计算机网络原理-第5章

atlanticq计算机网络-第5章网络层目录♫网络层的服务和功能♫IP协议♫IP地址♫IP子网、子网掩码♫无分类编址CIDR♫IP数据报格式、IP数据报分片与重组♫IP数据报的发送♫路由协议：RIP、OSPF、BGP♫ICMP♫IP组播和IGMP♫IPv6网络层服务和功能♫网络层要负责把运输层报文段从发送方主机的运输层送到接收方主机的运输层H1H2应用层运输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层数据链路层物理层运输层报文段H3应用层运输层网络层RARBRCRDRE运输层报文段运输层报文段H3运输层报文段H3运输层报文段H3运输层报文段网络层服务和功能♫关键：如何找到一条从发送方到接收方的路？IP协议概述♫IP协议是TCP/IP协议体系的核心协议♫IP协议连接各种不同的网络，使整个Internet统一为一个巨大的IP网络网络1网咯2网络4网络5网络3IP网络IP协议概述♫TCP/IP网络层协议应用层：HTTP、FTP、SMTP、POP3…运输层：TCP、UDP网络层：IP、ICMP、IGMP网络接口层：硬件设备驱动和媒体接入协议IP协议概述♫IP协议提供数据报服务，有两个主要特点♪不可靠♪无连接IP地址♫一个IP地址可以唯一确定IP网络中的一个站点♫每个IP地址是一个32比特（4字节）的二进制数字♫采用了点分十进制的写法IP地址♫IP地址特点：♪IP地址是一个逻辑上的地址，与具体的网络技术和硬件无关♪IP地址是分配给网络接口的，一个网络接口一个IP地址IP地址♫一个网络接口一个IP地址202.113.1.2202.113.1.3202.113.1.1217.5.67.12217.5.67.13217.5.67.1223.2.3.1223.2.3.2223.2.3.3223.2.3.4IP地址♫每个IP地址分为两部分：网络号和主机号♪网络号代表主机或路由器所处的物理网络♪主机号代表在所处物理网络中的编号IP地址♫IP地址的分类IP地址♫A,B,C类IP地址范围和每个网络中的主机数目特殊的IP地址♫全0和全1地址特殊的IP地址♫环回地址：网络号为127的地址作为环回地址，保留作为本地软件测试，也不分配♫私有IP地址♪10.0.0.0～10.255.255.255；♪172.16.0.0～172.31.255.255；♪192.168.0.0～192.168.255.255♫169.254开头的IP地址：主机动态获取IP地址失败时由操作系统指定IP子网♫分类的IP地址带来的问题♪地址浪费♪路由表急剧膨胀♪不便管理♫解决思路：IP子网♫IP子网让多个物理网络共用一个IP网络号，减少地址的浪费，方便管理。IP子网♫基本概念：将原来属于主机位的比特“借”过来作为子网号IP子网♫例子：128.1.1.0外部网络128.1.2.0128.1.3.0网络128.1.0.0英语系日语系计算机系IP子网♫如何划分子网♪如果需要划分m个子网，假设需要借用N位主机位，那么两者应该满足2N-2≥m♪一个B类的网络128.1.0.0，要划分3个子网子网掩码♫子网掩码是一个32比特的数字，与IP地址是一一对应的，用来标识IP地址中哪些位是网络位，哪些位是主机位子网掩码♫B类网络128.1.0.0借用了3个主机位划分子网计算网络号♫将IP地址和子网掩码按位进行“与”运算，就可以得到IP地址的网络号。10000000000000010010001000000001128.1.34.111111111111111111110000000000000255.255.224.010000000000000010010000000000000128.1.32.0IP地址子网掩码网络号默认的子网掩码♪A类：255.0.0.0♪B类：255.255.0.0♪C类：255.255.255.0变长子网掩码♫适用于各个子网主机数目不等的情况♫C类网络217.20.23.0，划分三个子网,销售部有60台主机，硬件部和软件部各有30台主机无分类编址CIDR♫分类的IP地址主要问题：♪IP地址日益匮乏♪路由表项目急剧膨胀♫无类别域间路由CIDR）取消了原来IP地址A,B,C类的划分，使用13～27位不等的网络前缀代替原来的网络号。♫基于VLSM，CIDR能够更精细地分配IP地址，减少浪费♫CIDR可以将多个网络合并成一个超网，大大减小了路由表项的数目无分类编址CIDR♫CIDR地址块♪网络前缀相同的连续IP地址组成CIDR地址块♪一个CIDR地址块用这个地址块的起始地址和网络前缀表示♪如133.24.32.0/20表示的地址空间为：133.24.32.0~133.24.47.255无分类编址CIDR♫利用CIDR分配IP地址♪例子：假定一个ISP拥有地址块102.23.64.0/18，某公司下属4个部门A,B,C,D，部门A有500台主机，部门B有200台主机，部门C和部门D各有100台主机。这个公司向ISP申请IP地址无分类编址CIDR♫利用CIDR分配IP地址部门A(500个主机）部门B（200台主机）部门C（100台主机）部门D（100台主机）102.3.64.0/18公司ISP102.3.68.0/22102.3.68.0/23102.3.70.0/24102.3.71.0/25102.3.71.128/25无分类编址CIDR♫利用CIDR分配IP地址无分类编址CIDR♫利用CIDR可以将几个网络汇总成一个超网♫未使用CIDR前：201.2.24.0/24201.2.25.0/24201.2.26.0/24201.2.31.0/24201.2.30.0/24ISPAISPB101.3.1.1/30101.3.1.2/30目的网络子网掩码下一站201.2.24.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.25.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.26.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.27.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.28.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.29.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.30.0255.255.255.0101.3.1.1201.2.310255.255.255.0101.3.1.1无分类编址CIDR♫使用CIDR汇总201.2.24.0/24110010010000001000011000xxxxxxxx201.2.25.0/24110010010000001000011001xxxxxxxx201.2.26.0/24110010010000001000011010xxxxxxxx201.2.27.0/24110010010000001000011011xxxxxxxx201.2.28.0/24110010010000001000011100xxxxxxxx201.2.29.0/24110010010000001000011101xxxxxxxx201.2.30.0/24110010010000001000011110xxxxxxxx201.2.31.0/24110010010000001000011111xxxxxxxxCIDR地址空间110010010000001000011xxxxxxxxxxx201.2.24.0/21汇总的地址空间汇总的CDIR块无分类编址CIDR♫汇总后的路由表201.2.24.0/24201.2.25.0/24201.2.26.0/24201.2.31.0/24201.2.30.0/24ISPAISPB101.3.1.1/30101.3.1.2/30目的网络子网掩码下一站201.2.24.0255.255.248.0101.3.1.1IP数据报♫IP协议接收运输层的数据（UDP数据报或TCP报文段），添加自己的首部，形成IP数据报♫IP数据报是IP协议的传输单元IP数据报♫IP数据报格式IP数据报分片与重组♫当IP数据报的大小超过了底层的MTU时，IP协议就需要将其分成几个小的分片发送；当收到分片后，IP协议需要将分片重组成原来大的IP数据报。这个过程称为IP数据报的分片和重组分为3片重组IP数据报分片与重组♫使用了三个字段：标识字段，标志字段，片偏移字段数据IP首部4000字节数据IP首部039991480字节01479数据IP首部1480字节14802959数据IP首部1040字节29603999ID=0x2011，DF=0ID=0x2011，DF=0MF=1,Offset=0ID=0x2011，DF=0MF=1,Offset=185ID=0x2011，DF=0MF=0,Offset=370IP数据报的发送♫直接发送和间接发送♪直接发送：当源主机和目的主机位于同一个物理网络中时，IP数据报可以直接发送给目的地。♪间接发送：源主机和目的主机在不同的物理网络中，不能直达，IP数据报需要经过路由器转发才能到达目的地IP数据报的发送♫直接发送和间接发送IP数据报IP数据报IP数据报IP数据报ABCDER1R2IP数据报的发送♫选路的基本原则♪（1）根据目的IP选路：每个IP数据报首部中都有目的IP地址，目的IP地址指明了IP数据报的目的地。主机和路由器都会读取目的IP地址，根据目的地选路。♪（2）下一站选路：在选路时，每个站点（主机或路由器）只能确定到达目的地路径上的下一站，而并不知道整条路径。路由器♫路由器是网络互联的核心设备，它连接不同的网络，在网络之间转发IP数据报路由器转发IP数据报接口1接口2IP数据报链路层首部IP数据报网络层数据链路层物理层链路层尾部IP数据报链路层首部链路层尾部路由表♫路由表中记录了从如何达到其他网络的信息网络:10.0.0.0子网掩码:255.0.0.0网络:20.0.0.0子网掩码:255.0.0.0网络:40.0.0.0子网掩码:255.0.0.0接口010.0.0.1接口120.0.0.1接口020.0.0.2接口130.0.0.1接口030.0.0.2接口140.0.0.1目的网络子网掩码下一站10.0.0.0255.0.0.020.0.0.120.0.0.0255.0.0.0接口030.0.0.0255.0.0.0接口140.0.0.0255.0.0.030.0.0.2网络:30.0.0.0子网掩码:255.0.0.0R1R2R3R2的路由表目的网络子网掩码下一站10.0.0.0255.0.0.0接口020.0.0.0255.0.0.0接口130.0.0.0255.0.0.020.0.0.240.0.0.0255.0.0.020.0.0.2R1的路由表目的网络子网掩码下一站10.0.0.0255.0.0.030.0.0.120.0.0.0255.0.0.030.0.0.130.0.0.0255.0.0.0接口040.0.0.0255.0.0.0接口1R3的路由表路由表♪路由表以网络号为目的地，而不是以主机IP地址为目的地，一个IP网络号可以代表这个网络中所有主机，因此可以大大缩小路由表的大小。♪路由表记录的是到达目的网络路径上的下一站，不是全部路径。路由表♫特定主机路由：为某一个特定的目的主机指明一个路由♫默认路由：在其他路由表项都不匹配时，将IP数据报转发到默认路由上，默认路由的网络号和子网掩码都是0.0.0.0，默认路由是IP数据报转发的最后一个选择网关♫一个网络的关口，进入和流出这个网络的IP数据报都需要经过这个关口，网关通常由路由器担当。网络172.22.3.0172.22.3.1172.22.3.2172.22.3.3172.22.3.4202.5.3.2202.5.3.3202.5.3.1网络202.5.3.0IP数据报IP数据报网关网关网关♫如果是同一网络内部主机之间的通信，不需要网关参与♫如果是不同网络之间主机的通信，一定要发送给网关，由网关转发主机发送IP数据报