第4章_网络层与IP协议

第4章网络层与IP协议4.1网络层4.2IP协议4.3使用IP协议进行网络互联4.1网络层一、面向连接的服务和面向无连接的服务面向连接的服务是指在数据传输之前，必须先建立连接，当数据传输结束后，就终止这个连接。它具有连接建立、数据传输和连接拆除三个阶段。面向无连接的服务是指通信之前不需要建立连接可以直接向网络发送分组。每个分组都携带目的地址信息，以便在网络中独立选择路由。二、数据报服务在数据报方式中，每个分组被称为一个数据报。网络随时都可以接受主机发送的数据报。每个数据报自身携带有足够的信息，网络为每个数据报独立地选择路由。数据报服务只是尽最大可能将数据交付给目的主机，并不能保证：1、数据报不丢失；2、数据报按序交给目的主机；3、数据报不重复，不损坏；4、在某个时限内交给目的主机。因此，数据报服务是不可靠的。三、虚电路服务在虚电路方式中，在数据传输之前，网络的源主机和目的主机之间先要建立一条逻辑通道。每个分组包含了虚电路标识符，在虚电路所经过的各个结点都知道把这些分组转发到哪，不再进行路由选择。但要注意虚电路方式和电路交换方式不同：电路交换方式中数据传输过程始终占用通信信道。而虚电路采用存储转发方式，对通信线路逐段加以占用，实际并没有端到端的占用线路，所以称为虚电路。四、两种服务的特点虚电路服务的本质是由通信子网提供无差错的数据传输以及流量控制。它的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务的本质是由用户终端中的软件来保证可靠的通信，而对网络只要求提供尽最大努力的服务。五、网络互联互联的网络集合就称为互联网(internet)。一般就是通过WAN连接起来的LAN集合。与此相反的是，Internet(大写的I，译为“因特网”)是指特定的世界范围的互联网。网络互联的目标是在异构网络间实现通信。为此，要给每一台计算机分配一个地址。六、网络互联设备路由器：工作在网络层，它根据网络层地址(如IP地址)将信息从一个网络转发到另一个网络，其主要功能：路由选择和信息转发。路由器进行路由选择时，首先要根据路由算法形成一张路由表，路由表通常至少要包含两个重要部分：目的地址和下一站的地址。当路由器收到分组时，根据分组中的目的地址通过查找路由表的相应项从而确定将分组从哪个端口发送出去。最佳路径的选择!4.2IP协议Internet中使用的是TCP/IP协议。其中网际协议IP是用于互联计算机网络而进行通信的协议，因此这一层也称为IP层。在这一层中还有三个协议与IP协议配套使用。地址解析协议ARP；逆地址解析协议RARP；Internet控制报文协议ICMP；ARP协议和RARP协议处于IP协议的下层，被IP协议调用；ICMP协议处于IP协议的上层，它要使用IP协议。一、IP地址及子网掩码1、IP地址IP地址是一个与底层物理地址无关的，整网统一的32位的编址方案，即IP层的地址。Internet指导委员会IAB为IP地址定义了五种类型，分别适应不同规模的网络。每个IP地址都由网络号和主机号组成，但标号的长度不同，因此各类IP地址其可能容纳的网络数目及每个网络可能容纳的主机数目区别很大。0网络号主机号10110111011110网络号网络号主机号主机号多播地址目前未使用01783101278151623243101781516310123310123431TCP/IP地址NETWORKHOST32Bits1351351001...8Bits1Byte8Bits1Byte8Bits1Byte8Bits1Byte一个IP地址用0~255之内的4个十进制数表示，国际通行一种点分十进制表示法。如：135.135.100.1每一个十进制数代表32位地址的其中8位,称为八位位组每个IP地址都由两部分组成：网络号和主机号IP地址的结构IP网络：135.135.0.0节点A：100.11351351001网络地址节点地址IP地址：IP地址：四个字节组成，如135.135.100.1由网络号和节点号组成首字节决定网络类型RIP地址类IP寻址标准最初并没有提供地址类，为了便于管理，IP地址分为五类，其中A、B、C三类是基本类型。A类地址：网络号占前8位，且第一位为0，其取值范围为1到126之间；后24位表示主机号。其有效范围为：1.0.0.1---126.255.255.254B类地址：网络号占前16位，其前两位为10，其取值范围为128—191。主机号占后16位。其有效范围为：128.0.0.1—191.255.255.254C类地址：网络号占前24位，其前三位为110，其取值范围为192—223。后8位表示主机号，其有效范围为：192.0.0.1-223.255.255.2540IP地址类0101101110111181624网络部分主机部分网络部分主机部分网络部分主机部分多播部分实验目的ABCDE0~127(1~126)128~191192~223224~239240~255(240~254)31A类分配给拥有大量主机的网络B类给中等大小的网络C类用于小型的局域网E类保留作为将来的使用D分配给多目传送的组基本IP地址类A类地址的最高位为“0”，其后7位是网络标识，它用于少数主机数量众多的大型网络，主机数可以达224（16M）B类地址的最高2位为“10”，其后14位为网络标识，它用于中等规模的网络，每个网络主机数在28（256）至216（65536）之间；C类地址的最高位为“110”，其后21位为网络标识，它用于小型网络，每个网络的主机数只能少于28（256）。特殊的IP地址：1、广播地址广播地址分为两种：直接广播地址和本地网广播地址。在一个特定子网中，主机地址部分为全“1”的地址称为直接广播地址。而32个比特全为“1”的IP地址，它被称为本地网广播地址或有限广播地址，该地址被用做在本网络内部广播。广播地址不能作为某台具体主机的地址，只能作为IP数据报的目的地址，表示该数据报的一组接收者。2、“零”地址按照规定，主机号“0”从来不分配给任何一个单个的主机，而用这种主机号为零的IP地址来代表该网络本身。例如，202.112.7.0表示一个C类网络的本身。而网络号为“0”的IP地址指的是本网络上的某台主机。另外，特殊地址“0.0.0.0”代表本主机地址。网络上任何主机都可以用它来表示自己。3、回送地址任何一个以数字127开头的IP地址都叫做回送地址，它是一个保留地址，最常见的表示形式为127.0.0.1。使用回送地址的用途是，可以实现对本机网络协议的测试或实现本地进程间的通信。4、私有地址私有IP地址不能直接连接Internet，可以供任何单位内部专用网络使用。私有地址可以用来解决所申请IP地址数目不够等问题。这三个地址范围为：10.0.0.0-10.255.255.254172.16.0.0-172.31.255.254192.168.0.0-192.168.255.254IP地址的特点：1、IP地址不反映任何有关主机位置的地理信息；2、当一个主机接到两个网络上时，该主机必须同时具有两个IP地址，其网络号不同。3、IP地址不仅仅标识一个主机还标明了是哪一个网络。4、用网桥或中继器连接的若干个局域网仍为一个网络，有同样的网络号。对于一个没有经过子网划分的传统C类网络来说，允许安装多少台主机？A、1024B、65025C、254D、16E、48多选:IP地址中网络号的作用有（）A、指定了主机所属的网络B、指定了网络上主机的标识C、指定了设备能够进行通信的网络D、指定被寻址的网中的某个节点2、子网和子网掩码使用A类地址或B类、C类地址的单位可以把他们的网络划分成几个部分，称为子网。每个子网对应一个部门或一个地理范围等。一个网络被划分为若干个子网之后，就存在一个识别子网的问题。子网的识别采用子网掩码技术。子网掩码也是一个32位的数字，也采用点分十进制其制定规则为：所有的1表示IP地址中的网络号和子网号，所有的0表示IP地址中的主机号。假设一个B类地址172.16.0.0，要再划分为62个子网，则子网号字段要有6位。所以子网掩码为255.255.252.0。这时第一个子网的IP地址为172.16.4.1—172.16.7.254将子网掩码和IP地址进行“与”运算，得到该IP地址的网络号或子网号；将子网掩码的反码和IP地址进行“与”运算，得到该IP地址的主机号。所以，子网掩码能够表示IP地址中的主机号是如何被划分成子网地址和主机号的。子网掩码的重要性IP地址在没有相关的子网掩码的情况下是不能存在的子网掩码定义了构成IP地址的32位中的多少位用于定义网络，或者网络及其相关子网。缺省的子网掩码0网络部分主机部分A10110网络部分主机部分网络部分主机部分BC111111110000000000000000000000001111111111111111000000000000000011111111111111111111111100000000255.0.0.0255.255.0.0255.255.255.0缺省掩码IP地址的每一类都具有默认的子网掩码，它定义了每个地址类别中，IP地址的多少位用于表示没有子网的网络地址以下为A、B、C类网络缺省的子网掩码第4字节第3字节第2字节第1字节字节/IP地址00135135结果（所在网段）00000000000000001000011110000111按位求与and00000000000000001111111111111111255.255.0.000000001011001001000011110000111135.135.100.1划分子网的目的和优势目的标准网络地址分配不灵活、造成一定地址空间的浪费；为了充分利用网络地址优势•进行网络分段，隔离网络广播•易于管理•提高网络安全性划分子网——在默认子网掩码中加入位如果我们希望在一个网络中建立子网，通过借用主机地址位，在默认的子网掩码中加入一些位，减少了用于主机地址的位数，加入到掩码中的位数决定决定了我们可以配置的子网在一个划分了子网的网络中，每个地址包含一个网络部分、一个子网部分和一个主机部分110网络部分网络号+子网号+主机号11111111111111111111111111100000255.255.255.2243位的C类子网掩码IP地址：135.135.100.1借用3位的子网掩码如下：子网划分步骤一、需求子网数二、选择子网掩码三、计算主机数四、计算每个子网的网络号五、每个子网的广播地址一、需求子网数假设ABC公司已被分配135.135.100.1的注册的IP地址，但需要6个不同的网络，网络管理员必须创建6个子网子网1子网4子网2子网5子网3子网6ABC公司135.135.100.1一、需求子网数借用3位主机位数，确定它的子网数。有效子网数N=2n–2（n=3为借用主机子网位数）网络号网络号11111111111111111110000000000000子网掩码：主机号主机号13513510012552552240IP地址：借用3位二、计算子网掩码借用3位主机位数，确定它的子网掩码，将所借位置1网络号网络号11111111111111111110000000000000子网掩码：主机号主机号13513510012552552240IP地址：借用3位三、计算可用主机数有效子网数H=2n–2（n为用于主机的位数）借用3位主机位数，确定它的主机数H=213–2=8190网络号网络号11111111111111111110000000000000子网掩码：主机号主机号13513510012552552240IP地址：剩余13位注释子网地址子网值子网位形式135.135.192.0192110135.135.96.096011135.135.128.0128100135.135.160.0160101保留135.135.224.0224111135.135.64.064010135.135.32.032001保留135.135.0.00000四、