匡子平計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件05

,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第五講 網(wǎng)絡(luò)層（一）,四川合江少岷職業(yè)學(xué)校,匡子平,1,本講主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)層概述,數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路,網(wǎng)際協(xié)議,IP,IPv4,與,IPv6,IP,數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成,IP,地址,子網(wǎng)與子網(wǎng)掩碼,2,7.1,網(wǎng)絡(luò)層概述,網(wǎng)絡(luò)層的根本任務(wù),是將源主機(jī)發(fā)出的分組經(jīng)各種途徑送到目的主機(jī)。,從源主機(jī)到目的主機(jī)可能得經(jīng)過(guò)許多中間節(jié)點(diǎn)。這一功能與數(shù)據(jù)鏈路層形成鮮明的對(duì)比，數(shù)據(jù)鏈路層僅將數(shù)據(jù)幀從導(dǎo)線的一端送到其另一端，而網(wǎng)絡(luò)層是處理點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹蛯印?3,7.1.1,網(wǎng)絡(luò)層的的設(shè)計(jì)問(wèn)題,當(dāng)源主機(jī)與目的主機(jī)不處于同一網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)層來(lái)處理這些差異，并解決由此而帶來(lái)的問(wèn)題，這是網(wǎng)絡(luò)層關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題：,異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),。,網(wǎng)絡(luò)層必須知道通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即所有路由器的位置），并選擇通過(guò)子網(wǎng)的合適路徑，這是網(wǎng)絡(luò)層要解決的另一個(gè)重要問(wèn)題：,路由選擇,。,另外，選擇路徑時(shí)要注意到，不要使一些通信線路超負(fù)荷工作，而另一些通信線路卻處于空閑狀態(tài)，這是另一方面的問(wèn)題：,擁塞控制,。,4,表,7-1,不同網(wǎng)絡(luò)的不同性質(zhì),不同的方面,可能的取值,提供的服務(wù),面向連接的和無(wú)連接的,網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,IP,，,IPX,，,CLNP,，,AppleTalk,DECnet,等,服務(wù)質(zhì)量,支持服務(wù)質(zhì)量或不支持，許多不同的方法,多點(diǎn)廣播,存在多點(diǎn)廣播或不存在,分組大小,各個(gè)網(wǎng)絡(luò)分組長(zhǎng)度的最大值不一致,尋址方式,分層的（如,IP,），平面的（如,IEEE 802,）,流量控制,速率控制，滑動(dòng)窗口，其它方法或不支持流量控制,擁塞控制,漏桶、抑制分組等,差錯(cuò)控制,可靠的，有序的和無(wú)序的提交,安全性,使用規(guī)則、加密等,參數(shù),不同的超時(shí)值、流說(shuō)明等,計(jì)費(fèi)方式,按連接時(shí)間計(jì)費(fèi)，按分組數(shù)計(jì)費(fèi)，按字節(jié)數(shù)計(jì)費(fèi)或不計(jì)費(fèi),5,7.1.2,虛電路與數(shù)據(jù)報(bào),在網(wǎng)絡(luò)層主要提供兩種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)：,面向連接的虛電路方式,無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式,6,1,面向連接的虛電路方式,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),H,1,要和,H,5,通信,主機(jī),H,1,先向主機(jī),H,5,發(fā)出一個(gè)特定格式的控制信息分組，,要求進(jìn)行通信，同時(shí)尋找一條合適路由。若主機(jī),H,5,同意,通信就發(fā)回響應(yīng)，然后雙方就建立了虛電路。,虛電路,H,1,向,H,5,發(fā)送的,所有分組都沿此,虛電路傳送。,7,提供虛電路服務(wù)的特點(diǎn),H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),同理，主機(jī),H,2,和主機(jī),H,6,通信之前，也要建立虛電路。,8,提供虛電路服務(wù)的特點(diǎn),H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),在虛電路建立后，網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的服務(wù)就好像在,兩個(gè)主機(jī)之間建立了一對(duì)穿過(guò)網(wǎng)絡(luò)的,數(shù)字管道,。,所有發(fā)送的分組都按順序進(jìn)入管道，然后按照,先進(jìn)先出的原則沿著此管道傳送到目的站主機(jī)。,9,提供虛電路服務(wù)的特點(diǎn),H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),到達(dá)目的站的分組順序就與發(fā)送時(shí)的順序一致，,因此網(wǎng)絡(luò)提供虛電路服務(wù)對(duì)通信的,服務(wù)質(zhì)量,QoS,(Quality of Service),有較好的保證。,10,2,無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,A,C,D,B,H,6,E,分組交換網(wǎng),H,1,向,H,5,發(fā)送分組,H,2,向,H,6,發(fā)送分組,路徑可能變化,網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)接受主機(jī)發(fā)送的分組（即數(shù)據(jù)報(bào)）,網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)分組獨(dú)立地選擇路由。,11,網(wǎng)絡(luò)盡最大努力地將分組交付給目的主機(jī)，但網(wǎng)絡(luò)對(duì)源主機(jī)沒(méi)有任何承諾。,網(wǎng)絡(luò)不保證所傳送的分組不丟失，也不保證按源主機(jī)發(fā)送分組的先后順序，以及在時(shí)限內(nèi)必須將分組交付給目的主機(jī)。,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)可根據(jù)情況將一些分組丟棄。,數(shù)據(jù)報(bào)提供的服務(wù)是不可靠的，它不能保證服務(wù)質(zhì)量。,無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式特點(diǎn),12,在無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式的設(shè)計(jì)中，下面幾個(gè)部分是非常關(guān)鍵的。,尋址,路由。,分組生命期。,差錯(cuò)控制和流量控制。,分段和重組。,13,7.2,網(wǎng)際協(xié)議,IP,TCP/IP,協(xié)議族是,Internet,所采用的協(xié)議族，是,Internet,的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。,因特網(wǎng)協(xié)議,IP(Internet Protocol),是,TCP/IP,協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是,TCP/IP,協(xié)議族的核心協(xié)議。,14,7.2.1 IP,協(xié)議提供的服務(wù),IP,協(xié)議是因特網(wǎng)中的基礎(chǔ)協(xié)議，由,IP,協(xié)議控制傳輸?shù)膮f(xié)議單元稱為,IP,數(shù)據(jù)報(bào),。,IP,將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連成一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，可以把高層的數(shù)據(jù)以多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的形式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)出去,它的基本任務(wù)是屏蔽下層各種物理網(wǎng)絡(luò)的差異，向上層（主要是,TCP,層或,UDP,層）提供統(tǒng)一的,IP,數(shù)據(jù)報(bào)，各個(gè),IP,數(shù)據(jù)報(bào)之間是相互獨(dú)立的。,IP,協(xié)議提供,不可靠的,、,無(wú)連接的,、,盡力的,數(shù)據(jù)報(bào)投遞服務(wù)。,15,將,IP,數(shù)據(jù)報(bào)封裝到以太網(wǎng)的,MAC,數(shù)據(jù)幀中,16,7.2.2 IPv4,與,IPv6,目前因特網(wǎng)上廣泛使用的,IP,協(xié)議為,IPv4,，,IPv4,的,IP,地址是由,32,位的二進(jìn)制數(shù)值組成的。,IPv4,協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)是,提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)盡力投遞服務(wù),。,17,固,定,部,分,可變,部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識(shí),服 務(wù) 類 型,總 長(zhǎng) 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）,比特,首部長(zhǎng)度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級(jí),數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP,數(shù)據(jù)報(bào),首,部,IPv4,的數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu),18,可變,部分,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識(shí),服 務(wù) 類 型,總 長(zhǎng) 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）,比特,首部長(zhǎng)度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級(jí),數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP,數(shù)據(jù)報(bào),固,定,部,分,IPv4,的數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu),19,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識(shí),服 務(wù) 類 型,總 長(zhǎng) 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）,比特,首部長(zhǎng)度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級(jí),數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP,數(shù)據(jù)報(bào),固,定,部,分,可變,部分,IPv4,的數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu),20,IPv4,首部字段,版本號(hào),(Version),：,4,位，說(shuō)明對(duì)應(yīng),IP,協(xié)議的版本號(hào),IP,頭長(zhǎng)度,(IP Header Length),：,4,位，以,32,位為單位的,IP,數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭長(zhǎng)度。,服務(wù)類型,(Type of Service),：,8,位，用于規(guī)定優(yōu)先級(jí)、傳送速率、吞吐量和可靠性等參數(shù)。,IP,數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度,(Total Length),：,16,位，以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭和數(shù)據(jù)兩部分的總長(zhǎng)度。,標(biāo)識(shí)符,(Identifier),：,16,位，它是數(shù)據(jù)報(bào)的唯一標(biāo)識(shí)，用于數(shù)據(jù)報(bào)的分段和重裝。,標(biāo)志,(Flag),：,3,位，數(shù)據(jù)報(bào)是否分段的標(biāo)志。,段偏移,(Fragment,Offest,),：,13,位，以,64,位為單位表示的分段偏移,21,IPv4,首部字段,生存期,(Time of Live),：,8,位，允許數(shù)據(jù)報(bào)在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸?shù)拇婊钇谙蕖?協(xié)議,(Protocol):,8,位，指出發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的上層協(xié)議。,IP,報(bào)頭校驗(yàn)和,(Header Checksum),：,16,位，用于對(duì)報(bào)頭的正確性檢驗(yàn)。,源站,IP,地址,：,32,位，指出發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的源主機(jī),IP,地址。,目的站,IP,地址,：,32,位，指出接收數(shù)據(jù)報(bào)的目的主機(jī)的,IP,地址。,IP,選項(xiàng),：可變長(zhǎng)度，提供任選的服務(wù)，如錯(cuò)誤報(bào)告和特殊路由等。,填充項(xiàng),：可變長(zhǎng)度，保證,IP,報(bào)頭以,32,位邊界對(duì)齊。,22,IPv6,被提出,32,位的,IP,地址空間將無(wú)法滿足因特網(wǎng)迅速增長(zhǎng)的要求；不定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)頭域處理影響了路由器的性能提高；單調(diào)的服務(wù)類型處理；缺乏安全性要求的考慮；負(fù)載的分段,/,組裝功能影響了路由器處理的效率。,90,年代初，人們就開(kāi)始討論新的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。,IETF,的,IPng,工作組,在,1994,年,9,月提出了一個(gè)正式的草案,The Recommendation for the IP Next Generation Protocol,，,1995,年底確定了,IPng,的協(xié)議規(guī)范，并稱為,IP,版本,6,（,IPv6,）,23,0,4,16,31,版 本,比特,目 的,地 址,源 地 址,下 一 個(gè) 首 部,流 標(biāo) 號(hào),12,通 信 量 類,（,128 bit,）,（,128 bit,）,有 效 載 荷 長(zhǎng) 度,跳 數(shù) 限 制,24,擴(kuò)展首部,/,數(shù)據(jù),IPv6,的,基本首部,（,40 B,）,IPv6,的,有效載荷,（至,64 KB,）,IPv6,的數(shù)據(jù)報(bào)頭結(jié)構(gòu),24,IPv6,主要特點(diǎn)有：,（,1,）擴(kuò)展地址和路由的能力。,（,2,）簡(jiǎn)化了,IP,報(bào)頭的格式。,（,3,）支持?jǐn)U展選項(xiàng)的能力。,（,4,）支持對(duì)數(shù)據(jù)的確認(rèn)和加密。,（,5,）支持自動(dòng)配置。,（,6,）支持源路由。,（,7,）定義服務(wù)質(zhì)量的能力。,（,8,）,IPv4,的平滑過(guò)渡和升級(jí)。,25,7.2.3 IP,地址,我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。,IP,地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的,32 bit,的標(biāo)識(shí)符。,每個(gè)因特網(wǎng)上的主機(jī)和路由器都有一個(gè),IP,地址，包括類別、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)和主機(jī)標(biāo)識(shí)。為了避免沖突，因特網(wǎng)中所有的,IP,地址都是由一個(gè)中央權(quán)威機(jī)構(gòu),SRI,的,網(wǎng)絡(luò)信息中心,NIC,（,Network Information Center,）分配。,26,IP,地址的一般格式為：,類別,+,Netid,+,Hostid,類別,：用來(lái)區(qū)分,IP,地址的類型,通常將因特網(wǎng),IP,地址分成,5,種類型：（,A,類、,B,類,、,C,類,、,D,類,、,E,類,）,網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（,Netid,）,：表示入網(wǎng)主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)；,主機(jī)標(biāo)識(shí)（,Hostid,）,：表示入網(wǎng)主機(jī)在本網(wǎng)段中的標(biāo)識(shí)。,27,表,7-2 IP,地址結(jié)構(gòu),地址,網(wǎng)絡(luò)部分,主機(jī)部分,A,類,0,XXXXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,B,類,10,XXXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,C,類,110,XXXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,D,類,1110,XXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,E,類,1111,XXXX XXXXXXXX,XXXXXXXX,XXXXXXXX,28,點(diǎn)分十進(jìn)制記法,10000000000010110000001100011111,機(jī)器中存放的,IP,地址,是,32 bit,二進(jìn)制代碼,10000000 00001011 00000011 00011111,每隔,8 bit,插入一個(gè)空格,能夠提高可讀性,采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法,則進(jìn)一步提高可讀性,128.11.3.31,128,11 3 31,將每,8 bit,的二進(jìn)制數(shù),轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),29,值得注意的是因特網(wǎng)還規(guī)定了一些特殊地址：,Hostid,為全,0,的,IP,地址，不分配給任何主機(jī)，僅用于表示某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址；例：,202.119.2.0,。,Hostid,為全,1,的,IP,地址，不分配給任何主機(jī)，用作廣播地址，例：,202.1