第七章 计算机网络体系结构之网络层

16位 身份标识
20
F 生存时间 协议
32位源IP地址 32位目标IP地址
字
节 头 长
头校验和
任选项＋填充项
数据…….
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
片偏移(12 bit)指出：较长的分组在分片后 某片在原分组中的相对位置。 片偏移以 8 个字节为偏移单位。
IP 数据报分片的举例
数据部分共 3800 字节
需分片的 数据报
首部
字节 0 1400 2800
偏移 = 0/8 =0
3799
首部 1 字节 0
数据报片 1 偏移 = 0/8 = 0 1399
B、虚电路方式
发送前建立逻辑连接的虚电路， 所有分组顺序在其上传输。 虚电路的建立 数据传输-〉以存储转发的方式，顺序传送 虚电路的拆除
特点：
1、发送前建立一条逻辑连接 2、分组传输的路径相同-〉不用 源地址/目的地址； 不用路由信息。 3、分组的传输不会出现丢失、重 复或乱序 4、子网中两个节点间可以建立多 条虚电路连接


每一类地址都由两个固定长度的字段组成， 其中一个字段是网络号 net-id，它标志主 机（或路由器）所连接到的网络，而另一 个字段则是主机号 host-id，它标志该主机 （或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为：
IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
7.1.2 主要功能：


异构网络的连接
分组的组装、拆卸


路由选择和转发
拥塞控制与负载均衡
7.1.3 网络层的服务
A 数据报方式
过程 ： 报文-〉分组-〉各分组单独路由、 处理 -〉同一目的地-〉排序重装
说明：
1、同一报文的各个分组的传输路径 可能不同。 2、每个分组必须有源地址、目的地 址 3、到达时可能出现乱序、重复和丢 失现象
标志 ： 占 3bit，数据报是否分段 ，如果 有分段的IP数据报，除了最后一个分段将该 标志置0，其余置1。
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
字1
字2 检验和 字n
16 bit 16 bit … 16 bit … 16 bit
反码算术 16 bit 运算求和 取反
IP 数据报
反码算术 16 bit 运算求和 取反
检验和
16 bit 数据部分
结果
16 bit
数据部分 不参与检验和的计算
若结果为 0, 则保留； 否则，丢弃该数据报

例如： （1）在发送端用反码运算将各段相加（最 高位有进位，加到尾部），得到n位结果即 校验和。然后把校验和与数据一起传送。例 如，对于数据1000110101011110，可以分 成如下的段： 1000 1101 0101 1110 利用反码运算求和，得到 1000 + 1101 + 0101 + 1110 对结果求反，得到校验和：0101。将校验和 作为一个段与数据一起传送。 （2）在接收端，将带有校验和的各段再 用反码运算相加一次，并将结果取反。如果 得到的结果为0，则说明在传输中没有出现 错误；否则就说明传输中有数据出错。 进行反码求和运算： 1000 + 1101 + 0101 + 1110 + 0101 = 1111 对结果求反，得：0000
虚电路与数据报方式的比较
比较项目
数据报
虚ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路
连接设置 地址信息 路由选择
传输质量
不需要
地址 单独路由 面向无连接
需要
虚电路号 不需要 面向连接
7.2 TCP/IP模型的网络层
TCP/IP 参考模型中的协议
应用层 传输层 互 连 层 /网际层
IP telnet ftp smtp http snmp TCP ARP RARP UDP ICMP
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
源 地 址
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
首部检验和(16 bit)字段只检验数据报的首部 不包括数据部分。 这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。
发送端 数 字2 据 报 检验和 首 部 字n
接收端
字1
16 bit 16 bit … 置为全 0 … 16 bit
A 类地址 0 net-id 8 bit B 类地址 1 0 host-id 24 bit
E 类地址保留为今后使用
C 类地址 1 1 0 net-id 24 bit
net-id D16 bit 类地址是多播地址
host-id 16 bit
host-id 8 bit
A 类地址的网络号字段 net-id 为 字节 1 B1 1类地址的主机号字段地 址 为2 3 字节 10 D 类地址 C类地址的网络号字段 net-id 为 为字节 多 播 host-id 3 2 字节 B 类地址的主机号字段 host-id
IP 地址的编址方法



分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法， 在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的 改进，其标准[RFC 950]在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。 1993 年提出后很快就得到推广应用。
分类 IP 地址
A B
C
2,097,152 (221)
192.0.0 223.255.255
254
关于IP地址的说明
1、网络地址和网络标识
网络号 ---- 主机部分为全“0”的IP地址保留作为网络的 标识即网络号。 只有在同一个网络内的主机才能进行相互间的直 接通信 ---具有相同的网络号.
2、广播地址
当源要向某一个网络中的所有主机发送数据时，如何处理？ -------使用网络广播地址 • 广播地址：IP地址的主机部分以全“1”表示的IP地址 • 举例: 125.255.255.255 -----（向一个A类网络进行广播） 210.100.36.255 -----（向一个C类网络进行广播）
标识(identification) 占 16 bit， 用来产生数据报的标 识，用于数据报的分段与重装 。
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
源地址和目的地址都各占 4 字节
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。
首部 2
1400 数据报片 2 偏移 = 1400/8 = 175 2799
首部 3
2800 数据报片 3 偏移 = 2800/8 = 350 3799
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
源 地 址
可变 部分
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 数 据 部 部 分 分 填 充
传送
首 部
IP 数据报
IP数据报部分字段说明
版本：数据报协议的版本 ，IPV4 首部长度：占 4 bit，可表示的最大 数值是 15 个单位(一个单位为 4 字 节)，因此 IP 的首部长度的最大值是 60字节。 总长：IP数据报的最大长度 216-1 =65535字节 生存时间：限定数据报生存期的计时 器。 最长为28-1=255 源/目标IP地址：分别指出源主机和目 的主机的网络地址
5、子网掩码（Subnet Mask)
如何得到网络地址？ 如何从IP地址种分离网络地址和主机地址？ -----子网掩码 子网掩码：网络部分和子网络部分对应的位全 为“1”，主机部分对应的位全为“0”。 举例：三类IP网络的子网掩码 11111111.00000000.00000000.00000000 ---Class A 11111111.11111111.00000000.00000000 ----Class B 11111111.11111111.11111111.00000000 ----Class C
TCP
UDP OSPF
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
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
7.2.2 分类的 IP 地址
1. IP 地址及其表示方法


我们把整个因特网看成为一个单一的、抽 象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特 网上的主机（或路由器）分配一个在全世 界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配
E 类地址 1 1 1 1 0 保留为今后使用
C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节
2. 常用的三种类别的 IP 地址
IP 地址的使用范围
网络 最大 类别 网络数 126 (27 – 2) 16,384 (214) 第一个 可用的 网络号 1 128.0 最后一个 可用的 网络号 126 191.255 每个网络 中最大的 主机数 16,777,214 65,534
第7章 网络层
为什么需要网络层？ 网络层如何提供服务？ 网络层的标识是什么？ 如何进行地址规划？ 数据包如何从源点到达终点？
7.1 网络层功能概述
7.1.1 为什么需要网络层？
2
5
HA
1
3
6
HB
4
7.1. 1 网络层功能概述
网络层是通信子网的边界，实现端到端的网络 连接，屏蔽低端不同技术的差异，向上层提供一致的 服务
主机—网络层
以太网 令牌网
X.25
等…
IP: 因特网协议 ARP: 地址解析协议
ICMP:因特网消息控制协议 RARP:反向地址解析协议
7.2.1.IP协议
IP协议是网际层的核心协议 网际层的数据称为IP数据报
4位 版本 号 4位 头长度 8位 服务类型 D M F 16位 总长 13位 分段偏移
服务类型——占 8 bit，用来获得更好的服务 这个字段以前一直没有被人们使用
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
3、其他保留地址
全 “0”
网络部分全“0” 全 “1” 网络号 127 主机部分全 “1” 任意 Host
本机
本网中的主机 局域网中的 广播 对远程网广播 回路
4、私有/专有地址
10.0.0.0 --10.255.255.255 172.16.0.0 --172.31.255.255 192.168.0.0 — 192.168.255.255
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议 以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程
运输层 ICMP 网络层 首部 IGMP