网络层教学课件：计算机网络的基石.ppt

******************IP数据报格式IP数据报是网络层传输数据的基本单位，它封装了上层协议的数据，并在网络中进行传输。IP数据报的格式如下：版本号：标识IP协议版本，目前常用的版本为IPv4和IPv6。首部长度：标识IP数据报首部的长度，以4字节为单位。服务类型：指定数据报的服务类型，例如优先级、可靠性等。总长度：标识IP数据报的总长度，以字节为单位。标识：用于区分不同的IP数据报，在分片时使用。标志：用于控制数据报的分片和重组。片偏移：标识数据报的片偏移量，用于重组数据报。生存时间（TTL）：数据报在网络中可以存活的时间，以跳数计量。协议：标识上层协议的类型，例如TCP、UDP等。首部校验和：用于检测首部数据是否损坏。源IP地址：发送方IP地址。目的IP地址：接收方IP地址。选项：可选字段，用于提供额外的信息。数据：上层协议的数据。IP数据报首部分析版本标识IP协议版本，目前使用的是IPv4和IPv6。占4位。首部长度标识IP数据报首部长度，以4字节为单位。占4位。例如，若首部长度为20字节，则首部长度字段值为5。服务类型标识IP数据报的优先级和服务质量。占8位。总长度标识IP数据报的总长度，包括首部和数据部分，单位为字节。占16位。分片与重组1分片当IP数据报过大无法通过网络中的某些链路时，需要将数据报进行分片，将数据报分成多个较小的片段。2标识符每个片段都包含一个标识符，用于标识它们属于同一个原始数据报。3偏移量每个片段还包含一个偏移量，用于指示该片段在原始数据报中的位置。4重组到达目的主机后，接收方根据标识符和偏移量将这些片段重新组装成完整的数据报。转发与路由选择数据报转发路由器接收到的IP数据报，需要根据目标IP地址进行转发，选择合适的输出端口。转发是网络层的基本功能之一，由路由器完成。路由器根据路由表中记录的路由信息，找到最优的路径，并将数据报转发到下一跳路由器。路由选择路由选择是指确定数据报从源主机到目标主机的最佳路径。网络层主要通过路由协议实现路由选择功能。路由协议可以根据网络拓扑结构和网络流量等因素，动态地计算出最优的路由路径，保证数据报能够高效地传输。路由表的维护路由表需要定期更新以反映网络拓扑结构的变化。当新的网络加入时，需要将新的路由信息添加到路由表中。当网络发生故障或线路中断时，需要删除失效的路由信息。路由器工作原理路由器是网络层设备，其核心功能是转发数据包。路由器通过路由表来决定数据包的转发路径。当路由器收到一个数据包时，它会根据数据包的目的地址和路由表，找到最佳的转发路径，并将数据包转发到下一个节点。路由器的工作原理可以概括为以下几个步骤：接收数据包：路由器从网络接口接收数据包。解析数据包：路由器解析数据包的报头，提取目的地址等信息。查找路由表：路由器根据目的地址和路由表，找到最佳的转发路径。转发数据包：路由器将数据包转发到下一个节点。网关的作用连接桥梁网关充当不同网络之间的桥梁，将一个网络中的数据包转发到另一个网络。协议转换当两个网络使用不同的协议时，网关可以将数据包从一种协议转换为另一种协议。安全防护网关可以作为网络的安全屏障，阻止来自外部网络的恶意攻击，保护内部网络的安全。路由算法最短路径算法Dijkstra算法和Bellman-Ford算法等算法计算网络节点之间的最短路径，以实现数据的最佳传输路径。负载均衡算法例如，轮询算法、随机算法、最小连接算法等，将网络流量分配到多个路径，以提高网络的吞吐量和性能。层次路由算法将网络划分为不同的层次，每个层次使用不同的路由协议，以提高路由效率和可扩展性。最短路径算法1Dijkstra算法Dijkstra算法是一种贪心算法，从起点开始，逐步扩展到所有节点，直到找到目标节点的最短路径。2Bellman-Ford算法Bellman-Ford算法可以处理负权边的情况，它通过反复迭代更新节点之间的距离，最终找到最短路径。3A*算法A*算法是一种启发式算法，它结合了Dijkstra算法的路径成本和启发式信息，能够更快地找到最短路径。负载分担路由定义负载分担路由是一种将网络流量分配到多个路由器或网络节点的技术，以提高网络性能和可靠性。它通过将流量分散到不同的路径，减轻单个节点的负担，从而防止网络瓶颈，并确保网络服务持续可用。工作原理负载分担路由器会根据一定的算法，将传入的流量分配到不同的出口线路。这些算法可以基于各种因素，例如流量模式、线路负载、网络延迟等。常见的算法包括：轮询、随机、最少连接、最短路径等。IPv6概述IPv6是下一代互联网协议，旨在