上，則送達(dá)計(jì)算機(jī)，否則再傳送給下一個(gè)路由器進(jìn)行處理。下一個(gè)路由器進(jìn)行處理。l例：主機(jī)例：主機(jī)A = 主機(jī)主機(jī)B7 5FDDI廣域網(wǎng)R1R2 主機(jī)主機(jī)A主機(jī)主機(jī)B1212l若若B B與與A A在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，IPIP數(shù)據(jù)報(bào)就直接交給數(shù)據(jù)報(bào)就直接交給B B而不需要而不需要經(jīng)過路由器；經(jīng)過路由器；-直接交付直接交付l若若B B與與A A不在同一網(wǎng)絡(luò)中，則主機(jī)不在同一網(wǎng)絡(luò)中，則主機(jī)A A應(yīng)將應(yīng)將IPIP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給所

58、數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給所在網(wǎng)絡(luò)中的路由器，由路由器按在網(wǎng)絡(luò)中的路由器，由路由器按轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)表將將IPIP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。發(fā)。 -間接交付間接交付74路由表的組成路由表的組成 在互聯(lián)網(wǎng)上轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)，是從一個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由器。 路由表中的信息包括： （目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳路由入口地址）（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳路由入口地址）分組轉(zhuǎn)發(fā)流程分組轉(zhuǎn)發(fā)流程 P153 75舉例：寫出路由表舉例：寫出路由表l在互聯(lián)網(wǎng)中每一臺路由器都會保存一個(gè)路由表，路由選在互聯(lián)網(wǎng)中每一臺路由器都會保存一個(gè)路由表，路由選擇是通過表驅(qū)動的方式進(jìn)行的。擇是通過表驅(qū)動的方式進(jìn)行的。l例如：一個(gè)通過例如：一個(gè)通過3 3個(gè)路由器連

59、接的個(gè)路由器連接的4 4個(gè)網(wǎng)絡(luò)。其中，給出個(gè)網(wǎng)絡(luò)。其中，給出Router2Router2的路由表。的路由表。75要到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)要到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)下一個(gè)路由器下一個(gè)路由器直接交付直接交付76IP地址的劃分地址的劃分76 為了解決為了解決IPv4IPv4的不足，提高網(wǎng)絡(luò)劃分的靈活性，的不足，提高網(wǎng)絡(luò)劃分的靈活性，誕生了兩種非常重要的技術(shù)，那就是誕生了兩種非常重要的技術(shù)，那就是VLSMVLSM（可變長子（可變長子網(wǎng)掩碼）和網(wǎng)掩碼）和CIDRCIDR（無類別域間路由），把傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的（無類別域間路由），把傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的I

60、Pv4IPv4有類網(wǎng)絡(luò)演變成一個(gè)更為高效，更為實(shí)用的無類有類網(wǎng)絡(luò)演變成一個(gè)更為高效，更為實(shí)用的無類網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。 VLSM VLSM用于用于IPv4IPv4子網(wǎng)的劃分，也就是把一個(gè)大的網(wǎng)子網(wǎng)的劃分，也就是把一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)小的子網(wǎng)；而絡(luò)劃分成多個(gè)小的子網(wǎng)；而CIDRCIDR則用于則用于IPv4IPv4子網(wǎng)的聚子網(wǎng)的聚合，當(dāng)然主要是指路由方面的聚合，也就是路由匯總合，當(dāng)然主要是指路由方面的聚合，也就是路由匯總。通過。通過CIDRCIDR可以把多個(gè)小的子網(wǎng)路由條目匯總成一個(gè)可以把多個(gè)小的子網(wǎng)路由條目匯總成一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)的路由條目，以減少路由器中路由條目的數(shù)量大網(wǎng)絡(luò)的路由條目，以減少路由器中路由條目