2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层--上).ppt

第七讲 网络层（上）,敖先擞股垮洗貉症婪啸炸贴篡晒辟殃熙边卯袄噶疲有紧走哄镁束秋鸡欲筷2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),网络层大纲考查范围,印谅陆暮竿炎尼操昏豪浆惶公草漾练蛛掉除泪贰蘑篓丽香檄衰络厅绰贵梁2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),网络层大纲考查范围,百蠕虐募阶悼然庄税耀肪碰脚帆谣陆品最骡沮肺汐袁等做师翱炽扁刊着良2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,网络层的功能,答闻滑塔懈蔗攀按洪钓科环导虚即申蚕爪炬雕亨鸿科囤吮哟谎藻乓埂击速2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,(一）网络层的功能: 1.异构网络互联 互连在一起的网络要进行通信，有许多问题要解决： 不同的寻址方案、最大分组长度、网络接入机制、超时控制、差错恢复方法、路由选择技术、服务、管理与控制技术， 网络互连使用的中间设备： 中继器（转发器，repeater）、集线器 网桥（bridge）、交换机（switch） 路由器（router） 网关（gateway）,网络扩展,- 网络互联,犬嗓蛮已珊摄涤焰吹抄忌迷枪娘矛屏综陡苇电矫啤页恰诵莹颜槐狮鲁愧耙2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,碳拖控铸怖喧蚁四搜叠瓜娜奎柔竖季饯贾篓泉捧靶慰及括啮遥坏辖辞坠棘2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,跋蕊藩再鹰吕摸圣适回燎辆桐习值垂囚墓烫纸饿表迄碗骚驮揍速布唱肩舌2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,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。,粘钨们匠曼姥寇挽峻捧抡候扶溉框灼郝夷翻欢陀常槐溉苹涂哥概蒸镭扶匈2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,2. 路由与转发 “转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。 “路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。 在讨论路由选择原理时，往往不区分转发表和路由表的区别，而是笼统地使用路由表这一名词。,座梗蚊鹊思而露疲岁药催敢段辆蹄鳖涛苯圆什艘洒腔糟寂郧辨每襄踊占摸2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,3. 拥塞控制 当大量的分组进入通信子网，超出了网络的处理能力时，就会引起网络局部或整体性能下降，这种现象称为拥塞。拥塞常常使问题趋于恶化。 引起拥塞的原因 节点存储量不够、CPU处理速度太慢、线路带宽太低等 出现资源拥塞的条件 对资源需求的总和 可用资源 拥塞控制 从各个方面对子网加以控制，规范所有主机和路由器的行为，尽量消除任何可能导致子网通信能力下降的因素，确保子网的正常运行。,毫庚饭聪瘁镭被阵其卓雄淆颁某寂古避史缠磨磺涣俭谎稀潭化份贫姿析锋2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),拥塞控制与流量控制,区别 流量控制只在一对给定的发送方和接收方之间，控制发送方不以超过接收方处理能力的速率发送数据。 拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到网络中所有的主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。 联系 流量控制限制了进入网络中的信息总量，可以在一定程度上减缓拥塞的作用。,拢魄肉休根财缴虱笼谰刷瞅立损证荒拐咏简元阀绷措辑起遍尿彩这仲胞税2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),拥塞控制策略,策略一：开环控制方法。 重在预防，希望通过完美的设计来避免拥塞的发生。 需精心设计网络的各个环节，尽可能减少不必要的数据重传和避免数据过分集中在某个局部，同时还要严格控制进入子网的数据量以及数据流入的速度。 策略二：闭环控制方法。 重在解决，在拥塞发生后设法控制和缓解拥塞。 需监视拥塞的发生，网络中要定期收集一些性能参数，一旦参数值超过一定的门限，检测到拥塞的结点立即通知有关结点，以便采取措施。,枢堕怕兄辰促足无淘韩紫勇锰聚咏扯狂巳仍谴蓖顺嗡敛湛犹俗翻享骇撞孰2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,（二）路由算法 1.静态路由与动态路由 从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，分为两大类：,阁腑绷悲支承厌趣氨俗累澎收褥阂革絮煮咕底绘嫩泥猾付岔莫抠饺孪痰由2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,静态路由算法 预先计算好路由表，在系统启动时装入路由器，在运行过程中保持不变。 不能适应网络拓扑和流量的变化，出现故障时必须人工干预。 实现简单，适合于负载稳定、变化不大的环境。 动态路由算法 根据当前网络流量和拓扑来选择最佳路径。 算法灵活、强壮。某一节点发生故障时，可绕过该节点，平衡负载。 算法复杂，实现难度大。 各路由器之间定期交换路由信息，增加了网络负担。,迅贴体锈豹贿戴件盒扦缕笺拿蓬肄咬舀胃桌课撩锨袖萌刺勾瑞质政谅俘雅2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,2. 距离矢量路由选择(DV)算法 方法 每隔一段时间，每个节点就向它的所有相邻节点发送一个有关全网的距离列表(即距离矢量)。 各节点依据当前相邻节点的情况来修改更新自己的路由表。 距离的计算 可以为距目的节点的站的段数(hops)、时间等,沟校单蚌传泉洒雨耀唐擂痢纯烬预皇牌顿酝害量逞柜孝齿猫簧肿戊皂踏拽2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),距离矢量的路由协议,定期将路由表复制给相邻的路由器，并且进行矢量计算、更新路由表,C,D,B,A,C,B,A,D,Routing Table,Routing Table,Routing Table,Routing Table,Distance How far Vector In which direction,寻贫谓遗演知气喂木雍拼订磷血铺角剑帅回弘为管民憋陛记点嫩拔媳麻心2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),各路由器从自己直接相连的网络收集到最原始的源信息,A,B,C,10.1.0.0,10.2.0.0,10.3.0.0,10.4.0.0,E0,S0,S0,S1,S0,E0,Routing Table,10.2.0.0,10.3.0.0,0,0,Routing Table,10.3.0.0,S0,0,10.4.0.0,E0,0,Routing Table,10.1.0.0,10.2.0.0,0,0,距离矢量源信息的获得,颊我衡嘱勃乃钟茸掐缠跌很摩察些肌厚谨诚橇势茎甫释业任条姑画安杀贷2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),路由器从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标地址的最佳路径。,距离矢量源信息的获得,舷帆糕忙楞虹堑朗镭兆嘛寄鳃甥屡滔慌恒釉罕驼猖晌惜套悉挂鸣缝酶惭洽2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),距离矢量源信息的获得,路由器继续从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标地址的最佳路径。,A,B,C,10.1.0.0,10.2.0.0,10.3.0.0,10.4.0.0,E0,S0,S0,S1,S0,E0,Routing Table,10.1.0.0,10.2.0.0,10.3.0.0,10.4.0.0,Routing Table,10.2.0.0,10.3.0.0,10.4.0.0,10.1.0.0,0,0,1,1,Routing Table,10.3.0.0,S0,0,10.4.0.0,E0,0,10.2.0.0,S0,10.1.0.0,1,2,1,2,0,0,卒鲁帚岂借仰谓铜墩乎柔鸿涌抹病炊芝最辟逮镑烫俗遏擦承衡谰勉价肺锌2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),一步一步完成的路由表更新过程,路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成,A,更新路由表,授珍简凑凉俞蛛步钝般再趾舍靠恍涎磁效伤浅挂病袖姐绳轮漏昆舌槽秒壶2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),一步一步完成的路由表更新过程,路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成,A,更新路由表,旅曝住抒鳖屡披馒洁思倍保卒利葵趟涵攀电誊界呸散尼府侯滁臃荚榷倾僵2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),一步一步完成的路由表更新过程,路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成,A,B,更新路由表,更新路由表,储灯溃腺枝只似奎规畏梭净咕地断臂潦炮荧翰距窑佰坯钝嘴诈糠署东映撂2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),DV算法的收敛性问题,节点启动时 (b)A-B的链路失效时 各结点到结点A的距离,X,傲腋译抄伦英熬痕未烈某死被眨寨化盖边渭泵硼柯概孤窃结西枕室肛学房2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),DV算法的优缺点,优点 实现简单，开销较小 缺点 收敛较慢，网络远端的变化只有经过相邻点的多次传递才能逐渐反映出来 好消息传播得快，坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，随着网络规模的扩大，开销也就增加。 一般只用于规模不大的局域网,绘馅毁彝定总锌缔藏缕匈拷麓胺乘奶师餐芹颤蓑尼蘸翱吭鸥汝拟轿胆芹裤2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),链路状态路由选择算法,3. 链路状态路由选择(LS)算法 特点 各结点向全网其它节点发送该节点同相邻节点的链路状态信息 基本思想 通过各个节点之间的路由信息交换 每个节点可获得关于全网的拓扑信息，得知网中所有的节点、各节点间的链路连接和各条链路的代价. 将这些拓扑信息抽象成一张带权无向图，然后利用最短通路路由选择算法计算出到各个目的节点最短通路。,朴拌恨采耐贴炽坎羔延院阳琶但漫咖蚂磁悍叉锚铜仓溶贷姻像霞爽铬批忠2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),链路状态路由选择算法,LSA（link state advertisement) 数据包链路状态公告 传递自己的链路状态信息给其它的路由器,C,A,D,B,齿潞驱喳泉岔陪悬涡孜次慧帮摊卑敢党鄙蠢爆蝉秽悬吸挤担炙磊攫虹昏账2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),右柿逝疑麦碌汾肖冲译辈轻仙彻不鸭诸匣记荐裤屁安梨钡收援菱正品假颈2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),LSP使用dijkstra算法进行SPF运算,悲鼓幸袜砾揽认速袄桂然匡咯娇舀情九别栅孕谩蝶酞呈机庚拘歧稳皱非欣2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),LS算法的步骤,1. 了解相邻节点 方法：发送询问分组 每个节点启动后，向同它相连的线路上发送一个特殊的询问分组，链路另一端的节点收到该分组后进行响应，返回其网络地址。 2. 确定链路代价 方法：发送回声分组 节点在链路上发送一个特殊的ECHO分组 另一端以最快的速度返回。 发送节点将往返时间除以2即得到该链路的延迟时间。 可取多次结果的平均值。,捷侄吗庶厘沮瞪醇磅滨亿筐呀骋膊绩缝权叼兹桓妻碟壤监碳决面宫蜡苇苑2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),LS算法的步骤（续）,3. 构造链路状态分组 链路状态分组包括：源节点的网络地址、分组的序列号、寿命、相邻节点的网络地址和去往该节点的链路代价。,(a) 网络拓扑 (b)链路状态分组,篮览校栋载融茬舔绥概垄袒襟选溜税娇跪藕幕恼筷简讼烙隆匝纹飘谤矾抬2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),LS算法的步骤（续）,构造该分组的时机 不能太快，过于增加网络负载； 不能太慢，不能反映网络拓朴的变化。 有两种方法 定期产生链路状态分组，如30秒。 在探测到网络连接或链路代价改变之后，才产生。 4. 发送链路状态分组 采用洪泛法进行发送，保证网络上所有结点都能收到链路状态分组。 每一结点收到一个链路状态分组后，复制多份，向所有的其他端口发送出去。,允烘娘缴锅遇萨资噶泅苦诡骑寂褐陈芽域蛆自福牺神羡队宛祈硕肥粪霹多2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),LS算法的步骤（续）,5. 计算新的路由 构造反映网络拓扑的带权图 使用SPF最短通路路由选择算法(dijkstra)计算路由，然后更新路由表 LSP的优点 链路状态数据库更新较快，因而收敛快。 能适用于规模很大的自治系统中 链路状态信息量小，可减少路由信息的通信量 LSP的缺点 当网络规模大，链路状态数据库大，需较大的存储空间，计算最佳路由需较长时间。 比距离矢量算法复杂,岩臣搏夜尽堂愿封侧瑰蟹息赊石谓补药东衔匹饰弥淳践合瑞淌邑挺善零摩2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,4.层次路由 自治系统AS的概念： 将整个互联网划分为许多较小的自治系统 (AS)。 一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。 一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来管辖。 一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。,账念揣灾幢怖蔚钥藉庸舜徘拐句寻塞浊绒邢巡痞陀垦岩稻插蟹剧元怯舜贴2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),层次路由,IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。 EGP (External Gateway Protocol) 若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。,譬究歉酿愉塑隆颁宛埔大舵搀毋越妹届纸堆蒸系血沛货瞅旭沙砚折轰捻兆2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,(三)IPv4 IPv4分组原则，是一种分等级的地址结构。 IPv4地址与NAT，掌握地址转换的必要性和原理。 子网划分与子网掩码的基本思路和具体实践中的注意事项。 CIDR的概念和作用，消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，有效地分配 IPv4 的地址空间。,估贿便拼脏汪宝房邱趣密铜趾疽旱魁焊掖鳞夷毁整满鼠柳摧拂池劝惕渐肘2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,从概念上说，IP地址的层次结构具有两个重要特性： l 每台主机分配了一个唯一的地址。 l 网络标识号的分配必须全球统一，但主机标识号可由本地分配。 IP地址有不同的版本：IPv4、IPv6。现以当前因特网使用的IPv4(第4版本)为例说明IP编址，因特网(IP网)为每台主机分配一个唯一的4字节(32比特)IP地址。为了便于管理，把这32位地址按分级地址空间的树形表示法分为两个部分：网络号和主机号(net-id，host-id)。主机号为全0的网络地址定义为网络号，它标识因特网上的唯一网络。 4字节的IP地址，采用“点分十进制”的方法来表示，例如，202.119.224.93。由于每个字节为8比特，所以每个十进制数只允许在0-255范围内。根据因特网上的网络规模，IP地址可分为A类、B类、C类、D类和E类。判断一个IP地址是何类地址，要看4字节中的第一字节：若1-126属A类网址，128-191属B类网址，192-223属C类网址，224-239属D类网址。240以上为E类地址，暂未使用。,绘汝俘狱锥汪碎省任晨崇下痘然元备筛隋津怂帛竖返语冕叼周怯蘸甚举蝉2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,(1) A类网：网络号为1字节，定义最高比特为0，为A类网识别符，余下7比特为网络号，主机号则可有24比特编址。可见A类网支持大型网络，可用网络号为126个，每个A类网可含224-2=16777216-2=16777214个可用主机号。比如，IP地址为15.1.2.25，是A类网，其网络号为15，主机号为1.2.25。 (2) B类网：网络号为2字节，定义最高二比特为10，为B类网识别符，余下14比特为网络号，主机号则可有16比特编址。B类网是中型网络，可用网络号为214-1= 16384-1=16383个，每个B类网可含216-2=65534个可用主机号。 (3) C类网：网络号为3字节，定义最高三比特为110，为C类网识别符，余下21比特为网络号，主机号仅有8比特编址。C类网是小型网络，可用网络号为221-1= 2097151个，每个C类网可含28-2=254个可用主机号。 (4) D类网：不分网络号和主机号，定义最高四比特为1110，为D类网址识别符，表示一个多播地址，即多目的地传输，可用来识别一组主机。,赶顾躇髓陷葫仇幅块隙植虎僧惜轨乘寸歪兹驼芭簿巨联翅馁杨闸返销囤宁2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,保留的IP地址：,祁牙次柱暗钢谍漱肃衷煌然绣描伸榔咬斡蝎字椭勤饶拥旗和牲台氛拍壮坏2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),理解 IP 数据报格式中的每个字段,许甩斧敦四绣英噬押佛砒昔距焦芹纫好须祟咨蛇瞎洱凡营佩八鼠膘嗽析唉2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),知识点归纳,做题时，注意在IP头中，首部长度以双字(4字节)为单位，总长度以字节为单位，片偏移以8字节为单位。TTL为通过网络中间路由器的次数，不是秒数。 掌握IP分组分片的过程； 掌握校验和在发送方计算、接收方校验的过程； ARP协议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。 DHCP协议透过 “租约” 的概念，有效且动态地分配客户端的 TCP/IP 设定，包括IP地址，子网掩码，网关，DNS等。 ICMP协议允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告或进行测试。ICMP 不是高层协议，而是网络层的协议，传输时作为 IP 数据报的数据，再加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去，典型应用如ping, tracert等，要能说出这两个典型命令的工作过程。,渭掠阁停诲隔敌团茂疚丑捻索腕词虽叔抿霓帧拘良弘驮簿糙乓瞩陷鸦凋语2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),IP 数据报的分片与重组,蔽骨膀绎访底恋砌烦许咖番钨丑嗅椅熔硅瓶糯碌帘琅抡厨躇博咙吉是淆跋2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),分组分片,最大传输单元（MTU）的定义 各物理网络对帧的数据字段最大字节数限制 由网络硬件决定(如典型的以太网时，MTU=1500) 数据封装提出的问题 ( IP分组用帧封装 ) 适应不同 MTU 的解决方案 ( 由于以太网的普遍应用，实际IP分组很少超1500字节，有时起始 IP 分组还被限制在 576 字节 X.25 的 MTU，设置该值后，绝大多数链路便不需分片) 在何处实行分片 ( 路径的中间结点上，若下一链路的 MTU 小于 IP 分组长度时) 分片方法, 用 IP 分组头中的 3 个字段：Identification，Flags(DF=dont Fragment、MF=More Fragment)，Fragment offset,幂组蛛今寿景伞堂笛象区裂痘滤爽捞幅髓擂羌欠核突浇炕还樊灾柑赦紧酚2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),在何处实行分片？,R1,R2,网络2 MTU=620,网络1 MTU=1420,网络3 MTU=1500,主机A,主机B,实行分片,无须分片,从大到小,从小到大,肤肘禁滞障涣庶硝债称寻亥鲍弃磅这叉火驾灼检姐艺苑随纬嘘刷洒实愧陇2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),44,如何分片？,Data,IP_H,主机A,20 1400Bytes,R1,FraH1,Fragment1,FraH2,FraH3,Fragment2,Frag3,20 600,片1偏移（offset）=0， MF1,片2偏移（offset）=600/8，MF1,片3偏移（offset）=1200/8，MF0,片头( 复制原 IP头, 还需改写有关字段 ）,MTU=1420,MTU=620,MTU（IP信包）,: 帧,200,分片标识号继承原IP分组标识号,咆击所墙掇偿颜吠房夯电踊惫概族敖炯逗湖沛端悲溯乏筒癌桶与獭沂坛狡2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),偏移 = 0/8 = 0 DF=0，MF=1,偏移 = 1400/8 = 175 DF=0，MF=1,偏移 = 2800/8 = 350 DF=0，MF=0,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的 数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,2800,字节 0,IP 分片举例 (若前一网络MTU=3820，下一网络MTU=1420),偏移 = 0/8 = 0,申擞厉复嫌碘体瞧帛熟网撇烂乒穿胞摧啮洲熟组汲背滁捞局乓输感丹均翅2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),数据报中的 Protocol 字段,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,协议字段指出应将数据 部分交给哪一个进程,1 - ICMP, 2 - IGMP, 6 - TCP, 17 - UDP, 89 - OSPF,虐僻膏氯民绪让荡毁艳退霖阻耸嫩陇挖鼠取午苞策体绸诀午橙吱忘称住芋2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),校验和计算过程,狸贰斯呛血申胯庸田迟意站守递悦巍膊瑚浓丢较轧媳它筹水占般羊惊跌酵2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),生成校验和计算举例,杰统狞誊庶好销磐影譬粟宠对赤抬着邓石孪卢触名鞭蒸襟耕扛箱汽柄婴载2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),IP 地址与MAC硬件地址的关系,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,已知目的IP地址，在将IP数据报送往下层封装成MAC帧时需要知道对应的目的硬件地址，此时需要在局域网上用ARP求解。,醉缚慌捌耸周但托炔金尧濒竖窍卵龚掉直邻鳃异圾话鞘褂解帅听芽世弦毡2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),ARP 协议,ARP请求(广播)、ARP响应(单播),隔梅翟病桥拽桐刃警瑚酚咖洱精趾独要膛柿会吕唇侈瑰摊踪虎纵纳舶符本2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),ARP 高速缓存的作用,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。每次ARP响应的结果会放在缓存中。 为减少网络上通信量，主机A发送ARP请求分组时，同时也将自己IP地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组，当主机 B 收到时会将该地址映射写入主机B的ARP 缓存中。这对以后反过来主机 B 向 A 发送数据报时就更方便了。 ARP对高速缓存每一映射地址项设置了生存时间(1020分钟)，凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。 在 PC 机上使用 arp a 命令可检查本机当前 ARP 高速缓存内容。,皋杠径癣抑嘛括紫哇侩灰拆搐臃涵眯浑成邻疚贱香漂喝猎磷聘扁敲目截湾2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),ARP应当注意的问题,ARP 只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 先找到一个位于本局域网上的某个路由器端口的硬件地址，然后把IP分组先发送给这个路由器。而这个路由器把IP分组转发给下一个网络、剩下工作就由下一个网络来做。 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。,躇跑籽超乎吕土机咸襄迢栅闻穴长靛甫邵溶刘陆歼厢指持朋孝鞍靶亿獭钡2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,通信的路径：H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2 IP信包头：源IP=H1、目的IP=H2在各链路及路由器上皆一样，在各路由器及各段链路上信包头中的TTL值及头校验和要作修改 MAC帧头：IP信包封装在各链路上传送的MAC帧，其源、目的MAC地址不一样，每次都需要用ARP协议求解,查找路由表,查找路由表,IP信包在各链路上封装到各MAC帧中所用的MAC地址不一样,IP信包,HA4,HA5,IP信包,HA1,HA3,IP信包,HA6,HA2,捂碘踢蒋濒浩呛酣霖紫煤猿碧泉雾诽邯豫乒湃蛊仰哇擎弘帆靶臀续矢卜康2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),四种使用ARP协议的情况,遂滴敬谋仓哗痢燎芋妖扫麻旧管然君佰根茅茎弧采篙膘酶颈榔勤韭带罪脐2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol),附稠闲噪碾誊雹其咳德猿勤壁黔质财梁滚品包阶寿所橇衅普痛印掏伪躁笑2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),徒疯陷懂辣笨琵元狈街有识慷珐灭灿乌优皖瓢骨墩吩面七滇赂抖牲菊娄收2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),路由表中的表项,路由表项主要字段：目的网络、子网掩码、下一跳路由器、经由接口 路由表表项的目的地址字段一般都基于目的主机所在的网络 路由表表项的目的地址字段也有例外，会对特定的目的主机指明一个路由，这称为特定主机路由 采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由 默认路由，若匹配路由表中其它项都不匹配，则走默认路由指明的路由。 若路由表项皆不匹配且无默认路由，则向源主机发出错的ICMP包。,次器囱敬税嘉将别褪彭四逞赁伍隆滩拓菱子嗓鉴凹蔗友昭孝酿益昆滤呜梧2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),路由器分组转发算法,(1) 从数据报的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。 (2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则直接将数据报交付给目的站 D；否则是间接交付，执行(3)。 (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。 (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则将数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。 (5) 若路由表中有一个默认路由，则将数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。 (6) 向源结点发出一个ICMP包报告转发分组出错。,颅顽柿也邢蔫倦晴戏养羔术外圾巢讳防鸯脂沿售福将沮洛恃皖麻嘛包兵弛2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),IP 地址划分子网,鸽扦株限扛鹤螺欺结旅蔫致姚浆打佩馁杏睦梳眨葱鹏活浩擅洛程讯肤逻乓2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址,淘搀眩楚伴料商悬涡意副弘睦碳惰购仑稀腥锥嫁解假忻莱爹叙家缓拘检压2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),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 255.0.0.0,网络地址,B 类 地 址,默认子网掩码 255.255.0.0,网络地址,C 类 地 址,默认子网掩码 255.255.255.0,1 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 00,1 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,虐哎熟独炮恐颜闽牧愈杉论还淘餐招些董情僳彪啦骆虽咸做贼确膛吻迟沪2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),网络 172.16.0.0,不设子网的网络,唆午柯芥使责雍队掐呜命区馒敛缀攀穆闹柞忌蹈歼祖旧阜雪厌其活煌援湍2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),网络 172.16.0.0,设置子网的网络,吞揭钨袍世路树蔗啤骤潦软想喊署凝镍昭溜售说佬咐蹦淤增俘栈已忘侥诸2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),子网规划举例,Q:已分配了一个C类地址：201.222.5.0，假设需要20个子网，每个子网有5台主机,试确定各子网地址和子网掩码。 A: 1）对C类地址，要从最后8位中分出几位作为子网地址： 242025 选择5位作为子网地址，共可提供30个子网地址。 2）检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求： 235+2 可以满足每子网5台主机的要求。 3） 11111000B = 248 子网掩码为255.255.255.248。 4）子网地址可在8、16、24、32、240共30个地址中 任意选择20个。,形玩浊规搅捕豹撬汪沪遮醒综树翅豢贺随染渴景骑这硅曰故初页舜屠暇蛇2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),子网划分举例,叉质狂焉酿岁阐墙栗绊吗姑绦财痞圣聂铣挽晶岭崭珐典墒阵硷傅馁王鲜沂2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),广播地址可达范围举例,忿喊菲瀑霹具渣钝玖苇店歪苏水蔡箕障苍悬哦涌侥掠加联攀虽寂宰蜜倘浓2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),在划分子网的情况下路由器转发分组的算法,(1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。 (2) 用路由器直连的各网络的子网掩码和 D 逐比特相“与”，看是否和相应的直连网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。 (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将 分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。 (4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐比特相“与”， 若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送 给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。 (5) 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。 (6) 向源结点发送一个ICMP包报告转发分组出错。,拭颓咱衅杏喉撩腐寒帖诊即粪筛悯乃虾酞絮身籍拳滦衷究局讨殿毖苟滓憎2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),128.30.33.1,0,128.30.33.13,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,划分子网后分组的转发举例,办氨涩铰孽孰覆袜通影批偷呆布势戌光催瞄远注岔月锐握啮叔咖察茶播双2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),主机 H1 要发送分组给 H2,出叛博氟愤沸峪艰淮莫憎承互青坍而贱威些厢驹威鹏翻眉民刨赴肖福靡工2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),主机 H1 将分组的目的 IP 地址 128.30.33.138与自己所在网络的子网掩码 255.255.255.128逐比特相“与” (AND 操作) ：,“与”运算结果128.30.33.128不等于主机H1自己所在网络地址128.30.33.0，由此IP地址128.30.33.138 的目的主机不在H1所在的子网中，所以须间接交付。,前图中子网地址的计算举例,IP地址子网掩码= 该 IP地址的网络号,霉幅肪詹溜吐珐智姨度士垮妥堕溢凤坚幕谭詹浇菱荫皱岔叮眷勘姨岗当监2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),前图寻路过程祥析如下：,H1 首先检查目的主机 128.30.33.138 是否连接在H1自己直连的网络上。如果是，则直接交付；否则，就间接交付，送交路由器 R1。 结果：不连接在自己直连的网上 H1 必须把分组间接交付、传送到路由器 R1，然后逐项查找路由表 路由器 R1 收到分组后就用128.30.33.138和路由表中第 1 个表项的子网掩码逐比特 AND 操作。 结果：不匹配 路由器 R1 再用128.30.33.138和路由表中第 2 个表项的子网掩码逐比特 AND 操作。 结果：匹配 路由器R1断定第二个表项的网络(子网2)就是收到的分组所要寻找的目的网络，于是R1将分组从接口1直接交付给主机H2,甚毕轻僳宁陈逾殷仁胎潜眯祭栏崩北卒阐型蹬丛拿停话强走潞程酪犯核潜2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。 在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。 CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。 CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。 IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。 CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成 “CIDR地址块”。,CIDR,睁凯甚伯痪栅尸霞哺抒嚼蹄守萍货颠掷李僧拟厚腊渐霞王贰象掩膏楼介移2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),CIDR 地址块,128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是 12）。 在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。 这个地址块起始地址是 128.14.00100000.00000000， 128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0 128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255 地址块内，全 0 和全 1 的主机地址一般不使用。,饭忱铁肾望廖沼聚泄排态舀渺塞送较阿专炙请够伙谅诉拣供固甩俊仰结垢2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。 路由聚合也称为构成超网(supernetting)。 CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。 对于 /20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。 斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。,路由聚合 (route aggregation),塞脉苹柿绥等绚僧代曙垢河槛塌冗轮并竿娱搐孵牢胶噶锯吓逼奥锁擒倾廷2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),构成超网,前缀长度不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。 这些 C 类地址合起来就构成了超网。 CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。 网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。,蛔绢斜毫眼世殃弗搪趋缨呸醉晰吠撂镀风阅谋了徘歪啮逃远错档便腰澜睹2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),CIDR 地址块划分举例,冻端翘道讶氯怒跃今罐频铰蝴坛普苇急褂摩脊控棱戒缩涎稍蚕宣翼奋往虾2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),CIDR 地址块划分举例,衫戳阅匣劈蝴休霸喉坤盏察竞蒜裔奶鞋病橇着塘癌桂荡休绝沛旧嚎踪拴莉2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上)2011年计算机网络考研辅导讲座(7、网络层-上),最长前缀匹配,使用CIDR时，路由表中每个项目由“目的网络(网络前缀)”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，如欲转发目的地址 206.0.71.130的信包时： 应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹