第10章 网络层、传输层和应用层

第十章网络层、传输层和应用层10.1网络层10.2传输层10.3应用层10.1网络层10.1.1网络层概述网络层是解决网络与网络之间，即网际的通信问题，将分布在不同地理位置、相同或不同类型的计算机网络连成一个网，进行高速数据通信，实现资源共享和分布式处理。网络层的功能网络层的主要功能是提供路由，选择到达目标主机的最佳路径，并沿该路径传送数据包。除此之外，网络层还要能够消除网络拥挤，具有流量控制和拥挤控制的能力。建立和拆除网络连接，网络连接多路复用，分段和组块，服务选择和传输。图10-1网络互联的层次结构因特网的网络层采用的服务——无连接的数据报服务在因特网中采用的是无连接的数据报服务，其特点是：某一主机想要发送数据就随时可以发送，每个报文分组独立地选择路由。应用层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层数据报服务H1H2IP数据报丢失H1发送给H2的分组可能沿着不同路径传送南阳平顶山许昌洛阳郑州由于每个报文分组走不同的路径，所以数据报服务不能保证先发送出去的报文分组先到达目的主机，也就是说这种数据报服务的报文分组不能按序交给目的主机，因此目的主机就必须对收到的报文分组进行缓冲，并且重新组装成报文再传送给上层协议。数据报服务的特点数据报服务在因特网中，网络层只向上层提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。优点：由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，运行方式灵活，能够适应多种应用而且价格低廉。如果用户主机中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由主机中的传输层负责（包括差错处理、流量控制等）。10.1.2IPv4协议网际协议IP(InternetProtocol)是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。与IP协议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)网际控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)网际组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)网际层的IP协议及配套协议各种应用层协议网络接口层(HTTP,FTP,SMTP等)物理硬件传输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMPIPv4协议目前使用的是IP协议第四版（IPv4），也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。1981年RFC791中定义了IP。一、IPv4地址IPv4协议提供了一种互联网通用的地址格式，该地址由32位（4字节）的二进制数表示。IPv4协议规定的地址称为IPv4地址，IP地址由IP地址管理机构进行统一管理和分配，保证互联网上运行的设备（如主机、路由器等）不会产生地址冲突。点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32位二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8位插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.3112811331将每8位的二进制数转换为十进制数IP地址的编址方法分类的IP地址。这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC950]在1985年通过。构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。分类的IP地址在分类IP地址中，共分为五类，前三类地址中，每一类地址都由两个固定长度的字段组成：网络号net-id：标志一个物理网络主机号host-id：标志该网络中的一台主机（或路由器）这类地址属于两级IP地址。两级的IP地址可以记为：IP地址::={网络号,主机号}::=代表“定义为”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。net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位分类IP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16位B类地址C类地址011host-id8位D类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用111101单播地址一个A类IP地址由1字节(8位)的网络号和3字节(24位)主机号组成，网络号的最高位必须是“0”。网络号从1到126（即00000001~01111110），可用的A类网络有126个。注意：A、B、C三类地址，网络号中，除了前面固定的几个比特外，其余的比特不能为全0或全1。网络号为127（即01111111）的为回环测试地址。每个A类网络中，主机号从0.0.1到255.255.254（即从000000000000000000000001~111111111111111111111110，主机号也不能为全0和全1）。每一个A类网络能支持224-2（即16777214）个不同的主机地址。A类地址的目的是支持巨型网络host-id24位net-id8位0A类地址一个B类IP地址由2字节(16位)的网络号和2字节(16位)主机号组成，网络号的前两位必须是“10”。网络号从128.1到191.254（即1000000000000001~1011111111111110），可用的B类网络有214-2（即16382）个。每个B类网络中，主机号从0.1到255.254（即从0000000000000001~1111111111111110）每一个B类网络能支持216-2（即65534）个不同的主机地址。B类地址的目的是支持中到大型的网络。net-id16位host-id16位B类地址01一个C类IP地址由3字节（24位）的网络号和1字节（8位）主机号组成，网络地址的前三位必须是“110”。网络号从192.0.1到223.255.254（即110000000000000000000001~11011111111111111111110）可用的C类网络有221-2（即2097150）个。每个C类网络中，主机号从1到254（即从00000001~11111110）每一个C类网络能支持28-2（即254）个不同的主机地址。C类地址用于支持大量的小型网络net-id24位C类地址011host-id8位IP地址的使用范围网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数A126(27–2)112616,777,214B16,382(2142)128.1191.25465,534C2,097,150(2212)192.0.1223.255.254254IP地址的范围类别第一个字节十进制值A类1－126B类128－191C类192－223D类224－239E类240－255各种类别的IP地址所拥有的总地址数目的比例如下图所示。A类地址B类地址C类地址D类地址E类地址A类B类C类D类E类各类IP地址占的比例特殊IP地址的使用场合网络号主机号源地址使用目的地址使用含义00可以不可在本网络中的本主机（用于DHCP协议）0Host-id可以不可本网络中主机号为Host-id的主机全1全1不可可以表示本网络中的所有主机，用于本网络中的广播（各路由器不转发），也称有限广播地址Net-id全1不可可以表示网络Net-id中的所有主机，也称直接广播地址Net-id0不可不可表示某个网络，而不能表示主机127非全0或全1的任何数可以可以环回测试（回送地址）特殊的IP地址若网络号字段不为“0”，而主机号字段为全“0”，则表示某个网络。若网络号字段不为“0”，而主机号字段为全“1”，则表示该网络中所有的主机，常用作某个网络广播地址。若网络号和主机号全为“1”，则指的是主机所在网络的所有主机。常作为本地广播地址（直接广播地址）。例如：59.0.0.0指得是一个A类网络，59.255.255.255指的是59.0.0.0这个网络中的所有主机。138.234.0.0指的是一个B类网络，138.234.255.255指的是138.234.0.0这个网络中的所有主机。202.102.240.0指的是一个C类网络，202.102.240.255指的是202.102.240.0这个网络中的所有主机。IP地址按照其使用场合分类全球地址（公有地址）——全球唯一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请，使用全球地址可以直接和因特网中的其他主机通信。本地地址（私有地址、专用地址）——仅在机构内部使用的IP地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。本地地址在每一类地址中，都有一些地址块被指派为本地地址。10.0.0.0—10.255.255.2551个A类网络所包含的地址；172.16.0.0—172.31.255.25516个连续的B类网络的地址；192.168.0.0—192.168.255.255256个连续的C类网络的地址。这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。在因特网中的所有路由器对目的地址是本地地址的数据报一律不进行转发。如果具有本地地址的主机想要访问因特网，需要把本地地址转换为一个全球地址——网络地址转换（NAT，NetworkAddressTranslation）。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B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.122