[高等教育]第4章电脑知识ppt课件

1、第4章 网络层与IP协议计算机网络根底教程计算机网络基础主要内容n4.1 网络层n4.2 IP协议n4.3 运用IP协议进展网络互连计算机网络基础4.1 网络层n4.1.1 网络层根本概念n4.1.2 网络互连n4.1.3 络互连设备计算机网络基础4.1.1 网络层根本概念n网络层是OSI参考模型中的第三层，介于运输层和数据链路层之间，它处置整个网络的数据通讯，将数据设法从源端点经过假设干的中间节点传送到目的端。n通讯子网及广域网的最高层就是网络层，因此网络层主要作用是控制通讯子网正常运转，以及处置通讯子网中的路由选择问题。计算机网络基础4.1.1 网络层根本概念n什么是面向衔接效能与无衔接效

2、能？n面向衔接效能是指在数据传输之前，必需先建立衔接，当数据传输终了后，就终止这个衔接。面向衔接效能具有衔接建立、数据传输和衔接撤除三个阶段。在传送数据时是按序传送的。n无衔接效能是指在通讯之前不需求建立好一个衔接，要传送的分组直接发送到网络进展传输，但每个分组都要携带目的地址信息，以便在网络中找到路由。n无衔接效能与面向衔接的效能在网络层的详细实现就是：数据报效能和虚电路效能。计算机网络基础4.1.1 网络层根本概念1、数据报效能在数据报方式中，每个分组被称为一个数据报。数据报效能特点：网络随时都可接受主机发送的数据报。网络为每个数据报独立地选择路由。数据报采用的效能只是“尽最大努力地将数据

3、报交付给目的主机网络不能保证所传数据报不丧失、也不保证按发送的先后顺序及在某个时限内必需交付给目的主机、不保证传送的数据报不反复和不损坏 。数据报提供的效能是不可靠的，它不能保证效能质量。计算机网络基础4.1.1 网络层根本概念2、虚电路效能虚电路效能特点：网络的源主机和目的主机之间先要建立一条逻辑通道。一切分组按顺序到达目的主机。“虚电路 和电路交换的衔接有很大的不同。当占用一条虚电路进展计算机通讯时，由于采用的是存储转发的分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的通讯线路，即这一条电路不是公用的，所以称之为“虚电路。当需求经常进展频繁的通讯，还可以建立永久虚电路。永久虚电路只需数据传输阶段。

4、 计算机网络基础4.1.1 网络层根本概念3、两种网络效能的特点对比项目虚电路服务数据报服务思路可靠通信由网络来保证可靠通信由用户主机来保证连接的建立必须要不要目的主机地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用虚电路号每个分组都有目的主机的地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由每个分组独立选择路由当节点出现故障所有通过出故障节点的虚电路均不能工作出故障的节点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达目的主机不一定按发送顺序到达目的主机差错和流量控制由通信子网负责由端用户主机负责计算机网络基础4.1.2 网络互连n不同的网络采用的技术各不一样并互不兼容，但仍可设

5、计出能在异构网络间提供通讯的一种技术，这一技术就称为网络互连。n专门的硬件系统用于将一系列的物理网络进展互连，而软件系统为一切连上的计算机提供通讯效能。 n衔接了各种物理网络的一个大型计算机网络被称为互连网络internetwork或简称为互连网或互联网internet。n运用大写字母的Internet是指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互衔接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族，其前身是美国的ARPNET。计算机网络基础4.1.3 网络互连设备n将各个异构网络相互衔接起来需求的中间设备又称为中继系统。根据OSI的分层原那么，中继系统普通有以下几种：n中继器，义务在物理层；n网桥

6、，义务在数据链路层；n路由器，义务在网络层；n网关，义务在网络层以上。计算机网络基础4.2 IP协议n4.2.1 IP地址及子网掩码n4.2.2 地址转换协议n4.2.3 IP数据报n4.2.4 ICMP协议计算机网络基础4.2 IP协议nInternet因特网、互连网是一个全球范围的、由众多网络衔接而构成的互连网，所运用的协议是TCP/IP。n网际协议IP是用于互连许多计算机网络进展通讯的协议，因此这一层也经常称为网际层，或IP层。n还有三个协议与IP协议配套运用：地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、Internet控制报文协议ICMP。 ICMPIPARP RARP与各种网络接口网

7、际层TCP，UDP各种运用层协议TELNET，FTP，SMTP等计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码1、IP地址IP地址就是给每一个衔接在Internet上的主机分配一个在全世界范围是独一的32位二进制数。IP地址在进展编址时是采用两级构造的编址方法。互联网中的每一个物理网络都被分配了独一的值作为网络号，网络号在从属于该网络的每台计算机IP地址中作为前缀出现，而同一物理网络上给每台计算机分配一个独一主机编号作为IP地址的后缀。IP地址网络号主机号计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码2、IP地址分类IP地址分成了五类，即A类到E类。A、B、C三类称为根本类，每类有不同长度的网络号

8、和主机号。A类B类C类D类E类位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 15 16 23 24 310网络号主 机 号1 0网 络 号主 机 号1 1 0网 络 号主机号1 1 1 0组 播 地 址1 1 1 1 0保 留 地 址计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码nIP地址常采用点分十进制进展表示：将32位数中的每8位分为一组，每组用一个等价十进制数表示，在各个数字之间加一个点。计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码3、特殊IP地址网络号 主机号 地址类型 用途全0 全0 本机 启动时作为本机地址网络号 全0 网络地址 标识一个网络网络号 全1 直接广播 在特定网上广播全1 全1

9、 有限广播 在本地网上广播127 恣意 回送 本地软件回送测试v特殊的IP地址也称为保管地址，从不分配给主机。计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码4、IP地址特点IP地址不能反映任何有关主机位置的地理信息当一个主机同时衔接到两个网络上时，该主机必需具有两个IP地址，其网络号不同。这种主机称为多接口主机(如路由器)。由于IP地址中有网络号，因此IP地址不仅仅是标识一个主机(或路由器)，而是指明一个主机(或路由器)和一个网络的衔接。按因特网的观念，用中继器或网桥衔接的假设干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号。一个路由器的不同接口必需被配置成不同的网络号。计算机网络基础4

10、.2.1 IP地址及子网掩码5、子网掩码划分子网时，是用IP地址中的主机号字段中的前假设干位作为“子网号字段，后面剩下的仍为主机号字段。IP地址为三部分，分别为网络号字段、子网号字段和主机号字段。网络号主机号网络号子网号主机号IP地址就变为三级的IP地址：网络号、子网号和主机号。 计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码n子网的划分必需用子网掩码来确定，确切指出子网号字段需求多少位进展编码。nTCP/IP体系规定用一个32位的子网掩码表示子网号字段的长度。n子网掩码由一连串的“1和一连串的“0组成。“1对应于网络号字段和子网号字段，而“0对应于主机号字段。n假设不进展子网划分，那么子网掩码

11、即为默许值，即子网掩码中“1的长度就是网络号字段的长度。 n 子网掩码默许值nA类： 11111111 00000000 00000000 00000000nB类： 11111111 11111111 00000000 00000000 nC类： 11111111 11111111 11111111 00000000计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码6、公用互连网可用的IP地址因特网规定了3个地址范围，用于公用网络。这些地址不分配给任何因特网上的注册网络，因此可以供任何单位内部公用网络运用。这3个地址范围是： 10.0

12、.0.055 1个A类地址 55 16个延续的B类地址 55 255个延续的C类地址 计算机网络基础4.2.1 IP地址及子网掩码7、超网因特网提供了一种可以将多个C类网络合并为一个逻辑网络的方法，这就是无类域间路由CIDR技术。超网技术是将多个C类地址合并，要求合并的C类地址必需具有一样的高位，也就是说要合并的必需是一些延续的地址，此时子网掩码被缩短，以便将C类地址的网络字段中的部分位变成主机字段，并使得这些被合并的C类地址都在一个子网中。计算机网络基础4.2.2 地址转换协议

13、n经过互连网传送分组时，是利用IP地址进展转发分组。但是在经过物理网络硬件传送帧时，却必需运用硬件地址。因此，在传送帧之前，必需将下一站的IP地址翻译成等价的硬件地址。n将一台计算机的IP地址翻译成等价的硬件地址的过程就叫地址转换，这个转换是由地址解析协议ARP来完成的。计算机网络基础n地址解析是一个网络内的部分过程，即连在同一物理网络中的两台计算机才干相互解析另一台计算机的硬件地址，计算机是无法解析远程网络上的计算机地址的。ABFR1R2主机A只能解析B的地址，而不能解析主机F的地址4.2.2 地址转换协议计算机网络基础4.2.2 地址转换协议n逆地址解析协议RARP：使只知道本人硬件地址的

14、主机可以知道本人的IP地址。n为了使RARP能义务，在局域网上至少有一个主机要充任RARP效能器，无盘义务站先向局域网发出RARP恳求，并在此恳求中给出本人的硬件地址。RARP效能器有个事先做好的从无盘义务站的硬件地址到IP地址的映射表，当收到RARP恳求分组后，RARP效能器就从这映射表查出该无盘义务站的IP地址。然后写入RARP呼应分组，发回给无盘义务站。无盘义务站用此方法获得本人的IP地址。计算机网络基础4.2.3 IP数据报n网际层采用的是无衔接效能，数据传输单位是IP数据报。nIP数据报以一个首部开场，后跟数据。填充协议分段偏移效能类型报头长度报头检验和标志总长度数 据长度可变的选项

15、字段目的IP地址源IP地址寿命标识版本报头20个字节固定长度报头可变长度位 0 4 8 16 19 24 31计算机网络基础4.2.4 ICMP协议nICMP允许主机或路由器报告过失和提供有关异常情况的报告。nICMP定义了五种过失报文和四种信息报文。n五种过失报文是：源抑制、超时、目的不可达、改动路由、要求分片。n四种信息报文是：回送恳求/应对、地址掩码恳求/应对。nICMP是IP层的协议，ICMP运用IP数据报来传送每一个过失报文。当有一个ICMP报文要传送时，它是作为IP层数据报的数据被封装在其中，加上IP数据报首部然后发送出去。计算机网络基础4.3 运用IP协议进展网络互连n4.3.1

16、 IP协议互连原理n4.3.2 路由协议n4.3.3 路由器原理与运用计算机网络基础4.3.1 IP协议互连原理nIP协议是如何做到使异构的物理网络相互衔接，一个数据报终究是如何在互连网上传输的？n答案是运用了路由器，由路由器将数据报从一个网络转发到另一个网络。n在每个路由器中会有一张路由表，其中每一项都指定了一个目的地和为到达这个目的地所要经过的下一站。在路由表中列出的目的地是一个网络，而不是一个单独的主机。计算机网络基础4.3.1 IP协议互连原理网1网2网3网4R1R2R3目的地下一站网1R1网2直接交付网3直接交付网4R3R2的路由表计算机网络基础4.3.1 IP协议互连原理目的地子网

17、掩码下一站直接交付直接交付目的地子网掩码下一站直接交付直接交付*（默认）网网网3网4 R1R3R2计算机网络基础4.3.1 IP协议互连原理n运用路由

18、表为数据报选择下一站的过程叫路由或转发。n当路由器收到一个待转发的数据报后，会取出目的地址，用它从路由表得出下一站路由器的IP地址，然后经过物理网络将数据报传送到下一站的路由器。n物理网络并不了解数据报格式和IP地址。每种硬件技术定义了本人的帧格式和物理寻址方式。处置的方法是采用一种封装技术。IP数据报被封装进一个帧的数据部分。IP首部IP 数据帧首部帧 数 据计算机网络基础4.3.1 IP协议互连原理n封装除了将数据报放入帧的数据区，还要求发送方提供数据报要去的下一站的物理地址。n数据报在一次转发中封装只发生一次,经过物理网络传给下一站。帧到达下一站时，接纳方从帧中取出数据报，然后丢弃这一帧

19、。假设数据报必需经过另一个网络转发时，就会产生一个新的帧。在经过互连网的整个过程中，帧头并没有累积起来。只需在数据报要经过一个网络时，才被封装。网1网2网3R1R2源主机目的主机数据报数据报数据报数据报数据报数据报数据报帧1头部帧2头部帧3头部计算机网络基础4.3.2 路由协议nInternet将整个互连网划分为许多较小的自治系统，普通简称AS。一个自治系统是一个互连网络，它有权自主决议在本系统内应采用何种路由选择协议。nInternet把路由选择协议划分为两大类：n内部网关协议IGP，即在一个自治系统内部运用的路由选择协议，而这与在互连网中的其他自治系统选用什么路由选择协议无关。主要有RIP

20、和OSPF协议。n外部网关协议EGP，用于自治系统之间的路由选择协议，假设源站和目的站处在不同的自治系统中(这两个自治系统运用不同的内部网关协议)，当数据报传到一个自治系统的边境时，就需求运用一种协议将路由选择信息传送到另个自治系统中。用得最多的是BGP。计算机网络基础4.3.2 路由协议1、路由信息协议RIPRIP是一个基于间隔向量的分布式路由选择协议。RIP的“间隔为到目的网络所经过的路由器数，也称为“跳数。RIP以为一个好的路由就是它经过的路由器的数目少，也就是说“间隔短。RIP允许一个通路最多只能包含15个路由器。因此“间隔的最大值为16时即相当于不可达。计算机网络基础4.3.2 路由

21、协议n相邻路由器就是衔接在同一个网络上的两个路由器。 nRIP的义务方式是让互连网中的每个路由器每隔30秒向相邻路由器广播本人的路由表。每一个路由器根据其相邻路由器发送来的路由信息，不断建立和更新本人的路由表，最后算出到每一个目的网络的最正确路由。n路由表更新的原那么是使到每个目的网络的间隔最短。nRIP报文运用运输层的用户数据报UDP进展传送。nRIP存在的问题是当网络出现缺陷时，要经过比较长的时间才干将此音讯传送到一切的路由器。即好信息传得快，坏音讯传得慢。计算机网络基础4.3.2 路由协议2、开放最短途径优先OSPFOSPF是分布式的链路外形协议。一个路由器的“链路外形就是该路由器都和哪些网络或路由器相邻，以及将数据发往这些网络或路由器所需的费用。OSPF的要点：(1)一切路由器都有一个链路外形数据库。(2)每一个路由器用链路外形数据库中的数据算出本人的路由表。(3)OSP