计算机网络与通讯_201409_第5章网络层与网络互联

1计算机网络与通讯教材第5章网络层与网络互联2第5章网络互联和IP协议5.1网络层概述（含网络互联设备）5.2IPv45.7下一代网际协议IPv635.1网络层概述网络互连与互联为什么需要网络互联网络互联的作用网络互联提出的问题网间互联的类型网络互联设备网络互连的实现45.1网络层概述互连的概念互连（interconnection）:强调物理连接互联（internetworking）:强调逻辑连接异种网络的概念低层协议的差异例如Ethernet与TokenRing高层协议的差异例如TCP/IP与Novell55.1网络层概述网络互连用线路和互连设备连接采用各种不同低层（网络层以下）协议的网络。网络互联利用应用程序网关实现采用不同高层（传输层以上）协议的网络之间的逻辑连接。暂不考虑两者的区别。6为什么要网络互联存在大大小小、相互独立的多种物理网络已有的异种网络客观存在没有哪种网络技术可以满足所有需求全球范围的通信需求各物理网络中的用户希望能够相互通信，不受物理网络边界限制通信：电子邮件、IP电话、视频会议信息服务：信息和资源共享网络社会化：电子商务、远程教育、远程医疗7网络互联的作用隐藏底层细节，使互联网可以看成是单一的虚拟网络，所有计算机都与它相连，而不管实际的物理连接如何。互联网物理网络主机路由器图5-1(a)用户观点的互联网;(b)互联网的实际连接示例8网络互联提出的问题IP层主要功能是负责为不同物理网络上的主机提供通信服务。需要解决若干问题：如何屏蔽异种网络的差异统一网络地址统一数据格式如何实现全网的数据传输和交换网络之间的数据包寻径、转发路由表的产生和动态刷新差错处理IP组播9网络互连的类型：局域网——局域网互联互联设备一般是网桥和交换机局域网——广域网互联互联设备一般是路由器局域网——广域网——局域网互联互联设备一般是路由器或网关广域网——广域网互联互联设备一般是路由器或网关10网络互联设备集线器：完成物理信号放大和转发的物理层互联设备。工作时，只是单纯地将数据转发到链路上，不关心该链路现在是否有站点在发送数据。局域网交换机：利用数据链路层MAC地址转发帧，是含物理层和链路层两层的互联设备。交换机向一条链路转发数据帧时，要关注该链路上是否存在冲突，因此一般交换机接口要运行CSMA/CD协议。交换机可以把使用不同技术的以太网段互联起来。路由器：是含有物理层、链路层和网络层三层的互联设备。路由器可以构建复杂的互联网络，路由器之间通过交换路由信息来动态维护路由表，以反映网络当前的拓扑结构。网关：现在的网关一般指传输层及传输层以上的互联设备，如应用层网关。以前，路由器也被称为网关，应根据具体上下文判断其具体含义。11网络互联的实现路由技术网络设备：路由器，实现第三层（网络层）数据交换静态路由动态路由125.2IPv4与IP配套的协议IP地址的表示及划分子网13IP协议Internet不是一个单一网络，其技术关键在于不同网络的互连。网络互连协议——TCP/IP协议（由传输层的传输控制协议TransmissonContralProtocol和网络层的网际协议InternetProtocol组成）OSI体系结构TCP/IP体系结构应用层进程/应用层表示层会话层传输层运输层网络层互联网层数据链路层网络接口层物理层14IP协议网际协议IP是TCP/IP体系中两个重要的协议之一。IPv4虽有最终被IPv6取代的趋势，但它仍是当前使用的最重要的因特网协议。与IP配套使用的还有四个协议：•地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)•逆地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)•网际控制信息协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)•网际组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)15IP协议IP协议及其配套协议各种应用层协议网络接口层(FTP,SMTP,HTTP等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMPICMP和IGMP要使用IP协议IP协议要使用ARP和RARP协议16ARP和RARP协议：IP地址与物理地址的区别IP地址：Internet上通信节点的唯一标识物理地址（MAC地址）：通信节点硬件地址，局域网中通信节点的唯一标识。17地址解析协议（ARP）——找到与已知IP对应的物理地址每一个主机都有一个ARP高速缓存，放有已知IP地址到物理地址的映射表。当主机A欲向本局域网上的主机B发送一个IP数据报时，就先查看本机上的映射表有无主机B的IP物理地址。如有，将此物理地址写入MAC帧，然后通过局域网发往此物理地址。18地址解析协议（ARP）——找到与已知IP对应的物理地址如无，则启动运行ARP，按以下步骤找出主机B的物理地址：ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，上面有主机B的IP地址；在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组；主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，上面写入自己的物理地址；主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到物理地址的映射。19地址解析协议（ARP）——找到与已知IP对应的物理地址20反向地址解析协议（RARP）——由物理地址找出相应的IP地址RARP使只知道自己物理地址的主机能够知道其IP地址。这种主机往往是无盘工作站。工作流程：无盘工作站先向局域网发出RARP请求分组，并在此分组中给出自己的物理地址。RARP服务器从地址映射表查出该无盘工作站的IP地址。然后写入RARP响应分组，发回给无盘工作站。21IP地址1.IP地址及其表示方法IP地址（在互联网上唯一地标识了一台主机或路由器，长度为32bit）组成：IP地址＝网络号+主机号寻址原则：先按IP地址中的网络号net-id把网络找到，再按主机号host-id把主机找到。分配：Internet中所有的IP都是唯一的，由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)分配地址类型:A、B、C、D和E教材P14522net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIPv4地址的格式0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用111100123net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的网络号字段net-id为1字节IPv4地址的格式24net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的网络号字段net-id为2字节IPv4地址的格式25net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的网络号字段net-id为3字节IPv4地址的格式26net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的主机号字段host-id为3字节IPv4地址的格式27net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的主机号字段host-id为2字节IPv4地址的格式28net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的主机号字段host-id为1字节IPv4地址的格式29net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001D类地址是多播地址，主要留给因特网体系结构委员会IAB使用。IPv4地址的格式30net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bit0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001E类地址保留为今后使用IPv4地址的格式31IP地址的表示——点分十进制记法10000000000011110000010000101111机内存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000011110000010000101111每隔8bit插入一个空格能提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.15.4.4712815447将每8bit的二进制数转换为十进制数32IP地址Net-idHost-id例代表的意思0全00.0.0.0本网络上的本主机0Host-id0.0.26.16本网络上的某个主机全1全1255.255.255.255只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）net-id全0202.204.26.0标识一个网络net-id全1202.204.26.255对net-id上的所有主机进行广播127任何数127.0.0.1用作本地软件回送测试使用，不会出现在网络上特殊的IP地址33IP地址A、B、C类IP地址可指派的范围地址可指派的第一个最后一个每个网络可类别最多网络数可用的可用的拥有的最网络号网络号多主机数A126(27–2)112616,777,214=224–2B16,382(214–2)128.1191.25565,534=216–2C2,097,150(221–2)192.0.1223.255.255254=28–234练习：1、说明下列IP地址类别：(1)128.36.199.3(2)21.12.240.17(3)183.194.76.253(4)192.12.69.248(5)89.3.0.1(6)200.3.6.235IP地址的一些重要特点（1）IP地址是一种分级式地址结构。它不反映主机(或路由器)所在地理位置的任何信息。每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。这种地址结构的好处是：IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号(第一级)，而剩下的主机号(第二级)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。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占的存储空间。36IP地址的一些重要特点(续)：(2)IP地址指明了一台主机(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