计算机网络网络层

第五章网络层

问题

1、网络层提供什么服务？基本功能？

2、路由器是如何寻找路由的？

3、Internet网络层有哪些协议？协议的具

体内容？

网络层提供的服务

■ISO给网络层的定义

■网络层为一个网络连接的两个传送实体间交

换网络服务数据单元提供功能和规程的方法,

它使传送实体独立于路由选择和交换的方式。

■网络层要解决的关键问题是了解通信子

网的拓扑结构，选择路由。

网络层的功能

application

transport

network

■在收发主机之间QCITCInnx

physical

寻找路由，传输

分组

■网络层协议必须

在每一台主机和

路由器上实现

问题

1、网络层提供什么服务？基本功能？

2、路由器是如何寻找路由的？

3、Internet网络层有哪些协议？协议的具

体内容？

两个新概念

■根据路由方式的不同，分为“虚电路”

和“数据报”网络。

■什么是“虚电路”网络？

■什么是“数据报”网络？

，虚电路

T数据传输前，收发双方需要建立连接,寻找路由，并

通过虚电路号(VC)标识路径，数据传输结束后断开。

■每个分组携带VC标识(而不是信宿主机的ID),通过

VC路由数据包。

application

application

transport

transport

network4.Callconnected3.AcceptcuI

network

datalink；.Initiatecall2.incomingc11

datalink

physical

physical

■虚电路特点

L每个在收发双方路径上的路由器需要为正在传输中的

连接维持“状态”

■链路，路由器资源（带宽，缓存等）可被分能给VC

-需要信令协议来建立、维护、断开VC

■应用在ATM,帧中继，X.25（电信级服务）

■不是应用在今天的Internet

“断发双方之间的路径表现得如同电话线路一

-网络内部有较多的智能和性能指标

-沿收发路径上的网络结点的操作比较复杂

]■数据报(Datagram)网络：因特网模型

系-般分组使用信宿乳的ID进行路由选择

-路由过程类似“司机问路”

-在网络层没有连接建立过程

-路由器：没有端对端的连接状态

application

transport

network

datalink1.Senddata

physical一口口

数据报和虚电路比较

问题，:瘫报子网[触斜网

呼叫建立过程不需要必须，

地址信息每个包都有完整源目的地每个包含虚电路号

址信息

路由选择每个包独立选择仅建立虚电路选择

路由故障不作处理终止本次传输

相对较差:

可靠性相对可靠

差错处理由终端解决“由网络解决

接受顺序无序按序接受

数据报还是VC网络：why?

犬I特网ATM

-数据交换在计算机之间进行■电话网络演化而来

-“弹性”服务，没有严格的实■人们的交流：

时性要求-严格要求实时性，和可靠

-“聪明”的端系统（计算机）-需要服务承诺

■可进行自适应，执行控制，出■“傻瓜式”的端系统

错恢复■电话机

-网络内部比较简单，”边缘上〃■复杂性在网络内部

比较复杂

-利用了许多链路类型

■各具有不同的特性

■统一服务标准十分困难

如何选择路由?

■任何网络层都需要路由选择

-子网采用数据报，每个包都要做路由选择；

-子网采用虚电路，只需在建立连接时做一次路由选

择。

-通过路由算法选择路由，路由算法是网络层软件的一

部分

,路由选择

产路由选择算法——

目标：在收发双方的通信过程

中为分组（所经由的一系列路

由器中）确定一条“好”的路

径

路由选择算法的图形抽象：

■图中的结点是路由器

■图中的线条为物理链路

■链路成本：延迟，¥费

用，或拥塞的程度

路由算法分类

局或分散的信息?静态或动态的？

■所有路由器都有完整的拓■路由变化较少的情况

扑逻辑，链路成本信息

■路由变化较快的情况

■路由器只了解物理上邻接-定期更新

的路由器，了解到达这些■为了响应链路成本的

路由器的链路成本

变化

■通过迭代计算处理，可与

相邻路由器交换信息

路由算法的最优化原则和汇集树

■最优化原则

■如果路由器J在路由器I到K的最优路由上，

那么从J到K的最优路由会落在同一路由上。

■汇集树(SinkTree)

-从所有的源结点到一个给定的目的结点的最优路

由的集合形成了一个以目的结点为根的树，称为

汇集树；

-路由算法的目的是找出并使用汇集树。

路由算法的最优化原则和汇集树

■最优化原则

-汇集树

(a)一个子网的拓扑结构(b)B节点的汇集树

介绍相关的路由算法

最短路径算法(Dijkstra)

■扩散法(flooding)

-距离矢量算法

■链路状态算法

最短路由选择

Dijkstra算法（1959万通过用边的权值作为

距离的度量来计算最短路径，有最少边数的路

径不一定是最短路径

如下图：5和4之间边数最少的路径是5234

但最短路径是523674

卜最短路径路由算法(ShortestPathRouting)

-Dijkstra算法举例

5

卜最短路径路由算法(ShortestPathRouting)

■Dijkstra算法举例

•设节点1为源节点，算法如下：

令D(y)为节点1到节点V的距离,l@j)为直

接相连的两个节点八/间的链路长度，N为己

找到与节点1之间最短通路的节点集。

初始化：

N={1}

D(y)=/(LY)与1直接相连

s不与1直接相连

■最短路径路由算法(ShortestPathRouting)

_■Dijkstra算法举例

步骤ND(2)D(3)D(4)D(5)D(6)

~(0251raoT"

1＞在N外选择离1最近的点(0,并将其收入N;

2、更新距离表；

对所有不属于N的节点V,

D(v)=min[D(v),D(w)+/(w,v)]

3、若所有节点都己属于N,则结束表更新，否则，

回到步骤b；........................

■最短路径路由算法(ShortestPathRouting)

■.Dijkstra算法举例

步骤ND(2)D(3)D(4)D(5)D(6)

初始化{1}2510000

1“，4}24128

2{124}241200

3{1,2,4,习23124

4{123,4,5}23124

5(1,2,3,45,6}23124

『最短路径路由算法(ShortestPathRouting)

■Dijkstra算法举例

■最短通路树(汇集树)及对应路由表

目的节点后继节点

22

34

44

54

64

I介绍相关的路由算法

■最短路径算法(Dijkstra)

■扩散法(flooding)

-距离矢量算法

-链路状态算法

扩散法(flooding)

[■不计算路径，有路就走

如从5出发到4:

数据包从5—1,2;2—3,6;3—6,4;6—3,7;7-4

要解决的问题：数据包重复到达某一节点，如3,6

扩散法（续）

解决方法

＞在数据包头设一计数器，每经过一个节点

自动加1,达到规定值时，丢弃数据包

＞在每个节点上建立登记表，则数据包再次

经过时丢弃

缺点：重复数据包多，浪费带宽

优点：可靠性高，路径最短，常用于军事

I介绍相关的路由算法

■最短路径算法(Dijkstra)

■扩散法(flooding)

-距离矢量算法

-链路状态算法

D-V(距离矢量)算法

(DistanceVectorRouting)

-是动态、分布式算法。

■实现分布式算法的三要素：

Themeasurementprocess（测量）

Theupdateprotocol（更新邻接点距离矢量）

Thecalculation（计算）

$D・V算法的工作原理

-每个路由器用两个向量Dj和&来表示

该节点到网上所有节点的路径距离

及其下一个节点

-相邻路由器之间交换路径信息

・各节点根据路径信息更新路由表

di1:从节点i到节点1的时延向量

d⑵从节点I到节点2的时延向量

sM.从节点i到节点1的一条最小时延路径上的下一个节点

s⑵从节点i到节点2的一条最小时延路径上的下一个节点

其中「网络中的节点数

口一节点i的时延向量

djj一节点i到j的最小时延的当前估计值

Sj—节点i的后继节点向量

Sjj—从节点i到j的最小时延路径上的下一节点

路由表的更新

djj=min（dix+dxj）（XeA）

（从i到j的时延取途经每个节点时的时延的最小值）

Sjj=X（从倒j途经的下一个节点为X）

其中：A—与i相邻的所有节点的集合

4j—i到j的最短距离

至的正巨离

dIix八L—i1x

dxj—x到j的最短距离

J重新估计的延时

TD通过A通过I通过H通过Ki线路

A02420218A

_B—1236312820A

C2518193628I

D402782420H

E147302217I

F2320194030I

G183163118H

H172001912H

注意：A-I为21;IfA为24I210142210I

因为：节点A和I都是各自测J9117100-

得的距离，且不一定是同一K24222206K

时刻测得的，线路状态是动L29339915K

态变化的理

J到AJ到I延延IIHJ到K节点J的

时

延时时为为延时新路由表

当前节点为一

J为81012为6

D・V算法的缺点

-交换的路径信息量大

-路径信息不一致

-收敛速度慢（坏消息）

-距离矢量中不考虑带宽因子

■不适合大型网络

无穷计算问题

年好消息传播得快，坏消息传播得慢

ABCDEABCDE

A下网了

OO__OOOo一Q—-o-

00000000初始时12孑4初始时

1888第1次交换后3234第1次交换后

12coco第2次交换后3434第2次交换后

123co第3次交换后5454第3次交换后

1234第4次交换后5656第4次交换后

7676第5次交换后

7878第6次交换后

00000000

克服收敛速度慢的方法

-水平分裂

同距离矢量法，只是到X的距离并不是真正的距离，

对下方点通知真正的距离，对上方点，给出无穷大

如上图中的C点，它向D通知到A的真正距离，而向B

通知到A的距离是无穷大

■Holddown

当发现不通时，不重新选路径，而是把它设成无穷大

I介绍相关的路由算法

■最短路径算法(Dijkstra)

■扩散法(flooding)

-距离矢量算法

-链路状态算法

L-S（链路状态）算法

.LinkStateRouting）

■基本思想

＞发现它的邻接节点，并得到其网络地址＞

＞测量它到各邻接节点的延迟或开销〉

＞组装一个分组以告知它刚知道的所有信息〉

＞将这个分组发给所有其他路由器＞

A计算到每个其他路由器的最短路径＞

发现邻接节点

■当一个路由器启动后，向每个点到点线

路发送HELLO分组，另一端的路由器发

送回来一个应答来说明它是谁

L-S（链路状态）算法

.LinkStateRouting）

■基本思想

＞发现它的邻接节点，并得到其网络地址

＞测量它到各邻接节点的延迟或开销〉

＞组装一个分组以告知它刚知道的所有信息〉

＞将这个分组发给所有其他路由器＞

A计算到每个其他路由器的最短路径＞

测量线路开销

■发送一个ECHO分组要求对方立即响应，

通过测量一个来回时间再除以2,发送方

就可以得到一个延迟估计值，想要更精

确些，可以重复这一过程，取其平均值

-S（链路状态）算法

LinkStateRouting）

■基本思想

＞发现它的邻接节点，并得到其网络地址

＞测量它到各邻接节点的延迟或开销「

＞组装一个分组以告知它刚知道的所有信息〉

＞将这个分组发给所有其他路由器＞

A计算到每个其他路由器的最短路径＞

I构造分组

X网及其节点到其邻节点（路由器）的线路开销测量值

（即延时，假设以ms计）

子网的链路、状态及分组情况:

ABCDEF

序号序号序号序号序号序号

年龄年龄年龄年龄年龄年龄

A4B2C3A5B6

E\5)C2D3F7C1D7

F6E1F8E8

节点A仅与节点B和E相邻

AfB的时延为4ms

AfE的时延为5ms

-S（链路状态）算法

LinkStateRouting）

■基本思想

＞发现它的邻接节点，并得到其网络地址

＞测量它到各邻接节点的延迟或开销「

＞组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

＞将这个分组发给所有其他路由器＞

A计算到每个其他路由器的最短路径＞

发布链路状态

用扩散法（向邻接的节点）发布链路状态分组（以B为例，B的邻接

点有A、C、F）

源节点E的链路状态分组经A和F到节点B,节点B必须

再招1E的状态分组转送到C,并向A和F发ACK

发送标志ACK标志

源序号年龄ACFAcF

A2160011100

F2160110001

E215900000o

C2060101010

D2159100011

-S（链路状态）算法

LinkStateRouting）

■基本思想

＞发现它的邻接节点，并得到其网络地址

＞测量它到各邻接节点的延迟或开销〉

＞组装一个分组以告知它刚知道的所有信息

＞将这个分组发给所有其他路由器「

A计算到每个其他路由器的最短路径＞

计算新路由

■用Dijstra算法计算到每个节点的路由

■得到该节点到每个节点的最短路径

L6路由算法的优缺点

-LSR的优点

各路由器的路由信息的一致性好

收敛性好，坏消息也一样传播得快

适用于大型网络，报文长度与网络规模关系不大

■LSR的缺点

每个路由器需要有较大的存储空间

计算工作量大

思考

■Internet中如何实现路由？

-用到哪些路由算法？

■运行什么路由协议？

因特网的分层路由选择

因特网不是一个理想化的网络，所以

■不可能所有的路由器完全一样

■网络不在一个“平面

规模：5千万台以上信行政自治

宿主机：■internet=networkof

-不可能把所有主机存在networks（万网之网）

一个路由表中！■每个网管都会控制自身网

-路由表的交换可以把链络中的路由选择

路带宽用掉大半！

G因特网中的路由选择

■全球因特网是由诸多AutonomousSystems(AS)

互联而成：

■小型自治系统(StubAS):中小型企业

.分区自治系统(MultihomedAS):大型企业(非跨越的)

■跨越式自治系统(TransitAS):NBP等

■两层路由选择：

■Intra-AS:由网管决定

■Inter-AS:唯一性的标准

因特网的AS层次

Intra-AS内部（网关）路由器

*因特网的分层路由选择

「网关路由器------

-聚合路由器可以形成分

区，”自治系统■AS中的特殊路由器

(autonomoussystems",■与其他同一AS中的路由

AS)器使用intra-AS路由选择

■在同一AS中的路由器运协议进行交往

行同样的路由选择协议-同时负责同AS以外的信

.Mintra-AS"路由选择宿进行交往或路由选择

协议■运行/力招/?45路由选

-不同AS中的路由器可择协议与其他的网关

以运行不同的intra-路由器进行交互

AS路由选择协议

Lgtra-AS和Inter-AS路由选择

网关：

•在网关服务器之间

A.a进行inter-AS路

A.c由选择

B•在AS内部进行

intra-AS路由选

择

A

to/fromA.d

Intra-AS和Inter-AS路由选择

Inter-AS

—

C.brouting

between

A.QAandBHosi

A.

B

Host

o

hl

A

Intra-ASrouting

withinASA

■inter-AS利intra-AS因特网路由选择协议应用

举例

Intra-AS路由选择协议

■也称为内部网关协议InteriorGatewayProtocols（IGP）

■最常用的IGP有：

■RIP:RoutingInformationProtocol（路由选择信息协

议）

■OSPF:OpenShortestPathFirst（开放式最短路径优

先（协议））

■IGRP:InteriorGatewayRoutingProtocol（内部网

关路由选择协议，Cisco产权）

.RIP(RoutingInformationProtocol)

^^巨离向量算法(口15131^6vectoralgorithm)

■含在BSD-UNIX1982版中

■距离的度量单位：#ofhops(max=15hops)

■Canyouguesswhy?

■距离向量：通过Response报文每隔30秒交换一次（也称为

广^-advertisement）

IP(RoutingInformationProtocol)

DestinationNetworkNextRouterNum.ofhopstodest

wA2

yB2

zB7

x

路由器D中的路由表

RIP：链路失效和恢复

果某条链路在180秒内没有被听到广告相邻

结点/链路被申明取消（dedareddead）

■经由该结点的路由被终止

■新的广告送往所有其他相邻结点

■其他相邻结点依次发出新的广告（如果路由表

发生变化）

■这样链路失效的信息迅速传遍整个网络

■使用抑毒措施来防止乒乓循环（设置有限距离

=16hops）

土RIP路由表处理

路由表通过应用层的进程route-d（daemon-守护程

序）来管理

■由应用层进程管理的路由表为通过UDP的广告调用，并

周期性重复

RIP路由表举例

■router:giroflee.eurocom.fr

DestinationGatewayFlagsRefUseInterface

UH026492loO

192.168.2.U213faO

193.55.114.U358503leO

192.168.3.U225qaaO

U30leO

default29UG0143454

■连接3个C类网络(LAN)

■路由器仅仅知道所连LAN的路由

■默认路由器(Defaultrouter)用于“goup(上行)〃

■组播地址路由(Routemulticastaddress):

■回授接口(Loopbackinterface,fordebugging)

OSPF(OpenShortestPathFirst)开放式最

短路径优先(协议)

■“open-开放”：向公众开放

■使用链路状态算法(LinkStatealgorithm)

■LS分组传播

■在每个结点存放网络的拓扑图

-路由计算使用Dijkstra算法

■OSPF广告为每个相邻的路由器配置一个条目

■广告弥散到整个AS(viaflooding-泛洪法)

OSPF“先进"性（RIP所不具备的）

。全性：所有的OSPF报文须经认证（以防止各种可能的

攻击）；使用TCP连接

-对每条链路来说，对不同的TOS（eg,在卫星链路上将尽力

而为的服务设成“低值”；而将实时应用设成高值）可产生

多种成本计算标准

-多种成本计算标准可以支持集成化的单播和组播

（multicast）:

-组播OSPF（MOSPF）使用与OSPF相同的拓扑数据库

■在大型域中可以使用层次型OSPF

居次型OSPF

boundaryrouter

Area3

Areo1

Area2

层次型OSPF

层结构：本地，主干.

-链路状态只是在本地范围内广告

-每个结点具有详细的本地拓扑；对其他区域中的网络仅

知在某个方向(最短路径).

-区界路由器(Areaborderrouters):“汇总”了所在区域

中到达各网络的距离，同时向其他区界路由器发广告.

■主干路由器(Backbonerouters):仅限于在主干上运行

OSPF路由算法.

■边界路由器(Boundaryrouters):连接其他的AS.

IGRP(InteriorGatewayRoutingProtocol)内

部网关路由选择协议

■CISCO产权；RIP的后继者之一(mid80s)

■路由向量算法，类似RIP

■采用若干成本计算标准(delay,bandwidth,

reliability,loadetc)

■使用TCP交换路由更新信息

■通过基于犷筋能篁的分布式更新算法(DUAL)

产生无循环的路由选择

Inter-AS路由选择

.■因特网inter-AS路由选择:BGP

fl^F(BorderGatewayProtocol,边界网关协议)：事实

上的忠惟

■路径向量(PathVector)协议：

-与距离向量协议类似

■每个边界网关(BorderGateway)向其对等的相邻实

体(peers)广播通往信宿的螫奈琳经(Le,一系列

ASs)

-E.g.,网关X可以发送从它通往信宿Z的路经：

Path(X,Z)=X,Y1,Y2,Y3,...,Z

人因特网inter-AS路由选择:BGP

网关X向对等网关W发送了它存有的路经

-W可以选择或不选择X所提供的路经

-成本，策略(不通过竞争对手的AS),预防循环等缘由.

■如果W选择了X广告的路经，那么：

Path(W,Z)=w,Path(X,Z)

■注意：X可以通过向其他对等实体发布路由信息来控制所

进入的通信流量：

-e.g.,不让路由通过Z-＞不要发布有关通向Z的广告

特网inter-AS路由选择:BGP

Kbp使用TCP交换报文.

■BGP报文:

-OPEN:打开通往对等实体的TCP连接并对发送者进行

认证

-UPDATE:刊出新的路经（或撤销旧路经）

-KEEPALIVE:在不进行UPDATES时保持连接的激活；也

用来ACKsOPEN请求

-NOTIFICATION:报告先前报文的错误;也用来关闭连接

什么Intra-和Inter-AS路由选择不同？

■Inter-AS:网管需要控制自己信息流通的路经，还

有谁能路经并通过其管辖的网络.

*■Intra-AS:单一的管理体制，无需选择策略

规模：

■层次型路由选择可以缩小路由表，并减少更新流量

性能：

■Intra-AS:将注意力集中在性能上

■Inter-AS:策略的考虑要超过对性能的要求

思考

■除了路由算法，还有什么影响路由器的

性能？

■如何选择路由器？

路由器结构概述

路由器的两个关键功能：

■运行路由算法/协议(RIP,OSPF,BGP)

■交换分组于输入链路到输出链路之间

输入端口功能

lookup,

datalinkforwarding

line|、switch

processing

termination(protocol,llllllll

queueingfabric

decapsulation)

位流级的接收

分散化的交换;

e.g.Ethernet■按照给出的分组信宿，使用输入端口的内存

z中存储的路由选择表，查找输出端口

-目标：以“线路速度”完成输入端口的处理

■排队：假如分组到达的数度快于转发到交换

网络的(switchfabric)速度时

■输入端口上的排队

■交换网络的处理速度低于所有输入端口之和->导致分组

在输入端口的队列中排队

■排头(Head-of-the-Line(HOL))阻塞：在队列的排头上

的分组挡住了其他分组的前移

■由于输入缓存的溢出导致了排队延迟和数据丢失!

43-

switch

-O-fabric

40F-

outputportcontentiongreenpacket

attimet-onlyoneredexperiencesHOLblocking

packetcanbetransferred

输出端口

switch

queuing:datalink

,processingT，linef

fabricbuffer

management(protocol,termination

decapsulation)

■缓存当来自交换网络的分组到达速度高于传输

速率时，需要进行缓存

■谡度源财从队列中的分组中选择传输

不出端口的排队

OutputPortContentionOnePacket

alTimetTimeLater

-当交换速度超进俞出线路的速率时，需要进行

缓存

■输出端口的溢出会造成排队（延迟）和数据丢

九

三类交换网络

AX

P口limnlimn0o*

B

limnliiiiniM

z

p口limn川川iOz>

bus

♦口口IIIIIII

B

匚口IIIIIII

♦crossbar

，口口IIIIIII

内存交换(SwitchingViaMemory)

第一代路由器：

■分组通过系统的（单个）CPU拷贝

-速度受到内存带宽的限制（每个分组需2次穿越系统总线）

InputMemoryOutput

现代路由器：

■输入端口处理器执行查询路由表、和拷贝的功能

■CiscoCatalyst8500

总线交换(SwitchingViaBus)

■分组通过一条共享的总线从输入端口X

的内存传递到输出端口的内存llllllll

Y

■总线竞争：交换速率受限于总线的带llllllll

N

宽llllllll

bus

■1Gb/s总线,Cisco1900:对访问接入

和企业级的路由器已经足够（但还不

适应在区域或主干级线路上使用）

通过内联网络交换(SwitchingViaAn

InterconnectionNetwork)

■克服了总线带宽的限制

■Banyannetworks,内联网络技术在发展初期是

用来连接多处理器系统中的处理器的

■设计先进：把分组分割成固定长度的单元，再把

这些单元送入交换网络

■Cisco12000:通过内联网络交换速度为若干

Gb/s

问题

1、网络层提供什么服务？基本功能？

2、路由器是如何寻找路由的？

3、Internet网络层有哪些协议？协议的具

体内容？

因特网网络层

Transportlayer：TCP,UbP

IPprotocol

(addressingconventions

,datagramformat

Network,packethandlingconventions

layer

ICMPprotocol

,errorreporting

,router"signaling”

Linklayer

physicallayer

■将数据报传送到远端主机，包括路由选择

■定义IP数据报，这是Internet中最基本的传

输单位

-定义寻址方式，即IP地址

■进行数据报的分解和重组，例如IP和X,25数

据交换

网际协议IP特性

■面向无连接协议

.采用数据报不建立虚电路

■IP在传输过程中不进行错误检测

■不检查目的主机是否确实收到数据

■通信信道品质良好的网络IP协议仍是可信赖

的

IP协议

■IP包格式

-IP包的分段与重组

■IP地址

IP包格式

16

31

版本|头部长服务类型总长

标识段偏移

生存时间类型_______头__部_校验和

源IP地址

目的IP地址

IP可选项(可以省略)充填域

数据开始..

~版本为4(Ipv4)

头部长以32位字长为单位

IP包格式（续）

■服务类型：8位

01234567

优先级DTR未用

由用户指定数由路由器选择哪

Throughput

据报的优先级个最优先，但通

总长「苟括报咫%数瑞黑ty最践奥

1,

即65535个字节

标识、标志、段偏移：用于数据报的分段

生存时间：以秒为单位

也可以经过路由器的个数为单位

IP包格式（续）

-类型或协议

TCP6UDP17

ICMP1OSPF89

-头部校验和：按16位相加，结果求反

■源和目的地址：32位

-IP可选项：用于控制和测试

-充填域：凑成32位的整倍数

IP协议

-IP包格式

-IP包的分段与重组

■IP地址

分段过程

L按MTU的及数据包的实际负载长度计算所需

段数，并划分，分段应满足两个条件：

＞各段在不大于MTU的前提下，尽可能地大

＞被分出的段的长度应为8的整倍数

■原数据包的报头作为每段的数据包报头，并

修改其中的某些字段，指明：

＞属原来的哪个分组（数据包）

＞属原来分组中的第几个分段

＞哪一个是段尾

通过标志、标识和段偏移实现

标识(identifier)：16位

发送方每发送一个报文编号加一

各分段的标识相同

源地址加标识来区分各个分段

标志(flag)：3位

保留DFMF

DF=O允许分段

=1不允许分段如刚起动时，即Boot时不允许分段

MF=0最后一段

=1段未结束

■段偏移(fragmentationoffset)：13位

实际偏移量=段偏移值X8Byte

IP包分段举例

「一个物理网络的MTU为1500B,现要传输一个数据

报（其报头为20B,数据区长度为1400B）至（JMTU

为620B的另一个物理网络，其分段情况为：

IP包分段举例（续）

■每个分段的报头其基本部分（如源地址、

目的地址等）是copy原数据报的报头，

与分段相关的域则应重新生成

原报头分段1报头分段2报头分段3报头

ID标识33030330303303033030

M标志0/I10

OS段偏移0//o力75150

/620///620

TL总长1420，//—//220

段未结束75x8=600

________________________________z\,

数据报分段的重组

F重组是在各分段都到达目的地后才进行

每个分段可以走不同的路径

减少路由器中保存的信息量及路由器的工作量

■途中的任意一个路由器都无法重组

重组必须在所有的分段全部收到后，才可进行

■Internet的互联网层是遵循尽力而为来传送IP包

的，也存在力不从心的时候，此时只能丢弃

重组主机I寻遵循：

要么重组成功，要么全部丢弃的原则

IP包实例

-现假设截获一IP包，其中前20字节分别

为0x450x000x000x3COxlA0x37

0x000x000x800x010x6E0x31OxCO

0xA80x010xD40xD30x9BOxlC0x41,

试分析该IP包头中每一个字段的值及含

义。

IP协议

-IP包格式

-IP包的分段与重组

>IP地址

IP地址的层次结构和分类

HostID|

地址类别网络数主机数

A0-127(126)16777216-2

B128-191(16384)65536-2

C192〜223(2097152)256-2

,IP地址的表示

点分十进制表示如：54

■特殊IP地址______________________

前缀后缀地址类型用途

全0全0本机启动时使用

网络ID全0网络标识一个网络

网络ID全1直接广播在指定网上广播

全1全1有限广播在本地网上广播

127任意测试()

无盘工作站在启动时尚不知道自己所处的网络ID,所

以用32为全1地址在本网段内广播，请求回答

\____________________________________________7

私有网络的IP地址

地址类别地址

A类-55

B类-55

C类-55

思考

-两级IP地址分类的地址利用率?

A类

128个网络号

每个网络有四百万个主机号

■■

H•一万六千个网络号.

H•每个网络有六万五千个主机号■

•超过两百万个网络号

e每个网络有二百五十六个主机号

二维IP地址缺点

■一个路由器端口的连接（一个物理网段）至少

组成一个网络

・按原来的地址结构（二维结构），一个网络至

少需要一个C类地址，因为一个网络需要有一

个唯一的网络地址

■IP地址的紧缺和地址分配中的浪费形成一对矛

盾！

路由器连接的三个C类网络

子网划分一三维地址结构

V原有地址结构是二维的（网络地址，主机地址），增

加地址结构的维数，可提高地址分配的灵活性和可用

性

三维结构：网络地址，子网地址，主机地址

■例如：在一个C类地址中仅主机地址可由网管人员自

主分配，向主机地址域借位组成子网地址以形成三维

地址结构

其借网皿地址位数的确定

子网地址

主机地址

A.

C类地址网络地址XXXXXXXX

子网地址=0:表示本子网主机

不可作为有效目的地址使用

子网地址=1:子网地址全1,不可用

因此至少要借2位

子网地址位数的确定（续）

主机地址

-借7位:

/子网地址、

C类地址网络地址XXXXXXXX

主机地址=0:子网地址，不可作为地址分配

主机地址=1:广播地址，不可作为地址分配

因此最多可借6位

I子网掩码

子网掩码的作用

因为子网地址的位数不是固定的，所以必须告知主机地址中哪

一部分是子网的网络地址段，哪一部分是主机地址段

-子网掩码使用与IP编址相同格式

子网掩码的网络地址部分和子网地址部分全为1,它的主机部分

全为0

■一个缺省C类IP地址的掩码为

」子网掩码（续）

一个C类主机地址为9~

子网地址=011的子网掩码是：255.255.255,224

子网地址

网络_地址___4__主耍_址

C类IP地址11001010011110000000001101100011

202120399

掩码11111111111111111111111111100000

255255