计算机网络（第6版）课件：CH4 网络层.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,计算机网络（第,6,版）,第,4,章 网络层,第,4,章,网络层,4.1,网络层提供的两种服务,4.2,网际协议,IP,4.2.1,虚拟互连网络,4.2.2,分类的,IP,地址,4.2.3 IP,地址与硬件地址,4.2.4,地址解析协议,ARP,4.2.5 IP,数据报的格式,4.2.6 IP,层转发分组的流程,第,4,章,网络层（续）,4.3,划分子网和构造超网,4.3.1,划分子网,4.3.2,使用子网时分组转发,4.3.3,无分类编址,CIDR,（构造超网）,4.4,网际控制报文协议,ICMP,4.4.1 ICMP,报文的种类,4.4.2 ICMP,的应用举例,4.5,因特网的路由选择协议,4.5.1,有关路由选择协议的几个基本概念,4.5.2,内部网关协议,RIP,4.5.3,内部网关协议,OSPF,4.5.4,外部网关协议,BGP,第,4,章,网络层（续）,4.5.5,路由器的构成,4.6 IP,多播,4.6.1 IP,多播的基本概念,4.6.2,在局域网上进行硬件多播,4.6.2,因特网组管理协议,IGMP,和多播路由选,择协议,4.7,虚拟专用网,VPN,和网络地址转换,NAT,4.7.1,虚拟专用网,VPN,4.7.2,网络地址转换,NAT,本章最重要的内容,(1),虚拟互连网络的概念,(2)IP,地址与物理地址的关系,(3),传统的分类的,IP,地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择,CIDR,(4),路由选择协议的工作原理,4.1,网络层提供的两种服务,在计算机网络领域，网络层应该向运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,？,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。,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,H,1,H,2,虚电路,H,1,发送给,H,2,的所有分组都沿着同一条虚电路传送,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。,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。,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运输层负责（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。,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,H,1,H,2,IP,数据报,丢失,H,1,发送给,H,2,的分组可能沿着不同路径传送,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,4.2,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三个协议：,地址解析协议,ARP,(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 Group Management Protocol),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,ARP,与各种网络接口,网络层,（网际层）,IGMP,互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：,不同的寻址方案,不同的最大分组长度,不同的网络接入机制,不同的超时控制,不同的差错恢复方法,不同的状态报告方法,不同的路由选择技术,不同的用户接入控制,不同的服务（面向连接服务和无连接服务）,不同的管理与控制方式,4.2.1,虚拟互连网络,中间设备,又称为,中间系统,或,中继,(relay),系统。,物理层中继系统：,转发器,(repeater),。,数据链路层中继系统：,网桥,或,桥接器,(bridge),。,网络层中继系统：,路由器,(router),。,网桥和路由器的混合物：,桥路器,(brouter),。,网络层以上的中继系统：,网关,(gateway),。,网络互相连接起来要使用一些中间设备,当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。,网关由于比较复杂，目前使用得较少。,互联网都是指用路由器进行互连的网络。,由于历史的原因，许多有关,TCP/IP,的文献将网络层使用的路由器称为,网关,。,网络互连使用路由器,互连网络与虚拟互连网络,网络,网络,网络,网络,网络,(a),互连网络,(b),虚拟互连网络,路由器,虚拟互连网络,（互联网）,虚拟互连网络的意义,所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用,IP,协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。,使用,IP,协议的虚拟互连网络可简称为,IP,网。,使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机,H,1,主机,H,2,R,1,R,4,R,5,R,2,R,3,R,1,R,2,R,3,H,1,R,5,H,2,R,4,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,直接交付,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,3,2 2,1 1,分组在互联网中的传送,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,H,1,R,1,R,2,R,3,R,4,R,5,H,2,4.2.2,分类的,IP,地址,1.IP,地址及其表示方法,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,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。,分类,IP,地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是,网络号,net-id,，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是,主机号,host-id,，它标志该主机（或路由器）。,两级的,IP,地址可以记为：,IP,地址,:=,(4-1),:=,代表“,定义为,”,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的网络号字段,net-id,为,1,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的网络号字段,net-id,为,2,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的网络号字段,net-id,为,3,字节,net-id,24 bit,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的主机号字段,host-id,为,3,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的主机号字段,host-id,为,2,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的主机号字段,host-id,为,1,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,D,类地址是多播地址,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,E,类地址保留为今后使用,点分十进制记法,10000000000010110000001100011111,机器中存放的,IP,地址,是,32,位 二进制代码,10000000,00001011 00000011 00011111,每隔,8,位插入一个空格,能够提高可读性,采用点分十进制记法,则更加便于使用,128.11.3.31,128,11 3 31,将每,8,位的二进制数,转换为十进制数,2.,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(2,7,2)1 126 16,777,214,B 16,383(2,14,1,)128.1 191.255 65,534,C 2,097,151(2,21,1,)192.0.1 223.255.255 254,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，从而减小了路由表所占的存储空间。,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。,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，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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,互联网,两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明,IP,地址。如指明,IP,地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络”。现在常不指明,IP,地址。,4.2.3 IP,地址与硬件地址,TCP,报文,IP,数据报,MAC,帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,链路层及以下,使用硬件地址,硬件地址,网络层及以上,使用,IP,地址,IP,地址,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,通信的路径,H,1,经过,R,1,转发再经过,R,2,转发,H,2,查找路由表,查找路由表,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,从虚拟的,IP,层上看,IP,数据报的流动,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,硬件地址,路由器,R,2,HA,2,IP,1,IP,2,局域网,局域网,局域网,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在链路上看,MAC,帧的流动,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在,IP,层抽象的互联网上只能看到,IP,数据报,图中的,IP,1,IP,2,表示从源地址,IP,1,到目的地址,IP,2,两个路由器的,IP,地址并不出现在,IP,数据报的首部中,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,MAC,帧,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,路由器只根据目的站的,IP,地址的网络号进行路由选择,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,MAC,帧,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,在具体的物理网络的链路层,只能看见,MAC,帧而看不见,IP,数据报,IP,1,HA,1,HA,5,HA,4,HA,3,HA,6,HA,2,IP,6,主机,H,1,主机,H,2,路由器,R,1,IP,层上的互联网,IP,2,IP,4,IP,3,IP,5,路由器,R,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,IP,1,IP,2,MAC,帧,从,HA,1,到,HA,3,从,HA,4,到,HA,5,从,HA,6,到,HA,2,MAC,帧,MAC,帧,IP,数据报,IP,层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节,在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用,统一的、抽象的,IP,地址,研究主机和主机或主机和路由器之间的通信,4.2.4,地址解析协议,ARP,网络层,ARP,IP,地址,硬件地址,IP,IGMP,ICMP,ARP,地址解析协议,ARP,不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。,每一个主机都设有一个,ARP,高速缓存,(ARP cache),，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的,IP,地址到硬件地址的映射表。,当主机,A,欲向本局域网上的某个主机,B,发送,IP,数据报时，就先在其,ARP,高速缓存中查看有无主机,B,的,IP,地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入,MAC,帧，然后通过局域网将该,MAC,帧发往此硬件地址。,ARP,响应,A,Y,X,B,Z,主机,B,向,A,发送,ARP,响应分组,主机,A,广播发送,ARP,请求分组,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是,209.0.0.5,，硬件地址是,00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机,209.0.0.6,的硬件地址,我是,209.0.0.6,硬件地址是,08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,ARP,高速缓存的作用,为了减少网络上的通信量，主机,A,在发送其,ARP,请求分组时，就将自己的,IP,地址到硬件地址的映射写入,ARP,请求分组。,当主机,B,收到,A,的,ARP,请求分组时，就将主机,A,的这一地址映射写入主机,B,自己的,ARP,高速缓存中。这对主机,B,以后向,A,发送数据报时就更方便了。,应当注意的问题,ARP,是解决同一个局域网上的主机或路由器的,IP,地址和硬件地址的映射问题。,如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过,ARP,找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。,应当注意的问题（续）,从,IP,地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。,只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知,IP,地址的主机或路由器进行通信，,ARP,协议就会自动地将该,IP,地址解析为链路层所需要的硬件地址。,使用,ARP,的四种典型情况,发送方是主机，要把,IP,数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用,ARP,找到目的主机的硬件地址。,发送方是主机，要把,IP,数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用,ARP,找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,发送方是路由器，要把,IP,数据报转发到本网络上的一个主机。这时用,ARP,找到目的主机的硬件地址。,发送方是路由器，要把,IP,数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用,ARP,找到本网络上另一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。,什么我们不直接使用硬件地址进行通信？,由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。,连接到因特网的主机都拥有统一的,IP,地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用,ARP,来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。,4.2.5 IP,数据报的格式,一个,IP,数据报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。,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,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,首,部,发送在前,可变,部分,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,固,定,部,分,发送在前,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,固,定,部,分,可变,部分,区 分 服 务,发送在前,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,版本,占,4,位，指,IP,协议的版本,目前的,IP,协议版本号为,4(,即,IPv4),区 分 服 务,1.IP,数据报首部的固定部分中的各字段,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,首部长度,占,4,位，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。,区 分 服 务,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,区分服务,占,8,位，用来获得更好的服务,在旧标准中叫做,服务类型,，但实际上一直未被使用过。,1998,年这个字段改名为,区分服务,。,只有在使用区分服务（,DiffServ,）时，这个字段才起作用。,在一般的情况下都不使用这个字段,区 分 服 务,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,总长度,占,16,位，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,。,区 分 服 务,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,标识,(identification),占,16,位，,它是一个计数器，用来产生数据报的标识。,区 分 服 务,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,标志,(flag),占,3,位，目前只有前两位有意义。,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,(Don,t Fragment),。,只有当,DF,0,时才允许分片。,首,部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固,定,部,分,可变,部分,片偏移,(13,位,),指出：较长的分组在分片后,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。,区 分 服 务,偏移,=0/8=0,偏移,=0/8,=0,偏移,=1400/8=175,偏移,=2800/8=350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的,