计算机网络技术第四章

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4.1.2 网络层协议

在面向连接的网络网中，数据发送之前，在源主机和目的主机之 间先建立一个连接，这个连接称为虚电路。

如果网络层提供的是无连接服务，在这样的网络上给转发的数据 起了另外一个名字，叫做数据报。
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4.1.2 网络层协议
数据报和虚电路的比较
数 据 报 虚 电 路
表4-1
电路建立
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4.2.3 子网

为了划分子网，用主机号码的一部分作为子网号码，如图4-4所 示的有子网时的IP地址结构，
图4-4 有子网时的IP地址结构
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4.2.3 子网

对于子网技术来说，一个新的问题就是怎么区分子网号。区分子 网的方法是使用子网掩码。 要根据一个IP地址来确定其网络号和子网号，需要用子网掩码和 这个IP地址进行布尔与运算。如图4-4所示的子网，如果主机号 使用10位，它的子网号就是6位，子网掩码的十进制数是 255.255.252.0。如果一个分组首部中目的IP地址是 159.160.28.204，它和255.255.252.0布尔与运算的过程如下：
图4-1 分组在网络中传送
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4.1.1 网络层功能

网络层的主要工作

首先，路由器把这些分组存储下来。 其次，网络层需要知道网络的拓扑结构并确定合适的通路。 另外，局域网有多种，网络也有很大差异，分组在不同的网络中传送 的时候，会引出一些新的问题，也需要网络层来处理。

网络层关系到通信子网的运行控制，体现了网络应用环境中资源 子网访问通信子网的方式，是OSI模型中面向数据通信的低三层 （也即通信子网)中最为复杂、关键的一层。
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4.1.2 网络层协议

网络层的另外一个问题是拥塞控制。

网络带宽是有限的，不管是10Mbit/s、100Mbit/s或者1 000Mbit/s， 即便是将来有更高的带宽，总是有上限的，不是无限的。

路由器的存储空间和转发分组的速度也是有限的，而网络中要处理的 分组数量并没有规定一个上限，如果这些分组的量过大的时候，网络 就会出现问题。
图4-3 IP地址分类
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4.2.2 IP地址

IP地址被分成不同的A、B、C、D和E共5种类型，同时还把32位 分成了网络号和主机号两大部分。 对于A类网络，网络号使用一个字节，第一位是0，所以它的网 络号范围是1～127。A类网络的主机号使用是后边的24位，可以 拥有的主机数是224 − 2，主机部分的全0代表的是网络号，全1是 该网络的广播地址，因此要减去2个IP地址。 对于B类和C类网络来说，也是一样的，支持的网络个数分别是 214 − 2和221 − 2，能拥有的最大主机数分别是216 − 2和28 − 2。

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4.2.3 子网

早先设计的32位IP地址，以为足够用了，但随着上网的用户越来 越多，网络规模快速膨胀，出现了意想不到的情况：IP地址不够 用，这是很严重的问题，因为没有IP地址，就意味着主机不能接 入到网络中去。

解决IP地址不够用的方法之一就是子网技术，方法是把网络继续 划分成更小的网络，从而不但使那些“闲置”的IP地址得到利用， 还遵守了一个网络使用同一个网络号的原则。
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4.1.1 网络层功能

网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能 如下。

（1）建立、维持和释放网络连接。利用数据链路连接，建立传输实 体之间的网络连接。

（2）路由选择。为建立端系统之间的通信，在两个网络地址之间选 择一条适当传输的路径。
（3）数据分组与合并。当数据单元较长时，可以对其进行分段传输； 当数据单元较短时，可以将几个数据单元合并后一起传输。数据分组 与合并的目的是为了提高传输的效率。 （4）流量控制。对网络上传输的网络服务数据单元进行有效控制， 避免发生拥塞。
地址 状态信息 路由过程 路由失败的影响 QoS控制 拥塞控制
不需要 每个分组包含了全部的源 主机和目的主机地址
路由器没有连接信息 每个分组独立进行路由 没有 困难 困难
需要
每个分组携带了一个短的虚电路号 每条虚电路的每个连接都占用路由表 建立连接的时候进行路由，随后的分组都 使用同样的路由 路由器不工作以后，所有的虚电路都终止 如果每条虚电路能有足够的资源很容易 如果每条虚电路能有足够的资源很容易


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4.2 Internet网际协议
4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 IP首部 IP地址 子网 CIDR
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4.2.1 IP首部

Internet网际协议（IP）的首部结构如图4-2所示。
图4-2 IP首部
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4.2.2 IP地址

IP地址共有32位，为了便于管理，对这些地址的不同位就行了划 分，如图4-3所示。
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4.1.2 网络层协议

现在使用的Internet网络层协议，也就是互联网协议（Internet Protocol，IP），或称Internet网际协议，它属于数据报网络技 术，也就是无连接网络。IP现在的版本是第4版（IPv4）。 IPv4的网络层协议主要包括两部分内容，IP和ICMP（网络控制 信息协议）。 IP和ICMP是IP网络中最主要的两个协议，也是最复杂的两个。 但这两个协议并没有解决所有的问题，所以需要别的协议，如 ARP、RARP等，这些协议共同工作完成网络层的功能。


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4.2.2 IP地址

IP地址被分成5类，Hale Waihona Puke Baidu、B和C是在网络中实际使用的，D类是用 于组播的地址，E类被保留作为研究使用，D和E不能直接在 Internet上使用。 网络中还有一些特殊需要，使用了一部分IP地址。


32位都是1的IP地址是局域网中的广播报，都是0代表本机； 不管IP中的网络号是多少，如果主机位都是1，这个分组就是这个网 络的广播报； 如果第一个字节是127，不管后边是多少，都是用来进行回路测试的， 这种分组不会被发送出去，只是在本机上处理。
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第4章 网络层
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本章学习的主要内容：

4.1 网络层功能 4.2 网络层协议 4.3 IP协议 4.4 路由协议 4.5 路由器工作原理；


4.6 VLAN
4.7 IPv6
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4.1网络层概述
4.1.1 网络层功能 4.1.2 网络层协议
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4.1.1 网络层功能

图4-1所示是一个简单的网络结构。