【教学课件】第9章Internet网络层.ppt
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1、第第9章章 Internet 网络层网络层互联网基本概念IP 地址IPv4 和 IP 数据报路由协议新一代 IP IPv6互联网基本概念互联网基本概念Internet,互联网,internet 概念这里,Internet或互联网都是指:-用路由器路由器连接多个物理网络而成;-主机主机采用统一编排统一编排的地址 IP 地址地址;是与物理网络地址无关的编址方案,是软件产生的逻辑地址。统一编址是以一个单一系统出现的互联网抽象的关键。-统一的协议统一的协议TCP/IP。互联网基本概念互联网基本概念互联网例互联网例以太网以太网令牌环FDDI环以太网以太网ATM网路由器PPP/TDM互联网的基本概念互联网
2、的基本概念IP层在层在TCP/IP协议栈中的位置协议栈中的位置应用层协议传输层协议网卡驱动程序ARPIPIPICMPIP 地址地址IP 地址唯一确定结点在互联网上的位置。32位 IP 地址的点分十进制表示点分十进制表示:10100110 01101111 00000001 00000110表示为:166.111.1.6IP 地址类型子网编址和屏蔽码IP 地址和物理地址的动态转换IP地址类型地址类型0网络号(7)10主机地址(24位)网络号(14位)主机地址(16位)110主机地址(8)网络号(21位)1110多播地址1111保留A A类类类类B B类类类类C C类类类类D D类类类类E类081
3、63124IP地址类型地址类型网络号网络号A,B,C三类可以适应不同大小的物理网络。网络号标识互联网中一个物理网络,网络号必须遵循的准则:网络号必须唯一唯一唯一唯一。若在 Internet上,网络号必须对 Internet 唯一。网络号不能是127,127.x.y.z 保留给回绕(loopback)地址,自己连自己测试用。网络号不能为 0,网络号 0 解释为本网,网络号为 0的主机地址解释为本网的主机。IP地址类型地址类型网络号网络号(续续)IP地址类型地址类型主机地址主机地址主机地址标识某物理网络上一台主机或路由器端口。主机地址必须遵循的准则:主机地址对于给定的网络号对于给定的网络号必须唯一
4、唯一。主机地址不能全 1,主机地址全 1 被解释为广播地址,在网络号所指的网络上广播。主机地址不能全 0,主机地址全 0 被解释为标识一个网络。IP地址类型地址类型主机地址主机地址(续续)私用网络的私用网络的IP地址地址Internet的IANA在RFC1918中建议了三块IP地址为私用互联网预留,它们是1010/8 8,172.16172.16/1212 和192.168192.168/1616,即1个A类网,16个连续的B类网(172.16172.31),256个连续的C类网()。决定内部使用这些IP地址的机构可以不必与 IANA或APNIC,RIPE,ARIN等协调,所以这些地址可以被许
5、多独立机构同时在内部使用。如果这些机构以后决定要与Internet通信,则要重新编址或在边界路由器使用网络地址转换网络地址转换网络地址转换网络地址转换NATNAT。子网编址和屏蔽码子网编址和屏蔽码(掩码掩码)包含子网地址的包含子网地址的 B类类 IP地址地址10网络号 主机地址子网地址01631子网编址和屏蔽码子网编址和屏蔽码默认的屏蔽码默认的屏蔽码子网编址和屏蔽码子网编址和屏蔽码高高4位用作子网地址的屏蔽码位用作子网地址的屏蔽码IP地址和物理地址的动态转换地址和物理地址的动态转换需求需求主机要在物理网络上通信,最终必须依靠物理地址。以太网接口卡只基于以太网接口卡只基于以太网接口卡只基于以太网
6、接口卡只基于4848位物理地址发帧位物理地址发帧位物理地址发帧位物理地址发帧和收帧和收帧和收帧和收帧。在一个以太网上,主机把帧传递给路由器,或者路由器把帧传递给主机,都必须有目标的物理地址。从目标的 IP 地址如何知道它的物理地址?通过地址解析协议ARP ARP(A Address R Resolution P Protocol)动态转换。转换必须动态,为什么?转换必须动态,为什么?转换必须动态,为什么?转换必须动态,为什么?IP地址和物理地址的动态转换地址和物理地址的动态转换我是166.111.1.8物理地址02608C.谁是166.111.1.6?ARP 缓存表02608166809000
7、1666谢谢!是我!是我!物理地址09000.ARP 缓存表090001666026081668IP地址和物理地址的动态转换地址和物理地址的动态转换原理原理在同一物理网络内,当A想把B的IP地址转换成B 的物理地址时:A A在本网广播在本网广播在本网广播在本网广播ARPARP请求报文请求报文请求报文请求报文,内含内含内含内含B B的的的的IPIP地址地址地址地址;B B收到此报文后发回一个发回一个发回一个发回一个ARP ARP 响应报文响应报文响应报文响应报文,内含内含内含内含自己的物理地址自己的物理地址自己的物理地址自己的物理地址。A收到应答后便知道B的物理地址。然后B的IP地址和物理地址映
8、射项保存在A的快速缓存表。在广播ARP请求前先查ARP快速缓存表,若已查到IP-物理地址映射项,就不再广播。IP地址和物理地址的动态转换地址和物理地址的动态转换ARP报文格式报文格式硬件地址长度 协议地址长度操作(1=请求,2=响应)协议类型(0800表示IP)硬件类型(1表示以太网)发送者硬件地址(字节03)发送者硬件地址(字节45)发送者协议地址(字节01)发送者协议地址(字节23)目标硬件地址(字节01)目标硬件地址(字节25)目标协议地址01631位IPv4 和和 IP 数据报数据报无连接数据报传递服务IP 数据报格式IP 数据报的分段和重组IP 数据报的路由和转发IP 数据报差错报告
9、无连接数据报传递服务无连接数据报传递服务网络1R1源主机网络2R2网络3目标主机R3网络4IP数据报IP数据报帧头1IP数据报IP数据报帧头2IP数据报IP数据报帧头3IP数据报无连接数据报传递服务无连接数据报传递服务(续续)IPIP只要求物理网络提供最基本的功能:传输包只要求物理网络提供最基本的功能:传输包只要求物理网络提供最基本的功能:传输包只要求物理网络提供最基本的功能:传输包。IP数据报的传递是互相独立的;(OSI 模型中X.25是有连接的,后来才增加无连接服务。)收到数据报时不发确认;对IP数据报的损坏、丢失、错序、重复 听之任之。确定数据报的路由确定数据报的路由确定数据报的路由确定
10、数据报的路由。数据报的分段和重组。尽力而为尽力而为尽力而为尽力而为(best effort)(best effort),不保证可靠。IP数据报格式数据报格式版本 报头长服务类型总长度标识DFMF分段位移生存时间TTL协议号报头校验和源 IP地址目标 IP地址可选项填充数据01631IP数据报格式数据报格式(续续)绝大多数IP数据报包含20字节的报头:版本版本版本版本(4位):IP协议版本,当前为4。报头长报头长报头长报头长(4位):本数据报头的字数,每字4字节,范围是515,5即20字节,15即60字节,所以选项最多占40字节服务类型服务类型服务类型服务类型(8位)(type of servi
11、ce):本数据报的服务质量参数,当前未实现,设置为0。总长度总长度总长度总长度(16位):数据报最大长度为65535字节。IP数据报格式数据报格式(续续)标识标识标识标识(16位):数据报编号,当路由器将本数据报分段时,此标识拷贝到每个段的IP报头。在分段重组时它用来确定该分段属于哪个数据报。DFDF(D Dont F Fragment)(1位):DF=1禁止本报分段。MFMF(MMore F Fragment)(1位):MF=1表示后面还有本报的分段,MF=0表示是最后一个分段。分段位移分段位移分段位移分段位移:分段位移8指出本分段在原数据报中从第几字节开始。除最后一段外,其余分段的长度是8
12、字节的倍数。这些字段是与分段和重组有关的。IP数据报格式数据报格式(续续)生存时间生存时间生存时间生存时间TTLTTL:指明数据报在互联网上逗留的最大时间。标准按秒计,实际上按跳数计。数据报每经过一个路由器,TTL减1,当TTL0 时数据报被丢弃。防止无法投递的报无限传递。协议号协议号协议号协议号(8位):指明上一层协议,6表示上层是TCP,17表示上层是UDP。报头校验和报头校验和报头校验和报头校验和(16位):通过路由器时TTL减1,校验和要重新计算。IPv6无校验和,.源源源源IPIP地址地址地址地址(32位):数据报源主机的IP地址。目标目标目标目标IPIP地址地址地址地址(32位):
13、数据报目标主机的IP地址。IP数据报的分段和重组数据报的分段和重组物理网络一般限制通过包的最大长度,如以太网允许最大帧长1518字节。若物理网络允许的包长小于IP数据报长,路由器的IP层要将该报分段成多个IP报转发。分段后的数据报在被发送过程中还可以再分段。由目标主机的IP层对分段报进行一次重组,IP不区分经一次或多次分段的报。IP数据报的路由和转发数据报的路由和转发主机和路由器如何为IP数据报确定路径:源主机和目标主机位于同一物理网络:数据报在物理网络内传递。比如以太网,源主机将目标主机IP地址转换成物理地址,把数据报封装在以太网帧中直接发送。源主机和目标主机位于不同物理网络:数据报经路由器
14、转发。路由器通过路由表决定数据报路由器通过路由表决定数据报路由器通过路由表决定数据报路由器通过路由表决定数据报的下一站的下一站的下一站的下一站。源主机如何确定该发往哪个路由器?主机也有一张路由表,并配置默认网关。IP数据报的路由和转发数据报的路由和转发(续续)网网网网网网网网R3R1R2IP数据报的路由和转发数据报的路由和转发(续续)路由器路由器R3的路由表的路由表*项是默认路由项,或叫默认网关(default gateway)IP数据报差错报告数据报差错报告互联网控制报文协议 ICMP ICMP(I Internet C Control MMessage P Protocol)就是 IP 数
15、据报差错报告机制,ICMP 报文封装在 IP 数据报中发送。ICMP差错报文:ICMP信息报文:目标不可达 回答请求/回答响应数据报超时 (ping 用它测主机可达性)数据报参数问题 时间戳/时间戳响应报源减速 地址屏蔽码请求/响应重定向路由协议路由协议路由器的核心是网络层,包括 IP、ICMP、ARP,还有一个或多个路由协议路由协议。由于路由协议需要传输层协议支持,实际路由器还包括高层模块,还有网管模块。路由器功能和路由协议分类内部路由协议OSPFv2外部路由协议BGP-4无类别域间路由CIDR路由器功能路由器功能互联网中路由器的传统功能:交换路由信息交换路由信息:与其它路由器交换网络拓扑和
16、网段时延等信息;执行路由算法执行路由算法:基于路由信息计算、更新路由表,为数据报决定路由。Internet是由许多自治系统自治系统 AS互联而成,所谓自治系统是由单一机构管理、操作下的路由器连接的互联网。路由协议分类路由协议分类Internet的路由协议分两类:内部路由协议或内部网关协议IGP自治系统内部路由器交换路由信息的协议:RIP RIP(R Routing I Information P Protocol),DV类。IS-IS,OSPFOSPF(OOpen S Shortest P Path First),LS类。外部路由协议或外部网关协议EGP 不同自治系统的路由器交换路由信息的协议
17、:BGPBGP(B Border GGateway P Protocol)内部路由协议内部路由协议OSPF原理原理是链路状态路由协议链路状态路由协议链路状态路由协议链路状态路由协议每个路由器都有本链路状态信息,即它直接连接的路由器和网络,及到它们的“距离”。周期地将本链路状态扩散(flooding)到所有结点。所有的链路状态合在一起就是自治系统的拓扑数据库,每个路由器维持这个拓扑数据库。每个路由器根据这个拓扑数据库构造一个以自身为根的最短路径树,从最短路径树生成它的路由表。内部路由协议内部路由协议OSPF自治系统例子自治系统例子N1N2R1R2N3R3N4R4R6R5R7R10N8R11N9R
18、9N11R12N10N6R8N7331111286867588788661113241291213N12N13N14N12N15内部路由协议内部路由协议OSPFR6的最短路径树的最短路径树N1N2R1R2N3R3N4R4R6R5R7R10N8R11N9R9N11R12N10N6R8N7331266788813412923N12N13N14N12N15内部路由协议内部路由协议OSPF自治系统分区自治系统分区N1N2R1R2N3R3N4R4R6R5R7R10N8R11N9R9N11R12N10N6R8N7331111286867588788661113241291213N12N13N14N12N1
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