网络层ppt课件.ppt

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1、网络层,1,计算机网络 第4章:网络层,网络层,2,学习目标,熟练掌握：子网划分，路由表与路由转发。 掌握：距离向量路由算法，链路状态路由算法，IPv4分组， IPv4地址，NAT，路由协议（RIP，OSPF，BGP）。 理解：子网掩码，自治系统，层次路由，移动IP通信过程。 了解：大纲其他内容。,网络层,3,第4部分 网络层,4.1 网络层的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分组 IPv4地址与NAT 子网络划分与子网掩码、CIDR ARP、DHCP、ICMP协议 4.4 IPv6,4.5 路由协议 层次路由与自治系统 域内路由与域间路由 RIP路由协议 OSPF路由协议 B

2、GP路由协议 4.6 IP组播 4.7 移动IP 4.8 网络层设备,网络层,4,网络层提供的两种服务,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。 争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？,网络层,5,电信网的成功经验 让网络负责可靠交付,面向连接的通信方式 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。 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。,网络层,6,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

3、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,网络层,7,虚电路是逻辑连接,虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，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。 请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。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。,网络层,8,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。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

4、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。,网络层,9,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传输层负责（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。,网络层,10,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

5、层,数据报服务,H1,H2,IP 数据报,丢失,H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送,网络层,11,虚电路服务与数据报服务的对比,网络层,12,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

6、Group Management Protocol),网络层,13,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,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网络层 （网际层）,IGMP,网络层,14,5 4 3 2 1,主机 H1,主机 H2,R1,R4,R5,R2,R3,R1,R2,R3,H1,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,分组在互联网中的传送,网络层,15,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 数据报就可

7、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,H1,R1,R2,R3,R4,R5,H2,网络层,16,关键的网络层功能,转发: 将分组从路由器的输入移动到适当的路由器输出 路由: 决定分组从源到目的地所采用的路由 路由算法,类比: 路由: 规划从源到目的地路径的过程 转发: 通过单个立交桥的过程,网络层,17,1,2,3,0111,到达分组首部的值,路由算法,路由和转发相互影响,网络层,18,网络拥塞：网络性能曲线,提供的负载,吞吐量,拥塞,轻度 拥塞,0,网络层,19,拥塞（Congestion）,拥塞 网络资源上有太多的分组时，将会导致网络

8、性能下降。 对资源需求的总和 可用资源 资源：链路容量、交换节点中的缓存和处理机速度等。 拥塞产生的原因 低带宽线路 多个输入对应一个输出 节点缓冲容量太小 结点处理机速度不高,网络层,20,拥塞的策略： 决不只针对某个因素改善拥塞！,若结点缓存容量太小，到达结点的分组无空间暂存； 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，发出更多的分组，拥塞更加恶化； 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。 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

9、能的瓶颈。,网络层,21,拥塞控制与流量控制的差别,拥塞控制（congestion control） 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； 流量控制（flow control) 与点到点的通信量有关，主要解决快速发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控制的。,网络层,22,拥塞和流量控制的区别,网络层,23,拥塞控制所起的作用,提供的负载,吞吐量,拥塞,轻度 拥塞,0,网络层,24,第4部分 网络层,4.1 网络层的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分组 IPv4地址与NAT 子网络划分与子网掩码、CIDR

10、 ARP、DHCP、ICMP协议 4.4 IPv6,4.5 路由协议 层次路由与自治系统 域内路由与域间路由 RIP路由协议 OSPF路由协议 BGP路由协议 4.6 IP组播 4.7 移动IP 4.8 网络层设备,网络层,25,路由算法,就是产生路由表的算法 是网络层软件的一部分 对于数据报网络，对每个数据报都要做路由选择 对于虚电路网络，只需在建立连接时做一次路由选择,网络层,26,理想的路由算法,理想的路由算法： 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单，即开销小，效率高。 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。 算法应具有稳定性，即算法必须收敛，不能振荡发散

11、。 算法对所有用户应是公平的。 算法应是最佳的。,网络层,27,关于“最佳路由”,不存在一种绝对的最佳路由算法。 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的选择而已。 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。 实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题 它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。 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。,网络层,28,从路由算法的自适应性考虑,静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。 动态

12、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。,网络层,29,路由,路由算法的图论抽象: 图中的节点是路由器 图中的边是物理链路 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),2,2,1,3,1,1,2,5,3,5,“好的”路径: 通常意味着最小费用的路径 其他定义也是可能的,网络层,30,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,网络层,31

13、,Bellman-Ford 例子,Clearly, dv(z) = 5, dx(z) = 3, dw(z) = 3,du(z) = min c(u,v) + dv(z), c(u,x) + dx(z), c(u,w) + 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:,网络层,32,距离向量算法,基本思想: 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 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 e

14、ach node y N,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),网络层,33,距离向量算法,迭代、异步: 每次本地迭代由下列事件引起: 本地链路费用改变 从邻居获得更新的DV报文 分布式: 每个节点仅当其DV改变时通知邻居 如果必要，邻居则通知它们的邻居,每个节点:,网络层,34,距离向量: 链路费用变化,链路费用变化: 好消息传播得快 坏消息传播得慢“计数到无穷”问题! 在算法稳定前，迭代44 次: 毒性逆转: 如果Z路由通过Y得到 X : Z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) 这将完全解决计数到无穷问题?,网络层,35,链路状

15、态路由算法,Dijkstra算法 所有节点知道网络拓扑、链路费用 经“链路状态广播”完成 所有节点具有相同信息 从一个节点(源)到所有其他节点计算最低费用路径 给出对这些节点的转发表 迭代: k次迭代后，得知到k个目的地的最低费用路径,概念: c(x,y): 从节点x到y的链路费用; = 如果不是直接邻居 D(v):从源到目的地v路径费用的当前值 p(v): 从源到v沿路径的前任节点 N: 已知在最小费用路径中的节点集合,网络层,36,Dijsktra算法,1 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)

16、= 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加上从w到v的已知最短路费用*/ 15 until 所有节点在 N中,网络层,37,Dijkstra 算法: 例子,步骤 0 1 2 3 4 5,N u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz,D(v),p(v) 2,u 2,u 2,u,D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y 3,y,D(x),p(x) 1,u,D(y),p(y) 2,x

17、,D(z),p(z) 4,y 4,y 4,y,网络层,38,Dijkstra算法, 讨论,算法复杂性: n个节点 每次迭代: 需要检查所有节点w, 不在N中 n(n+1)/2 对比: O(n2) 更有效的实现是可能的: O(nlogn) 可能振荡: 如链路费用 = 承载流量的量,e,1,1,e,1,1,e,1,1,网络层,39,LS和DV算法的比较,报文复杂性 LS: 对n个节点，E条链路, 发送O(nE) 报文 DV: 仅在邻居之间交换 收敛时间变化 收敛速度 LS: O(n2) 算法要求 O(nE)报文 可能具有振荡 DV: 收敛时间变化 可能有选路环路 计数到无穷问题,健壮性: 如果路由

18、器异常，将发生什么现象? LS: 节点可能通告不正确的链路费用 每个节点仅计算它自己的表 DV: DV节点通告不正确的路径费用 每个节点表能由其他人使用 差错通过网络传播,网络层,40,第4部分 网络层,4.1 网络层的功能 4.2 路由算法 4.3 IPv4 IPv4分组 IPv4地址与NAT 子网络划分与子网掩码、CIDR ARP、DHCP、ICMP协议 4.4 IPv6,4.5 路由协议 层次路由与自治系统 域内路由与域间路由 RIP路由协议 OSPF路由协议 BGP路由协议 4.6 IP组播 4.7 移动IP 4.8 网络层设备,网络层,41,IP v4分组的格式,一个 IP 数据分组

19、由首部和数据两部分组成。 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。 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。,网络层,42,固 定 部 分,可变 部分,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,发送在前,网络层,43,可变 部分,首

20、 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,网络层,44,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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

21、）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,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,网络层,45,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,46,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本

22、,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,47,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,

23、C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,48,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,49,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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

24、校 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,50,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,标志(flag) 占 3

25、 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。,网络层,51,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固

26、 定 部 分,可变 部分,网络层,52,IP分片和重新组装,网络链路有MTU (最大传输长度) 最大可能的链路级帧 不同的链路类型，不同的 在网络中，大IP 数据报被分割(“分段”) 一个数据报 变为几个数据报 “重新装配”仅在最后目的地 IP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,reassembly,网络层,53,IP分片和重新组装,例子 4000字节数据报 MTU = 1500字节,在数据字段1480 字节,偏移 = 1480/8,网络层,54,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务

27、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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,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。,网络层,55,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型

28、,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,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,56,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,网络层,57,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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

29、特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,58,发送端,接收端,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数 据 报 首 部,IP 数据报,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,数据部分,网络层,59,首 部,0,4,8,16,19,24,31,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,0,1,2,

30、3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固 定 部 分,可变 部分,网络层,60,IP 数据报首部的可变部分,IP 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。 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。 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。 实际上这些选项很少被使用。,网络层,61,IPv4地址,在网络中有几种寻址方法？ 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，

31、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。 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。,网络层,62,IPv4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 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。,网络层,63,什么是IP地址,IP地址是基于Internet Protocol(因特网协议)的。 每一个物

32、理网络必须有自己的唯一的IP地址。 IP地址对于WAN上的互连网连接来说，是非常必要的。,网络层,64,如何设计IP地址,网络层,65,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，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。,网络层,66,分类 IP 地址,IP 地址可以分为两级： IP 地址 := , 地址由两个固定长度的字段组成： 网络号net-id：标志主机（或路由器）所连接到的网络； 主机号host-id：标

33、志该主机（或路由器）。,网络层,67,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,网络层,68,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地

34、址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节,网络层,69,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节

35、,网络层,70,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,网络层,71,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host

36、-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,网络层,72,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,B 类地址的主机号

37、字段 host-id 为 2 字节,网络层,73,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,网络层,74,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和

38、主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,D 类地址是多播地址,网络层,75,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,E 类地址保留

39、为今后使用,网络层,76,路由器如何利用IP地址转发分组？,利用分组中的IP 地址： 找到网络号 net-id 找到目的网络。 当分组到达目的网络后： 利用主机号host-id 直接交付给目的主机。,网络层,77,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,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数,网络层,78,网络层,79,网络层,80,网络层,81,网络层,82,特殊的IP地址,网络层,83,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

40、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) 192.0.0 223.255.255 254,网络层,84,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： 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

41、了路由表所占的存储空间。,网络层,85,IP 地址的一些重要特点,(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，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(multihomed host)。 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网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,网络层,86,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-i

42、d。 (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。,网络层,87,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,

43、LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,网络层,88,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.

44、1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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,网络层,89,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.