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1、华中农业大学理学院计算机系第六讲第六讲 网络层网络层 网络层主要解决的问题路由选择网络互连拥塞控制为上层提供服务华中农业大学理学院计算机系本章重点本章重点(1) 网络互连的概念(2) IP 地址与物理地址的关系(3) 传统的分类的 IP 地址（包括子网掩码 ）和无分类域间路由选择 CIDR(4) 路由选择协议的工作原理华中农业大学理学院计算机系网络层的设计 为传输层提供的服务 无连接服务的实现 面向连接服务的实现 虚电路子网和数据报子网的比较华中农业大学理学院计算机系6.1 网络层提供的两种服务 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H1
2、 H2虚电路H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送华中农业大学理学院计算机系虚电路是逻辑连接 虚电路表示这只是一条逻辑上的连接。 电路交换的电话通信是先建立了一条真正的物理 连接。华中农业大学理学院计算机系因特网采用的设计思路 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。 网络在发送分组时不需要先建立连接。 网络层不提供服务质量的承诺。出错、丢失、重 复和失序（不按序到达终点）。华中农业大学理学院计算机系数据报服务应用层 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H1 H2IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分组可能沿着
3、不同路径传送华中农业大学理学院计算机系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
4、户主机负责华中农业大学理学院计算机系6.2 网际协议IP 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： 地址解析协议 ARP(Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议 RARP(Reverse Address Resolution Protocol) 网际控制报文协议 ICMP(Internet Control Message Protocol) 网际组管理协议 IGMP(Internet Group Management Protocol)华中农业大学理学院计算机系网际层的 IP 协议及配套协议各种应用
5、层协议网络接口层(HTTP, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMP IPRARPARP与各种网络接口网络层 （网际层）IGMP华中农业大学理学院计算机系6.2.1 网络互连网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN？华中农业大学理学院计算机系1. 1. 网络互联层次网络互联层次从网络体系结构的层次观点来考察网络互联， 可分为四个层次： 物理层广义的意义上 数据链路层 网络层 网络层以上华中农业大学理学院计算机系 物理层：在电缆段之间复制比特流 没有地址概念，因此从本质上并非是网络互连网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层
6、数据链路层物理层传输层应用层物理层中继器、集线器电缆段2电缆段1华中农业大学理学院计算机系在网段之间转发数据帧（根据物理地址）物理层网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层数据链路层物理层传输层应用层物理层网桥、交换机数据链路层网段1网段2数据链路层数据链路层华中农业大学理学院计算机系 更高层：连接不同体系结构的网络网关网络层数据链路层物理层传输层应用层网络层数据链路层物理层传输层应用层物理层链路层网络层网络1传输层应用层物理层链路层网络层网络2华中农业大学理学院计算机系LAN1LAN2中继器 或HUBLAN1LAN2网桥或 交换机LAN1LAN2路由器本地LAN1路由器LAN2路由器WAN远
7、程华中农业大学理学院计算机系网络互联的概念网络互联的概念路由器网络网络网络网络网络网络互连网络 ( Internet )华中农业大学理学院计算机系虚拟互连网络 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 。 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。 华中农业大学理学院计算机系5 4 3 2 15 4 3 2 1主机 H1主机 H2R1R4R5R2R3R1R2 R3H1R5H2R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付3 2 2 1 13 2 2 1 13 2 2 1 13 2 2 1 13 2
8、2 1 1分组在互联网中的传送 华中农业大学理学院计算机系6.2.2 分类的 IP 地址 IP 地址就是给每个主机（或路由器）分配 一个在全世界范围唯一的 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进行分配。华中农业大学理学院计算机系1 1、 IPIP的结构体系的结构体系仅以Ipv4为例172 . 16 . 122 . 204华中农业大学理学院计算机系32 bitA类B类C类D类E类net-idnet-idnet-idhost-idhost-idhost-id组播地址保留为今后使用 net-id 网络号host-id 主机号2 2、IPIP地址及其转换地址及其转换
9、华中农业大学理学院计算机系 A类地址： B类地址： C类地址： D类地址: 用于多点传送 E类地址: 用于实验开发与研究N -为网络段分配的比特位置 H -为工作站分配的比特位置IPIP地址按类分配地址按类分配华中农业大学理学院计算机系IPIP地址分类地址分类A类地址： B类地址：C类地址：华中农业大学理学院计算机系IPIP地址分类情况地址分类情况A类地址网络总数：126B类地址网络总数：16384C类地址网络总数：2097152华中农业大学理学院计算机系IPIP地址分类一览表地址分类一览表华中农业大学理学院计算机系IPIP地址分类几点说明地址分类几点说明1、D类地址: 为多目地址（Multi
10、cast address），主要实现一点对多点的传递。 2、E类地址: 用于将来扩展和实验开发与研究。3、127 .0.0.0和127.0.0.1为回环地址，保留不分配。4、全0地址：0 .0.0.0常用于代表缺省网络，在路由器表中用于构造缺省路径。华中农业大学理学院计算机系二进制和十进制二进制和十进制10000000=12811000000=19211100000=22411110000=24011111000=24811111100=25211111110=25411111111=255128 6432168421华中农业大学理学院计算机系IPIP地址分类练习地址分类练习IP地址地址类别网
11、络比特主机比特10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.1010.0.0.00.2.1.1128.63.0.00.0.2.100201.222.5.00.0.0.64192.6.141.00.0.0.2130.113.0.00.0.64.16华中农业大学理学院计算机系IP 地址的一些重要特点(1) IP 地址分两个等级： 第一，IP 地址管理机构只分配网络号，而剩下的 主机号则由得到该网络号的单位自行分配。 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来 转发分组，使路由表中的项目数大幅度减少。华中农业大
12、学理学院计算机系(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和 一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，称为多 归属主机(multihomed host)。路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路 由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 华中农业大学理学院计算机系(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网 仍为一个网络，都具有同样的网络号 net-id 。(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论范 围大小，都是平等的。 华中农业大学理学院计算机系互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R
13、1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.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华中农业大学理学院计算机系互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1
14、.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华中农业大学理学院计算机系互联网中的 IP 地址 B222
15、.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华中农业大学理学
16、院计算机系互联网中的 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华中农业大学理学院计算机系互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.
