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1、广域网当主机之间的距离较远（几百甚至几千公里时），局域网技术显然就无法完成主机之间的通信任务。这时就需要另一种结构的网络，即广域网。广域网是单个的网络单个的网络，它使用结点交换机连接各主机结点交换机连接各主机而不是用路由器连接各网络。即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域网，因为在即使是覆盖范围很广的互联网，也不是广域网，因为在这种网络中，不同网络的这种网络中，不同网络的“互连互连”才是其最主要的特征。才是其最主要的特征。结点交换机在单个网络中转发分组，而路由器在多个网络构成的互联网中转发分组。连接在一个广域网（或一个局域网）上的主机在该网内进行通信时，只需要使用其网络的物理地址即可。 互联网
2、由局域网和广域网组成互联网 局域网局域网广域网路由器结点交换机相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网 第 4 章 网络层第一讲第一讲概述网际协议 IPu网络互连u分类的 IP 地址4.1 概述 网络层的作用是实现分组由源节点到目的节实现分组由源节点到目的节点的传输点的传输。u定义了能够标识所有结点的逻辑地址，以及路定义了能够标识所有结点的逻辑地址，以及路由的实现方式和学习方法；由的实现方式和学习方法；u为了适应最大传输单元长度小于分组长度的传为了适应最大传输单元长度小于分组长度的传输介质，还定义了如何将一个分组分解成更小输介质，还定义了如何将一个分组分解成更小的分
3、组的分段方法。的分组的分段方法。 网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：u无连接无连接的网络服务（数据报服务）u面向连接面向连接的网络服务（虚电路服务）面向连接的服务面向连接面向连接的服务：网络提供可靠交付 u建立建立虚电路虚电路虚电路虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。 u如果使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。 虚电路只是一条逻辑上的连接逻辑上的连接，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。电路交换是先建立了一条真正的连接真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似
4、，但并不完全一样。 提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 要和 H5 通信主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。 虚电路H1 向 H5 发送的所有分组都沿此虚电路传送。提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网同理，主机 H2 和主机 H6 通信之前，也要建立虚电路。 提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。所有
5、发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。 提供虚电路服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。 因特网采用的无连接的数据报服务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。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）。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），当然也不保证分组
6、传送的时限。 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。 提供数据报服务的特点 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网网络尽最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。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 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
7、点可根据情况将一些分组丢弃 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“尽最大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务。 尽最大努力交付的好处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）。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）。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。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。 虚
8、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目的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 网际协议IP 网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最
9、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)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)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口
10、网络层（网际层）IGMPICMPICMP网际控制报文协议网际控制报文协议网际控制报文协议网际控制报文协议IGMPIGMP网际组管理协议网际组管理协议网际组管理协议网际组管理协议IP（Internet Protocol）协议即互联网协议，也称为网际协议。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：u不同的寻址方案u不同的最大分组长度u不同的网络接入机制u不同的超时控制u不同的差错恢复方法u不同的状态报告方法u不同的路由选择技术u不同的用户接入控制u不同的服务（面向连接服务和无连接服务）u不同的管理与控制方式 网络互连中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。u物理层中继系统：转
11、发器(repeater)。u数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。u网络层中继系统：路由器(router)。u网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。u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 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。 网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。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 虚拟互连网络虚拟互连网络即逻辑互连网络，也就是互连起来的各种物理网络的异
12、构性本来是客观存在的，但是利用 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。使用 IP 协议的虚拟互连网络简称为 IP 网。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。 5432154321主机H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分组在互联网中的传送 从网络层看 IP 数据报的传送 如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就
13、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H1R1R2R3R4R5H2IP 地址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 地址现在由因因特特网网名名字字与与号号码码指指派派公公司司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 IP 地址的编址方法 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。子网的划分：这是对最基本的编址方法的改进
14、，其标准RFC 950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。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 := , := 代表“定义为”net-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01 1host-id8 位D 类地址 1
15、 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101net-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01 1host-id8 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-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01
16、 1host-id8 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 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-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01 1host-id8 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-id24 bithost-id24 位net-id16 位net-id8 位I
17、P 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01 1host-id8 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-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01 1host-id8 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
18、 2 字节net-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01 1host-id8 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-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-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01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址
19、E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-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01 1host-id8 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
20、 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 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254IP 地址的层次结构 IP 地址是一种分层次的地址结构。分两个层次
21、的好处是：第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。 实际上 IP 地址是标志一一个个主主机机（或或路路由由器器）和和一一条链路的接口条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多多归归属属主主机机(multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接
22、到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 IP 地址的一些重要特点 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。 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
23、.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.
24、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互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 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互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。现在常不指明 IP 地址。作业4-01，4-02，4-03，4-05
