最新年计算机网络考研辅导讲座网络层上PPT课件.ppt

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1、年计算机网络考研辅导讲座年计算机网络考研辅导讲座网络层上网络层上网络层大纲考查范围知识点归纳2.路由与转发路由与转发q“转发转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的就是路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。数据报从合适的端口转发出去。q“路路由由选选择择”(routing)则则是是按按照照分分布布式式算算法法，根根据据从从各各相相邻邻路路由由器器得得到到的的关关于于网网络络拓拓扑扑的的变变化化情情况况，动动态态地地改改变变所所选择的路由。选择的路由。q路路由由表表是是根根据据路路由由选选择择算算法法得得出出的的。而而转转发发表表是是从从路路由由表表得出的。得

2、出的。q在在讨讨论论路路由由选选择择原原理理时时，往往往往不不区区分分转转发发表表和和路路由由表表的的区区别，而是笼统地使用路由表这一名词。别，而是笼统地使用路由表这一名词。知识点归纳3.拥塞控制拥塞控制 当大量的分组进入通信子网，当大量的分组进入通信子网，超出了网络的处理能力超出了网络的处理能力时，时，就会引起就会引起网络局部或整体性能下降网络局部或整体性能下降，这种现象称为拥塞。，这种现象称为拥塞。拥塞常常使问题趋于恶化。拥塞常常使问题趋于恶化。q引起拥塞的原因引起拥塞的原因节点存储量不够节点存储量不够、CPU处理速度太慢处理速度太慢、线路带宽太低等线路带宽太低等q出现资源拥塞的条件出现资

3、源拥塞的条件对资源需求的总和对资源需求的总和可用资源可用资源q拥塞控制拥塞控制 从各个方面对子网加以控制，规范所有主机和路由从各个方面对子网加以控制，规范所有主机和路由器的行为，尽量消除任何可能导致子网通信能力下降的器的行为，尽量消除任何可能导致子网通信能力下降的因素，确保子网的正常运行。因素，确保子网的正常运行。拥塞控制与流量控制q区别区别流量控制流量控制只在只在一对一对给定的给定的发送方和接收方之间发送方和接收方之间，控制发，控制发送方不以超过接收方处理能力的速送方不以超过接收方处理能力的速率率发送数据。发送数据。拥塞控制拥塞控制是一个是一个全局性全局性的过程，涉及到的过程，涉及到网络中网

4、络中所有的所有的主主机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所机、所有的路由器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。有因素。q联系联系 流量控制限制了进入网络中的信息总量，可以在一流量控制限制了进入网络中的信息总量，可以在一定程度上减缓拥塞的作用。定程度上减缓拥塞的作用。拥塞控制策略拥塞控制策略q策略一策略一：开环控制方法：开环控制方法。重在重在预防预防，希望通过完美的设计来避免拥塞的发生。希望通过完美的设计来避免拥塞的发生。需精心设计网络的各个环节，尽可能减少不必要的数需精心设计网络的各个环节，尽可能减少不必要的数据重传和避免数据过分集中在某个局部，同时还要严格控据重传和避免数据过分

5、集中在某个局部，同时还要严格控制进入子网的数据量以及数据流入的速度。制进入子网的数据量以及数据流入的速度。q策略二：策略二：闭环控制方法闭环控制方法。重在重在解决解决，在拥塞发生后设法控制和缓解拥塞。，在拥塞发生后设法控制和缓解拥塞。需监视拥塞的发生，网络中要定期收集一些性能参数，需监视拥塞的发生，网络中要定期收集一些性能参数，一旦参数值超过一定的门限，检测到拥塞的一旦参数值超过一定的门限，检测到拥塞的结结点立即通知点立即通知有关有关结结点，以便采取措施。点，以便采取措施。知识点归纳（二）路由算法（二）路由算法 1.1.静态路由与动态路由静态路由与动态路由从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适

6、应地进行从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，分为两大类：调整变化来划分，分为两大类：静态路由选择策略静态路由选择策略(非自适应路由选择非自适应路由选择)动态路由选择策略动态路由选择策略(自适应路由选择自适应路由选择)路由算法路由算法知识点归纳q静态路由算法静态路由算法预预先先计计算算好好路路由由表表，在在系系统统启启动动时时装装入入路路由由器器，在在运运行行过过程程中中保保持持不变。不变。不能适应网络拓扑和流量的变化，出现故障时必须人工干预。不能适应网络拓扑和流量的变化，出现故障时必须人工干预。实现简单，适合于负载稳定、变化不大的环境。实现简单，适合于负载稳定、变化不

7、大的环境。q动态路由算法动态路由算法根据当前网络流量和拓扑来选择最佳路径。根据当前网络流量和拓扑来选择最佳路径。算法灵活、强壮。某一节点发生故障时，可绕过该节点，平衡负载。算法灵活、强壮。某一节点发生故障时，可绕过该节点，平衡负载。算法复杂，实现难度大。算法复杂，实现难度大。各路由器之间定期交换路由信息，增加了网络负担。各路由器之间定期交换路由信息，增加了网络负担。知识点归纳2.距离矢量路由选择距离矢量路由选择(DV)算法算法v方法方法每隔一段时间，每个节点就向它的所有相邻节点发送一个有关全网的距离列表(即距离矢量)。各节点依据当前相邻节点的情况来修改更新自己的路由表。v距离的计算距离的计算可

8、以为距目的节点的站的段数(hops)、时间等距离矢量的路由协议距离矢量的路由协议距离矢量的路由协议距离矢量的路由协议定期将路由表复制给相邻的路由器，并且进行矢量计定期将路由表复制给相邻的路由器，并且进行矢量计算、更新路由表算、更新路由表C CD DB BA AC CB BA AD DRoutingTableRoutingTableRoutingTableRoutingTableDistanceHowfarVectorInwhichdirection各路由器从自己直接相连的网络收集到最原始的源信息各路由器从自己直接相连的网络收集到最原始的源信息A AB BC C10.1.0.010.2.0.01

9、0.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S0E0RoutingTable10.2.0.010.3.0.000S0S1RoutingTable10.3.0.0S0010.4.0.0E00RoutingTable10.1.0.010.2.0.0E0S000距离矢量距离矢量源信息的获得源信息的获得路由器从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标地址路由器从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标地址的最佳路径。的最佳路径。A AB BC C10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S0E0RoutingTable10.1.0.010.2.0.010.3.0.0

10、RoutingTable10.2.0.010.3.0.010.4.0.010.1.0.00011S0S1S1S0RoutingTable10.3.0.0S0010.4.0.0E0010.2.0.0S01E0S0S0100距离矢量距离矢量源信息的获得源信息的获得距离矢量距离矢量源信息的获得源信息的获得路由器继续从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标路由器继续从相邻路由器收集到的源信息中选择到达目标地址的最佳路径。地址的最佳路径。A AB BC C10.1.0.010.2.0.010.3.0.010.4.0.0E0S0S0S1S0E0RoutingTable10.1.0.010.2.0.010.

11、3.0.010.4.0.0RoutingTable10.2.0.010.3.0.010.4.0.010.1.0.00011S0S1S1S0RoutingTable10.3.0.0S0010.4.0.0E0010.2.0.0S010.1.0.0S012E0S0S0S01200一步一步完成的路由表更新过程一步一步完成的路由表更新过程路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成A A更新路由表更新路由表网络结构的网络结构的网络结构的网络结构的改变将导致改变将导致改变将导致改变将导致路由表的路由表的路由表的路由表的更新更新更新更新一步一步完成的路由表更新

12、过程一步一步完成的路由表更新过程路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成A A更新路由表更新路由表在下一个周期后在下一个周期后路由器路由器A发送更新发送更新过的路由表过的路由表网络结构的网络结构的网络结构的网络结构的改变将导致改变将导致改变将导致改变将导致路由表的路由表的路由表的路由表的更新更新更新更新一步一步完成的路由表更新过程一步一步完成的路由表更新过程路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成路由表的更新过程将通过路由器之间一步一步来完成A AB B更新路由表更新路由表更新路由表更新路由表网络结构的网络结构的网络结构的网络结构的改变

13、将导致改变将导致改变将导致改变将导致路由表的路由表的路由表的路由表的更新更新更新更新在下一个周期后在下一个周期后路由器路由器A发送更新发送更新过的路由表过的路由表DV算法的收敛性问题(a)节点启动时 (b)A-B的链路失效时各结点到结点各结点到结点A的距离的距离XDV算法的优缺点q优点优点实现简单，开销较小实现简单，开销较小q缺点缺点v收敛较慢收敛较慢，网络远端的变化只有经过相邻点的多次，网络远端的变化只有经过相邻点的多次传递才能逐渐反映出来传递才能逐渐反映出来v好消息传播得快，坏消息传播得慢好消息传播得快，坏消息传播得慢。网络出故障的。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间传播时间往往需要较

14、长的时间v路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，随着网络规模的扩大，开销也就增加。表，随着网络规模的扩大，开销也就增加。v一般一般只用于规模不大的局域网只用于规模不大的局域网链路状态路由选择算法3.链路状态路由选择链路状态路由选择(LS)算法算法特点特点各结点各结点向全网其它向全网其它节点发送该节点同节点发送该节点同相邻相邻节点的链路节点的链路状态信息状态信息基本思想基本思想通过各个节点之间的路由信息交换通过各个节点之间的路由信息交换每个节点可获得关于全网的拓扑信息，得知网中所有每个节点可获得关于全网的拓扑信息，得知网中所有的节点、各节点间

15、的链路连接和各条链路的代价的节点、各节点间的链路连接和各条链路的代价.将这些拓扑信息抽象成一张带权无向图，然后利用最将这些拓扑信息抽象成一张带权无向图，然后利用最短通路路由选择算法计算出到各个目的节点最短通路。短通路路由选择算法计算出到各个目的节点最短通路。链路状态链路状态路由选择算法路由选择算法LSA（link state advertisement)数据包链路状态公告 传递自己的链路状态信息给其它的路由器SPF运算运算拓扑结构数据拓扑结构数据最佳路由信息最佳路由信息路由表路由表C CA AD DB BLSP使用dijkstra算法进行SPF运算LS算法的步骤1.了解相邻节点了解相邻节点方法

16、：发送询问分组每个节点启动后，向同它相连的线路上发送一个特殊的询问分组，链路另一端的节点收到该分组后进行响应，返回其网络地址。2.确定链路代价确定链路代价方法：发送回声分组节点在链路上发送一个特殊的ECHO分组另一端以最快的速度返回。发送节点将往返时间除以2即得到该链路的延迟时间。可取多次结果的平均值。LS算法的步骤（续）3.构造链路状态分组构造链路状态分组链路状态分组包括：源节点的网络地址、分组的序列号、寿命、相邻节点的网络地址和去往该节点的链路代价。(a)网络拓扑网络拓扑(b)链路状态分组链路状态分组LS算法的步骤（续）构造该分组的时机不能太快，过于增加网络负载；不能太慢，不能反映网络拓朴

17、的变化。有两种方法定期产生链路状态分组，如30秒。在探测到网络连接或链路代价改变之后，才产生。4.发送链路状态分组发送链路状态分组采用洪泛法进行发送，保证网络上所有结点都能收到链路状态分组。每一结点收到一个链路状态分组后，复制多份，向所有的其他端口发送出去。LS算法的步骤（续）5.计算新的路由计算新的路由构造反映网络拓扑的带权图使用SPF最短通路路由选择算法(dijkstra)计算路由，然后更新路由表qLSP的优点的优点链路状态数据库更新较快，因而收敛快。链路状态数据库更新较快，因而收敛快。能适用于规模很大的自治系统中能适用于规模很大的自治系统中链路状态信息量小，可减少路由信息的通信量链路状态

18、信息量小，可减少路由信息的通信量qLSP的缺点的缺点当网络规模大，链路状态数据库大，需较大的存储空间，计当网络规模大，链路状态数据库大，需较大的存储空间，计算最佳路由需较长时间。算最佳路由需较长时间。比距离矢量算法复杂比距离矢量算法复杂知识点归纳4.4.层次路由层次路由自治系统自治系统AS的概念：的概念：v将整个互联网划分为许多较小的将整个互联网划分为许多较小的自治系统自治系统(AS)。v一一个个自自治治系系统统是是一一个个互互联联网网，其其最最重重要要的的特特点点就就是是自自治治系系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。v一一个个自

19、自治治系系统统内内的的所所有有网网络络都都属属于于一一个个行行政政单单位位(例例如如，一一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来来管辖管辖。v一一个个自自治治系系统统的的所所有有路路由由器器在在本本自自治治系系统统内内都都必必须须是是连连通通的。的。层次路由qIGP(InteriorGatewayProtocol)即即在在一一个个自自治治系系统统内内部部使使用用的的路路由由选选择择协协议议。目目前前这这类类路路由由选选择择协协议议使使用用得得最最多多，如如RIP和和OSPF协议。协议。qEGP(ExternalGatewayProtocol)若若源源站

20、站和和目目的的站站处处在在不不同同的的自自治治系系统统中中，当当数数据据报报传传到到一一个个自自治治系系统统的的边边界界时时，就就需需要要使使用用一一种种协协议议将将路路由由选选择择信信息息传传递递到到另另一一个个自自治治系系统统中中。这这样样的的协协议议就就是是外外部部网网关关协协议议EGP。在在外外部部网网关关协协议中目前使用最多的是议中目前使用最多的是BGP-4。知识点归纳(三三)IPv4IPv4 IPv4IPv4分组原则分组原则，是一种分等级的地址结构。，是一种分等级的地址结构。IPv4IPv4地址与地址与NATNAT，掌握地址转换的必要性和原理。掌握地址转换的必要性和原理。子网划分与

21、子网掩码子网划分与子网掩码的基本思路和具体实践中的注意事项。的基本思路和具体实践中的注意事项。CIDRCIDR的概念和作用的概念和作用，消除了传统的，消除了传统的 A A 类、类、B B 类和类和 C C 类地类地址以及划分子网的概念，有效地分配址以及划分子网的概念，有效地分配 IPv4 IPv4 的地址空间。的地址空间。知识点归纳q从概念上说，从概念上说，IPIP地址的层次结构具有两个重要特性：地址的层次结构具有两个重要特性：l l每台主机分配了一个唯一的地址。每台主机分配了一个唯一的地址。l l网络标识号的分配必须全球统一，但主机标识号可由本地分配。网络标识号的分配必须全球统一，但主机标识

22、号可由本地分配。IPIP地地址址有有不不同同的的版版本本：IPv4IPv4、IPv6IPv6。现现以以当当前前因因特特网网使使用用的的IPv4(IPv4(第第4 4版版本本)为为例例说说明明IPIP编编址址，因因特特网网(IPIP网网)为为每每台台主主机机分分配配一一个个唯唯一一的的4 4字字节节(32(32比比特特)IPIP地地址址。为为了了便便于于管管理理，把把这这3232位位地地址址按按分分级级地地址址空空间间的的树树形形表表示示法法分分为为两两个个部部分分：网网络络号号和和主主机机号号(net-idnet-id，host-id)host-id)。主主机机号号为为全全0 0的的网络地址定

23、义为网络号，它标识因特网上的唯一网络。网络地址定义为网络号，它标识因特网上的唯一网络。4 4字字节节的的IPIP地地址址，采采用用“点点分分十十进进制制”的的方方法法来来表表示示，例例如如，202.119.224.93202.119.224.93。由由于于每每个个字字节节为为8 8比比特特，所所以以每每个个十十进进制制数数只只允允许许在在0-0-255255范范围围内内。根根据据因因特特网网上上的的网网络络规规模模，IPIP地地址址可可分分为为A A类类、B B类类、C C类类、D D类类和和E E类类。判判断断一一个个IPIP地地址址是是何何类类地地址址，要要看看4 4字字节节中中的的第第一

24、一字字节节：若若1-1-126126属属A A类类网网址址，128-191128-191属属B B类类网网址址，192-223192-223属属C C类类网网址址，224-239224-239属属D D类类网网址。址。240240以上以上为为E E类地址，暂未使用。类地址，暂未使用。知识点归纳(1)(1)A A类类网网：网网络络号号为为1 1字字节节，定定义义最最高高比比特特为为0 0，为为A A类类网网识识别别符符，余余下下7 7比比特特为为网网络络号号，主主机机号号则则可可有有2424比比特特编编址址。可可见见A A类类网网支支持持大大型型网网络络，可可用用网网络络号号为为126126个个

25、，每每个个A A类类网网可可含含2 22424-2=16777216-2=16777216-2=167772142=16777214个个可可用用主主机机号号。比比如如，IPIP地地址址为为15.1.2.2515.1.2.25，是是A A类类网网，其网络号为其网络号为1515，主机号为，主机号为1.2.251.2.25。(2)(2)B B类类网网：网网络络号号为为2 2字字节节，定定义义最最高高二二比比特特为为1010，为为B B类类网网识识别别符符，余余下下1414比比特特为为网网络络号号，主主机机号号则则可可有有1616比比特特编编址址。B B类类网网是是中中型型网网络络，可可用用网网络络号

26、号为为2 21414-1=-1=16384-1=1638316384-1=16383个个，每每个个B B类类网网可可含含2 21616-2=65534-2=65534个可用主机号。个可用主机号。(3)(3)C C类类网网：网网络络号号为为3 3字字节节，定定义义最最高高三三比比特特为为110110，为为C C类类网网识识别别符符，余余下下2121比比特特为为网网络络号号，主主机机号号仅仅有有8 8比比特特编编址址。C C类类网网是是小小型型网网络络，可可用用网网络络号号为为2 22121-1=-1=20971512097151个个，每每个个C C类类网网可可含含2 28 8-2=254-2=2

27、54个可用主机号。个可用主机号。(4)(4)D D类类网网：不不分分网网络络号号和和主主机机号号，定定义义最最高高四四比比特特为为11101110，为为D D类类网网址址识识别别符符，表表示示一一个个多多播播地地址址，即即多多目目的的地地传传输输，可可用用来来识识别别一组主机。一组主机。知识点归纳q保留的保留的IP地址：地址：00.0000.000000 .00000000 .000011.1111.11 1111 .11111111 .1111本网中的本主机本网中的本主机本网中的某个主机本网中的某个主机本网中的广播地址本网中的广播地址对指定网络的广播对指定网络的广播本地软件回环测试本地软件回

28、环测试00.0000.00主主 机机 号号1111 .11111111 .1111网络号网络号127127任任 意意 值值以下这些以下这些 IP地址具有特殊的含义地址具有特殊的含义:一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。0000 .00000000 .0000网络号网络号指定网络的地址指定网络的地址理解 IP 数据报格式中的每个字段固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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）比特首部

29、长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报首部知识点归纳q做题时，注意在做题时，注意在IPIP头中，首部长度以双字头中，首部长度以双字(4(4字节字节)为单位，总长度以字为单位，总长度以字节为单位，片偏移以节为单位，片偏移以8 8字节为单位。字节为单位。TTL为通过网络中间路由器的次数，为通过网络中间路由器的次数，不是秒数。不是秒数。q掌握掌握IPIP分组分片的过程；分组分片的过程；q掌握校验和在发送方计算、接收方校验的过程；掌握校验和在发送方计算、接收方校验的过程；qARP协议是解决协议是解决同一个局域网上的同一个局域网上的主机或路由器的

30、主机或路由器的 IP IP 地址和硬件地地址和硬件地址的映射问题。址的映射问题。qDHCP协议透过协议透过 “租约租约”的概念，有效且动态地分配客户端的的概念，有效且动态地分配客户端的 TCP/IP 设定，包括设定，包括IP地址，子网掩码，网关，地址，子网掩码，网关，DNS等。等。qICMP协议允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告协议允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告或进行测试。或进行测试。ICMP不是高层协议，而是不是高层协议，而是网络层的协议网络层的协议，传输时作为，传输时作为 IP数据报的数据，再加上数据报的首部，组成数据报的数据，再加上数据报的首部，组

31、成 IP 数据报发送出去，数据报发送出去，典型应用如典型应用如ping,tracert等，要能说出这两个典型命令的工作过程。等，要能说出这两个典型命令的工作过程。IP 数据报的分片与重组信包 K信包 K信包 K_1信包 K_2信包 K_3分片信包 K_1信包 K_2信包 K_3信包 K_1信包 K_2信包 K_3信包 K重组MTU大MTU小分组分片最大传输单元（最大传输单元（MTU）的定义的定义各物理网络对各物理网络对帧的数据字段最大字节数帧的数据字段最大字节数限制限制由网络硬件决定由网络硬件决定(如典型的以太网时，如典型的以太网时，MTU=1500)数据封装提出的问题数据封装提出的问题(IP

32、分组用帧封装分组用帧封装)适应不同适应不同MTU的解决方案的解决方案(由于以太网的普遍应用，由于以太网的普遍应用，实际实际IP分组很少超分组很少超1500字节，有时起始字节，有时起始IP分组还被限分组还被限制在制在576字节字节X.25的的MTU，设置该值后，绝大多设置该值后，绝大多数链路便不需分片数链路便不需分片)在何处实行分片在何处实行分片(路径的中间结点上，若下一链路的路径的中间结点上，若下一链路的MTU小于小于IP分组长度时分组长度时)分片方法分片方法,用用IP分组头中的分组头中的3个字段：个字段：Identification，Flags(DF=dontFragment、MF=More

33、Fragment)，Fragmentoffset在何处实行分片？R1R2网络网络2MTU=620网络网络1MTU=1420网络网络3MTU=1500主机主机A主机主机B实行分片实行分片无须分片无须分片从大到小从大到小从小到大从小到大如何分片？DataIP_H主机主机A201400BytesR1FraH1Fragment1FraH2FraH3Fragment2Frag320600片片1偏移（偏移（offset）=0，MF1片片2偏移（偏移（offset）=600/8，MF1片片3偏移（偏移（offset）=1200/8，MF0片头片头(复制原复制原IP头头,还需改还需改写有关字段写有关字段）MT

34、U=1420MTU=620MTU（IP信包）信包）:帧帧200分片标识号继承原分片标识号继承原IP分组标识号分组标识号44偏移=0/8=0DF=0，MF=1偏移=1400/8=175DF=0，MF=1偏移=2800/8=350DF=0，MF=0140028003799279913993799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 314002800字节 0IP 分片举例(若前一网络MTU=3820，下一网络MTU=1420)偏移=0/8=0数据报中的 Protocol 字段运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF

35、数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程1-ICMP,2-IGMP,6-TCP,17-UDP,89-OSPF校验和计算过程校验和计算过程发送端接收端16 bit字字 1 116 bit字字 2 2置为全 0检验和检验和16 bit字字 n n16 bit反码算术运算求和取反码IP 数据报16 bit检验和16 bit字字 1 116 bit字字 2 216 bit检验和检验和16 bit字字 n n16 bit反码算术运算求和16 bit结果取反码数据部分若结果为 0,则保留；否则，丢弃该数据报数据部分不参与 检验和的计算数据报首部应为全应为全1生成校验和计算举例IP

36、数据报首部计算过程：IP 地址与MAC硬件地址的关系 TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址 已知目的已知目的IP地址，在将地址，在将IP数据报送往下层封装成数据报送往下层封装成MAC帧时需帧时需要知道对应的目的硬件地址，此时需要在局域网上用要知道对应的目的硬件地址，此时需要在局域网上用ARP求解。求解。ARP 协议ARP请求请求(广播广播)、ARP响应响应(单播单播)ARP 高速缓存的作用 每一个主机都设有一个每一个主机都设有一个ARP高速缓存高速缓存(ARPcache)，里面里面有所在的局域网上的

37、各主机和路由器的有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地地址到硬件地址的映射表。每次址的映射表。每次ARP响应的结果会放在缓存中。响应的结果会放在缓存中。为为减减少少网网络络上上通通信信量量，主主机机A发发送送ARP请请求求分分组组时时，同同时时也也将将自自己己IP地地址址到到硬硬件件地地址址的的映映射射写写入入ARP请请求求分分组组，当当主主机机B收收到到时时会会将将该该地地址址映映射射写写入入主主机机B的的ARP缓缓存存中中。这对以后反过来主机这对以后反过来主机B向向A发送数据报时就更方便了。发送数据报时就更方便了。ARP对对高高速速缓缓存存每每一一映映射射地地址址项项设设置置了

38、了生生存存时时间间(1020分钟分钟)，凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。，凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。在在PC机机上上使使用用arpa命命令令可可检检查查本本机机当当前前ARP高高速速缓缓存内容。存内容。ARP应当注意的问题 ARP只只解解决决同同一一个个局局域域网网上上的的主主机机或或路路由由器器的的IP地地址址和和硬硬件件地地址的映射问题。址的映射问题。如如果果要要找找的的主主机机和和源源主主机机不不在在同同一一个个局局域域网网上上，那那么么就就要要通通过过ARP先先找找到到一一个个位位于于本本局局域域网网上上的的某某个个路路由由器器端端口口的的硬硬件件地地址址，然

39、然后后把把IP分分组组先先发发送送给给这这个个路路由由器器。而而这这个个路路由由器器把把IP分分组组转转发给下一个网络、剩下工作就由下一个网络来做。发给下一个网络、剩下工作就由下一个网络来做。从从IP地地址址到到硬硬件件地地址址的的解解析析是是自自动动进进行行的的，主主机机的的用用户户对对这这种种地地址址解解析析过过程程是是不不知知道道的的。只只要要主主机机或或路路由由器器要要和和本本网网络络上上的的另另一一个个已已知知IP地地址址的的主主机机或或路路由由器器进进行行通通信信，ARP协协议议就就会会自自动地将该动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址。地址解析为链路层所需要的硬件地址。HA

40、1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网 通信的路径：H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2 IP信包头：源IP=H1、目的IP=H2在各链路及路由器上皆一样，在各路由器及各段链路上信包头中的TTL值及头校验和要作修改 MAC帧头：IP信包封装在各链路上传送的MAC帧，其源、目的MAC地址不一样，每次都需要用ARP协议求解查找路由表查找路由表IP信包在各链路上封装到各信包在各链路上封装到各MAC帧中所用的帧中所用的MAC地址不一样地址不一样IP信包信包HA4HA5.IP信包信包HA1HA3.IP信包信包HA6HA2.

41、四种使用ARP协议的情况情况一：一台主机给同一网络中的另一台主机发送数据情况二：一台主机给其它网络中的主机发送数据。应先把数据发送给合适的路由器。情况三：一台路由器收到要发往其它网络的数据。数据应首先发送给合适的路由器。情况四：路由器收到发往同一网络某一主机的数据。DHCP(DynamicHostConfigurationProtocol)DHCP服务器2(最终未被选择)DHCP服务器1(最终被选择)DHCP客户机开始初始化DhcpRequestDhcpDiscover决定配置决定配置DhcpOfferDhcpOffer收集应答,选择配置,决定选择DhcpDiscoverDhcpRequest

42、托付配置DhcpAck初始化完成文雅关闭DhcpRelease丢弃租期此期间客户机可使用DHCP服务器1租给它的IP地址释放该IP地址后该IP又可租给其它请求客户以太头 IP头 UDP头 DHCP Discover报文 以太尾FFFFFFFFFFFF255.255.255.25568(DHCP客户机端口)67(DHCP服务器端口)网 110.0.0.0 网 440.0.0.0 网 330.0.0.0 网 220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳路由器的地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.

43、0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）将网络简化为一条链路路由表中的表项 路由表项主要字段：路由表项主要字段：目的网络目的网络、子网掩码、子网掩码、下一跳路由器下一跳路由器、经、经由接口由接口路由表表项的目的地址字段路由表表项的目的地址字段一般一般都都基于目的主机所在的基于目的主机所在的网络网络路由表表项

44、的目的地址字段也有例外，会对特定的目的主机指路由表表项的目的地址字段也有例外，会对特定的目的主机指明一个路由，这称为明一个路由，这称为特定主机路由特定主机路由采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由机路由默认路由默认路由，若匹配路由表中其它项都不匹配，则走默认路由指，若匹配路由表中其它项都不匹配，则走默认路由指明的路由。明的路由。若路由表项皆不匹配且无默认路由，则向源主机发出错的若路由表项皆不匹配且无默认路由，则向

45、源主机发出错的ICMP包。包。路由器分组转发算法(1)从从数数据据报报的的首首部部提提取取目目的的站站的的IP地地址址D,得得出出目目的的网网络地址为络地址为N。(2)若若网网络络N 与与此此路路由由器器直直接接相相连连，则则直直接接将将数数据据报报交交付付给目的站给目的站D；否则是否则是间接交付间接交付，执行，执行(3)。(3)若若路路由由表表中中有有目目的的地地址址为为D 的的特特定定主主机机路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表表中中所所指指明明的的下下一一跳跳路路由由器器；否否则则，执行执行(4)。(4)若若路路由由表表中中有有到到达达网网络络N 的的路路由由，则则将将数

46、数据据报报传传送送给给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5)若若路路由由表表中中有有一一个个默默认认路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表中所指明的默认路由器；否则，执行表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)向源结点发出一个向源结点发出一个ICMP包包报告转发分组出错报告转发分组出错。IP 地址划分子网网络号网络号net-id主机号主机号host-id两级两级IP地址地址网络号网络号net-idhost-id三级三级IP地址地址主机号主机号subnet-id子网号子网号子网掩码子网掩码因特网部分因特网部分本地部分本地部分因

47、特网部分因特网部分本地部分本地部分划分子网时划分子网时的网络地址的网络地址11111111111111111111111100000000net-idsubnet-idhost-id为全为全0(IP地址地址)AND(子网掩码子网掩码)=网络地址网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级两级IP地址地址网络号三级三级IP地址地址主机号net-idhost-idhost-idsubnet-idsubnet-id子网号子网掩码子网掩码因特网部分因特网部分本地部分本地部分因特网部分因特网部分本地部分本地部分划分子网时划分子网时的网络地址的网络地址1111111111111111111111

48、1100000000net-idsubnet-idhost-id为全为全0ANDnet-idnet-idhost-id为全为全0net-id网络地址网络地址A类类地地址址默认子网掩码默认子网掩码255.0.0.0网络地址网络地址B类类地地址址默认子网掩码默认子网掩码255.255.0.0网络地址网络地址C类类地地址址默认子网掩码默认子网掩码255.255.255.01111111111111111111111110000000000000000000000001111111111111111 00000000000000001111111100000000host-id为全为全0host-id

49、为全为全0A类、类、B类和类和C类类IP地址的地址的默认默认子网掩码子网掩码 网络 172.16.0.0不设子网的网络不设子网的网络172.16.0.0172.16.0.1 172.16.0.2 172.16.0.3.172.16.255.253 172.16.255.254 网络 172.16.0.0设置子网的网络设置子网的网络172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0子网规划举例Q:已分配了一个已分配了一个C类地址：类地址：201.222.5.0，假设需要，假设需要20个个子网，子网，每个子网有每个子网有5台台主机主机,试确定各子网地址和子网掩码。试确

50、定各子网地址和子网掩码。A:1）对对C类地址，要从最后类地址，要从最后8位中分出位中分出几位几位作为子网地址：作为子网地址：242025选择选择5位作为子网地址，共可提供位作为子网地址，共可提供30个子网地址。个子网地址。2）检查剩余的）检查剩余的位数位数能否满足每个子网中主机台数的要求：能否满足每个子网中主机台数的要求：235+2可以满足每子网可以满足每子网5台主机的要求。台主机的要求。3）11111000B=248子网掩码子网掩码为为255.255.255.248。4）子网地址子网地址可在可在8、16、24、32、240共共30个地址中个地址中任意选择任意选择20个。个。子网划分举例子网划