1、2021/4/30第四章 網(wǎng)絡層王道考研計算機網(wǎng)絡1導圖最(zui)有(nan)趣12WWW.2021/4/30本節(jié)內(nèi)容網(wǎng)絡層功能王道考研/3應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。 網(wǎng)絡層傳輸單位是數(shù)據(jù)報。功能一：路由選擇與分組轉發(fā) 最佳路徑4王道考研/22021/4/30應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。 網(wǎng)絡層傳輸單位是數(shù)據(jù)報。功能一：路由選擇與分組轉發(fā) 最佳路徑功能二：異構網(wǎng)絡互聯(lián)5應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)

2、據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。 網(wǎng)絡層傳輸單位是數(shù)據(jù)報。功能一：路由選擇與分組轉發(fā) 最佳路徑功能二：異構網(wǎng)絡互聯(lián) 功能三：擁塞控制若所有結點都來不及接受 分組，而要丟棄大量分組 的話，網(wǎng)絡就處于擁塞狀 態(tài)。因此要采取一定措施， 緩解這種擁塞。靜動6王道考研/3王道考研/2021/4/30本節(jié)內(nèi)容IP數(shù)據(jù)報格式王道考研/7TCP/IP協(xié)議棧HTTPFTPDNSTCPUDPICMPIGMPIPARP數(shù)據(jù)鏈路層物理層8王道考研/42021/4/30IP數(shù)據(jù)報格式數(shù)據(jù)部分（TCP、UDP段）IP數(shù)據(jù)報發(fā)送在前固定部分 可變部分首部9IP數(shù)據(jù)

3、報格式20B版本：IPv4 / IPv6?首部長度：單位是4B，最小 為5。區(qū)分服務：指示期望獲得哪 種類型的服務。總長度：首部+數(shù)據(jù)，單位是1B。1Byte=8bit協(xié)議名ICMPIGMP字段值12689生存時間（TTL）：IP分組的保 質(zhì)期。經(jīng)過一個路由器-1，變成 0則丟棄。協(xié)議：數(shù)據(jù)部分的協(xié)議。TCPEGPIGPUD首P 部檢IP驗v6和：只ESP檢驗首O部SP。F17源IP地4址1 和目的50IP地址:8392位。可選字段:040B ,用來支持排錯、 測量以及安全等措施。填充:，全0，把首部補成4B的 整數(shù)倍。王道考研/510王道考研/2021/4/30本節(jié)內(nèi)容IP數(shù)據(jù)報分片王道考研

4、/11最大傳送單元MTU鏈路層數(shù)據(jù)幀可封裝數(shù)據(jù)的上限。 以太網(wǎng)的MTU是1500字節(jié)。IP分組數(shù)據(jù)幀首部數(shù)據(jù)部分首部數(shù)據(jù)部分TH如果所傳送的數(shù)據(jù) 報長度超過某鏈路 的MTU值？126王道考研/2021/4/30IP數(shù)據(jù)報格式標識：同一數(shù)據(jù)報的分片使 用同一標識。標志：只有2位有意義 x 中間位DF（Dont Fragment）： DF=1，禁止分片 DF=0，允許分片最低位MF （More Fragment） ：MF=1，后面“還有分片”MF=0，代表最后一片/沒分片片偏移：指出較長分組分片后， 某片在原分組中的相對位置。 以8B為單位。除了最后一個分片，每個分片 長度一定是8B的整數(shù)倍。王道

5、考研/13IP數(shù)據(jù)報分片例題首部（20B）數(shù)據(jù)部分（3800B）需要分片為長 度不超過1420B 的數(shù)據(jù)報片。首部1（20B）數(shù)據(jù)部分（1400B）首部2（20B）數(shù)據(jù)部分（1400B）首部3（20B）數(shù)據(jù)部分（1000B）總長度標識MFDF片偏移原始數(shù)據(jù)報382012345000數(shù)據(jù)報片1142012345100數(shù)據(jù)報片214201234510175數(shù)據(jù)報片31020123450035014王道考研/72021/4/30一種八片首飾IP數(shù)據(jù)報格式總長度單位是1B 片偏移單位是8B 首部長度單位是4B王道考研/15本節(jié)內(nèi)容IPv4地址王道考研/8162021/4/30IP地址在哪個網(wǎng)絡？是哪個

6、主機？女神在哪里？女神叫什么？王道考研/17IP編址的歷史階段王道考研/9182021/4/30分類的IP地址身份證號P地址：全世界唯一的32位/4字節(jié)標識符，標識路由器主機的接口。 IP地址:=,11011111 00000001 00000001 00000001=點分十進制223111王道考研/19網(wǎng)橋互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址20王道考研/102021/4/30分類的IP地址1B2B3B王道考研/21特殊IP地址NetID網(wǎng)絡號HostID主機 號作為IP分組 源地址作為IP分組目 的地址用途全0全0可以不可以本網(wǎng)范圍內(nèi)表示主機，路由表中用于表示默認路由

7、（表示整個Internet網(wǎng)絡）全0特定值可以不可以表示本網(wǎng)內(nèi)某個特定主機全1全1不可以可以本網(wǎng)廣播地址（路由器不轉發(fā)）特定值全0不可以不可以網(wǎng)絡地址，表示一個網(wǎng)絡特定值全1不可以可以直接廣播地址，對特定網(wǎng)絡上的所有主機進行廣播127任何數(shù)（非全0/1）可以可以用于本地軟件環(huán)回測試，稱為環(huán)回地址22王道考研/112021/4/30私有IP地址地址類別地址范圍網(wǎng)段個數(shù)A類551B類5516C類5525623分類的IP地址1B2B3B n n $n A27-21126224-2B214-1128.1191.255216-2C221-1192.0.1223.255.25528-224王道考研/12王

8、道考研/2021/4/30本節(jié)內(nèi)容網(wǎng)絡地址轉換（NAT）王道考研/25私有IP地址地址類別地址范圍網(wǎng)段個數(shù)A類551B類5516C類55256路由器對目的地址是私有IP地址的數(shù)據(jù)報一律不進行轉發(fā)。26王道考研/132021/4/30網(wǎng)絡地址轉換NAT因特網(wǎng)NAT轉換表WAN端LAN端：40001：30000 端口號：40002：30001全球IP地址網(wǎng)絡地址轉換NAT（Network Address Translation）：在專用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件，安裝了NAT軟件的路由器叫NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球IP地址。BNAT路由器專用網(wǎng) A2

9、7本節(jié)內(nèi)容子網(wǎng)劃分 與子網(wǎng)掩碼王道考研/1428王道考研/2021/4/30子網(wǎng)劃分。2.兩級IP地址不夠靈活。分類的IP地址的弱點：1.IP地址空間的利用率有時很低1B2B3B29子網(wǎng)劃分網(wǎng)絡號主機號網(wǎng)絡號兩級IP地址三級IP地址某單位劃分子網(wǎng)后，對外仍表現(xiàn)為一個網(wǎng)絡，即 本單位外的網(wǎng)絡看不見本單位內(nèi)子網(wǎng)的劃分。子網(wǎng)號能否全0全1要看情況子網(wǎng)號主機號主機號不能全0全130王道考研/15王道考研/2021/4/30子網(wǎng)劃分3 546子網(wǎng)子網(wǎng)子網(wǎng)0101所有到達的分 組都能到達此路由器網(wǎng)絡B類IP地址31子網(wǎng)掩碼14513310111111111111111100000000

10、00000000兩級IP地址兩級IP地址 的子網(wǎng)掩碼三級IP地址14513103三級IP地址 的子網(wǎng)掩碼00000000子網(wǎng)的網(wǎng)絡地址0145133111111111111111111111111子網(wǎng)掩碼與IP地址逐位相與，就得到子網(wǎng)網(wǎng)絡地址。32王道考研/16王道考研/2021/4/301000000011000000111000001111000011111000111111001111111011111111128192224240248252254255子網(wǎng)掩碼習題已知IP地址是4，子網(wǎng)掩碼是，求網(wǎng)絡地址。 如果子網(wǎng)掩碼是，求網(wǎng)絡地址。33子網(wǎng)掩碼習題某主機的IP地址為5，子網(wǎng)掩碼為。

11、若該主機向其所在子網(wǎng)發(fā)送廣播分組，則目的 地址可以是（ ）.A. B. 55 C. 55 D. 55王道考研/1734王道考研/2021/4/303 546子網(wǎng)子網(wǎng)子網(wǎng)網(wǎng)絡子網(wǎng)掩碼1 0101使用子網(wǎng)時分組的轉發(fā)子網(wǎng)掩碼1 子網(wǎng)掩碼1子網(wǎng)掩碼1路由表中：目的網(wǎng)絡地址目的網(wǎng)絡子網(wǎng)掩碼下一跳地址路由器轉發(fā)分組的算法：提取目的IP地址是否直接交付特定主機路由檢測路由表中有無路徑5.默認路由 6.丟棄，報告轉發(fā)分組出錯35本節(jié)內(nèi)容無分類編址CIDR王道考研/1836王道考研/2021/4/30無分類編址CIDRB類地址很快將分配

12、完畢！路由表中的項目急劇增長！網(wǎng)絡號主機號網(wǎng)絡號子網(wǎng)號主機號網(wǎng)絡前綴主機號37無分類編址CIDR網(wǎng)絡號主機號網(wǎng)絡號網(wǎng)絡前綴主機號CIDR記法：IP地址后加上“/”，然后寫上網(wǎng)絡前綴（可 以任意長度）的位數(shù)。 e.g. /20無分類域間路由選擇CIDR：1.消除了傳統(tǒng)的A類，B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念。2.融合子網(wǎng)地址與子網(wǎng)掩碼，方便子網(wǎng)劃分。CIDR把網(wǎng)絡前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成一個 “CIDR地址塊”。/20是某CIDR地址塊中的一個地址子網(wǎng)號主機號“/20地址塊”二進制：10000000 00001110 00100011 00000111最小地址：10000000 00001

13、110 00100000 00000000最大地址：10000000 00001110 00101111 1111111155地址塊：/20地址掩碼（子網(wǎng)掩碼）：11111111 11111111 11110000 0000000038王道考研/192021/4/30無分類編址CIDR2/27王道考研/39構成超網(wǎng)將多個子網(wǎng)聚合成一個較大的子網(wǎng)，叫做構成超網(wǎng)，或路由聚合。 方法：將網(wǎng)絡前綴縮短（所有網(wǎng)絡地址取交集）。網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2接口a接口a劃分子網(wǎng)是少多 構成超網(wǎng)是多少網(wǎng)絡1+2合體接口a4020王道考研/2021/4/30構成超網(wǎng)某路由表中有轉發(fā)接口相同的4條路由表項，

14、其目的網(wǎng)絡地址分別為/21、/21、 /21、 /21，將該4條路由聚合后的目的網(wǎng)絡地址為（）。A/19 C/19B/20 D/20/2100100000/2100101000/2100110000/210011100041最長前綴匹配使用CIDR時，查找路由表可能得到幾個匹配結果（跟網(wǎng)絡掩碼按位相與），應選擇具有最長網(wǎng)絡前綴的路由。 前綴越長，地址塊越小，路由越具體。鉨漎钀臔蓜钀/2228/25/25襮裌匫卌賒 317/1/82/241裌毈棛枆71：01000111130：1000001042王道考研/21王道考研/2021/

15、4/30 n /8R1/11R2/22R3/0R4最長前綴匹配使用CIDR時，查找路由表可能得到幾個匹配結果，應選擇具有最長網(wǎng)絡前綴的路由。前綴越長，地址塊越小， 路由越具體。路由器R0的路由表見下表：若進入路由器R0的分組的目的地址為，請問該分組 應該被轉發(fā)到哪一個下一跳路由器（）。AR1 CR3BR2 DR443本節(jié)內(nèi)容ARP協(xié)議王道考研/2244王道考研/2021/4/30發(fā)送數(shù)據(jù)的過程集線器交換機交換機1 2345數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層傳輸層應用層1231IP1 IP3IP3MAC1MAC3FCS 1IP1ARP高速緩存（IP地址與MAC地址的映射）IP1IP3

16、MAC1FF-FF-FF-FF-FF-FF廣播ARP請求分組單播ARP響應分組IP3MAC345發(fā)送數(shù)據(jù)的過程集線器交換機交換機1 2345數(shù)據(jù)鏈路層物理層網(wǎng)絡層傳輸層應用層1231IP1 IP5IP5MAC1MAC6FCS 1 IP1ARP高速緩存（IP地址與MAC地址的映射）默認網(wǎng)關IP6IP1IP6MAC1FF-FF-FF-FF-FF-FF廣播ARP請求分組單播ARP響應分組IP6MAC6MAC6MAC7MAC8IP1 IP5 MAC7MAC8MAC9IP1 IP5 MAC9MAC546王道考研/23王道考研/2021/4/30。解決下一跳走哪的問題ARP協(xié)議由于在實際網(wǎng)絡的鏈路上傳送數(shù)

17、據(jù)幀時，最終必須使用MAC地址。ARP協(xié)議：完成主機或路由器IP地址到MAC地址的映射 ARP協(xié)議使用過程：檢查ARP高速緩存，有對應表項則寫入MAC幀，沒有則用目的MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF的幀封 裝并廣播ARP請求分組，同一局域網(wǎng)中所有主機都能收到該請求。目的主機收到請求后就會向源 主機單播一個ARP響應分組，源主機收到后將此映射寫入ARP緩存（10-20min更新一次）。ARP協(xié)議4種典型情況：主機A發(fā)給本網(wǎng)絡上的主機B：用ARP找到主機B的硬件地址；主機A發(fā)給另一網(wǎng)絡上的主機B：用ARP找到本網(wǎng)絡上一個路由器（網(wǎng)關）的硬件地址；路由器發(fā)給本網(wǎng)絡的主機A：用ARP找到

18、主機A的硬件地址；路由器發(fā)給另一網(wǎng)絡的主機B：用ARP找到本網(wǎng)絡上的一個路由器的硬件地址。王道考研/47ARP協(xié)議解決下一跳走哪的問題24ARP協(xié)議習題主機發(fā)送IP數(shù)據(jù)報給主機B，經(jīng)過了5個路由器，請問此過程總共使用了幾次ARP協(xié)議？王道考研/482021/4/30本節(jié)內(nèi)容DHCP協(xié)議王道考研/49DHCP服務器DHCP服務器交換機主機如何獲得IP地址？IP地址 子網(wǎng)掩碼 默認網(wǎng)關王道考研/25502021/4/30DHCP服務器DHCP服務器交換機DHCP協(xié)議動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP是應用層協(xié)議，使用客戶/服務器方式，客戶端和服務端通過廣播方式進行交互，基于UDP。DHCP提供即插即用聯(lián)網(wǎng)的

19、機制，主機可以從服務器動態(tài)獲取IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關、DNS服務器名稱與IP地址， 允許地址重用，支持移動用戶加入網(wǎng)絡，支持在用地址續(xù)租。主機廣播DHCP發(fā)現(xiàn)報文“有沒有DHCP服務器呀？” 試圖找到網(wǎng)絡中的服務器，服務器獲得一個IP地址。DHCP服務器廣播DHCP提供報文 “有！”“有！”“有！” 服務器擬分配給主機一個IP地址及相關配置，先到先得。主機廣播DHCP請求報文“我用你給我的IP地址啦？” 主機向服務器請求提供IP地址。DHCP服務器廣播DHCP確認報文 “用吧！” 正式將IP地址分配給主機。王道考研/51本節(jié)內(nèi)容ICMP協(xié)議王道考研/26522021/4/30TCP/IP

20、協(xié)議棧HTTPFTPDNSTCPUDPICMPIGMPIPARP數(shù)據(jù)鏈路層物理層53網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMPICMP協(xié)議支持主機或路由器：差錯（或異常）報告網(wǎng)絡探詢發(fā)送特定ICMP報文首 部ICMP 報文0數(shù) 據(jù) 部 分81631前 4 個字節(jié) 都是一樣的類型代碼檢驗和（這 4 個字節(jié)取決于ICMP 報文的類型）ICMP 的數(shù)據(jù)部分（長度取決于類型）5427為了更有效地轉發(fā)IP數(shù)據(jù)報和提高交付成功的機會王道考研/IP 數(shù)據(jù)報王道考研/2021/4/30ICMP差錯報告報文（5種）終點不可達：當路由器或主機不能交付數(shù)據(jù)報時就向源點發(fā)送終點不可達報文。無法交付源點抑制：當路由器或主機由于擁塞而丟棄

21、數(shù)據(jù)報時，就向源點發(fā)送源點抑制報文，使源點知道應當把數(shù)據(jù)報的發(fā)送速率放慢。擁塞丟數(shù)據(jù)時間超過：當路由器收到生存時間TTL=0的數(shù)據(jù)報時，除丟棄該數(shù)據(jù)報外，還要向源點發(fā)送時間超過報文。當 終點在預先規(guī)定的時間內(nèi)不能收到一個數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報片時，就把已收到的數(shù)據(jù)報片都丟棄，并向源點發(fā) 送時間超過報文。 TTL=0參數(shù)問題：當路由器或目的主機收到的數(shù)據(jù)報的首部中有的字段的值不正確時，就丟棄該數(shù)據(jù)報，并向源點發(fā) 送參數(shù)問題報文。 首部字段有問題改變路由（重定向）：路由器把改變路由報文發(fā)送給主機，讓主機知道下次應將數(shù)據(jù)報發(fā)送給另外的路由器（可通過更好的路由）。 值得更好的路由王道考研/55ICMP差錯

22、報告報文數(shù)據(jù)字段IP 數(shù)據(jù)報收到的IP 數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報 首部8字節(jié)ICMP 差錯報告報文裝入 ICMP 報文的 IP 數(shù)據(jù)報ICMP 的前 8 字節(jié)IP 數(shù)據(jù)報 首部8字節(jié)首部ICMP 差錯報告報文IP 數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)字段5628王道考研/2021/4/30不應發(fā)送ICMP差錯報文的情況對ICMP差錯報告報文不再發(fā)送ICMP差錯報告報文。對第一個分片的數(shù)據(jù)報片的所有后續(xù)數(shù)據(jù)報片都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。對具有組播地址的數(shù)據(jù)報都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。對具有特殊地址（如或）的數(shù)據(jù)報不發(fā)送ICMP差錯報告報文。王道考研/57ICMP詢問報文回送請求和回答報

23、文主機或路由器向特定目的主機發(fā)出的詢問，收到此報文的主機必須給源主機或路由 器發(fā)送ICMP回送回答報文。測試目的站是否可達以及了解其相關狀態(tài)。時間戳請求和回答報文 請某個主機或路由器回答當前的日期和時間。用來進行時鐘同步和測量時間。掩碼地址請求和回答報文路由器詢問和通告報文王道考研/29582021/4/30ICMP的應用PING測試兩個主機之間的連通性，使用了ICMP回送請求和回答報文。Traceroute跟蹤一個分組從源點到終點的路徑，使用了ICMP時間超過差錯報告報文。59本節(jié)內(nèi)容IPv6王道考研/3060王道考研/2021/4/30為什么有IPv6？32位IPv4地址空間已分配殆盡治標

24、不治本從根本上解決地址耗盡問題CIDRNATIPv6改進首部格式快速處理/轉發(fā)數(shù)據(jù)報 支持QoSQoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）指 一個網(wǎng)絡能夠利用各種基礎技術，為指 定的網(wǎng)絡通信提供更好的服務能力, 是 網(wǎng)絡的一種安全機制， 是用來解決網(wǎng) 絡延遲和阻塞等問題的一種技術。61IPv6數(shù)據(jù)報格式基本首部擴展 首部 1首部N數(shù)據(jù)部分選項40 字節(jié)不超過 65535 字節(jié)擴展發(fā)送在前IPv6 數(shù)據(jù)報有效載荷固定40B基本首部路由器處不能分片62王道考研/31王道考研/2021/4/300431版本位下一個首部流標簽12優(yōu)先級源 地 址（128 位）目 的 地 址（128 位）

25、有 效 載 荷 長 度跳數(shù)限制IPv6數(shù)據(jù)報格式1624有效載荷（擴展首部/ 數(shù)據(jù)）IPv6 的 基本首部（40 B）IPv6 的 有效載荷（至 64 KB）指明了協(xié)議版本，總是6。 區(qū)分數(shù)據(jù)報的類別和優(yōu)先級?！傲鳌笔腔ヂ?lián)網(wǎng)絡上從特定 源點到特定終點的一系列數(shù) 據(jù)報。所有屬于同一個流的 數(shù)據(jù)報都具有同樣的流標簽。標識下一個擴展首部或上層 協(xié)議首部。相當于IPv4的TTL。63IPv6和IPv4IPv6將地址從32位（4B）擴大到128位（16B），更大的地址空間。IPv6將IPv4的校驗和字段徹底移除，以減少每跳的處理時間。IPv6將IPv4的可選字段移出首部，變成了擴展首部，成為靈活的首部格式，路由器通常不對擴展首部進行檢查， 大大提高了路由器的處理效率。IPv6支持即插即用（即自動配置），