计算机网络(网络层)

11第4章网络层张瑞[e-mail]2第4章网络层™4.1网络层提供的服务™4.2网际协议IP™4.3划分子网和构造超网™4.4网际控制报文协议ICMP™4.5因特网的路由选择协议™4.6IP多播™4.7其他网络举例34.1网络层提供的两种服务™在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。™争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？4™电话公司为代表，发送数据之前应该先建立连接。™建立虚电路(VirtualCircuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。™服务是可靠的，保证服务的质量™好处：对控制参数、可选服务类型、服务质量等进行协商；保证数据的顺序传送，便于流量控制。提供可靠的面向连接的传输服务5虚电路服务应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层H1H2虚电路H1发送给H2的所有分组都沿着同一条虚电路传送H1发送给H2的所有分组都沿着同一条虚电路传送6虚电路的概念™数据链路：相邻两节点间的数据传输通道。™逻辑信道：相邻两点间的一条数据链路可支持多条逻辑信道，为多对通信服务。\多条逻辑信道异步时分复用一条数据链路。\每个结点都会为每个逻辑信道分配一个输入缓冲区和一个输出缓冲区。™虚电路：不相邻的两点间的若干条逻辑信道串接成一条虚电路，建立一条虚电路后两点间就可进行全双工通信。27虚电路是逻辑连接™虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。™请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。8通信子网中的物理信道、逻辑信道和虚电路9™Internet团体为代表：认为通信子网本质上不可靠，数据的正确传输，主机总是要进行差错控制。™网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽昀大努力交付的数据报服务。™网络在发送分组时不需要先建立连接。每个分组（即IP数据报）携带完整的地址信息，独立传输，独立寻址，彼此之间不需要保持任何的顺序关系（不进行编号）。™网络层不提供服务质量的承诺（服务不可靠）。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。提供无连接的传输服务10数据报服务应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层H1H2IP数据报丢失11提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1向H5发送分组H2向H6发送分组路径可能变化网络随时接受主机发送的分组（即数据报）网络为每个分组独立地选择路由。12提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络尽昀大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。313提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络不保证所传送的分组不丢失也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在时限内必须将分组交付给目的主机14提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃15提供数据报服务的特点H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽昀大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务。16尽昀大努力交付的好处™使网络中的路由器设计简单，且价格低廉。™由网络主机中的运输层负责可靠传输（包括差错处理、流量控制等）。™好处：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。™因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。17两种服务的思路来源不同™虚电路服务的思路来源于传统的电信网。\电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。™数据报服务力求使网络生存性好和对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽昀大努力的服务。\可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。18虚电路服务与数据报服务的优缺点™传送代价方面\网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。\用数据报既迅速又经济。\若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费网络资源了。419虚电路服务与数据报服务的优缺点™交换节点存储转发方面\在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。\在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码的标志。\这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外开销。20虚电路服务与数据报服务的优缺点™差错和流量控制方面\在使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制。\在使用虚电路时，分组按顺序交付，网络可以负责差错控制和流量控制。21虚电路服务与数据报服务的优缺点™使用场合\数据报服务对军事通信有其特殊的意义。当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠性。\但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路。\数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址(即广播或多播)。22虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当可靠通信应当由网络来保证由用户主机来保证连接的建立必须有不需要目的站地址仅在连接建立阶段每个分组都有使用，每个分组使目的站的完整地址用短的虚电路号23虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务分组的转发属于同一条虚电路每个分组独立选择的分组均按照同一路由进行转发路由进行转发当结点出所有通过出故障的故障结点可能丢失故障时结点的虚电路分组，一些路由均不能工作可能会发生变化24虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务分组的顺序总是按发送顺序到达目的站时不一定到达目的站按发送顺序端到端的可以由网络负责由用户主机负责差错处理和也可以由用户流量控制主机负责525服务的可靠与连接的关系？™可靠\是指数据没有丢失、损坏或重复；\采用应答来实现，即可靠/不可靠可用有/无应答来区分。™面向连接\本质是保证数据的顺序传送；\特征是数据传送必须经过建立连接、传送数据和拆除连接三个阶段。™结论：可靠性与是否连接之间没有关系！™可靠性与有/无连接的四种组合（主导的两种）\可靠的面向连接的服务和不可靠的无连接的服务26第4章网络层™4.1网络层提供的服务™4.2网际协议IP™4.3划分子网和构造超网™4.4网际控制报文协议ICMP™4.5因特网的路由选择协议™4.6IP多播™4.7其他网络举例27™网际协议IP是TCP/IP体系中两个昀主要的协议之一。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)因特网的网际协议IP28网际协议IP及其配套协议各种应用层协议网络接口层(TELNET,FTP,SMTP等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP29™我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。™IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配IP地址及其表示方法30IP地址的编址方法™IP地址编址方法的三个阶段\分类的IP地址。这是昀基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。\子网的划分。这是对昀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。631分类IP地址™每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机（或路由器）。™两级的IP地址可以记为：IP地址::={网络号,主机号}::=代表“定义为”32net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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11110133net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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111101A类地址的网络号字段net-id为1字节34net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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111101B类地址的网络号字段net-id为2字节35net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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111101C类地址的网络号字段net-id为3字节36net-id24bithost-id24位net-id16位net-id8位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111101A类地址的主机号字段host-id为3字节737net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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111101B类地址的主机号字段host-id为2字节38net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位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111101C类地址的主机号字段host-id为1字节39net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位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111101D类地址是多播地址40net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位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111101E类地址保留为今后使用41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42™划分成不同类别的考虑\各种网络差异很大，有的网络拥有很多主机，而有的网络拥有的主机数目很少。\将IP地址划分成不同类别A、B、C可以满足不同用户的需求。\当一个单位申请到一个IP地址时，只是申请了一个网络号Ne