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计算机网络,孙 清,,概述,物理层,数据链路层,网络层,传输层,第一章,第二章,第三章,第四章,第五章,课程内容,应用层,第6章,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 4.3 分类的IP地址 4.4 划分子网 4.5 无分类编址CIDR 4.6 地址解析协议ARP 4.7 网际控制报文协议ICMP,4.8 路由选择协议和RIP 4.9 OSPF协议和BGP协议 4.10 路由器的内部结构 4.11 IPv6 4.12 IP 多播 4.13 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT 4.14 多协议标记交换 MPLS,4.1 网络层提供的两种服务,网络层的主要功能： 是实现源主机到目标主机的通信 实现这个目标有两种方式： 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？,1. 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,,,,,,,,,,,,,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,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2. 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,,,,,,,,,,,,,,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,虚电路服务与数据报服务的对比,思考题,1. 电路交换的连接与分组交换的虚电路交换有什么本质不同？ 2. 基于分组交换的通信网络可以采用哪两种服务模式？各自的特点有哪些？ 3. 网络层的基本功能是什么？ 4. 现有的网络技术中哪些技术使用了虚电路？,01,第一部分内容结束,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,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)、集线器（hub） 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)、交换机（switch） 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,,,,,,,,,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,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,H1,R1,R2,R3,R4,R5,H2,2. 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,,,,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,,,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,,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,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,,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,,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,,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,,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,,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。