考研_计算机_计算机网络_第4章_网络层

2008-11-28第四部分网络层11114.1网络层的功能1.1.1.1.异构网络互联中的协议转换将不同类型的局域网和广域网连接起来，在使用不同数据链路层协议实现的局域网之间进行协议转换。2.2.2.2.在不同的网络间进行路由和数据转发网络层需要为网络中传输的分组找到从源节点到目标节点的最佳路径，这个过程称之为路由。分组交换机和路由器上的网络层需要根据寻找到的最佳路径对分组进行转发。33.33.33.33.拥塞控制网络层需要动态的分配网络资源，防止网络因过载而引起吞吐量下降和时延增加，并避免由于资源争夺而引起的死锁。2008-11-2822224.2IPV4协议一、IPv4IPv4IPv4IPv4地址1.IP地址的点分十进制表示方法223.1.1.1=110111110000000100000001000000012232232232231111111112.IP地址的结构32323232位网络号Net-idNet-idNet-idNet-id主机号host-idhost-idhost-idhost-id33332008-11-284.2IPV4协议3.IP地址的分类A类310网络号23157主机号0B类C类D类101101110网络号网络号组播地址主机号主机号E类11110保留为今后使用44442008-11-284.2IPV4协议二、子网划分X位B类10网络号子网号主机号X=1……14（对于C类网络，X=1……6）子网掩码(1)作用：对外隐藏子网的存在，对内指示网络号和子网号的位置(2)获得方法：通过在网络号的子网号相应的位置全置1，主机号相应的位置全置0，即可得到子网掩码55552008-11-284.2IPV4协议因特网部分本地部分两级IP地址网络号net-id因特网部分主机号host-id本地部分三级IP地址net-id网络号subnet-id子网号host-id主机号子网掩码11111111111111111110000000划分子网时的网络地址net-idsubnet-idhost-id为全066662008-11-284.2IPV4协议因特网部分本地部分两级IP地址网络号net-id因特网部分主机号host-id本地部分三级IP地址net-id网络号subnet-idAND子网号host-id主机号子网掩码11111111111111111110000000划分子网时的网络地址net-idsubnet-idhost-id为全077772008-11-284.2IPV4协议三、CIDR(CIDR(CIDR(CIDR(CCCClasslesslasslesslasslesslasslessIIIInternternternterDDDDomainomainomainomainRRRRouting)outing)outing)outing)1.CIDR编址格式(1)IP地址::={网络前缀,主机号}(2)斜线记法：192.168.0.1/24(3)简写记法：10.0.0.0/1010/102.CIDR地址分配88882008-11-28因特网206.0.64.0/18ISPISPISPISP206.0.68.0/22大学X206.0.68.0/23206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.128/25206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.69.0/25206.0.69.128/25一系206.0.70.128/26206.0.70.192/26二系三系四系单位地址块二进制表示地址数ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384大学一系二系206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*1024512256三系四系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*12812899992008-11-284.2IPV4协议3.最长前缀匹配(1)使用CIDR时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。(2)应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配(longest-prefixmatching)。(3)网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。(4)最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。101010102008-11-284.2IPV4协议右表为一个使用CIDR的路由表，请说明下列地址的下一跳各是什么？网络/掩码长度下一跳点C4.50.0.0/12A(a)C4.5E.13.87BC4.5E.10.0/20B(b)C4.5E.22.09AC4.60.0.0/12C(c)C3.41.80.02(d)5E.43.91.12EFC4.68.0.0/14D80.0.0.0/1E(e)C4.6D.31.2EC40.0.0.0/2F(f)C4.6B.31.2ED0.0.0.0/2G111111112008-11-284.2IPV4协议四、NAT(NetworkNAT(NetworkNAT(NetworkNAT(NetworkAddressAddressAddressAddressTranslation)Translation)Translation)Translation)因特网的其他部分本地网络(例如.,家庭网络)10.0.0/2410.0.0.410.0.0.110.0.0.2138.76.29.710.0.0.3所有离开本地网络的报文都拥有同一个源IP地址:138.76.29.7,以及不同的源端口号2008-11-28本网络中的数据报有着类似10.0.0/24的源或目的IP地址121212121:主机1000110.0.0.1WAN端LAN端2:NAT路由器将…………5001,同时更新D:128.119.40.186,80NAT转换表1234.2IPV4协议NAT转换表发送数据报到主机138.76.29.7,500110.0.0.1,3345128.119.40,80数据报的源地址10.0.0.1,3345转换成138.76.29.7,S:10.0.0.1,334510.0.0.1S:138.76.29.7,5001D:128.119.40.186,8010.0.0.410.0.0.2138.76.29.7S:128.119.40.186,80D:138.76.29.7,50013:响应报文到达目的地址:138.76.29.7,50012008-11-28S:128.119.40.186,804D:10.0.0.1,334510.0.0.34:NAT路由器将数据报的目的地址138.76.29.7,5001转换成10.0.0.1,3345131313134.2IPV4协议11.两类地址(1)本地地址a.10/8b.172.16/12c.192.168/16(2)全球地址2.三种地址转换方式(1)静态NAT：一个本地地址对应一个全球地址(2)动态NAT：一个全球地址对应多个本地地址(3)端口NAT：一个本地地址的端口对应到一个全球地址的端口141414142008-11-284.2IPV4协议五、ARPARPARPARP协议1.TCP/IP本地ARP主机YARP请求主机Z广播主机ZMAC?主机ZIPARP应答2008-11-28主机YMAC主机ZMAC151515154.2IPV4协议2.TCP/IP非本地ARP主机YARP请求主机Z广播主机ZMAC?主机ZIP路由器AARP应答主机YMAC路由器MAC161616162008-11-284.2IPV4协议3.互联网环境下的ARP主机Y主机Y路由器1路由器2主机Z主机Z网络1网络2网络3MAC报头IP报头MAC报头IP报头MAC报头IP报头目标MAC地址目标IP地址目标MAC地址目标IP地址目标MAC地址目标IP地址路由器1源MAC地址主机Y主机Z源IP地址主机Y路由器2源MAC地址路由器1主机Z源IP地址主机Y主机Z源MAC地址路由器2主机Z源IP地址主机Y171717172008-11-284.2IPV4协议六、IPIPIPIP分组1.分组格式2.分片与重组181818182008-11-28比特0比特041优先级823D4T165R196C7未用2431版本首部长度服务类型总长度固定首部部分标生存时间识协议标志源地址片偏移首部检验和可变部分目的地址可选字段（长度可变）填充数据部分传送首部数据部分191919192008-11-28IP数据报IP头数据区（3980字节,共4000字节）ID=100片头数据1（1480）片头数据2（1480）片头数据3(1020)IDMFFOLen====100101500IDMFFOLen====1001185（1480/8）1500IDMFFOLen====10003701040202020202008-11-284.2IPV4协议七、DHCPDHCPDHCPDHCP协议1.计算机启动时向网络广播一个DHCP请求报文；2.DHCP服务器收到请求报文后，在数据库中查找该计算机的配置信息，如果找到，则跳转到4；3.DHCP服务器从可分配IP地址库中取出一个可用地址；4.向该计算机单播返回一个DHCP响应报文，告知其应使用的IP地址。212121212008-11-284.2IPV4协议八、ICMPICMPICMPICMP协议1.作用：用于主机、路由器、网关之间交换网络层信息(1)错误报告:如主机、网络、端口、协议不可达等。(2)回声请求/回答(用于pingpingpingping应用程序)2.从体系结构而言，位于IPIPIPIP层之上:ICMPICMPICMPICMP报文封装在IPIPIPIP分组中3.ICMP消息:包括一个类型字段和一个编码字段4.ICMP报文的种类有两种，即ICMP差错报告报文和ICMP询问报文222222222008-11-284.2IPV4协议0类型8代码16检验和31（这4个字节取决于ICMP报文的类型）ICMP的数据部分（长度取决于类型）ICMP报文首部数据部分IP数据报232323232008-11-284.2IPV4协议类型03代码01描述回声回答（对Ping的回答）目的主机不可达33334891011122367000000目的协议不可达目的端口不可达目的网络未知目的主机未知源抑制(拥塞控制，未用)回声请求(ping)路由器通告路由器发现TTL过期IP首部错误242424242008-11-284.3IPV6协议一、IPv6IPv6IPv6IPv6地址1.地址长度——128位2.语法结构——X:X:X:X:X:X:X:X3.IPv6地址简写1080：0000：0000：0000：0008：0800：200C：417A1080：0：0：0：8：800：200C：417A1080：：8：800：200C：417A252525252008-11-284.3IPV6协议3.IPv6前缀表示——1080：0：0：0：8：：/804.IPv6地址类型(1)单点传送（单播）(2)任意点传送（泛播）(3)多点传送（组播）262626262008-11-284.3IPV6协议二、IPv6IPv6IPv6IPv6的主要特点1.地址足够未来相当一段时间内的使用；2.引入IP地址的生存周期概念，利于地址自动配置；3.引入流的概念，可以很好的进行QoS管理；4.采用固定包头大小