第6章：计算机网络技术基础课程课件设计++++网络层.ppt

计算机网络第6章网络层、第1章、第6章网络层、计算机网络第6章网络层、第2章、本章学习要求：理解：网络层和网络连接的基本概念。主要：IP协议的特性和基本内容。主要：IP位址和子网路定址的预设方法。主要：地址解析的基本概念和方法。主要：IP数据包转发和路由概念。主要：internet路由协议的概念。主要：路由器与第3层交换的基本工作原理。了解：internet控制消息协议和组管理协议。计算机网络第6章网络层，3，6.1网络层和网络互连的基本概念6.1.1网络层基本概念，网络层主要任务：通过路由算法为数据包通过通信子网选择最佳路径；网络层使用数据链路层的服务实现路由、拥塞控制和网络互连等基本功能，通过传输层一端的传输连接提供服务。计算机网络第6章网络层，4，6.1.2网络互连的基本概念，互连网络：使用桥接、路由器等互连设备将两个或多个物理网络相互连接的系统。计算机网络第6章网络层、5，6.2IP地址6.2.1IP地址的基本概念、大型互连网络需要全局地址系统，该系统可以为每个主机或路由器的网络连接分配全局唯一地址。TCP/IP协议网络层使用的地址标识符称为IP地址。IPv.4的IP地址是32位二进制地址。网络中的每个主机或路由器都至少有一个IP地址。internet上两个设备的IP地址不能相同。如果一台主机或路由器连接到多个物理网络，则它可以有多个IP地址。计算机网络第6章网络层，6，IP地址结构，IP地址层；IP地址由两部分组成：网络编号(netID)和主机编号(hostID)。计算机网络第6章网络层，7，分组主机传输-源主机源IP地址接收分组的主机到目标主机目标IP地址，计算机网络第6章网络层，8，6 . 2 . 2 . 2 IP地址分类，IP地址长度32位，点十进制(dotteddecimal以x . x . x . x . x格式表示的每个x为8位，每个x的值为0到255，例如202 . 113 . 29 . 119；根据值的范围，IP地址可以分为五类。IP地址的前5个字符用于标识IP地址的类别。a类地址的第一位为0。b类地址的前两位数为10。c类地址的前三位为110。d类地址的前四位为1110。e类地址的前五位为11110。计算机网络第6章网络层，9，IP地址分类，计算机网络第6章网络层，10，a类IP地址，a类IP地址的网络编号长度为7个字符，主机编号长度为24个字符。a类地址如下：1.0.0.0至127 . 255 . 255 . 255；网络编号为7个字符长，理论上可以有27=128个网络。网络编号为完整0和完整1(以十进制表示0和127)的两个地址保留用于特殊目的，实际上允许126个不同的a类网络。主机编号长度为24位，因此每个a类网络的主机IP数理论上为224=1677216；主机IP完整0和完整1的两个地址保留用于特殊目的，实际上可以连接1677214台主机。a类IP地址结构适用于具有大量主机的大型网络。计算机网络第6章网络层，11、B类IP地址，B类IP地址的网络IP长度为14位，主机IP长度为16位。b类IP地址为128.0.0.0至191.255.255。网络IP长度为14位，因此允许214=16384个不同的b类网络，实际上可以连接到16382个网络。主机IP长度为16位，因此每个b类网络可以有216=65536个主机或路由器，在实际b类IP地址中可以连接65534个主机或路由器。b类IP地址适合于某些国际大公司和政府机构等中型组织使用。，计算机网络第6章网络层、12、C类IP地址、C类IP地址的网络编号长度为21个字符，主机编号长度为8个字符。c类IP地址如下：192.0.0.0至223 . 255 . 255 . 255；网络编号长度为21个字符，因此允许221=2097152个不同的c类网络。主机编号长度为8个字符，每个c类网络的主机地址数最多为28=256个，实际上允许254个主机或路由器连接。c类IP地址适用于某些小型企业和一般研究机构。计算机网络第6章网络层，13，D类和e类IP地址，D类IP地址不标识网络；地址范围：224.0.0至239.255.255.255是多播地址Multicasting用于其他特殊用途，如。e类IP地址是临时保留的。地址范围：240.0.0.0至255 . 255 . 255 . 255；用于一些实验和以后的使用。计算机网络第6章网络层，14，IP地址的二进制表示法，以点分隔的十进制表示法为129 . 8 . 16 . 25000000000000001000110 . 2 . 2 . 0 . 520000010000000000000000000000000000100126 . 0255110001000011111111111111111111111111111111111，计算机网络第6章网络层，15，6.2.3特殊IP地址，直接广播地址受限广播地址“此网络中此主机的地址地址”网络中的特定主机“地址环回地址，”直接广播地址、a类、b类和c类IP地址中主机编号为1的地址是直接广播地址。路由器用于向特定网络上的所有主机广播组。只能用作分组的目标地址。物理网络使用点到点传输方法，数据包广播必须通过软件进行。计算机网络第6章网络层，17，2。限制广播地址、网络编号和主机编号32位均为1的地址是限制广播地址。在web上广播分组的所有主机：分组允许网络上的所有主机，路由器阻止该分组通过。计算机网络第6章网络层，18，3。“此网络中的特定主机”地址、主机或路由器将组发送到此网络中的特定主机。网络编号部分是完整的0，主机编号是确认的值。这些分组仅限于此网络内部。计算机网络第6章网络层，19，4。用于网络软件测试和本地进程之间通信的环回地址；根据TCP/IP协议，网络编号为127的组不能对任何网络显示。主机和路由器无法广播其地址的寻址信息。计算机网络第6章网络层、20，6.3子网和超网络的基本概念6.4.1子网和为什么需要研究超网络，IP地址的有效利用问题路由器的生产率问题子网(subnet)将大网络划分为具有各自子网地址的小网络。超级网络(supernet)将一个组织所属的几个c类网络合并为一个较大地址范围的逻辑网络。计算机网络第6章网络层、21，6.3.2子网掩码和子网地址空间分区方法1。子网和IP地址的三层、计算机网络第6章网络层、22、3个子网划分结构、计算机网络第6章网络层、23、3阶段IP地址是网络号。子网编号。主机号码；第一级网络编号定义点的位置。第二个子网编号定义物理子网。第3级主机编号定义主机和路由器的物理网络连接。3级IP地址，一个IP分组的路由过程包括3个步骤。第一步是网点，第二步是物理子网，第三步是主机。计算机网络第6章网络层，24，子网掩码概念，子网掩码显示方法：网络编号和子网编号1，主机编号0。计算机网络第6章网络层，25，3。掩码操作、二进制IP地址和掩码“and”操作的位进程、计算机网络第6章网络层、26、子网掩码操作、计算机网络第6章网络层、27、6.3.3子网地址空间的划分、子网的划分是将大型网络划分为较小的网络；a类、b类和c类IP地址可以划分子网。划分子网将向分配了IP地址的层添加中间层，从而将IP地址更改为三层。示例：大型跨国公司的管理员从网络管理中心获取a类IP地址121.0.0.0。必须分割1000个子网。分析：该公司需要1000个物理网络和2个主机编号0和1的特殊地址，子网数至少为1002。您可以选择子网编号10，并分配最多1024个满足用户要求的子网。计算机网络第6章网络层，28，a类地址子网划分后的结构，计算机网络第6章网络层，29，子网划分后的地址范围，计算机网络第6章网络层，30，子网划分后的网络内部结构，计算机网络第6章网络层基于主机的IP地址验证是否属于同一子网，如果划分了子网，则验证两台主机是否位于同一子网，网络编号是否与子网地址相同。示例：如果主机1的IP地址为156.26.27.71主机2的IP地址为156.26.27.110子网掩码为255.255.255.192，请验证它是否在同一子网中。计算机网络第6章网络层、32、主机1的IP地址和子网掩码及运算：主机2的IP地址和子网掩码及运算：结论：子网编号为00101101，因此属于同一子网。计算机网络第6章网络层、33，6.4IP数据包转发和路由选择6.4.1IP数据包转发，数据包转发是指在互连网络中，路由器用于转发IP数据包的物理传输过程，以及数据报转发转发转发转发转发转发机制。群组递送可分为两类：直接交货与间接交货。根据是直接转发还是间接转发，路由器必须根据分组的目标IP地址是否与源IP地址属于同一子网来进行判断。计算机网络第6章网络层、34、直接转发、分组的源主机和目标主机位于同一网络上，或者如果传播位于最后一个路由器和目标主机之间，则直接转发。计算机网络第6章网络层，35，间接传播，组间接传播(如果目标主机与源主机不在同一网络上)。计算机网络第6章网络层，36，6.4.2路由的基本概念1。路由算法的要求，算法必须准确、可靠、公平。针对网络拓扑和流量变化，尽可能简单的算法必须是最优的。计算机网络第6章网络层，37，讨论与路由算法相关的关键参数：跳数(hopcount)-对从源节点到达目标节点的路由器数进行分组。带宽-链路的波特率。延迟(delay)-分组从源节点到目标节点所需的时间。负载-通过路由器或线路的单位时间流量。可靠性-传输过程中的位错误率。开销与使用的链路带宽相关的传输过程中消耗的成本。计算机网络第6章网络层，38，2。静态路由算法和动态路由算法可以分为静态路由算法和动态路由算法两类，通过网络拓扑和流量变化的路由算法的自适应角度。静态路由算法也称为非自适应路由算法，其特点是简单、开销小，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由算法也称为自适应路由算法，其特点是更好地适应网络状态的变化，但实现更复杂，开销更大。计算机网络第6章网络层，39，3。路由模块和路由表要求每个路由器接收一个IP数据包时，路由模块执行路由查询。路由器查询的顺序第一步是确定IP分组是否直接传递。如果不是直接传播，则第二步确定是否是特定主机传播。如果不是特定的主机传播，则第三步确定是否是特定的网络传播。如果不是特定的网络传播，则最后必须确定是否为默认传播。路由模块的结构，计算机网络第6章网络层，提高40，6.6.3路由表查询效率的基本方法1。下一跳路由，计算机网络章网络层，41，2。选择特定网络路由；计算机网络第6章网络层，42，3。选择特定主机路由；计算机网络第6章网络层，43，4。基本路由，计算机网络第6章网络层，44、6.7 internet路由协议6.7.1自治系统和路由协议1。自主系统概念、计算机网络第6章网络层、45、自主系统(autonomoussystem，AS)、自主系统的核心是路由寻址的“自主性”。自治系统内部的路由器可以理解内部所有网络的路由信息，并将通过一条路径传输到另一个自治系统的组传递到连接此自治系统的主干路由器。自治系统内部的路由器必须在中继路由器上报告内部路由信息。internet路由协议的分类内部网关协议IGP外部网关协议EGP，计算机网络第6章网络层，46，6.7.2内部网关协议：RIP1。内部网关协议的基本概念，路由信息协议是内部网关协议中基于分布式距离矢量的路由协议。路由器定期向外部发送路由刷新消息。路由刷新消息的主要内容由多个(v，d)表组成。向量v标识路由器可以到达的目标网络或目标主机，d表示路由器到达目标网络或目标主机的跃点数。其他路由器接收路由器的(v，d)消息，然后根据最短路径原则刷新各个路由表。路由信息协议RIF适用于直径通常小于15跳的相对较小的自治系统。计算机网络第6章网络层，47，2。路由信息协议操作过程；路由表设置路由表信息更新；计算机网络第6章网络层；48，6.7.3最短路径优先协议OSPF1。OSPF协议的主要特征，使用分布式链路状态协议；路由器发送的信息是与哪个路由器相邻的信息，以及有关链接状态(距离、延迟、带宽等)的信息，如果链接状态发生变化，则将其作为加号发送到所有路由器。所有路由器最终都可以建立链路状态数据库。再次将自治系统分成200个或更少路由器的较小区域。计算机网络第6章网络层，49，将自治系统划分为多个区域的结构，计算机网络第6章网络层，50，3.OSPF协议执行进程，路由器初始化进程每个路由器将数据库现有链路状态摘要信息分组为数据库说明，并与相邻路由器交换。路由器使用链路状态请求组将有关某些缺失链路状态项的详细信息发送给其他人。通过一系列包交换构建整个网络同步链路数据库。如果网络运行期间