計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)4

第4章網(wǎng)絡(luò)層

4.1網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)

4.2網(wǎng)際協(xié)議IP

*4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡(luò)

?4.2.2分類的IP地址

*4.2.3IP地址與硬件地址

4.2.4地址解析協(xié)議ARP與逆地址解析

協(xié)議RARP

4.2.5IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式

4.2.6IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程

4.1網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)

?在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運(yùn)輸

層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是

“無連接”）曾引起了長期的爭論。

?爭論焦點(diǎn)的實(shí)質(zhì)就是：在計(jì)算機(jī)通信中,

可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是

端系統(tǒng)？

2

電gIMI工勺”

讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)可靠交付

?面向連接的通信方式

?建立虛電路(VirtualCircuit),以保證雙

方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。

?如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可

使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)。

3

虛電路服務(wù)

應(yīng)用層

運(yùn)輸層乩

網(wǎng)絡(luò)層、

數(shù)據(jù)鏈路層；「

物理層

%發(fā)送給H2的所有分組都沿著同一條虛電路傳送

4

虛電路是邏輯連接

?虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，

分組都沿著這條邏輯連接按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

方式傳送，而并不是真正建立了一條物

理連接。

?請(qǐng)注意，電路交換的電話通信是先建立

了一條真正的連接。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。

5

因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路

?網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡

最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。

■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IP數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的

分組無關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）。

?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)然也不保證分組傳送的時(shí)限。

6

盡最大努力交付的好處

■由于傳輸網(wǎng)絡(luò)不提供端到端的可靠傳輸服務(wù)，

這就使網(wǎng)絡(luò)中的路由器可以做得比較簡單，而

且價(jià)格低廉（與電信網(wǎng)的交換機(jī)相比較）。

?如果主機(jī)（即端系統(tǒng)）中的進(jìn)程之間的通信需

要是可靠的，那么就由網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)中的運(yùn)輸層

負(fù)責(zé)（包括差錯(cuò)處理、流量控制等）。

?采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大

降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。

?因特網(wǎng)能夠發(fā)展到今日的規(guī)模，充分證明了當(dāng)

初采用這種設(shè)計(jì)思路的正確性。

7

應(yīng)用層應(yīng)用層

IP數(shù)據(jù)報(bào)

H1

網(wǎng)絡(luò)層|口網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層

物理層物理層

H1發(fā)送給H2的分組可能沿著不同路徑傳送

8

對(duì)比的方面虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)

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)由用戶主機(jī)來保

證

連接的建立必須有不需要

終點(diǎn)地址僅在連接建立階段使用，每每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址

個(gè)分組使用短的虛電路號(hào)

分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于同一條虛電路的分組均每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)

按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)

當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛出故障的結(jié)點(diǎn)可能會(huì)丟失分組,

電路均不能工作一些路由可能會(huì)發(fā)生變化

分組的順序總是按發(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

端到端的差錯(cuò)處可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)

理和流量控制用戶主機(jī)負(fù)責(zé)

4.2網(wǎng)際協(xié)議IPJ

?網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一。

與IP協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議：

?地址解析協(xié)議ARP

(AddressResolutionProtocol)

?逆地址解析協(xié)議RARP

(ReverseAddressResolutionProtocol)

?網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP

(InternetControlMessageProtocol)

?網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP

(InternetGroupManagementProtocol)

10

網(wǎng)際層的IP協(xié)議及配套協(xié)議

各種應(yīng)用層協(xié)議

應(yīng)用層

(HIIP,PIP,SMTP等)

運(yùn)輸層TCP,UDP

1LICMPLIGMP

網(wǎng)絡(luò)層IP

(網(wǎng)際層)

I|RARP||ARP|

網(wǎng)絡(luò)接口層與各種網(wǎng)絡(luò)接口

物理硬件

11

4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡(luò)J

?互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會(huì)遇到許多問題需要

解決，如：

-不同的尋址方案

-不同的最大分組長度

-不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制

-不同的超時(shí)控制

-不同的差錯(cuò)恢復(fù)方法

-不同的狀態(tài)報(bào)告方法

-不同的路由選擇技術(shù)

-不同的用戶接入控制

-不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)）

-不同的管理與控制方式

12

網(wǎng)絡(luò)互相連接起來

要使用一些中間設(shè)備

?中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。

-物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。

-數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。

-網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。

-網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。

-網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。

13

網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器

?當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(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)

絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

?網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。

?互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。

?由于歷史的原因，許多有關(guān)TCP/IP的文

獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。

14

■M

互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò)

(a)互連網(wǎng)絡(luò)(b)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)15

虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義

?所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的

意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本

來是客觀存在的，但是我們利用IP協(xié)議就可

以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是

一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

?使用IP協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡稱為IP網(wǎng)。

■使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主

機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣,

而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。

16

1M分組在互聯(lián)網(wǎng)中的傳送

R

T2N

T

X22

T77

主機(jī)|間接交付〉flRR?R

H1__zd

間接交付

I

R4

間接交付

R4

2

5彳

主機(jī)H2

4

3

2

7

從網(wǎng)絡(luò)層看IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳送

?如果我們只從網(wǎng)絡(luò)層考慮問題，那么IP

數(shù)據(jù)報(bào)就可以想象是在網(wǎng)絡(luò)層中傳送。

IP數(shù)據(jù)報(bào)

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層

Hi%

18

1.IP地址及其表示方法7

?我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽

象的網(wǎng)絡(luò)。IP地址就是給每個(gè)連接在因特

網(wǎng)上的主機(jī)(或路由器)分配一個(gè)在全世

界范圍是唯一的32位的標(biāo)識(shí)符。

?IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司

ICANN(InternetCorporationfor

AssignedNamesandNumbers)進(jìn)行分

配

19

IP地址的編址方法3

?分類的IP地址。這是最基本的編址方法，

在1981年就通過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

?子網(wǎng)的劃分。這是對(duì)最基本的編址方法的

改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)［RFC950］在1985年通過。

?構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。

1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。

20

分類IP地址

?每一類地址都由兩個(gè)固定長度的字段組成,

其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id,它標(biāo)志主

機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一

個(gè)字段則是主機(jī)號(hào)host-id,它標(biāo)志該主

機(jī)（或路由器）。

?兩級(jí)的IP地址可以記為：

IP地址：尸｛〈網(wǎng)絡(luò)號(hào)〉，v主機(jī)號(hào)〉｝（4-1）

::=代表“定義為”21

net-id---------------------host-id

8位24位

類地址10；

B1

-------------net-id---------------------------------host-id----------------

16位16位

類地址

C1101：

net-idhost-id-

24位8位

D類地址1110；多播地址

E類地址1111；保留為今后使用

E￡

E類地址1111,保留為今后使用

E￡

E類地址1111,保留為今后使用

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

E￡

E類地址1111,保留為今后使用

A類地址0；

E類地址1111,保留為今后使用

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

E類地址1111,保留為今后使用

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

點(diǎn)分十進(jìn)制記法

機(jī)器中存放的IP地址

是32位二進(jìn)制代碼10000000000010110000001100011111

每隔8位插入一個(gè)空格

能夠提高可讀性10000000000010110000001100011111

將每8位的二進(jìn)制數(shù)

轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)

采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法

則進(jìn)一步提高可讀性

31

2.常用的三種類別的IP地址y

IP地址的使用范圍

網(wǎng)絡(luò)最大第一個(gè)最后一個(gè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)

類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的

網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)數(shù)

A126(27-2)112616,777,214

B16,383(214—1)128.1191.25565,534

C2,097,151(221-1)192.0.1223.255.255254

32

IP地址的一些重要特點(diǎn)

(1)IP地址是一種分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級(jí)

的好處是：

?第一，IP地址管理機(jī)構(gòu)在分配IP地址時(shí)只分配網(wǎng)

絡(luò)號(hào)，而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位

自行分配。這樣就方便了IP地址的管理。

?第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來

轉(zhuǎn)發(fā)分組(而不考慮目的主機(jī)號(hào))，這樣就可以

使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路

由表所占的存儲(chǔ)空間。

33

IP地址的一些重要特點(diǎn)

(2)實(shí)際上IP地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)(或路由器)和

一條鏈路的接口。

?當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就

必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)

net-id必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)

(multihomedhost)。

?由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(這樣

它才能將IP數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)

絡(luò))，因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的IP

地址。

34

IP地址的一些重要特點(diǎn)

(3)用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)

仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同

樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-ido

(4)所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id的網(wǎng)絡(luò)，范圍

很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范

圍的廣域網(wǎng)，都是平等的。

35

在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的

IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。

圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是IP地址中的net-id

LANLII

、1222.1.1.222.1.1.4

LA1222.1.5.222.1.6.1

222,1.3.$I222.1.3.222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

222.1.6.2

222.1.3.1222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3,2222.1.4.2222.1.4.1

222.1.2.4222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)□J.

在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的

IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。

圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是IP地址中的net-id

LAN「

222.1.1.222.1.1.4

^4LAN3222.1.5.1222.1.6.1

222,1.3.$222.1.3.7

N3222.1.6.LAN2

222.1.2L

上222.1.5.2/%222.1.5.

222.1.6.2

222.1.3.10—222.1.2.5

R3NI222.14R222.1.2.2

o-------------------o-

\222.1.3,2222.1.4.2222.1.4.1

222.1.2.4222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)

222.1.1.11222.1.1.21222.1.1.3

LAN「

222.1.1.

I

LAN3

222,1.3.$222.1.3.在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的

I1

4IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。

222.1圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是IP地址中的net-id

222.1.3.1222.1.2.2

\222.1.3,2222.1.4.2222.1.4.1B

222.1.2.4222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)口□

在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的a

IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。

圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是IP地址中的net-id

ZZZ.I.I.IZZZ.I.I.z

LAN「

222.1.1.222.1.1.4

I

^4LAN3222.1.5.222.1.6.1

222,1.3.$222.1.3.222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2

上222.1.5.N2222.1.5.I

222.1.6.2

222.1.3.1

R3N1222.1.4.R222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3.2222.1.4.2222.1.4.1B

222.1.2.41222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)

-i

路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。

路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)

不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址。

LAN「

222.1.1.X222.1.1.4

^4LAN3222.158222.161——

222,1.3.$222.1.3.i222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2.i口

222.1.5.N2222.1.5.

上222.1.6.2-o~3

222.1.3.1/4口3M222.14R222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3,2222.1.4.2222.1.4.1B

222.1.2.41222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)

-i

路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。

路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)

不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址。

LAN「

222.1.1.222.1.1.4

^4LAN3222.1.5.222.1.6.1

222,1.3.$222.1.3.222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2fl

上222.1.5.N2222.1.5.

222.1.6.2

222.1.3.1

R3N1222.1.4.R222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3.2222.1.4.2222.1.4.1B

222.1.2.41222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)

-i

路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。

路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)

不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址。

LAN「

222.1.1.222.1.1.4

^4LAN3222.1.5.222.1.6.1

222,1.3.$222.1.3.222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2fl

上222.1.5.N2222.1.5.

222.1.6.2

222.1.3.1M222.14R222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3,2222.142222.1.4.1B

222.1.2.4222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)J

兩個(gè)路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明

IP地址。如指明IP地址，則這一段連線就構(gòu)成了

一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)”?，F(xiàn)在常不

指明IP地址。

222.1.1.222.1.1.4

I

^4LAN3222.1.5.222.1.6.1

222,1.3.$222.1.3.222.1.2.1

N3222.1.6.LAN2

222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

上222.1.6.2-上

222.1.3.1

R3N1222.1.4.R222.1.2.5222.1.2.2

\222.1.3,2222.1.4.2222.1.4.1

222.1.2,41222.1.2.3

互聯(lián)網(wǎng)

4.2.3IP地址與硬件地址'

網(wǎng)絡(luò)層及以上

使用IP地址

鏈路層及以下

MAC幀使用硬件地址

44

查找路由表查找路由表

硬件上

局域Q

局域網(wǎng)

通信的路徑

H1一經(jīng)過R轉(zhuǎn)發(fā)一再經(jīng)過R2轉(zhuǎn)發(fā)一咦

從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng)

3

HA

局域網(wǎng)HA3HA4局域網(wǎng)5局域網(wǎng)

從HA1到HA3=>從HA4到HA5X>從HA6到HA2二>

MAC幀MAC幀MAC幀

從虛擬的IP層上看IP數(shù)據(jù)報(bào)的流動(dòng)

HAl局域網(wǎng)HA3HA4局域網(wǎng)HA5隊(duì)局域網(wǎng)

從HA1到HA3二＞從HA4到HA5從HA6到HA2二＞

MAC幀MAC幀MAC幀

在鏈路上看MAC幀的流動(dòng)

硬件地HE

IPi由鬣R2

HA1

局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)

從HA1到HA3二＞從HA4到HA5從HA6到HA2二＞

MAC幀MAC幀MAC幀

在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報(bào)

圖中的IPLR表示從源地址IP1到目的地址IP2

兩個(gè)路由器的IP地址并不出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部中

主機(jī)H主機(jī)H2

y/

/路由器路由器R2/

/IPIP-IPIP/

12A

IP1

IP6

一^^%的互聯(lián)網(wǎng)

HA

1z

從HA1到HA3=>從HA4到HA5X>從HA6到HA2

MAC幀MAC幀MAC幀

路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇

主機(jī)H----------------.主機(jī)H2

」JP亨據(jù)報(bào)一———

路由器Ri!_________路由器R2

一/IPI-IP2，QZF「1T「2g廣司IP1IP2R——/

"1P4IP!"IP6

L<j層上的互聯(lián)叫

IHAHATHAHAJ

HAJJHA34562

r1—J/1____1/

HAHAHAHA

從HA1到HA3=X>從4到5X>從6到2二>

MAC幀MAC幀MAC幀

在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層

只能看見MAC幀而看不見IP數(shù)據(jù)報(bào)

主機(jī)H----------------.主機(jī)H2

」JP亨據(jù)報(bào)一

——

路由器Ri!_________路由器R2

一/IPI-IP2，QZIPIP

kj匚/IP〔T「2一戶F12R——/

1F

J1P4IPs—IP6

上層上的互聯(lián)叫乂一

IHAHA7HAHAJ

HAJJHA34562

r1—_!/___1/L-f-±y

HAHAHAHA

從HA1到HA3h>從4到5=>從6到2二>

MAC幀MAC幀MAC幀

IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié)

在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用

統(tǒng)一的、抽象的IP地址

研究主機(jī)和主機(jī)或主機(jī)和路由器之間的通信

主機(jī)H主機(jī)H2

71

/路由器路由器R2/

//

IPIP1一IP=>IP

2A

IPi

IP6

上的互聯(lián)網(wǎng)

HA

HA15

從HA1到HA3=>從HA4到HA5X>從HA6到HA2二>

MAC幀MAC幀MAC幀

4.2.4地址解析協(xié)議ARP和

逆地址解析協(xié)議RARP

53

地址解析協(xié)議ARP

?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。

?每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè)ARP高速緩存(ARP

cache),里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由

器的IP地址到硬件地址的映射表。

?當(dāng)主機(jī)A欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī)B發(fā)送IP數(shù)

據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其ARP高速緩存中查看有無主機(jī)

B的IP地址。如有，就可查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址,

再將此硬件地址寫入MAC幀，然后通過局域網(wǎng)將

該MAC幀發(fā)往此硬件地址。

54

主機(jī)A廣播發(fā)送

ARP請(qǐng)求分組，我是20900.5,硬件地址是00-00-C0-15-AD-18

〔我想知道主機(jī)209.0.0.6的硬件地址

^ARP請(qǐng)求|ARP請(qǐng)求口ARP請(qǐng)求?ARP請(qǐng)求R

00-00-C0-15-AD-18

主機(jī)B向A發(fā)送

我是209.0.0.6

ARP響應(yīng)分組硬件地址是08-00-2B-00-EE-0A

仁ARP響應(yīng)

^09.0.0.5209.0.0.6

X

—?A

00-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A

ARP高速緩存的作用

?為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī)A在發(fā)送

其ARP請(qǐng)求分組時(shí)，就將自己的IP地址

到硬件地址的映射寫入ARP請(qǐng)求分組。

?當(dāng)主機(jī)B收到A的ARP請(qǐng)求分組時(shí)，就

將主機(jī)A的這一地址映射寫入主機(jī)B自己

的ARP高速緩存中。這對(duì)主機(jī)B以后向

A發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就更方便了。

56

應(yīng)當(dāng)注意的問題

?ARP是解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器

的IP地址和硬件地址的映射問題。

?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ARP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，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)。剩下的工作就由下一個(gè)

網(wǎng)絡(luò)來做。

57

應(yīng)當(dāng)注意的問題（續(xù)）

?從IP地址到硬件地址的解析是自動(dòng)進(jìn)行的，

主機(jī)的用戶對(duì)這種地址解析過程是不知道的O

?只要主機(jī)或路由器要和本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)已

知IP地址的主機(jī)或路由器進(jìn)行通信，ARP

協(xié)議就會(huì)自動(dòng)地將該IP地址解析為鏈路層所

需要的硬件地址。

58

使用ARP的四種典型情況J

?發(fā)送方是主機(jī)，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到本網(wǎng)絡(luò)上的另一

個(gè)主機(jī)。這時(shí)用ARP找至U目的主機(jī)的硬件地址。

?發(fā)送方是主機(jī)，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上

的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用ARP找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)路由

器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來完成。

■發(fā)送方是路由器，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到本網(wǎng)絡(luò)上的

一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用ARP找至IJ目的主機(jī)的硬件地址。

?發(fā)送方是路由器，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用ARP找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)路

由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來完成。

59

為什么我們不直接

使用硬件地址進(jìn)行通信?

?由于全世界存在著各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，它們使用不

同的硬件地址。要使這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互相通信

就必須進(jìn)行非常復(fù)雜的硬件地址轉(zhuǎn)換工作，因此

幾乎是不可能的事。

?連接到因特網(wǎng)的主機(jī)都擁有統(tǒng)一的IP地址，它

們之間的通信就像連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上那樣簡單

方便，因?yàn)檎{(diào)用ARP來尋找某個(gè)路由器或主機(jī)

的硬件地址都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)用

戶來說是看不見這種調(diào)用過程的。

60

逆地址解析協(xié)議RARP

?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。

?這種主機(jī)往往是無盤工作站。因此RARP

協(xié)議目前已很少使用。

61

4.2.5IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式

?一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。

?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。

?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。

62

-固

首定

部部

分

數(shù)據(jù)部分

首部

IP數(shù)據(jù)報(bào)

發(fā)送在前

IP數(shù)據(jù)報(bào)

發(fā)送在前

IP數(shù)據(jù)報(bào)

發(fā)送在前

1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段

位0481619241

I版本—k部長度區(qū)分服務(wù)總長度

標(biāo)識(shí)標(biāo)志片偏移

首生存時(shí)間協(xié)議首部檢驗(yàn)和

部

源地址

目的地址

可變工

可選字段（長度可變）填充

部分T

數(shù)據(jù)部分

版本一一占4位，指IP協(xié)議的版本

目前的IP協(xié)議版本號(hào)為4（即IPv4）

—固

定

首部

部分

首部長度一一占4位，可表示的最大數(shù)值

是15個(gè)單位（一個(gè)單位為4字節(jié)）

因此IP的首部長度的最大值是60字節(jié)。

位O4id6id9id

24

固

定

首

部

部

分

變

可T

立

,n分

口.b

數(shù)據(jù)部分

區(qū)分服務(wù)—占8位，用來獲得更好的服務(wù)

在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，但實(shí)際上一直未被使用過。

1998年這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)。

只有在使用區(qū)分服務(wù)（DiffServ）時(shí)，這個(gè)字段才起作用。

在一般的情況下都不使用這個(gè)字段

位048161924

版本首部長度區(qū)分服務(wù)總長度

—

固

定標(biāo)識(shí)標(biāo)志片偏移

首

部

部生存時(shí)間協(xié)議首部檢驗(yàn)和

分

源地址

目的地址

可變工

可選字段（長度可變）填充

部分

數(shù)據(jù)部分

總長度——占16位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，

單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度為65535字節(jié)。

總長度必須不超過最大傳送單元MTUo

標(biāo)識(shí)(identification)占16位,

它是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)。

位048161924

版本首部長度區(qū)分服務(wù)總長度

—

固

定標(biāo)識(shí)標(biāo)志片偏移

首II

部

部生存時(shí)間協(xié)議首部檢驗(yàn)和

分

源地址

目的地址

可變工

可選字段(長度可變)填充

部分T

數(shù)據(jù)部分

標(biāo)志(flag)占3位，目前只有前兩位有意義。

標(biāo)志字段的最低位是MF(MoreFragment)o

MF=1表示后面“還有分片"。MF=0表示最后一個(gè)分)

標(biāo)志字段中間的一位是DF(Don'tFragment)。

只有當(dāng)DF=0時(shí)才允許分片。

位0481619241

版本首部長度區(qū)分服務(wù)總長度I

—

固

定標(biāo)識(shí)