网络基础课件-NET17第6章：网络层.ppt

第六章 网络层,1,复习上章内容,1、决定局域网特性的三要素 网络拓扑、传输介质、介质访问控制方法 2、从采用介质访问控制方法角度，局域网可分为 共享介质式局域网、交换式局域网 3、局域网交换机的工作原理 端口MAC地址映射表 交换控制中心 实现连接到交换机端口的结点之间的多个并发连接 4、VLAN 交换技术的发展成为VLAN发展的基础，什么叫VLAN，VLAN与LAN有何主要区别？ 5、 10GE已经成为现代校园的主干网首选，100GE已经在研究中。10GE成功应用解决了广域网与局域网的瓶颈。 6、WLAN成为现代办公网络的主要接入方式,第六章 网络层,2,10万兆以太网发展趋势！, 2006年下半年 IEEE着手制定100G标准 2007年7月 IEEE确定开发一项包括40G和100G以太网的标准802.3ba 2009年年底 40G和100G以太网设备研发产品出货 2010年6月17日 融合40G/100G的IEEE 802.3ba规范获得批准 2015年 百万兆速率以太网将成为现实,Cisco CRS-3 单端口10万兆以太网接口模块,IP下一代网络（NGN）中的视频和多媒体正在从各个方面逐步取代分组数据通信，对当前使用的公共网络和专用网络的架构基础提出了更高的挑战。 作为medianet（媒体感知型Cisco IP NGN）的组成部分，它的工效设计达到了业界领先水平，将能耗、散热和机架空间资源降至最少，并提供可灵活承载丰富业务的带宽容量。,第六章 网络层,3,新闻：切客(未来510年互联网淘金点?),在拍客、秒杀客、团客之后，一个全新的名词 “切客”开始出现。伴随着3G网络、智能手机的广泛应用，在通信业和互联网巨头的强力推进下，中国“切客”浪潮正在悄然兴起。 切客：源自英文check in，他们是热衷于用一种LBS(Location Based Services)基于地理位置服务的手机移动互联网软件即时记录生活轨迹的都市潮人。他们通过软件发现并探索身边的城市，并与他人分享此地的精彩图片和攻略。他们是移动互联网时代的潮流引领者，让互联网应用从虚拟走向现实，影响并改变每个人的生活。 互动百科网的解释：切客就是通过手机向他人分享餐厅或商场的地理位置，可获消费优惠。“切客”是国内手机网民为LBS (Location Based Service，基于地理位置的服务)取的中文名，因为LBS典型的应用是Check in(签到)。 国内互联网巨头近来纷纷推出LBS，据艾媒市场咨询研究数据显示，过去三年，中国LBS个人“切客”应用市场规模保持快速增长态势，2008年的市场规模为3.35亿元，2009年突增为6.44亿元，到了2010年，这一数据改写为9.98亿元。 随着移动互联网的兴起，越来越多的用户不再满足于打电话发短信的生活方式，如何寻找更便利的潮流方式，自然成了这个群体用户的期待。 LBS经Google Map的推广后在国外一直风起云涌。近两年随着智能手机逐步走向潮流，基于手机互联网的地理位置的应用也逐步走向社区化和实用化。,切客网,在信息大爆炸的世纪，每天要面对和处理的信息多如牛毛，哪些是真哪些是假，无从辨别；在物质极度丰富的时代，在迷眼于琳琅满目的商品时、迷惘于五花八门的广告时，无所适从。非常希望能找个地方，问问经历过的人，听听他真实的体验。 “切客网”正是为大家提供记录生活经验积累、消费体验的平台，把你的生活体验和你所知产品的消费体验写下来与大家分享，当所有人都来记录时，相信这里会成为我们生活的“经验库”，购物的“导向先锋”，而你也已成为了切客一员-。也许个体的力量是渺小的，但请相信网络的力量能让弱势的我们团结强大起来。 “切客网”意义和宗旨：让“切客”无处不在，让每一次选择无怨无悔。,第6章 网络层,第六章 网络层,7,本章学习要求： 理解：网络层与网络互联的基本概念 掌握：IP地址的基本概念与分类方法 掌握：IP分组的交付与路由选择的概念 掌握：Internet路由选择协议的概念 掌握：IP协议的基本内容 掌握：地址解析的基本概念与方法 掌握：路由器与第三层交换的基本概念 掌握：网络层互联设备 掌握：IP地址的子网规划 了解：Internet控制报文协议ICMP与组 管理协议IGMP,第六章 网络层,8,6.1 网络层与网络互联的基本概念,6.1.1 网络层基本概念 网络层主要任务： 通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径； 网络层使用数据链路层的服务，实现路由选择、拥塞控制与网络互联等基本功能，向传输层的端一端传输连接提供服务。,第六章 网络层,9,6.1.2 网络互联基本概念,网络互联：利用网桥、 路由器、网关等互联 设备将两个及两个以 上的网络相互联接起 来构成的系统。 INTERNET网：就是用路由器连接起来的互联网络，也属于WAN。 VPN： (Virtual Private Network)虚拟专用网，是通过因特网建立一个临时的、安全的连接，为用户提供专用网的所有各种功能。,第六章 网络层,10,6.1.3 网络互联的层次及设备,网络互连实质上是网络协议之间的转换。网络体系结构层次不同，使用的互连设备也不同。互连层次主要有: 物理层互连 互联设备：中继器、转发器、集线器、光纤收发器 完成对信号的再生和放大，延长网络距离，或者对光电信号进行转换。(同一冲突域、同一广播域) 数据链路层互连 互联设备：网桥、二层交换机 网桥起到数据接收、地址过滤、数据转发的作用。主要用于隔离冲突的网段。 (隔离冲突域、同一广播域) 交换机除了具有网桥的功能外，更重要的是用硬件实现多对结点同时通信与数据交换。(隔离冲突域：每个端口都是一个冲突域；默认情况下所有端口处于同一广播域，设置VLAN时，有多少个VLAN，就有多少个广播域。),第六章 网络层,11,6.1.3 网络互联的层次及设备（续）,网络层互连？ 互联设备：路由器、三层交换机 主要用于LAN、MAN之间的连接。 隔离冲突域、隔离广播域 高层互连？ 互联设备：网关、多层交换机 传输层以上协议层的网络之间互连，如应用网关等。(隔离异构网：用于连接不同类型、不同协议的网络),第六章 网络层,12,6.2 IP地址,6.2.1 IP地址的基本概念 有关IP地址的概念你知道多少？： 大型的互连网络中需要有一个全局的地址系统，它能够给每一台主机或路由器的网络连接分配一个全局惟一的地址； TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址； IP v.4中IP地址是一个32位的二进制地址； IP v.6中IP地址是一个128位的二进制地址； 网络中的每一个主机或路由器至少有一个IP地址； 在Internet中不允许有两个设备具有同样的IP地址； 如果一台主机或路由器连接到两个或多个物理网络，那么它可以拥有两个或多个IP地址。,第六章 网络层,13,IP地址处理方法演变的过程,1985年,第六章 网络层,14,IP地址结构,IP 地址长度为32位 IP地址采用二级分级结构； IP地址是由网络号（net ID）与主机号（host ID）两部分组成的；,第六章 网络层,15,发送分组的主机 源主机 源IP地址 源MAC地址 接收分组的主机 目的主机 目的IP地址 目的MAC地址,第六章 网络层,16,6.2.2 标准IP地址分类 二级结构：网络号字段+主机号字段,第六章 网络层,17,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节,第六章 网络层,18,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,第六章 网络层,19,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,第六章 网络层,20,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,第六章 网络层,21,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,第六章 网络层,22,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,第六章 网络层,23,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,D 类地址是多播地址,第六章 网络层,24,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 0,0,1,E 类地址保留为今后使用,第六章 网络层,25,IP地址表示方法：点分十进制记法,第六章 网络层,1,A类:,0NNNNNNN,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,(1-127),1,B类:,10NNNNNN,Network,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,(128-191),1,C类:,110NNNNN,Network,Network,Host,8,9,16,17,24,25,32,(192-223),1,D类:,1110MMMM,多播组,多播组,多播组,8,9,16,17,24,25,32,(224-239),IP地址的分类汇总及网络号第1字节范围,11110MMM,reservation,reservation,reservation,(240-247),E类:,1,8,9,16,17,24,25,32,第六章 网络层,27,标准IP地址的主机地址范围,第六章 网络层,28,A类IP地址特点,A类IP地址的网络ID长度为7位，主机ID长度为24位； A类IP地址范围：55； A类网络ID (0*) ： 理论上 有27=128 个，但网络ID为全0和全1（用十进制表示为0与127）的两个地址保留用于特殊目的，实际允许有126个不同的A类网络； 实际有效网络ID范围：1126 ，共有27-2=126个 每个A类网络中的主机ID： 理论上有224=16 777 216 个 主机IP为全0和全1的两个地址保留用于特殊目的； 每个A类网络ID实际有效的主机ID有224-2= 16 777 214个 A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络。,第六章 网络层,29,B类IP地址特点,B类IP地址的网络ID长度14位，主机ID长度16位； B类IP地址范围：55； B类网络ID (10*) ： 214=16384个不同的B类网络； 前两个字节：128.0 191.255 每个B类网络中主机ID： 长度为16位，有216=65536个，除去全0和全1的特殊用途 实际一个B类网络：允许使用216-2= 65534个主机ID； B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用。,第六章 网络层,30,C类IP地址特点,C类IP地址的网络ID长度:21位，主机ID长度:8位； C类IP地址是从： 55； C类网络ID (110*) 长度为21位，因此允许有221=2097152个不同的C类网络； 前三个字节： 192.0.0. 223.255.255 每个C类网络中主机ID： 长度为8位，每个C类网络的主机地址数最多为28=256个，除去全0和全1的特殊用途。 实际允许连接28-2 =254个主机或路由器； C类IP地址适用于一些小公司与普通的研究机构。,第六章 网络层,31,三类 IP 地址的使用范围汇总,第六章 网络层,32,D类和E类IP地址,D类IP地址不标识网络; 地址范围：55 用于其他特殊的用途，如多播地址Multicasting； E类IP地址暂时保留； 地址范围：55； 用于某些实验和将来使用。,第六章 网络层,33,IP地址分类练习,地址,类别,网络,主机,,00,4,,6,20,第六章 网络层,34,IP地址分类练习（答案）,地址,类别,网络,主机,,00,4,,6,20,A,B,C,C,B,Nonexistent,,,,,,,00,4,,6,第六章 网络层,35,私有IP地址(RFC1918),A类：55 1个网络, 可有224-2=16 777 214主机和路由器 B类：55 16个网络, 每个网络可有216-2= 65534台主机和路由器 C类：55 256个网络, 每个网络可有28-2= 254台主机和路由器,私有地址被大量用于企业内部网络中。某些宽带路由器往往使用作为缺省地址。 私有网络不与外部互连，可能使用随意的IP地址。保留这样的地址供其使用是为了避免以后接入公网时引起地址混乱。 使用私有地址的私有网络在接入Internet时，要使用地址翻译(NAT)，将私有地址翻译成公用合法地址。 在Internet上，私有地址是不能出现的。,第六章 网络层,36,其他特殊的IP地址,回送地址 网络地址 直接广播地址 受限广播地址 “某个网络上的特定主机”地址 全零IP地址 组播地址,第六章 网络层,37,A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。 无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。 TCP/IP协议规定： 含网络号为127的分组不能出现在任何网络上； 主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。 回送地址使用技巧 Ping ，如果反馈信息失败，说明IP协议栈有错，必须重新安装TCP/IP协议。 如果成功，再ping本机IP地址,如果反馈信息失败,说明你的网卡不能和IP协议栈进行通信。 如果网卡没接网线，用本机的一些服务如Sql Server、IIS等就可以用这个地址。,回送地址：,第六章 网络层,38,网络地址： IP地址的网络位随意,主机位全为0 A类、B类与C类IP地址中主机号全0的地址为相应的网络地址; 网络地址标识某一个网络;TCP/IP协议规定，主机位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。 示例： A类网络： B类网络： C类网络： 从以上规定可以看出，主机号全“0“全“1“的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，一般不能用作一台主机的有效地址。,第六章 网络层,39,直接广播地址 A类、B类与C类IP地址中主机位为全1的IP地址称为直接广播地址，表示在该网络内广播。用于使路由器将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机; 示例： A类网络直接广播地址：55 B类网络直接广播地址： 55 C类网络直接广播地址： 55,第六章 网络层,40,受限广播地址(全1的IP地址) 网络号与主机号的32位全为1的地址为受限广播地址;即55，用作目标网络地址。(如DHCP DISCOVER的目的IP地址) 用来将一个分组以广播方式发送给本网的所有主机; 分组将被本网的所有主机接受，路由器则阻挡该分组通过。,第六章 网络层,41,“某个网络上的特定主机”地址 主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组； 网络ID部分为全0，主机ID部分为某个确定的值； 这样的分组被限制在本网络内部，表示给特定的主机ID，路由器不会转发。 示例： A类网络上的一个主机：0 .10.20.30 B类网络上的一个主机：0 . 0 .20.30 C类网络上的一个主机：0 . 0 . 0.30,第六章 网络层,42,全零IP地址： IP地址的网络位和主机位全为0，对应于当前主机。 全零IP地址用于路由器中，表示所有不清楚*的主机和目的网络的集合 *不清楚是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。对本机来说，它就是一个“收容所”，所有不认识的“三无”人员，一律送进去。 全零IP地址用作为分组的源IP地址时，表示本机没有IP地址，需要申请一个IP地址。 如：DHCP DISCOVER 的源IP地址：,第六章 网络层,43,组播地址： 55 特指所有主机 特指所有路由器 特殊IP地址： 169.254.x.x 当主机动态获得IP地址失败时，Windows系统会为你分配这样一个地址：,第六章 网络层,44,网络接口与IP地址,第六章 网络层,45,网络接口与IP地址的关系,连接到Internet的每一台主机或路由器至少有一个IP地址； 连接到Internet的任何两台主机或路由器不能使有相同的IP地址； IP地址是与网络接口相关联的，如果一台主机或路由器分别连接到两个或更多的网络上，那么它必须有两个或更多的IP地址。,第六章 网络层,46,6.2.3 子网、子网划分、子网规划,为什么要研究子网 IP地址的有效利用率问题 IP 地址空间的利用率有时很低 A、B类网的地址空间太大，若不使用路由器，则无法使用全部地址，一个B类网，有多达216-2=65534个主机，在单一网络下是无法工作的。 路由器的工作效率问题 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。 两级的 IP 地址不够灵活,第六章 网络层,47,1、子网的概念,子网（subnet） 将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每一个网络都有其自己的子网地址； 子网技术 出于对管理、性能、安全方面的考虑，许多单位都把单一网络划分为多个物理网络，并用路由器或三层交换机将它们连接起来。以达到以下几个目的： 充分使用地址 划分管理职责(划分为更多个子网，便于管理) 提高网络性能(减少广播流量，提高网络性能) 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 从主机号中借用若干个比特作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。,第六章 网络层,48,划分子网的技术要点：,标准的A类、B类与C类IP地址是两级结构： net ID - host ID 子网IP地址是三级结构： net ID-subnet ID-host ID 同一个子网中所有的主机必须使用相同的网络号-子网号（net ID-subnet ID）； 子网的概念可以应用于A类、B类或C类中任意一类IP地址中； 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。 最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。,第六章 网络层,49,当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。 划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分。,划分子网后变成了三级结构,第六章 网络层,50,如何区别IP地址是划分、还是未划分？,第六章 网络层,51,2、子网掩码,从一个 I P数据报的首部并没有办法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分 子网掩码表示方法：网络号与子网号位全部置1，主机号全部置0。 怎么判断划分没划分子网了呢？,第六章 网络层,52,IP 地址的各字段和子网掩码,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,net-id,host-id,三级 IP 地址,主机号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,net-id,subnet-id,host-id 为全 0,第六章 网络层,53,(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,AND,第六章 网络层,54,net-id,net-id,host-id 为全 0,net-id,网络地址,A 类 地 址,默认子网掩码 ,网络地址,B 类 地 址,默认子网掩码 ,网络地址,C 类 地 址,默认子网掩码 ,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,host-id 为全 0,host-id 为全 0,A 类、B 类和 C 类 IP 地址的默认子网掩码,第六章 网络层,55,子网划分的规则,1985年， RFC950 规定了子网划分的规范。 由于网络号全为“0”代表的是本网络，因此，网络地址中的子网号也不能全为“0”，子网号全为“0”时，表示的是本子网网络。 由于主机号全为“1”代表的是广播地址，因此，子网地址中的子网号也不能全为“1”，子网号全为“1”的地址用于向子网广播。,第六章 网络层,56,边界子网掩码,A类IP地址 默认子网掩码： 边界子网掩码：、 、 B类IP地址 默认子网掩码：255. 255.0.0 边界子网掩码：255.255. 255.0,第六章 网络层,57,非边界子网掩码,子网广播地址,第六章 网络层,58,未划分子网的结构,第六章 网络层,59,划分为3个子网的结构,第六章 网络层,60,对子网的理解,第六章 网络层,子网掩码练习,地址,子网掩码,类别,子网,0,0,2,,,,第六章 网络层,子网掩码练习 （答案）,地址,子网掩码,类别,子网,0,0,2,,,,B,A,A,,,,第六章 网络层,63,3、网络前缀标记法,第六章 网络层,64,前缀表示法划分子网： 求主机60/26的网络ID？,第六章 网络层,65,课堂计算：计算网络 ID,用前缀表示的 IP地址 : /20 求网络ID？主机ID？子网广播地址？,第六章 网络层,66,IP 地址,子网掩码,网络ID,前缀表示的 网络 ID,/20,255 . 255 . 240 . 0,11111111 11111111 11110000 00000000,10 . 217 . 123 . 7,00001010 11011001 01111011 00000111,00001010 11011001 01110000 00000000,求网络 ID 、主机ID？,主机 ID,子网掩码反码,00000000 00000000 00001111 11111111,00000000 00000000 00001011 00000111,/20,第六章 网络层,67,IP 地址,子网掩码,网络 ID,网络广播,255 . 255 . 240 . 0,11111111 11111111 11110000 00000000,10 . 217 . 123 . 7,00001010 11011001 01111011 00000111,00001010 11011001 01110000 00000000,本地子网络广播地址 ？,00001010 11011001 01111111 11111111,网络地址不动,主机地址为1,10 . 217 . 127 . 255,第六章 网络层,广播地址练习,地址,类别,子网,广播地址,0,48,子网掩码,,,3,52,7,28,第六章 网络层,广播地址练习 （答案）,27,地址,类别,子网,广播地址,0,48,C,3,6,子网掩码,,,A,55,,3,52,