第6章 网络层协议.ppt

1、现代计算机网络技术,第6章 网络层协议,摘 要,网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，本章详尽的介绍了多种网络层协议的定义和技术应用，阐述计算机网络中进行数据交换而建立的各种规则、标准或约定的集合。,学习目标,移动IP工作原理 IPv4，IPv6的报文格式,理解,掌握,掌握,了解,IP协议及工 作原理,子网划分的规则,Ipv6与IPv4差异 ICMP，IGMP ARP/RARP协议,6.1 IP协议 IP协议定义在OSI参考模型第三层网络层，是Internet最重要的协议。在IP协议中规定了在Internet上进行通信时应遵守的规则，例如IP数据包的组成、路由器如何将I

2、P数据包送到目的主机等。 6.1.1 IP协议的主要作用 1决定路径 2分割重组数据,6.2 IPv4 IPv4，是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基础的协议。 IP协议很复杂，研究IP数据报头是非常重要的,图6-1 IP数据报,IP实现两个基本功能：寻址和分段。 IP协议的目标很简单：生成发往目的地的数据报，而且除了把这个数据包发送到下一跳路由器。,图6-2 基于I P协议的数据接收和发送过程,6.2.1 IP分类编址 每个IP地址都是由两部分构成：网络号和主机号。 A类：第一个字节的最高位是0B类：第一个字节的前两位

3、是10C类：第一个字节的前三位是110D类：第一个字节的前四位为1110E类：第一个字节的前五位为11110,图6-3 IP地址分类,每类IP地址的最低地址与最高地址,6.2.2子网划分 划分子网的原因 1充分利用现有IP地址。 2提高网络性能，提高安全性，减少广播域。 3利于网络管理。,一划分子网的规则 划分子网的规则是把主机号前几位变成子网号。 举个例子：有如下一个B类网络 其默认子网掩码255.255.0.0，用二进制表示为11111111.11111111.00000000.00000000 划分为五个子网可将主机号的前三位变为子网号，即子网掩码变化为11111111.11111111

4、.11100000.00000000，转换为点分制十进制 为255.255.224.0，这就是此网络划分后的子网掩码。我们可以计算出 每个子网可容纳最多主机数。,二RFC950标准，非RFC950标准 有两种计算标准： RFC950标准 非RFC950标准1,NMAX=2M-2 HMAX=2(X-M)-2,M:主机号变网络号 数目 X:原主机号数目 NMAX:最大子网数 HMAX:最大主机数,NMAX=2M HMAX=2(X-M),本例中M值为3，可计算出NMAX 为23，值为8，即此划分能最大表示的子网数目，HMAX为28-3=32，即为此划分能最大容纳的主机数目。 练习： 计算此划分能最大

5、表示的子网数目和最大容纳的主机数目。,6.2.3 CIDR CIDR (Classless InterDomain Routing) 无分类域间路由选择，是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给服务提供商（ISP），再由ISP分配给客户。 CIDR将路由集中起来，使一个IP地址代表主要骨干提供商服务的几千个IP地址，从而减轻Internet路由器的负担,6.2.4 IP分组 当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即报头区加上数据部分）一定不能超过下层的数据链路层的MTU值，否则无法传输。在出现这种情况时，要对分开的数据包进行分片。,如图所示一个长度过于长的I

6、P数据包被分成三个IP数据包 被分成三份的数据在网络中的传输都是独立的,6.2.5 IP数据报重组 目的主机收到所有分片后，对分片进行重新组装还原的过程叫做IP数据报重组。IP协议规定，只有最终的目的主机才可以对分片进行重组。 目的主机接收到所有的数据包的分包之后，根据数据包首部中保存的信息，还原最初的数据包，这就是数据包的重组过程。,6.3 IPv6 6.3.1 IPv6包头 IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。,图6-5 IPv6包头,6.3.2 IPv6与I

7、Pv4的差异 1扩展了地址 2简化了包头 3对扩展和选项支持进行了改进 4增强了对流的支持 5提供身份验证和保密,6.3.3 IPv4到IPv6的过渡 实现IPv4到IPv6的平滑过渡有以下三种常用方案： 1 双协议栈技术 2 隧道技术 3 网络地址转换/协议转换技术,6.4移动IP技术 定义： 移动IP，是为了满足移动节点在移动中保持其连接性而设计的。 功能： 实现跨越不同网段的漫游功能。 版本： 移动IP现有两个版本，分别为移动IPv4和移动IPv6。,图 6-6 移动IP网络结构,6.4.1移动IP的关键技术 移动IP技术的工作过程中有几项关键技术 1 移动IP节点的两个IP地址 2代理

8、发现 3代理注册 4隧道技术,6.4.2移动IP基本工作原理,图6-7 移动IP工作过程,6.4.3移动IP存在的问题 移动IP技术，目前该技术存在一些不足 1三角形路径问题。 2外区代理间的光滑切换。 3穿越的效率问题 4功耗问题,6.4.4移动IPv6和移动IPv4的比较 移动IPv6不需要外地代理的支持 移动IPv6支持路由优化 移动IPv6路由优化不需要预先指定的安全机制 移动IPv6允许路由优化使得路由器兼顾效率和“入口过滤” 移动IPv6在移动节点不在本地网络时通过IPv6路由头部而不是 隧道来路由 移动IPv6不需要使用ARP，这也增加了其健壮性 移动IPv6不需要维持隧道软状态

9、,未来移动通信的发展要求 全IP网络的观点,6.5 ICMP协议 6.5.1 ICMP包的结构,图6-10 ICMP报头结构图6-10 ICMP报头结构,6.5.2 ICMP的功能 1侦测远端主机是否存在。 2建立及维护路由资料。 3重导资料传送路径。 6.5.3 ICMP协议与IP协议的关系 在 OSI 模型中，ICMP 协定虽然与IP协定同为第三层协定，但 ICMP 本身是不具备传送能力的。事实上，它跟TCP/UDP一样，也是靠 IP帮忙进行传送。,6.6 IGMP协议 正如ICMP一样， IGMP 也被当作IP 层的一部分。IGMP报文通过IP数据报进行传输。IGMP有固定的报文长度，没

10、有可选数据。,图 6-11 IGMP报文被封装在IP数据报中,6.6.1 IGMP的版本 到目前为止，IGMP有三个版本： IGMPv1（由RFC 1112定义） IGMPv2（由RFC 2236定义） IGMPv3（由RFC 3376定义）,6.7 ARP/RARP TCP/IP提供了两个协议: ARP，全称Address Resolution Protocol，中文名为地址解析协议，它工作在数据链路层，用于将网络中的协议地址 RARP，全称Reverse Address Resolution Protocol，中文名为逆向地址解析协议，它工作在数据链路层，用于将本地的硬件地址（MAC地址）

11、解析为网络中的协议地址,6.7.1ARP工作原理 ARP的基本工作原理如下：,1 建立一个ARP列表，以表示网络中节点IP地址和MAC地址的对应关系,2 检查自己ARP列表中是否存在目标节点IP地址对应的MAC地址,3（1） 有，则直接将数据包发送到MAC地址节点上；,3（2）没有，向本地网段发起一个ARP请求的广播包，查询此IP地址目标节点对应的MAC地址,ARP的基本工作原理,4 网络中所有的节点在收到这个ARP请求后，会检查数据包中的目标IP地址是否和自己的IP地址一致。如果不相同就忽略此数据包；如果相同，该节点首先将源端的MAC地址和IP地址的对应表项添加到自己的ARP列表中。,5 源

12、节点在收到这个ARP响应数据包后，将得到的目标节点的IP地址和MAC地址对应表项添加到自己的ARP列表中，并利用此信息开始数据的传输。如果源节点一直没有收到ARP响应数据包，则表示ARP查询失败。,6.7.2RARP工作原理 RARP的基本工作原理如下：,1发送主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址,2本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；,3如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；,4如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应,IP协议、RARP协议、ARP这三个协议处于同一层，ARP协议用来找到目标主机的Ethernet网卡Mac地址，IP则承载要发送的消息。数据链路层可以从ARP得到数据的传送信息，而从IP得到要传输的数据信息。,习题6 1.IP协议定义在OSI参考模型哪一层？ 2.IP数据由哪两部分组成报。 3.阐述基于I P协议的数据接收和发送过程。 4.阐述IP分类编址。 5.划分子网的原因有有哪些？。 6.阐述划分子网的规则的两个规则。 7.阐述Ipv6与IPv4的差异。 8.移动IP技