復習第3章計算機網絡體系結構1：物理層2：數據鏈路層第3章計算機網絡體系結構1：物理層2：數據鏈路層3：網絡層4：傳輸層5：應用層本節內容1、

網絡層提供的兩種服務2、

網際協議IP 1）

虛擬互連網絡

2）

分類的IP地址

3）IP地址與硬件地址

4）

地址解析協議ARP與逆地址解析協議

RARP 5）IP數據報的格式

6）IP層轉發分組的流程本節內容：3

網絡層1本節重點(1)虛擬互連網絡的概念(2)IP地址與物理地址的關系1網絡層提供的兩種服務在計算機網絡領域，網絡層應該向運輸層提供怎樣的服務（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長期的爭論。爭論焦點的實質就是：在計算機通信中，可靠交付應當由誰來負責？是網絡還是端系統？電信網的成功經驗

讓網絡負責可靠交付面向連接的通信方式建立虛電路(VirtualCircuit)，以保證雙方通信所需的一切網絡資源。如果再使用可靠傳輸的網絡協議，就可使所發送的分組無差錯按序到達終點。應用層運輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層運輸層網絡層數據鏈路層物理層虛電路服務H1H2虛電路H1

發送給H2

的所有分組都沿著同一條虛電路傳送虛電路是邏輯連接虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉發方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。因特網采用的設計思路網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務。網絡在發送分組時不需要先建立連接。每一個分組（即IP數據報）獨立發送，與其前后的分組無關（不進行編號）。網絡層不提供服務質量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復和失序（不按序到達終點），當然也不保證分組傳送的時限。盡最大努力交付的好處由于傳輸網絡不提供端到端的可靠傳輸服務，這就使網絡中的路由器可以做得比較簡單，而且價格低廉（與電信網的交換機相比較）。如果主機（即端系統）中的進程之間的通信需要是可靠的，那么就由網絡的主機中的運輸層負責（包括差錯處理、流量控制等）。采用這種設計思路的好處是：網絡的造價大大降低，運行方式靈活，能夠適應多種應用。因特網能夠發展到今日的規模，充分證明了當初采用這種設計思路的正確性。應用層運輸層網絡層數據鏈路層物理層應用層運輸層網絡層數據鏈路層物理層數據報服務H1H2IP數據報丟失H1

發送給H2

的分組可能沿著不同路徑傳送虛電路服務與數據報服務的對比對比的方面虛電路服務數據報服務思路可靠通信應當由網絡來保證可靠通信應當由用戶主機來保證連接的建立必須有不需要終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號每個分組都有終點的完整地址分組的轉發屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進行轉發每個分組獨立選擇路由進行轉發當結點出故障時所有通過出故障的結點的虛電路均不能工作出故障的結點可能會丟失分組，一些路由可能會發生變化分組的順序總是按發送順序到達終點到達終點時不一定按發送順序端到端的差錯處理和流量控制可以由網絡負責，也可以由用戶主機負責由用戶主機負責1、

網絡層提供的兩種服務2、

網際協議IP 1）

虛擬互連網絡

2）

分類的IP地址

3）IP地址與硬件地址

4）

地址解析協議ARP與逆地址解析協議

RARP 5）IP數據報的格式

6）IP層轉發分組的流程本節內容：3

網絡層12網際協議IP網際協議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協議之一。與IP協議配套使用的還有四個協議：地址解析協議ARP(AddressResolutionProtocol)逆地址解析協議RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)網際控制報文協議ICMP(InternetControlMessageProtocol)網際組管理協議IGMP(InternetGroupManagementProtocol)網際層的IP協議及配套協議各種應用層協議

網絡接口層(HTTP,FTP,SMTP等)物理硬件運輸層TCP,UDP應用層ICMPIPRARPARP與各種網絡接口網絡層（網際層）IGMP1、

網絡層提供的兩種服務2、

網際協議IP

1）

虛擬互連網絡

2）

分類的IP地址

3）IP地址與硬件地址

4）

地址解析協議ARP與逆地址解析協議

RARP 5）IP數據報的格式

6）IP層轉發分組的流程本節內容：3

網絡層1互連在一起的網絡要進行通信，會遇到許多問題需要解決，如：不同的尋址方案不同的最大分組長度不同的網絡接入機制不同的超時控制不同的差錯恢復方法不同的狀態報告方法不同的路由選擇技術不同的用戶接入控制不同的服務（面向連接服務和無連接服務）不同的管理與控制方式1）

虛擬互連網絡中間設備又稱為中間系統或中繼(relay)系統。物理層中繼系統：轉發器(repeater)。數據鏈路層中繼系統：網橋或橋接器(bridge)。網絡層中繼系統：路由器(router)。網橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網絡層以上的中繼系統：網關(gateway)。

網絡互相連接起來

要使用一些中間設備當中繼系統是轉發器或網橋時，一般并不稱之為網絡互連，因為這僅僅是把一個網絡擴大了，而這仍然是一個網絡。網關由于比較復雜，目前使用得較少。互聯網都是指用路由器進行互連的網絡。由于歷史的原因，許多有關TCP/IP

的文獻將網絡層使用的路由器稱為網關。網絡互連使用路由器互連網絡與虛擬互連網絡網絡網絡網絡網絡網絡(a)互連網絡(b)虛擬互連網絡路由器

虛擬互連網絡（互聯網）虛擬互連網絡的意義所謂虛擬互連網絡也就是邏輯互連網絡，它的意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協議就可以使這些性能各異的網絡從用戶看起來好像是一個統一的網絡。使用IP協議的虛擬互連網絡可簡稱為IP網。使用虛擬互連網絡的好處是：當互聯網上的主機進行通信時，就好像在一個網絡上通信一樣，而看不見互連的各具體的網絡異構細節。5432154321主機H1

主機H2R1R4R5R2R3R1R2R3H1R5H2R4間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付3221132211322113221132211分組在互聯網中的傳送從網絡層看IP數據報的傳送如果我們只從網絡層考慮問題，那么IP數據報就可以想象是在網絡層中傳送。網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層網絡層IP數據報H1R1R2R3R4R5H21、

網絡層提供的兩種服務2、

網際協議IP

1）

虛擬互連網絡

2）

分類的IP地址

3）IP地址與硬件地址

4）

地址解析協議ARP與逆地址解析協議

RARP 5）IP數據報的格式

6）IP層轉發分組的流程本節內容：3

網絡層12）

分類的IP地址

（1）.IP地址及其表示方法

我們把整個因特網看成為一個單一的、抽象的網絡。IP地址就是給每個連接在因特網上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的32位的標識符。IP地址現在由因特網名字與號碼指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)進行分配IP地址的編址方法分類的IP地址。這是最基本的編址方法，在1981年就通過了相應的標準協議。子網的劃分。這是對最基本的編址方法的改進，其標準[RFC950]在1985年通過。構成超網。這是比較新的無分類編址方法。1993年提出后很快就得到推廣應用。分類IP地址每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號net-id，它標志主機（或路由器）所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號host-id，它標志該主機（或路由器）。兩級的IP地址可以記為：IP地址::={<網絡號>,<主機號>}(4-1)::=代表“定義為”net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101A類地址的網絡號字段net-id為1字節net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

1

01B類地址的網絡號字段net-id為2字節net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101C類地址的網絡號字段net-id為3字節net-id24bithost-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101A類地址的主機號字段host-id為3字節net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101B類地址的主機號字段host-id為2字節net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101C類地址的主機號字段host-id為1字節net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101D類地址是多播地址

net-id24位host-id24位net-id16bitnet-id8位IP地址中的網絡號字段和主機號字段0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101E類地址保留為今后使用

點分十進制記法10000000000010110000001100011111機器中存放的IP地址是32位二進制代碼10000000000010110000001100011111每隔8位插入一個空格能夠提高可讀性采用點分十進制記法則進一步提高可讀性1128

11331將每8位的二進制數轉換為十進制數（2）.常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網絡最大第一個最后一個每個網絡類別網絡數可用的可用的中最大的網絡號網絡號主機數

A126(27–2)112616,777,214B16,383(214

1)128.1191.25565,534C2,097,151(2211)192.0.1223.255.255254IP地址的一些重要特點(1)IP地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是：第一，IP

地址管理機構在分配

IP

地址時只分配網絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位自行分配。這樣就方便了

IP

地址的管理。第二，路由器僅根據目的主機所連接的網絡號來轉發分組（而不考慮目的主機號），這樣就可以使路由表中的項目數大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。IP地址的一些重要特點(2)實際上IP地址是標志一個主機（或路由器）和一條鏈路的接口。當一個主機同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的IP地址，其網絡號net-id必須是不同的。這種主機稱為多歸屬主機(multihomedhost)。由于一個路由器至少應當連接到兩個網絡（這樣它才能將IP數據報從一個網絡轉發到另一個網絡），因此一個路由器至少應當有兩個不同的IP地址。IP地址的一些重要特點(3)用轉發器或網橋連接起來的若干個局域網仍為一個網絡，因此這些局域網都具有同樣的網絡號net-id。(4)所有分配到網絡號net-id的網絡，范圍很小的局域網，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網，都是平等的。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是一樣的。圖中的網絡號就是IP地址中的net-id互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。路由器的每一個接口都有一個不同網絡號的IP地址。互聯網中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯網兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明IP地址。如指明IP地址，則這一段連線就構成了一種只包含一段線路的特殊“網絡”。現在常不指明IP地址。1、

網絡層提供的兩種服務2、

網際協議IP

1）

虛擬互連網絡

2）

分類的IP地址

3）IP地址與硬件地址

4）

地址解析協議ARP與逆地址解析協議

RARP 5）IP數據報的格式

6）IP層轉發分組的流程本節內容：3

網絡層13）IP地址與硬件地址TCP報文IP數據報MAC幀應用層數據首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網絡層及以上使用IP地址IP地址HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網通信的路徑H1→經過R1轉發→再經過R2轉發→H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報從協議棧的層次上看數據的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報從虛擬的

IP

層上看

IP數據報的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機H1主機H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網局域網局域網IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報在鏈路上看

MAC幀的流動IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機H1主機H2路由器R1IP層上的互聯網MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數據報在IP層抽象的互聯網上只能看到IP數據報圖中的IP1→IP2

表示從源地址IP1

到