网络互联与因特网基础.ppt

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1、1,第4章 网络互联与因特网基础,4.1 网络互连的基本概念4.2 因特网的体系结构4.3 因特网接入技术4.4 因特网的链路层与网络层4.5 因特网传输层协议,2,4.1 网络互联的基本概念,？,网络互联的动力：更大范围的资源共享网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN,3,1.网络互联层次,从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联可在四个层次上实现：物理层 数据链路层 网络层 网络层以上,4,物理层：中继器/集线器 在电缆段之间复制比特流。没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层 物

2、理层,中继器集线器,电缆段2,电缆段1,5,物理层,数据链路层：网桥/交换机 在网段之间转发数据帧。根据数据帧中的信息（MAC地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥交换机,数据链路层,网段1,网段2,6,链路层,物理层,网络层：路由器 在网络之间转发报文分组。根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,7,更高层：网关 连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,应用层/传

3、输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层/传输层,物理层,网关,链路层,网络层,网络1,应用层/传输层,物理层,链路层,网络层,网络2,8,2.LAN的互联,本地互联 特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术，如FDDI、Ethernet、Token Ring 互联层次：链路层（网络层）互联设备：网桥、交换机（有时可采用路由器）远程互联 特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等 互联层次：网络层或更高层（链路层）互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）,9,LAN1,LAN2,中继器或HUB,LAN1,LAN2,网桥或交换机,L

4、AN1,LAN2,路由器,LAN1,路由器,LAN2,路由器,WAN,本地,远程,10,远程访问,移动用户、远程用户远程访问企业局域网 特点：远程结点，可以没有IP地址（动态分配）如PSTN、ISDN、X.25、ADSL等 层次：网络层（链路层）设备：路由器、访问服务器（RAS）,LAN,路由器或RAS,WAN,11,4.2 因特网体系结构,因特网是世界上最大的互联网络，具有开放性。1974年，斯坦福大学的两位研究员瑟夫（cerf）和康恩（kahn）提出了开放网络的四项原则：小型化、自治：每个网络可以自行运作，当需要进行网间互联时无需改变其内部结构。尽力而为的服务：互联网络仅提供尽力而为的服务

5、，如果需要可靠的通信，则由发送端通过重传丢失的报文来实现。无状态路由器：互联网络中的路由器不保存任何现行连接中已经发送过的信息流状态。非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控制机制。,12,因特网是一个开放网络的典型例子。为满足开放网络的要求，因特网从1983年开始引入并使用TCP/IP协议栈(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)。TCP/IP不是单一的协议，而是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个协议集。而TCP和IP是该协议中两个最重要的协议。整个TCP/IP协议集的框架被称为TCP/IP体系结构或简称为TCP/IP。由于TC

6、P/IP协议在因特网中的广泛使用，现在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。,13,4.3 因特网的接入,因特网的接入是指如何把用户的计算机连接到因特网的接入点因特网的边缘路由器因特网接入采用了广域网连接技术。从用户类型划分，因特网接入分为：住宅（居民区）接入机构接入移动用户接入,14,居民区因特网接入:点对点访问,拨号访问与路由器的连接速率可达56kb/s（理论上）ISDN(一线通)：与路由器的连接为128kb/s的全数字化连接 ADSL(非对称用户线路)：asymmetric digital subscriber line上行可达1Mb/s:home-to-router下行可达8Mb/

7、s:router-to-homeADSL的应用：已经普及,因特网,15,居民区因特网接入:线缆调制解调器,HFC：hybrid fiber coax（光纤同轴电缆混合网络）非对称：下行可达10Mb/s，上行为1Mb/sHFC将家庭用户连接到 ISP的路由器若干个家庭用户共享10Mb/s访问带宽；关注点：拥塞，规模控制问题。应用：在国内的个别地区试点。,16,居民区接入:线缆调制解调器,Diagram:http:/,17,机构接入:局域网,机构的局域网(LAN)将端系统连接到边界路由器。以太网（Ethernet）：共享或专线电缆将端系统连接至端接路由器；10Mb/s,100Mb/s,1Gb/s应

8、用：企事业单位、网吧、学校、公司,因特网,R,18,无线网络接入,共享的无线访问网络把端系统连接到路由器无线LAN使用无线频谱替代有线介质e.g，802.11a/b/g11Mb/s、54Mb/s广域无线访问CDPD：通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器,因特网,19,4.4 因特网的链路层和网络层,因特网的链路层协议包括：SLIP、PPP、HDLC相关的议题还包括：通过局域网接入因特网时ARP与IP的交互问题。因特网的网络层协议主要包括：互联网络协议IP网络控制信息协议ICMP路由协议组播协议IGMP,20,4.4.1 点对点的数据链路协议,一方发，一方收；一条链路：比广播信道简单的多无需介质访

9、问控制不必进行MAC寻址e.g.，拨号链路，ISDN 线路等常见的点对点数据链路控制协议：SLIP(Serial Line Internet Protocol)PPP(Point-to-Point Protocol)SDLC：Synchronous Data Link Control(SNA的面向比特的数据链路规程)HDLC：High level data link control(ISO高级数据链路控制),21,现在全世界使用得最多的数据链路层协议是点对点协议 PPP(Point-to-Point Protocol)。用户使用拨号电话线接入因特网时，一般都是使用 PPP 协议。,4.4.1

10、点对点的数据链路协议,22,用户到 ISP 的链路使用 PPP 协议,用户,至因特网,已向因特网管理机构申请到一批 IP 地址,ISP,接入网,PPP 协议,23,PPP 设计要求 RFC 1557,帧封装:将网络层的分组封装到数据链路层的帧中 同时可以承载任意网络协议的网络层数据(不仅仅是 IP)提供向上分用的能力位流透明:在数据字段中，必须能携带任意组合的位流错误检测(但无需校正)网络层地址协商:客户端可以学习/配置对方提供的网络地址,24,PPP无需做的工作,错误校正/恢复流量控制有序递交 支持多点链路(e.g.，轮询),错误恢复、流量控制、分组的有序递交都被移到更高层（在端点，或者说端

11、到端）去解决了!,25,PPP 数据帧,Flag：帧定界符(7EH)Address：固定为FFHControl：缺省为03H，表示为无编号帧Protocol：数据类型，即帧中携带的数据属于哪一个上层协议(LCP,IP,IPCP,),26,PPP 数据帧,Info：所携带的上层数据Check：CRC校验和，用于进行错误检测,问题：按照这种数据帧结构，那么存在着什么问题？,01111110是数据还是帧界定符号？,27,透明传输问题,当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和 HDLC 的做法一样）。当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字节填充法。,28,字节填充（B

12、yte Stuffing）,“数据透明”要求：数据中必须可以包括帧中flag字段的固定位模式：01111110（7EH）Q:如何判断这个到底是数据还是flag?A:异步链路采用字节填充法解决（同步链路则使用与HDLC相同的位填充法）发送方：数据中的所有字节都用2字节序列（7DH,5EH）代替数据中的所有（7DH）都用2字节序列（7DH,5DH）代替接收方：进行相反的操作,29,字节填充,30,4.4.2 因特网的网络层与IP协议,因特网的网络层功能：,传输层:TCP,UDP,数据链路层,物理层,网络层,31,（一）网络层协议组成,因特网的网络层协议分成四部分：网际协议（IP）、路由选择协议、网

13、络控制信息协议（ICMP）和组播协议（IGMP）。网际协议：决定了网络层的编址机制，数据报的格式（网络层的PDU），各节点根据数据报的字段所应采取的动作。IP协议有两个版本，IPv4 RFC 791和IPv6 RFC 2373，RFC 2460。路由选择协议：决定数据报在发送过程中由信源到信宿所经过的路由器。网络控制信息协议：可以为用户提供网络中的各种运行信息。组播协议：由于数据报的发送无须建立过程和响应信息，因此可以支持因特网上的多点同时传送，但由于网络层协议设计上的限制，多点传送解决起来比较复杂。,32,（二）网际协议IPInternet Protocol,IP是因特网的网络层中最重要的协

14、议提供数据报（Datagram）的投递服务（主机到主机）在不同的数据链路层上进行数据转发操作IP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的非连接数据报之间没有相互的依赖关系；不能保证报文的有序投递。不可靠数据报的投递没有任何品质保证（QoS），数据报可能被正确投递，可能被丢弃。,33,IP地址,IP地址:32bit的逻辑地址,用来标识主机或路由器的网络接口；网络接口:用于连接主机与路由器之间的物理链路：路由器有多个接口主机可能有一个，也可能有多个接口IP地址只与设备的网络接口有关IP地址书写方法：32bit划分为4个字节写成点分的4个十进制数,223.1.1.1=11011111 00000001

15、00000001 00000001,223,1,1,1,34,IP地址,IP地址包括2个部分:网络地址（网络号）主机地址（主机号）网络是什么?（从 IP 地址的视角）具有相同网络地址的设备接口，或不经过路由器就可以物理上相互通达的设备,由3个IP网络组成的互连网(对于以223开头的IP地址，前24位为网络地址),LAN,35,IP地址,为讨论“网络”的说法，重新审视IP地址：“分类”编址：,1.0.0.0 to,128.0.0.0 to,192.0.0.0 to,224.0.0.0 to,Range,0,NetID,10,110,NetID,1110,Multicast Address,Hos

16、tID,NetID,HostID,HostID,Class,A,B,C,D,8 bits,8 bits,8 bits,8 bits,最大网络数=27-2=126,最大主机数=224-2=16777214,最大网络数=214=16384,最大主机数=216-2=65534,最大网络数=221=2097152,最大主机数=28-2=254,36,保留的IP地址,以下这些IP地址具有特殊的含义:,11.11,1111.1111,本机,本网中的主机,局域网中的广播,回路(Loopback),0000.0000,网络号,对指定网络的广播,网络地址,一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址

17、；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。,37,IP 地址的一些重要特点,(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。,38,IP 地址的一些重要特点,(2)实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP

18、地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,39,IP 地址的一些重要特点,(3)用转发器或网桥连接起来的若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 net-id。(4)所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。,40,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.

19、3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,41,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,42,互联网中的 IP 地址,B,222

20、.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,43,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址

21、。,44,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。,45,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有

22、一个不同网络号的 IP 地址。,46,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,R1,222.1.2.,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络”。现在常不指明 IP 地址。,47,（三）划分子网,1.从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计确实不够合理。IP分类不合理，地址空间利用率低美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他

23、一些国家的全部地址空间还大每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大增加了路由器成本查找路由耗时增加路由器之间交换的路由信息增加两级IP地址不够灵活不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络如何在现有的地址范围中建立多个网络？,48,从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。,三级的 IP 地址,49,划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也

24、就相应减少了若干个位。IP地址:=,划分子网的基本思路,50,凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。,划分子网的基本思路（续）,51,划分子网（Subnetting）又称子网寻址或子网路由选择方法：从IP地址的主机编号部分“借用”若干位作为子网编号主机编号部分相应缩短例如：原来的网络：借用2位划分子网后：和 子网的特点总结：多个子网可以运行在同一物

25、理网络上。划分子网后，原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络，外面看不见其内部的子网结构。即：划分子网完全是该网络内部的事务，与外部无关。,00001010 00000101 xxxxxxxx xxxxxxxx网络号 主机号,子网1：00001010 00000101 01 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号子网2：00001010 00000101 10 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号,52,在一个物理网络上运行多个子网,子网1的主机,子网2的主机,53,Subnet 1,Subnet 2,路由器,两个子网之间的通信必须通过路由器才能实现，但物理连接不一

26、定非要通过路由器，子网可以运行在同一物理网络上。,54,所有到网络 的分组均到达此路由器,我的网络地址是,R1,R3,R2,一个未划分子网的 B 类网络,55,划分为三个子网后对外仍是一个网络,子网,子网,子网,所有到达网络 的分组均到达此路由器,网络,R1,R3,R2,56,当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。,划分子网后变成了三级结构,57,从一个 IP 数据报的首部无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用子网

27、掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。,2.子网掩码,58,子网掩码,子网掩码的作用使网络内的计算机了解子网划分的结构使边缘路由器了解子网划分的结构子网掩码的格式子网掩码也是32bit长的二进制数，由一串连续的1后跟一串连续的0组成；前面的1与网络号和子网号对应，后面的0与主机号对应。如前面的例子：子网结构为：00001010 00000101 ss xxxxxx xxxxxxxx子网掩码为：11111111 11111111 11 xxxxxx xxxxxxxx 写成十进制数为：,59,IP 地址的各字段和子网掩码,145.13.,3.10,两级 IP 地址,子网号

28、为 3 的网络的网络号,三级 IP 地址,主机号,子网掩码,net-id,host-id,子网的网络地址,0,net-id,subnet-id,host-id,145.13.,145.13.3,3.10,60,(IP 地址)AND(子网掩码)=网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,子网的网络地址,net-id,subnet-id,0,逐位进行 AND 运算,61,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0

29、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,net-id,net-id,host-id 为全 0,net-id,网络地址,A类地址,默认子网掩码,网络地址,B类地址,默认子网掩码,网络地址,C类地址,默认子网掩码,host-id 为全 0,host-id 为全 0,默认子网掩码,62,子网掩码是一个重要属性,子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（

30、或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。,63,141.14.0 1 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0,【例1】已知 IP 地址是，子网掩码是。试求网络地址。,(a)点分十进制表示的 IP 地址,(c)子网掩码是,0 0 0 0 0 0 0 0,141.14.,72.24,141.14.,64.0,.0,0 1 0 0 1 0 0 0,141.14.,.24,(b)I

31、P 地址的第 3 字节是二进制,(d)IP 地址与子网掩码逐位相与,(e)网络地址（点分十进制表示）,64,141.14.0 1 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0,【例2】在上例中，若子网掩码改为。试求网络地址，讨论所得结果。,(a)点分十进制表示的 IP 地址,(c)子网掩码是,0 0 0 0 0 0 0 0,141.14.,72.24,141.14.,64.0,.0,0 1 0 0 1 0 0 0,141.14.,.24,(b)IP 地址的第 3 字节是二进制,(d)IP 地址与子网掩码逐位相与,(e)网

32、络地址（点分十进制表示）,不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。,65,Q.如何在网络拓扑图中找出所有的网络?拿掉路由器；整个网络形成了若干个“被隔离的网络孤岛”；每个“孤岛”就是一个网络。Q:右图中1）包含了几个网络？2）每个网络的子网地址分别是什么？(假定网络掩码为255.255.255.0),66,IP编址：CIDR（无类域间路由）,分类编址：地址空间的利用率低，地址空间面临耗尽；e.g.，一个B类网址可以容纳65K台主机,但可能被一个只有2K台主机的企业占据。CIDR:Classless InterDomain Routing地址的网络部分长度任意，不再分为固定

33、的几种类型；地址格式:，x为地址中网络部分的位数。,67,IP编址,Q:ISP如何得到整块的地址?A:ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers（因特网名称和编号组织）分配地址管理DNS批准域名，解决纷争Q:单位或企业如何获得网络地址?A:向ISP申请（在单位内部，则向网络中心申请）,68,（四）IP 数据报的格式,一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。,69,固定部分,可变部分,0,4,8,

34、16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,70,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,71,首部,0,4,8,16,

35、19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,固定部分,区 分 服 务,72,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,1.IP 数据报首部的固定部分中的各字段,73,首部,

36、0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,74,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,75,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生

37、 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,76,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,77,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长

38、 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,标志(flag)占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。,78,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字

39、 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,79,偏移=0/8=0,偏移=0/8=0,偏移=1400/8=175,偏移=2800/8=350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,2800,字节 0,【例】IP 数据报分片,80,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的

40、地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,生存时间(8 位)记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。,区 分 服 务,81,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,82,传输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,83,首部,0

41、,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,84,发送端,接收端,16 位,字 1,16 位,字 2,16 位,字 n,数据报首部,IP 数据报,16 位,字 1,16 位,字 2,16 位,字 n,数据部分,85,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,

42、可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,固定部分,可变部分,区 分 服 务,86,2.IP 数据报首部的可变部分,IP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。,87,4.4.3 IP路由选择,为分组选择一条从源主机到目的主机的最佳路径。可选路径不止一条路径可能要跨越多个网络 网络中实现路由选择

43、功能的设备是路由器。对每一个接收到的分组，路由器必须确定从哪条路径将其转发出去。路由器根据其内部保存的一张路由表转发分组。路由表中存放了到达其他网络的路由信息。目的网络地址 下一跳（路由器）地址（Next Hop）其他（各种标志、子网掩码、接口、）,88,路由表的基本内容,R1,R2,R1的路由表,.1,.1,.2,.1,s0,s1,89,如何根据路由表进行路由选择,路由选择：根据路由表找到一条到达目的网络的路径（实际上是查找输出接口）。想一想：为何不是“找到一条到达目的主机的路径”？从两个方面考虑：如何减小路由表中的路径数量（在因特网的骨干链路中尤其重要）与目的主机的连接只有两种类型：点到点

44、链路和广播型网络（LAN）有些情况下，路由表中也可设置到达目的主机的路由。路由选择的基本方法：取出收到的分组中的目的IP地址，并提取出目的网络地址；用目的网络地址在路由表中查找：若目的网络与路由器直接相连，则“直接交付”；如果找到匹配的表项，则将分组发送到该表项指定的下一跳路由器；如果未找到，则搜索路由表中有无“default”的表项：如果有，就将将分组发送到该表项指定的下一跳路由器；如果没有，则发送一个“主机不可达”或“网络不可达”的出错信息给发出该分组的计算机。,90,路由表的维护,路由表如何建立？如何根据网络的变化进行更新？静态路由：由网络管理员设置并随时更新网络管理员的工作负担重，容易

45、出错，适应性差；简单、开销小，只适用于小型网络。动态路由：路由器运行过程中根据网络情况动态地维护减轻了网络管理员的工作负担重；实时性好，适应性好；能够满足大型网络的需要；因要搜集网络运行状态，网络开销有所增加，实现也比较复杂。因特网中的路由器采用的都是动态路由。,91,动态路由的实现,动态路由（建立、维护、更新）需要借助路由协议实现，路由协议有两大类：全局路由协议依据完整的网络全局拓扑信息计算到达各个网络的最佳路径。因为本协议需要了解每条网络链路的状态，故也称其为链路状态路由协议（Link State Routing Protocol，L-S）。路由计算在所有路由器中完成，运行L-S协议的每个

46、路由器都要向所有路由器发送与自己相邻的路由器的链路状态信息，内容包括：路由器所连接的网络链路；该链路的状态：连通性、开销、速度、距离、时延等信息。通过互相通告链路状态，每个路由器最终都可以建立一个关于整个网络拓扑结构的数据库，再使用Dijkstra算法即可计算出到达各网络的最佳路径。典型的链路状态路由协议是OSPF（Open Shortest Path First）。,Dijkstra算法是一种计算连通图中的最短路径的方法。,92,局部路由协议通过一系列重复的、分布的方式来计算最佳路径。每个路由器开始只知道与其直接相连的链路的信息。通过与相邻路由器的通信和一系列反复的计算，路由器可以逐渐获得到

47、达某些网络的最佳路径信息。因为需要了解每条链路的距离，故也称其为距离矢量路由协议（Distance Vector Routing Protocol，D-V）。距离矢量协议计算网络中链路的距离矢量，然后根据计算结果构造路由表。每一个路由器工作时会定期向相邻路由器发送消息，消息的内容就是自己的整个路由表，其中包括：目的网络的地址；到达目的网络的下一跳路由器地址；到达目的网络所经过的距离。运行距离矢量协议的路由器会根据相邻路由器发送过来的信息，更新自己的路由表。典型的距离矢量路由协议是RIP（Routing Information Protocol）。,93,IP路由协议具有的共性,动态地学习、计算

48、到达网络中各子网的路由并插入到路由表中。如果到达一个子网有多条合法路由，那么将最好的一条放到路由表中。当路由表中的路由不再合法时，则通告给其它路由器，并从自己的路由表中删除该路由。尽快地加入新的路由，或者用更好的路由替代失效的路由。阻止循环路由。,94,IP路由协议的层次,因特网被划分为许多自治系统（Autonomous System，AS），每个AS都是一个互联网络。AS的特点：它有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议。一个AS内的所有网络都属于一个组织或机构管辖并在本AS内是连通的。根据路由协议是为AS内部的路由优化还是为AS之间的路由优化，因特网把路由协议分为两大类：内部网关协议（

49、IGP）：如RIP、OSPF等；外部网关协议（EGP）：如BGP（边界网关协议）。,95,AS、IGP和EGP,AS1,AS2,AS3,96,4.4.4 IP地址与硬件地址(MAC),从体系结构层次的角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（即IP地址是用软件实现的）,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,97,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,通信的路径H1经过 R1 转发再经过

50、 R2 转发H2,查找路由表,查找路由表,98,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,MAC 帧,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 帧,MAC 帧,IP 数据报,从协议栈的层次上看数据的流动,99,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网