匡子平計算機網(wǎng)絡(luò)課件05

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五講 網(wǎng)絡(luò)層（一）,四川合江少岷職業(yè)學(xué)校,匡子平,1,本講主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)層概述,數(shù)據(jù)報與虛電路,網(wǎng)際協(xié)議,IP,IPv4,與,IPv6,IP,數(shù)據(jù)報構(gòu)成,IP,地址,子網(wǎng)與子網(wǎng)掩碼,2,7.1,網(wǎng)絡(luò)層概述,網(wǎng)絡(luò)層的根本任務(wù),是將源主機發(fā)出的分組經(jīng)各種途徑送到目的主機。,從源主機到目的主機可能得經(jīng)過許多中間節(jié)點。這一功能與數(shù)據(jù)鏈路層形成鮮明的對比，數(shù)據(jù)鏈路層僅將數(shù)據(jù)幀從導(dǎo)線的一端送到其另一端，而網(wǎng)絡(luò)層是處理點到點數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹蛯印?3,7.1.1,網(wǎng)絡(luò)層的的設(shè)計問題,當(dāng)源主機與目的主機不處于同一網(wǎng)絡(luò)中時，

2、應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)層來處理這些差異，并解決由此而帶來的問題，這是網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的一個重要問題：,異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),。,網(wǎng)絡(luò)層必須知道通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即所有路由器的位置），并選擇通過子網(wǎng)的合適路徑，這是網(wǎng)絡(luò)層要解決的另一個重要問題：,路由選擇,。,另外，選擇路徑時要注意到，不要使一些通信線路超負(fù)荷工作，而另一些通信線路卻處于空閑狀態(tài)，這是另一方面的問題：,擁塞控制,。,4,表,7-1,不同網(wǎng)絡(luò)的不同性質(zhì),不同的方面,可能的取值,提供的服務(wù),面向連接的和無連接的,網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,IP,，,IPX,，,CLNP,，,AppleTalk,DECnet,等,服務(wù)質(zhì)量,支持服務(wù)質(zhì)量或不支持，許多不同的方法,多點廣播,存在多

3、點廣播或不存在,分組大小,各個網(wǎng)絡(luò)分組長度的最大值不一致,尋址方式,分層的（如,IP,），平面的（如,IEEE 802,）,流量控制,速率控制，滑動窗口，其它方法或不支持流量控制,擁塞控制,漏桶、抑制分組等,差錯控制,可靠的，有序的和無序的提交,安全性,使用規(guī)則、加密等,參數(shù),不同的超時值、流說明等,計費方式,按連接時間計費，按分組數(shù)計費，按字節(jié)數(shù)計費或不計費,5,7.1.2,虛電路與數(shù)據(jù)報,在網(wǎng)絡(luò)層主要提供兩種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)：,面向連接的虛電路方式,無連接的數(shù)據(jù)報方式,6,1,面向連接的虛電路方式,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),H,1,要和,H

4、,5,通信,主機,H,1,先向主機,H,5,發(fā)出一個特定格式的控制信息分組，,要求進行通信，同時尋找一條合適路由。若主機,H,5,同意,通信就發(fā)回響應(yīng)，然后雙方就建立了虛電路。,虛電路,H,1,向,H,5,發(fā)送的,所有分組都沿此,虛電路傳送。,7,提供虛電路服務(wù)的特點,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),同理，主機,H,2,和主機,H,6,通信之前，也要建立虛電路。,8,提供虛電路服務(wù)的特點,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),在虛電路建立后，網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)就好像在,兩個主機之間建立了一對穿過網(wǎng)絡(luò)的,

5、數(shù)字管道,。,所有發(fā)送的分組都按順序進入管道，然后按照,先進先出的原則沿著此管道傳送到目的站主機。,9,提供虛電路服務(wù)的特點,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),到達目的站的分組順序就與發(fā)送時的順序一致，,因此網(wǎng)絡(luò)提供虛電路服務(wù)對通信的,服務(wù)質(zhì)量,QoS,(Quality of Service),有較好的保證。,10,2,無連接的數(shù)據(jù)報方式,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),H,1,向,H,5,發(fā)送分組,H,2,向,H,6,發(fā)送分組,路徑可能變化,網(wǎng)絡(luò)隨時接受主機發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報）,網(wǎng)絡(luò)為每個分組獨立

6、地選擇路由。,11,網(wǎng)絡(luò)盡最大努力地將分組交付給目的主機，但網(wǎng)絡(luò)對源主機沒有任何承諾。,網(wǎng)絡(luò)不保證所傳送的分組不丟失，也不保證按源主機發(fā)送分組的先后順序，以及在時限內(nèi)必須將分組交付給目的主機。,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點可根據(jù)情況將一些分組丟棄。,數(shù)據(jù)報提供的服務(wù)是不可靠的，它不能保證服務(wù)質(zhì)量。,無連接的數(shù)據(jù)報方式特點,12,在無連接的數(shù)據(jù)報方式的設(shè)計中，下面幾個部分是非常關(guān)鍵的。,尋址,路由。,分組生命期。,差錯控制和流量控制。,分段和重組。,13,7.2,網(wǎng)際協(xié)議,IP,TCP/IP,協(xié)議族是,Internet,所采用的協(xié)議族，是,Internet,的實現(xiàn)基礎(chǔ)。,因特網(wǎng)協(xié)議,IP(In

7、ternet Protocol),是,TCP/IP,協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是,TCP/IP,協(xié)議族的核心協(xié)議。,14,7.2.1 IP,協(xié)議提供的服務(wù),IP,協(xié)議是因特網(wǎng)中的基礎(chǔ)協(xié)議，由,IP,協(xié)議控制傳輸?shù)膮f(xié)議單元稱為,IP,數(shù)據(jù)報,。,IP,將多個網(wǎng)絡(luò)連成一個互聯(lián)網(wǎng)，可以把高層的數(shù)據(jù)以多個數(shù)據(jù)報的形式通過互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)出去,它的基本任務(wù)是屏蔽下層各種物理網(wǎng)絡(luò)的差異，向上層（主要是,TCP,層或,UDP,層）提供統(tǒng)一的,IP,數(shù)據(jù)報，各個,IP,數(shù)據(jù)報之間是相互獨立的。,IP,協(xié)議提供,不可靠的,、,無連接的,、,盡力的,數(shù)據(jù)報投遞服務(wù)。,15,將,IP,數(shù)據(jù)報封裝到以太網(wǎng)的,MAC,數(shù)據(jù)幀中,

8、16,7.2.2 IPv4,與,IPv6,目前因特網(wǎng)上廣泛使用的,IP,協(xié)議為,IPv4,，,IPv4,的,IP,地址是由,32,位的二進制數(shù)值組成的。,IPv4,協(xié)議的設(shè)計目標(biāo)是,提供無連接的數(shù)據(jù)報盡力投遞服務(wù),。,17,固,定,部,分,可變,部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,

9、IP,數(shù)據(jù)報,首,部,IPv4,的數(shù)據(jù)報結(jié)構(gòu),18,可變,部分,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP,數(shù)據(jù)報,固,定,部,分,IPv4,的數(shù)據(jù)報結(jié)構(gòu),19,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片

10、 偏 移,填 充,首 部 檢 驗 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP,數(shù)據(jù)報,固,定,部,分,可變,部分,IPv4,的數(shù)據(jù)報結(jié)構(gòu),20,IPv4,首部字段,版本號,(Version),：,4,位，說明對應(yīng),IP,協(xié)議的版本號,IP,頭長度,(IP Header Length),：,4,位，以,32,位為單位的,IP,數(shù)據(jù)報的報頭長度。,服務(wù)類型,(Type of Service),：,8,位，用于規(guī)定優(yōu)先級、傳送速率、吞吐量

11、和可靠性等參數(shù)。,IP,數(shù)據(jù)報總長度,(Total Length),：,16,位，以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)報報頭和數(shù)據(jù)兩部分的總長度。,標(biāo)識符,(Identifier),：,16,位，它是數(shù)據(jù)報的唯一標(biāo)識，用于數(shù)據(jù)報的分段和重裝。,標(biāo)志,(Flag),：,3,位，數(shù)據(jù)報是否分段的標(biāo)志。,段偏移,(Fragment,Offest,),：,13,位，以,64,位為單位表示的分段偏移,21,IPv4,首部字段,生存期,(Time of Live),：,8,位，允許數(shù)據(jù)報在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸?shù)拇婊钇谙蕖?協(xié)議,(Protocol):,8,位，指出發(fā)送數(shù)據(jù)報的上層協(xié)議。,IP,報頭校驗和,(Header Check

12、sum),：,16,位，用于對報頭的正確性檢驗。,源站,IP,地址,：,32,位，指出發(fā)送數(shù)據(jù)報的源主機,IP,地址。,目的站,IP,地址,：,32,位，指出接收數(shù)據(jù)報的目的主機的,IP,地址。,IP,選項,：可變長度，提供任選的服務(wù)，如錯誤報告和特殊路由等。,填充項,：可變長度，保證,IP,報頭以,32,位邊界對齊。,22,IPv6,被提出,32,位的,IP,地址空間將無法滿足因特網(wǎng)迅速增長的要求；不定長的數(shù)據(jù)報頭域處理影響了路由器的性能提高；單調(diào)的服務(wù)類型處理；缺乏安全性要求的考慮；負(fù)載的分段,/,組裝功能影響了路由器處理的效率。,90,年代初，人們就開始討論新的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。,IETF,

13、的,IPng,工作組,在,1994,年,9,月提出了一個正式的草案,The Recommendation for the IP Next Generation Protocol,，,1995,年底確定了,IPng,的協(xié)議規(guī)范，并稱為,IP,版本,6,（,IPv6,）,23,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 個 首 部,流 標(biāo) 號,12,通 信 量 類,（,128 bit,）,（,128 bit,）,有 效 載 荷 長 度,跳 數(shù) 限 制,24,擴展首部,/,數(shù)據(jù),IPv6,的,基本首部,（,40 B,）,IPv6,的,有效載荷,（至,64 KB,）,IPv6

14、,的數(shù)據(jù)報頭結(jié)構(gòu),24,IPv6,主要特點有：,（,1,）擴展地址和路由的能力。,（,2,）簡化了,IP,報頭的格式。,（,3,）支持?jǐn)U展選項的能力。,（,4,）支持對數(shù)據(jù)的確認(rèn)和加密。,（,5,）支持自動配置。,（,6,）支持源路由。,（,7,）定義服務(wù)質(zhì)量的能力。,（,8,）,IPv4,的平滑過渡和升級。,25,7.2.3 IP,地址,我們把整個因特網(wǎng)看成為一個單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。,IP,地址就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的,32 bit,的標(biāo)識符。,每個因特網(wǎng)上的主機和路由器都有一個,IP,地址，包括類別、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和主機標(biāo)識。為了避免沖突，因特網(wǎng)中所

15、有的,IP,地址都是由一個中央權(quán)威機構(gòu),SRI,的,網(wǎng)絡(luò)信息中心,NIC,（,Network Information Center,）分配。,26,IP,地址的一般格式為：,類別,+,Netid,+,Hostid,類別,：用來區(qū)分,IP,地址的類型,通常將因特網(wǎng),IP,地址分成,5,種類型：（,A,類、,B,類,、,C,類,、,D,類,、,E,類,）,網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識（,Netid,）,：表示入網(wǎng)主機所在的網(wǎng)絡(luò)；,主機標(biāo)識（,Hostid,）,：表示入網(wǎng)主機在本網(wǎng)段中的標(biāo)識。,27,表,7-2 IP,地址結(jié)構(gòu),地址,網(wǎng)絡(luò)部分,主機部分,A,類,0,XXXXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,X

16、XXXXXXX,B,類,10,XXXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,C,類,110,XXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,D,類,1110,XXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,E,類,1111,XXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,28,點分十進制記法,10000000000010110000001100011111,機器中存放的,IP,地址,是,32 bit,二進制代碼,10000000 00001011 00000011 00011111,每隔,8 bit,插入一個空格,能夠提高可讀性,采用點分十進制記法,則進一步提高可讀性,128.11.3.31,128,11 3 31,將每,8 bit,的二進制數(shù),轉(zhuǎn)換為十進制數(shù),29,值得注意的是因特網(wǎng)還規(guī)定了一些特殊地址：,Hostid,為全,0,的,IP,地址，不分配給任何主機，僅用于表示某個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址；例：,202.119.2.0,。,Hostid,為全,1,的,IP,地址，不分配給任何主機，用作廣播地址，例：,202.1