第4章 网络层.pptx

1、络层的基本功能IP、ICMP等协议、路由选择,第 4 章 络层,络层概述,为什么需要络层？络层提供哪两种服务？,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,为什么需要络层,数据链路层解决了同局域（直连络）计算机间帧的 传输问题，没有解决以下问题：异构络互联，即跨局域连接和资源共享；互联络中主机标识问题；互联中主机间路由选择问题（最佳路径）；互联中数据转发的问题（分组转发）。,局域：属于资源；域：属于通信。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,络层提供的两种服务,在计算机络领域，曾引起了期的争论的问题：络层 应该向运输层提供怎样的服务？“向连接”；

2、“连接”。争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是络还 是端系统？,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,种观点：让络负责可靠交付,这种观点认为，应借助于电信的成功经验，让络负责可靠 交付，计算机络应模仿电信络，使向连接的通信 式：通信之前先建虚电路(Virtual Circuit)，以保证双通信所需的切络资源，然后双就沿着已建的虚电路发送分 组；如果再使可靠传输的络协议，就可使所发送的分组差 错按序到达终点，不丢失、不重复；减了开销。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,H1 和 H2 之间的所有分组都沿着同条虚电路

3、传送。,虚电路服务,H1,H2,虚电路：结合了电路交换和 连接分组交换的优点。,作层次不同：,电路交换属于物理层概念；虚电路属于络层概念，是分组交换。,链路占式不同：,电路交换的通信双有条物理通路，被通信双独占；虚电路是在条物理线路上虚拟出多个逻辑的通道，此时该物理线路上可以有多条通信量（共享），每条通信独占条虚拟电路。多个虚拟电路通过时分/频分等多路复式复到条物理链路上，实现了通信双虚拟的“点到点的”连接。,电路交换与虚电路的区别,另种观点：络提供数据报服务,络层向上只提供简单灵活的、连接的、尽最努交付的数 据报服务：络在发送分组时不需要先建连接。每个分组（即 IP 数据 报）独发送，与其前

4、后的分组关（不进编号）；络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送 的时限。,互联的先驱者提出了种崭新的络设计思路。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,两种观点代表,OSI：ITU-T的X.25建议书；根据唯的络设备地址路由数据包，提供流量和拥塞 控制以防络资源的损耗（虚电路服务）。TCP/IP：络层向上只提供简单灵活的、连接的、尽最努 交付的数据报服务（数据报服务）。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,尽最努交付,由于传输络不提供端到端的可靠传输服务，络中的路 由器可以

5、做得较简单，且价格低廉：如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠 的，那么就由络的主机中的运输层负责可靠交付（包 括差错处理、流量控制等）；这种设计思路的好处是：络的造价降低，运 式灵活，适应多种应。,为什么不让络层保证可靠性？,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,丢失,报,报段分组,络层传输数据单位：IP数据报、分组,帧,特流,H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送,H1,H2,数据报服务：连接,虚电路服务与数据报服务的对,络层的两个层,转发表来源于路由表，路由表是由互联中许多的路由器，按 照共同选定的路由选择协议，通过许多次的相互交换路由信息 产

6、的。由此可，在路由器之间传送的信息有以下两类：第类：转发主机之间所传送的数据第类：传送路由信息，这类信息的传送是为第类数据的 传送服务的。,络层抽象地划分数据层（或转发层）和控制层。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,络层的两个层,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,H1,H2,路由选 择算法,控制层,数据层转发表,路由器中既有转发表有路由选择软件,络层的两个层,数据层：每个路由器独作，根据收到IP分组的地址，按转发表转 发下跳路由器；采硬件转发，速度快（纳秒数量级，109秒）。控制层：运路由选择协议（软件），成路由表（耗时，秒级）；路

7、由器间需要相互协作，交换路由信息。,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,软件定义络SDN（Software Defined Network）,络层,络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,H1,H2,控制层,数据层转发表,远 程 控 制 器,结,络层的基本功能。络层提供的两种服务：,虚电路；数据报；两种服务的对。,两个层：,数据层；控制层。,软件定义络SDN,络层络层概述络层提供服务两种观点尽最努交付络的两个层软件定义络,际协议 IP,虚拟互连络；分类的 IP 地址；IP 地址与硬件地址；地址解析协议 ARP；IP 数据报的格式；IP 层转发分组

8、的流程。,络层际协议IP配套协议虚拟络互连络互连设备,际协议 IP,际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之。与 IP 协议配套使的还有三个协议：,地址解析协议 ARP；际控制报协议 ICMP；际组管理协议 IGMP。,络层际协议IP配套协议虚拟络互连络互连设备,物理硬件,应层,运输层,络层（际层）,络接层,际层的 IP 协议及配套协议,络层际协议IP配套协议虚拟络互连络互连设备,不同的寻址案；不同的最分组度；不同的络接机制；不同的超时控制；不同的差错恢复法。,将络互连并能够互相通信，会遇到许多问题需要解决。,不同的状态报告法；不同的路由选择技术；不同的户接控制；不同的服务（向

9、连接服务和连接服务）；不同的管理与控制式等。,虚拟互连络,络层际协议IP配套协议虚拟络互连络互连设备,有以下五种不同的中间设备：,物理层中继系统：转发器(repeater，中继器)；数据链路层中继系统：桥 或 桥接器(bridge)；络层中继系统：路由器(router)；桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)；络层以上的中继系统：关(gateway)。,将络互相连接起来要使些中间设备。中间设备称为中间系统或中继(relay)系统。,使些中间设备进互连,中继器,桥,路由器,三层交换机,络互连使路由器,当中继系统是转发器或桥时，般并不称之为络互 连，仅仅是把个络扩了，这仍然是个络（局 域）。

10、关由于较复杂，前使得较少。由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的献将络层使 的路由器称为关。络互连都是指路由器进络互连和路由选择。,络层际协议IP,配套协议虚拟络互连络互连设备,互连络与虚拟互连络,主机,络,路由器,虚拟的 IP（互联）,H2,H4,H5,H6,H3,H1,H2,H4,H5,H6,H3,H1,实际的互连络,虚拟的 IP,虚拟互连络的意义,所谓虚拟互连络也就是逻辑互连络：IP 协议可以使这些性能各异的络从户看起来好像是个统的络；使 IP 协议的虚拟互连络可简称为 IP。使虚拟互连络的好处是：当互联上的主机进通信时，就好像在个络上通信样，看不互连的各具体的络异构细节。,络层际协

11、议IP配套协议虚拟络互连络互连设备,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,直接交付,R1,R2,R3,R4,R5,H1,H2,H3,分组在互联中的传送,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,直接交付,R1,R2,R3,R4,R5,H1,H2,H3,分组在互联中的传送,个物流的例,北京,武汉,郑州,州,沙航空货运,公路货运,铁路货运,路货运,ATM,Ethernet,帧中继,卫星络,如果从络层考虑问题，IP 数据报就可以想象是在络层中传送。,从络层看 IP 数据报的传送,络层,络层,络层,络层,络层,络层,络层,H1,H2,R1,R2,R3,R4,R5,IP数据报,跳,跳

12、,跳,跳,跳,跳,间接交付,直接交付,结,虚拟互连络。络互连中继设备：中继器、桥（交换机）、路由器。络层协议：ICMP、IGMP、IP、ARP。分组在络中的传输过程。,络层际协议IP配套协议虚拟络互连络互连设备分组传输过程,IP 地址,IP 地址及其表示法。常的三种类别的 IP 地址。,络层IP地址概述分配机构编址法分类IP地址,为什么需要IP地址,寄往哪？什么收？,标在哪个络？络中哪台主机？,贴邮 票处,收信邮编,收信地址收信姓名,寄信地址、姓名寄信邮编 邮政编码：,IP 地址及其表示法,我们把整个因特看成为个单的、抽象的络：IP 地址就是给每个连接在互联上的主机（或路由器）的每个接分配个在

13、全世界范围是唯的 32 位的 标识符；IP 地址由互联名字和数字分配机构ICANN(InternetCorporation for Assigned Names and Numbers)进 分配。,http:/www.icann.org,络层IP地址概述分配机构编址法分类IP地址,ICANN（2004年）,ICANN,ASO,APNIC,ARIN,LACNIC,RIPE NCC,NIR,LIR,ISP,ISP,ISP,ISP,ISP,ISP,IANA,APNIC：亚太地区互联信息中分配管理 四RIRs的23.91%。ARIN：负责北美地区的IP地址/AS分配管理 四RIRs的36.96%。,L

14、ACNIC：负责拉丁美洲地区的IP地址/AS分配管理 四RIRs的4.34%。RIPE NCC：负责欧洲地区的IP地址/AS分配管理 四RIRs的34.78%。,RIRs：区域互联注册管理机构,The Internet Assigned Numbers Authority,The Address Supporting Organization,北京计算机应研究所于1993年64从APNIC处获得了个C类 的IP地址。CNNIC以国家互联络注册机构（NIR）的身份于1997年1成为 APNIC的联盟会员，成了以CNNIC为召集单位的分配联盟，已为 多家ISP提供IP地址：,中国联合通信有限公司、

15、中国卫星通信集团公司、总参通信部、中国科技络中、中国国际电商务中、中国铁通集团公司 等单位的全部IP地址；中国电信集团公司、中国络通信集团公司、中国移动通信集团 公司的部分下属单位的IP地址。,http:/,CNNIC,络层IP地址概述分配机构编址法分类IP地址,点分进制记法,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1,12811,331,计算机中存储32进制每8位组 转成进制,128.11.3.31,写成点分进制形式,采点分进制记法，可以提可读性,IP地址,192,100,络号,主机号,32位,IP地址:=，

16、IP 地址不但标志了接某主机，还标志了该接所连接的络,身份证号码,机号码1370001XXXX,IP地址1601,11000000 10100000 01100100 00000001络号主机号,络号区号机号,出期码,11000019XX0328政区代码,0308顺序码校验码,n 位,32-n 位,分类的 IP 地址：最基本的编址法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。的划分：对最基本的编址法的改进，其标准RFC 950 在 1985 年 通过。构成超：较新的分类编址法。1993 年提出后很快就得到推 应。,IP 地址的编址法,络层IP地址概述分配机构编址法分类IP地址,各类 IP 地址的络号字段和主机号字段,0,net-id 8位,host-id 24位,1 0,net-id 16位,host-id 16位,1 1 0,net-id 24位,host-id 8位,1 1 1 0多 播 地 址,1 1 1 1保 留 今 后 使,A类地址,B类地址,C类地址,D类地址,E类地址,0127,128191,192223,224239,240255,类别位,第1个字节值范围,地址空间分配,