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1、计算机网络第4章:网络层1网络层学习目标学习目标r熟练掌握：子网划分，路由表与路由转发。熟练掌握：子网划分，路由表与路由转发。r掌握：距离向量路由算法，链路状态路由算法，掌握：距离向量路由算法，链路状态路由算法，IPv4分分组，组，IPv4地址，地址，NAT，路由协议（，路由协议（RIP，OSPF，BGP）。）。r理解：子网掩码，自治系统，层次路由，移动理解：子网掩码，自治系统，层次路由，移动IP通信过通信过程。程。r了解：大纲其他内容。了解：大纲其他内容。2网络层第4部分 网络层r4.1 网络层的功能网络层的功能r4.2 路由算法r4.3 IPv4mIPv4分组mIPv4地址与NATm子网络
2、划分与子网掩码、CIDRmARP、DHCP、ICMP协议r4.4 IPv6r4.5 路由协议m层次路由与自治系统m域内路由与域间路由mRIP路由协议mOSPF路由协议mBGP路由协议r4.6 IP组播r4.7 移动IPr4.8 网络层设备3网络层网络层提供的两种服务 r在计算机网络领域，网络层应该向传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。r争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠可靠交付应当由谁来负责？交付应当由谁来负责？是网络网络还是端系统？4网络层电信网的成功经验让网络负责可靠交付 r面向连接面向连接的通信方式 r建立虚电路虚电路(Virtual Circui
3、t)，以保证双方通信所需的一切网络资源。r如果再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。5网络层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虚电路服务H1 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6网络层虚电路是逻辑连接r虚电路表示这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。r请注意，电路交换的电话通信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，但并不完全一样。7网络层因特网采用的设计思路r网络层向上只提供简单灵活的、无连
4、接的无连接的、尽最大努尽最大努力交付力交付的数据报服务数据报服务。r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）。r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），当然也不保证分组传送的时限。8网络层尽最大努力交付的好处r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）。r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传输层负责（包括差错处理、流量控制等）。r采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大
5、降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。r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。9网络层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 的分组可能沿着不同路径传送10网络层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
6、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11网络层网际协议IP r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：r地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)r逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)r网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message
7、 Protocol)r网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)12网络层网际层的 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与各种网络接口网络层（网际层）IGMP13网络层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 14网络层从网络层看
8、IP 数据报的传送 r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H1R1R2R3R4R5H215网络层关键的网络层功能r转发:将分组从路由器的输入移动到适当的路由器输出r路由:决定分组从源到目的地所采用的路由m路由算法类比:r路由:规划从源到目的地路径的过程r转发:通过单个立交桥的过程16网络层1230111到达分组首部的值路由算法本地转发表首部值输出链路01000101011110013221路由和转发相互影响17网络层网络拥塞：网络性能曲线网络拥塞：网络性能曲线 提供的负载提供的负载吞吐量吞吐量拥塞拥塞死
9、锁（吞吐量死锁（吞吐量=0）无拥塞控制无拥塞控制轻度轻度拥塞拥塞018网络层拥塞（拥塞（Congestion）r拥塞拥塞m网络资源上有太多的分组时，将会导致网络性能下降。网络资源上有太多的分组时，将会导致网络性能下降。m对资源需求的总和对资源需求的总和 可用资源可用资源 m资源：链路容量、交换节点中的缓存和处理机速度等。资源：链路容量、交换节点中的缓存和处理机速度等。r拥塞产生的原因拥塞产生的原因m低带宽线路低带宽线路m多个输入对应一个输出多个输入对应一个输出m节点缓冲容量太小节点缓冲容量太小m结点处理机速度不高结点处理机速度不高19网络层拥塞的策略：拥塞的策略：决不只针对某个因素改善拥塞！决
10、不只针对某个因素改善拥塞！r若结点缓存容量太小，到达结点的分组无空间暂存；若结点缓存容量太小，到达结点的分组无空间暂存；r若增大结点缓存容量，而链路容量和处理机速度未提高，分组若增大结点缓存容量，而链路容量和处理机速度未提高，分组排队会很长，导致时延增大，可能因超时发送端进行重发，发排队会很长，导致时延增大，可能因超时发送端进行重发，发出更多的分组，拥塞更加恶化；出更多的分组，拥塞更加恶化；r提高结点处理机速度，增大链路容量，故然可以改善这段的拥提高结点处理机速度，增大链路容量，故然可以改善这段的拥塞，但可能只是将瓶颈转移到其他地方。塞，但可能只是将瓶颈转移到其他地方。r因此，针对某个因素的解
11、决方案，只能对提高网络性能起到一因此，针对某个因素的解决方案，只能对提高网络性能起到一定的好处，甚至仅仅是转移了影响性能的瓶颈。定的好处，甚至仅仅是转移了影响性能的瓶颈。20网络层拥塞控制与流量控制的差别拥塞控制与流量控制的差别 r拥塞控制（拥塞控制（congestion control）m需要确保通信子网能够承载用户提交的通信量，是一需要确保通信子网能够承载用户提交的通信量，是一个全局性过程，涉及主机、路由器等很多因素；个全局性过程，涉及主机、路由器等很多因素；r流量控制（流量控制（flow control)m与点到点的通信量有关，主要解决快速发送方与慢速与点到点的通信量有关，主要解决快速发
12、送方与慢速接收方的问题，是局部过程，一般都是基于反馈进行接收方的问题，是局部过程，一般都是基于反馈进行控制的。控制的。21网络层拥塞和流量控制的区别拥塞和流量控制的区别22网络层拥塞控制所起的作用 提供的负载吞吐量理想的拥塞控制拥塞死锁（吞吐量=0）无拥塞控制实际的拥塞控制轻度拥塞023网络层第4部分 网络层r4.1 网络层的功能r4.2 路由算法路由算法r4.3 IPv4mIPv4分组mIPv4地址与NATm子网络划分与子网掩码、CIDRmARP、DHCP、ICMP协议r4.4 IPv6r4.5 路由协议m层次路由与自治系统m域内路由与域间路由mRIP路由协议mOSPF路由协议mBGP路由协
13、议r4.6 IP组播r4.7 移动IPr4.8 网络层设备24网络层路由算法路由算法r就是产生路由表的算法r是网络层软件的一部分r对于数据报网络，对每个数据报都要做路由选择r对于虚电路网络，只需在建立连接时做一次路由选择25网络层理想的路由算法理想的路由算法：r算法必须是正确的和完整的。r算法在计算上应简单，即开销小，效率高。r算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。r算法应具有稳定性，即算法必须收敛，不能振荡发散。r算法对所有用户应是公平的。r算法应是最佳的。26网络层关于“最佳路由”r不存在一种绝对的最佳路由算法。r所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理
14、的选择而已。r这里最佳应考虑的因素包括：链路长度、时延、速率、链路容量、链路差错率等。r实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。r路由选择是个非常复杂的问题m它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。m路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。27网络层从路由算法的自适应性考虑r静静态态路由选择策略即非自适应路由选择，一般采用离线方式求出路由表，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。r动动态态路由选择策略即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。28网络层路由路由算法的图论抽象:r图中的节点是路由器r图中的边是
15、物理链路m链路代价:时延，费用或拥塞等级目的：决定从源到目的地通过网络的“好的路径”(路由器序列)路由 算法AEDCBF2213112535r“好的”路径:m通常意味着最小费用的路径m其他定义也是可能的29网络层距离向量算法Bellman-Ford方程(动态规划)定义dx(y):=从x到y最低费用路径的费用则dx(y)=min c(x,v)+dv(y)其中min对x的所有邻居30网络层Bellman-Ford 例子 u uyxwvz2213112535Clearly,dv(z)=5,dx(z)=3,dw(z)=3du(z)=min c(u,v)+dv(z),c(u,x)+dx(z),c(u,w
16、)+dw(z)=min 2+5,1+3,5+3 =4取最小的节点是在最短路中的下一跳转发表B-F equation says:31网络层距离向量算法基本思想:r每个节点周期性的发送它自己的距离向量以估计到其邻居r当节点x接收到来自邻居的新DV估计，它使用B-F方程更新其自己的DV:Dx(y)minvc(x,v)+Dv(y)for each node y Nr在规模较小、正常的条件下，估计值Dx(y)收敛在实际最小费用 dx(y)32网络层距离向量算法迭代、异步:每次本地迭代由下列事件引起:r本地链路费用改变r从邻居获得更新的DV报文分布式:r每个节点仅当其DV改变时通知邻居m如果必要，邻居则通
17、知它们的邻居等待(来自邻居本地费用报文的变化)重新计算 估计值如果到任何目的地的DV已经变化,通知 邻居 每个节点:33网络层距离向量:链路费用变化链路费用变化:r好消息传播得快r坏消息传播得慢“计数到无穷”问题!r在算法稳定前，迭代44 次:毒性逆转:r如果Z路由通过Y得到 X:mZ告诉Y它(Zs)到X的距离是无穷(因此Y将不能经Z路由到X)r这将完全解决计数到无穷问题?xz1450y6034网络层链路状态路由算法Dijkstra算法r所有节点知道网络拓扑、链路费用m经“链路状态广播”完成m所有节点具有相同信息r从一个节点(源)到所有其他节点计算最低费用路径m给出对这些节点的转发表r迭代:k
18、次迭代后，得知到k个目的地的最低费用路径概念:rc(x,y):从节点x到y的链路费用;=如果不是直接邻居rD(v):从源到目的地v路径费用的当前值rp(v):从源到v沿路径的前任节点rN:已知在最小费用路径中的节点集合35网络层Dijsktra算法1 初始化初始化:2 N=u 3 对所有节点v 4 if v 临近 u 5 then D(v)=c(u,v)6 else D(v)=7 8 Loop 9 找出w不在N中使得D(w)最小 10 将w加入N 11 对于所有v临近w并不在N中，更新D(v):12 D(v)=min(D(v),D(w)+c(w,v)13 /*到v的新费用或是到v的老费用或到w
19、加上从w到v的已知最短路费用*/15 until 所有节点在所有节点在 N中中 36网络层Dijkstra 算法:例子步骤012345NuuxuxyuxyvuxyvwuxyvwzD(v),p(v)2,u2,u2,uD(w),p(w)5,u4,x3,y3,yD(x),p(x)1,uD(y),p(y)2,xD(z),p(z)4,y4,y4,yu uyxwvz221311253537网络层Dijkstra算法,讨论算法复杂性:n个节点r每次迭代:需要检查所有节点w,不在N中rn(n+1)/2 对比:O(n2)r更有效的实现是可能的:O(nlogn)可能振荡:r如链路费用=承载流量的量wzyx11+e
20、e0e1100wzyx2+e0001+e 1wzyx02+e1+e10 0wzyx2+e0e01+e 1最初 重计算选路 重计算重计算e11e11e1138网络层LS和DV算法的比较报文复杂性rLS:对n个节点，E条链路,发送O(nE)报文 rDV:仅在邻居之间交换m收敛时间变化收敛速度rLS:O(n2)算法要求 O(nE)报文m可能具有振荡rDV:收敛时间变化m可能有选路环路m计数到无穷问题健壮性:如果路由器异常，将发生什么现象?LS:m节点可能通告不正确的链路费用m每个节点仅计算它自己的表DV:mDV节点通告不正确的路径费用m每个节点表能由其他人使用差错通过网络传播39网络层第4部分 网络
21、层r4.1 网络层的功能r4.2 路由算法r4.3 IPv4mIPv4分组mIPv4地址与NATm子网络划分与子网掩码、CIDRmARP、DHCP、ICMP协议r4.4 IPv6r4.5 路由协议m层次路由与自治系统m域内路由与域间路由mRIP路由协议mOSPF路由协议mBGP路由协议r4.6 IP组播r4.7 移动IPr4.8 网络层设备40网络层 IP v4分组的格式 r一个 IP 数据分组由首部和数据两部分组成。r首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。r在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。41网络层固定部分可变部分0481619243
22、1版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报首部发送在前42网络层可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分43网络层首部0481
23、6192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分可变部分44网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分版本占 4 bit，指IP协议的版本目前的
24、 IP 协议版本号为 4(即 IPv4)45网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分首部长度占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。46网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字
25、段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分服务类型占 8 bit，用来获得更好的服务这个字段以前一直没有被人们使用 47网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分总长度占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。48网络
26、层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分标识(identification)占 16 bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。49网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据
27、 部 分比特固定部分可变部分标志(flag)占 3 bit，目前只有前两个比特有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。50网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分片偏移(13 bit)指出：较长的分
28、组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。51网络层IP分片和重新组装r网络链路有MTU(最大传输长度)最大可能的链路级帧m不同的链路类型，不同的r在网络中，大IP 数据报被分割(“分段”)m一个数据报 变为几个数据报m“重新装配”仅在最后目的地mIP首部比特用于标识、排序相关段分段:输入:一个大的数据报输出:3个小的数据报reassembly52网络层IP分片和重新组装ID=x偏移=0段标识=0长度=4000ID=x偏移=0段标识=1长度=1500ID=x偏移=185段标识=1长度=1500ID=x偏移=370段标识=0长度=1040一个大数据报 变为几个较小的数据
29、报例子r4000字节数据报rMTU=1500字节在数据字段1480 字节偏移=1480/8 53网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分生存时间(8 bit)记为 TTL(Time To Live)，这是为了限制数据报在网络中的生存时间，其单位最初是秒，但为了方便，现在都用“跳数”作为 TTL 的单位。数据报每经过一个路由器，其 TTL 值就减 1。54网络层首部048
30、16192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程55网络层运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程56网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首
31、 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分首部校验和(16 bit)字段只检验数据报的首部不包括数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。57网络层发送端接收端16 bit字 116 bit字 2置为全 0校验和16 bit字 n16 bit反码算术运算求和取反码数据报首部IP 数据报16 bit校验和16 bit字 116 bit字 216 bit校验和16 bit字 n16 bit反码算术运算求和16 bit结果取反码数据部分若结果为 0,则保留；否则，丢弃该
32、数据报数据部分不参与校验和的计算58网络层首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 校 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节59网络层IP 数据报首部的可变部分 rIP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。r选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。r增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也
33、使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。r实际上这些选项很少被使用。60网络层IPv4地址在网络中有几种寻址方法？r 在网络中，存在两种寻址方法。现在已经了解了其中一种寻址方法的定义，那就是MAC地址。互连网连接中，第二种寻址方法使用的是所谓的IP地址。r MAC地址是物理地址，是数据链路层使用的地址。IP地址是网络层使用的地址。61网络层IPv4地址r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。rIP 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
34、公公司司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。62网络层什么是什么是IP地址地址rIP地址是基于地址是基于Internet Protocol(因特网协议因特网协议)的。的。r每一个物理网络必须有自己的唯一的每一个物理网络必须有自己的唯一的IP地址。地址。rIP地址对于地址对于WAN上的互连网连接来说，是非常上的互连网连接来说，是非常必要的。必要的。63网络层如何设计如何设计IP地址地址64网络层IP 地址的编址方法 r分分类类的的 IP 地地址址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议
35、。r子子网网的的划划分分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。r构构成成超超网网。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。65网络层分类分类 IP 地址地址 rIP 地址可以分为两级：地址可以分为两级：IP 地址地址:=,r地址由两个固定长度的字段组成：地址由两个固定长度的字段组成：m网网络络号号net-id：标标志志主主机机（或或路路由由器器）所所连连接接到到的的网网络；络；m主机号主机号host-id：标志该主机（或路由器）。：标志该主机（或路由器）。66网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16
36、bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址类地址host-id16 bitB 类地址类地址C 类地址类地址01 1host-id8 bitD 类地址类地址 1 1 1 0多多 播播 地地 址址E 类地址类地址保保 留留 为为 今今 后后 使使 用用1 1 1 1 00167网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多
37、播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节68网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节69网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8
38、bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节70网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1
39、1 1 001A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节71网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节72网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A
40、类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节73网络层net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001D 类地址是多播地址 74网络层n
41、et-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001E 类地址保留为今后使用 75网络层路由器如何利用路由器如何利用IP地址转发分组？地址转发分组？r利用分组中的利用分组中的IP 地址：地址：m找到网络号找到网络号 net-id 找到目的网络。找到目的网络。r当分组到达目的网络后：当分组到达目的网络后：m利用主机号利用主机号hos
42、t-id 直接交付给目的主机。直接交付给目的主机。76网络层点分十进制记法点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的机器中存放的 IP 地址地址是是 32 bit 二进制代码二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔每隔 8 bit 插入一个空格插入一个空格能够提高可读性能够提高可读性采用点分十进制记法采用点分十进制记法则进一步提高可读性则进一步提高可读性128.11.3.31 128 11 3 31 将每将每 8 bit 的二进制数的二进制数转换为十进制数转换为十进制数77网络层78网络层79网络
43、层80网络层81网络层特殊的特殊的IP地址地址82网络层常用的三种类别的 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 16,384(214)128.0 191.255 65,534 C 2,097,152(221)192.0.0 223.255.255 25483网络层IP 地址的一些重要特点(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：r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
44、位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。r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。84网络层IP 地址的一些重要特点(2)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）和和一一条条链链路路的接口的接口。r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。这种主机称为多归属主机多归属主机(multihomed host)。r由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个
45、网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。85网络层IP 地址的一些重要特点(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，因此这些局域网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，不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。86网络层互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.22
46、22.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.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-id87网络层互联网中的 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.
47、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-id88网络层互联网中的 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.
48、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-id89网络层互联网中的 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
49、.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-id90网络层互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.32
50、22.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.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。91网络层互联网中的 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