第4章网络层及IP协议2

第4章网络层及IP协议本章主要内容：4.1网络层的主要任务4.2网络层的主要协议4.3网络层设备4.4IPv64.5移动IP124.1网络层主要任务通过路由选择算法，为IP分组通过通信子网选择最适当的路径；实现路由选择、拥塞控制与网络互联等基本功能。网络层，向传输层的端-端传输连接提供使用数据链路层的服务。3链路层的任务两节点间可靠的数据传输Ethernet,X.25,ATM,…网络层的任务沿两端点间的最佳路由传输数据（主机间的逻辑通信）Ethernet,X.25,ATM,…数据链路层与网络层的比较44.2网络层的主要协议网络层的核心协议——IP（网际协议InternetProtocol），提供了无连接的数据报传输服务（不保证送达，不保证顺序）。其它重要协议：ICMP（InternetControlMessageProtocol）：主要用于传递控制消息；ARP（AddressResolutionProtocol）：为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）：为已知的MAC地址确定相应的IP地址。5网络层的四个主要协议应用层传输层网络接口网络层●IP●ICMP●ARP●RARPIP分组中的协议域确定目的端的上层协议TCPUDP617IP传输层网络层64.2网络层的主要协议4.2.1IP协议的发展与演变4.2.2IPv4协议的主要特点4.2.3IP地址4.2.4IP路由技术4.2.5ICMP技术4.2.6ARP与RARP协议4.2.7IP多播与IGMP协议4.2.1IP协议的发展与演变IPv4IP地址标准分类IP地址第1阶段:1980年特殊地址保留地址划分子网:3级结构第2阶段:1991年构成超网:CIDR第3阶段:1993年地址转换:NAT第4阶段:1996年预测4年B类地址用完2015年全部地址用完路由表危机ISP接入的需要IP分组分组头分组交付路由算法路由器设计自治系统ASInternet路由选择协议内部网关协议RIP/OSPF外部网关协议BGPICMP1981年,RFC792IGMP1989年,RFC1112IGMPv21997年,RFC2236QoS资源预留协议RSVP1993年,RFC2205区分服务Diffserv1999年,RFC2475多协议标记交换MPLS2000年,MPLS论坛IPSec1998年,RFC2401/2411第3层交换1981年,RFC791IPv61981年,RFC18124.2.2IPv4协议的主要特点IP协议是一种无连接、不可靠的分组传送服务的协议。IP协议提供的是一种“尽力而为（best-effort）”的服务IP协议是点—点的网络层通信协议。在源主机—路由器、路由器—路由器、路由器—目的主机之间的数据传输的。IP协议屏蔽了互联的网络在数据链路层、物理层协议与实现技术上的差异，向传输层提供统一的IP分组。网络层数据链路层传输层IPEthernet帧FrameRelay帧PPP帧IP分组TCP/UDP94.2.3IP地址（一）IP地址的基本概念（二）标准分类的IP地址（三）子网（四）无类域间路由CIDR技术（五）专用IP地址与网络地址转换NAT技术（六）IP数据报格式10（一）IP地址的基本概念例如我们要旅游–景点名称：名字–在什么地方：地址–如何去：路由在互连网体系结构中,每台主机(在TCP/IP中，端节点一般称为主机Host)都要预先分配一个唯一的32位地址作为该主机的标识符,这个主机必须使用该地址进行所有通信活动,这个地址称为IP地址。IP地址通常由网络标识(Net)和主机标识(Host)两部分组成,可标识一个互连网络中任何一个网络中的任何主机。IP地址是一种在网际层用来标识主机的逻辑地址。当数据报进入数据链路层时,还必须把IP地址转换成物理地址,由地址解析协议ARP提供这种地址映射服务。一个IP地址主要分两部分：网络号与主机号；其格式为：其中,M为地址类别号（地址类别不同,M在32位中所占的位数也不同）。NETID为网络号，用来标识一个网络;HOSTID为主机号，用来标识网络中的一台主机或路由器与网络的连接。MNETHOST（二）标准分类的IP地址121、IP地址书写方法32bit划分为4个字节，中间用点号隔开，写成点分的4个十进制数。如01101110110100111001010100101001转换成十进制为：110.211.149.412、IP地址分类：012345678910111213141516171819202122232425262728293031A0网络号主机号B10网络号主机号C110网络号主机号D1110备用（组播）E11110保留为今后用（试验用）A类——IP地址网络号：7bit表示网络号，27个网络(实际27-2个)主机号：24bit表示主机号，224台主机(实际224-2台)地址范围：0.0.0.0~127.255.255.255(实际范围1.0.0.1~126.255.255.254)回环地址：127.0.0.0A类地址通常用于超大型网络的场合。012345678910111213141516171819202122232425262728293031A0网络号主机号B类——IP地址网络号：14bit表示网络号，214个网络主机号：16bit表示主机号，216台主机(实际216-2台)地址范围：128.0.0.0~191.255.255.255(实际范围128.0.0.1~191.255.255.254)B类地址通常用于大型网络的场合。012345678910111213141516171819202122232425262728293031B10网络号主机号C类——IP地址网络号：21bit表示网络号，221个网络主机号：8bit表示主机号，28台主机(实际28-2台)地址范围：192.0.0.0~223.255.255.255(实际范围192.0.0.1~223.255.255.254)C类地址通常用于校园网或企业网。012345678910111213141516171819202122232425262728293031C110网络号主机号17128.11.3.31是一个___________类IP地址，其网络标识（netid）为____________，主机标识（hosted）为____________。B；128.11；3.31说明1、IP地址中，主机号全为0或全为1时分别作为本网络地址和广播地址使用，所以这个特殊的IP地址不能分配给用户使用。2、D类网络用于广播，它可以将信息同时传送到网上的所有设备，而不是点对点的信息传送，这种网络可以用来召开电视电话会议。3、E类网络常用于进行试验。4、网络管理员在配置网络时不应该采用D类和E类网络。5、IP地址可以由网络管理员手动配置，也可由安装动态主机配置协议(DHCP)的服务器来自动配置。特殊地址特殊地址网络号主机号源地址/目的地址1、网络地址特定的全0都不是2、直接广播地址特定的全1目的地址3、受限广播地址全1全1目的地址4、本网络上的本主机全0全0源地址5、本网络上的特定主机全0特定的目的地址6、环回地址127任意目的地址在路由选择中用网络地址标识一个网络用于将IP分组发送到一个特定网络上的所有主机将IP分组以广播方式发送给本物理网络中的所有主机路由器直接交付给本网络中主机号为特定的主机网络软件测试和本地进程间通信20使用“本网络特定主机”地址的工作过程直接广播地址受限广播地址回送地址特殊IP地址形式以下这些IP地址具有特殊的含义:00...000000...000011...111111...1111本机本网中的主机受限广播地址：局域网中的广播回环(Loopback)00...00主机号1111...1111网络号127任意值0000...0000网络号直接广播地址：对指定网络的广播网络地址一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。在Internet中，IP地址不是任意分配的,必须由国际组织统一分配。其组织机构是:①分配A类(最高一级)IP地址的国际组织是国际网络信息中心NIC(NetworkInformationCenter)。它负责分配A类IP地址,授权分配B类IP地址的组织——自治区系统。它有权重新刷新IP地址。②分配B类IP地址的国际组织是InterNIC（北美地区）、APNIC（亚太地区）和ENIC（欧洲地址）。我国属于APNIC,由它来分配B类地址。例如,APNIC给中国CERNET分配了10个B类地址。③分配C类IP地址的组织是国家或地区网络的NIC。例如,CERNET的NIC设在清华大学,CERNET各地区的网管中心需向CERNETNIC申请分配C类地址。因特网中IP地址的分配IP地址的一些重要特点(1)IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号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。第二，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。IP地址的一些重要特点(2)实际上IP地址是标志一个主机（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。这种主机称为多归属主机(multihomedhost)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP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应当有两个不同的IP地址。IP地址的一些重要特点(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。(4)所有分配到网络号net-id的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。互联网中的IP地址B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是IP地址中的net-id互联网中的IP地址B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.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IP地址B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3