4网络层提供的两种服务

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1、计算机网络计算机学院本章主要讲述内容 网络层提供的两种服务 网际协议 IP 划分子网和构造超网 网际控制报文协议 ICMP 因特网的路由选择协议 IP 多播 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT4.1 网络层提供的两种服 务 n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。n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？ 电信网的成功经验 让网络负责可靠交付 n面向连接的通信方式 n建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双 方通信所需的一切网络资源。 n如果再使用可靠传输的网络协议

2、，就可 使所发送的分组无差错按序到达终点。 虚电路是逻辑连接n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。n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。 因特网采用的设计思路n网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、 尽最大努力交付的数据报服务。n网络在发送分组时不需要先建立连接。每一 个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后 的分组无关（不进行编号）。n网络层不提供服务质量的承诺。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），

3、当然也不保证分组传送的时限 。 尽最大努力交付的好处n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 ，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较 ）。n如果主机（即端系统）中的进程之间的通信 需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运 输层负责（包括差错处理、流量控制等）。n采用这种设计思路的好处是：网络的造价大 大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用 。n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。 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 物理层数据报服务H1 H2IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分

4、组可能沿着不同路径传送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由网络来保证可靠通信应当由用户主机来 保证 连接的建立必须有不需要 终点地址仅在连接建立阶段使用，每 个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地 址 分组的转发属于同一条虚电路的分组均 按照同一路由进行转发每个分组独立选择 路由进行 转发 当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚 电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分 组，一些路由可能会发生变 化 分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺 序 端到端的差错处 理和流量控制可以由网络负责 ，也可以由 用户主机负责由用户主机负责4.2

5、 网际协议IP n网际协议 IP 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：n地址解析协议 ARP(Address Resolution Protocol)n逆地址解析协议 RARP(Reverse Address Resolution Protocol)n网际控制报文协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)n网际组管理协议 IGMP(Internet Group Management Protocol)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)物理硬件运

6、输层TCP, UDP应用层ICMP IPRARPARP与各种网络接口网络层 （网际层）IGMPn互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要 解决，如：n不同的寻址方案n不同的最大分组长度n不同的网络接入机制n不同的超时控制n不同的差错恢复方法n不同的状态报告方法n不同的路由选择技术n不同的用户接入控制n不同的服务（面向连接服务和无连接服务）n不同的管理与控制方式 4.2.1 虚拟互连网络 n中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。n物理层中继系统：转发器(repeater)。n数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。n网络层中继系统：路由器(router)。n网桥和路由器

7、的混合物：桥路器(brouter)。n网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 网络互相连接起来 要使用一些中间设备 n当中继系统是转发器或网桥时，一般并不 称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网 络扩大了，而这仍然是一个网络。 n网关由于比较复杂，目前使用得较少。n互联网都是指用路由器进行互连的网络。n由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文 献将网络层使用的路由器称为网关。 网络互连使用路由器 互连网络与虚拟互连网络 网络网络网络网络网络(a) 互连网络(b) 虚拟互连网络路由器虚拟互连网络 （互联网）虚拟互连网络的意义 n所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它 的意思就是互连起来

8、的各种物理网络的异构 性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议 就可以使这些性能各异的网络从用户看起来 好像是一个统一的网络。n使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网 。n使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的 主机进行通信时，就好像在一个网络上通信 一样，而看不见互连的各具体的网络异构细 节。 从网络层看 IP 数据报的传送 n如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层IP 数据报H1R1R2R3R4R5H24.2.2 分类的 IP 地址 1. IP 地址及其表示方法 n我们把整个因特网看成为一个单一的、

9、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。nIP 地址现在由因特网名字与号码指派公 司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分 配 IP 地址的编址方法 n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。n子网的划分。这是对最基本的编址方法的 改进，其标准RFC 950在 1985 年通过 。n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 IP 地址 n每一类地址

10、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）。n两级的 IP 地址可以记为：IP 地址 := , (4-1):= 代表“定义为”net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101net-id 24 位host-i

11、d 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为

12、今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节net-id 24 bithost-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id

13、 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id 24 位host-i

14、d 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留

15、 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号 字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址01 1host-id 8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 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10000000 00001011 00000011 00011111 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128.11.3.31 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数 转换为十进制数2. 常用的三种类别的 IP 地 址 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A 126 (27 2) 1 126 16,777,214B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534C 2,097,151 (2