计算机网络课件-第四章 网络层.ppt

第四章 网络层 本章内容4.1 网络层提供的两种服务4.2 网际协议IP4.3 划分子网和构造超网4.4 网际控制报文协议 ICMP4.5 路由算法及协议4.6 IP 组播4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT 4.1 网络层提供的两种服务 4.1 网络层提供的两种服务 网络层应该向传输层提供怎样的服务? 两种选择：面向连接 or 无连接 曾引起了长期的争论 争论的实质：数据的可靠传输应该由网络还是端系统来负责？ 面向连接的服务，即虚电路(virtual circuit) 通信双方在开始数据传输前，先由网络建立连接，之后的数据均通过该连接进行，由网络保证数据传输的可靠性 虚电路只是一种逻辑连接，分组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 支持方：以电信公司为代表的一派 无连接的服务，即数据报(datagram) 网络在发送数据时不需要先建立连接，每一个分组在网络中独立传送 网络层不保证服务质量，分组可能出错、丢失、重复和失序，也不保证分组传送的时限 支持方：以Internet为代表的一派 TCP/IP采用数据报服务 虚电路：H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送 4.1 网络层提供的两种服务 虚电路与数据报的比较 4.2 网际协议 IP 4.2 网际协议 IP 一、IP(Internet Protocol)简介 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 Group Management Protocol) 4.2 网际协议 IP 二、分类的IP 地址 IP 地址 分配给主机或路由器的标识符，目前使用的IPv4为32位IP地址 IP 地址的分配由ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)负责 IP地址的编址方法经历了三个阶段： 分类的 IP 地址：最基本的编址方法，1981 年通过标准 子网的划分：最基本编址方法的改进， 1985 年成为标准[RFC 950] 构成超网：比较新的无分类编址方法，1993 年提出 分类的IP地址 IP地址被分为A, B, C, D, E五类，每一类地址都包含网络号(net-id)和主机号(host-id)两个字段 IP 地址 ::= { 网络号, 主机号} 不同类的IP地址区别主要是网络号、主机号的长度不同 4.2 网际协议 IP IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址的表示方法：点分十进制记法(dotted decimal notation) 4.2 网际协议 IP 三、 IP 地址与硬件地址 IP地址 网络层及以上各层使用的地址，是一种逻辑地址 存放在IP包头部 物理地址 数据链路层及物理层使用的地址 存放在数据链路层的帧中 问题：帧中有无IP地址？ 4.2 网际协议 IP 四、ARP与RARP协议 IP 地址与物理地址的相互转换问题 例：如下图，主机H10向主机H1发送了IP包，路由器R1要想在局域网中将IP包发送给主机H1，需知道H1的物理地址 RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol 4.2 网际协议 IP 四、ARP与RARP协议 ARP协议(Address Resolution Protocol) 主机设有一个ARP高速缓存(ARP cache)，存有本地局域网上各主机和路由器的 IP 地址与硬件地址的映射表 当主机 A 欲向本局域网上的主机B发送IP包时 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，通过局域网发送 如无，则在网络中广播一个ARP请求 当主机B收到ARP请求后，向主机A返回一个ARP应答，告知自己的物理地址 注意： ARP解决同一局域网中的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题 如果目的主机不本局域网内，IP包需经由路由器转发 此时在局域网内要完成的是路由器IP与物理地址的映射 五、IP数据报格式(1/6) 一个 IP包由头部和数据两部分组成。 头部：20字节的固定字段 + 0到多个可选字段 五、IP数据报格式(2/6) Version字段：4bit，IP