计算机网络 第5章 网络层

计算机网络第5章网络层
第5章网络层5.1概述
5.1.1网络互联
图5.1一个互联网的例子
图5.2网络层实现分组穿越互联网的传输5.1.2分组交换
5.1.3路由器
1. 路由器的结构和功能
图5.3路由器的结构2. 3层交换机
5.1.4Internet网际层
1. 网际层提供的服务及其特点
2. 网际层的协议
5.2网际协议(IP)
5.2.1分类IPv4地址及划分子网
1. 分类IPv4地址
图5.4IP地址结构
2. 划分子网
图5.5子网号和子网掩码示例3. 私有地址
5.2.2IP数据报格式
图5.6IP数据报格式及服务类型子字段结构5.2.3IP差错检验算法
1. 发送方生成检验和
2. 接收方校验检验和
3. 检验和算法示例
图5.7检验和算法的例子
5.2.4IP数据报的分片与重组
1. IP数据报封装中的问题及解决方案
2. IP数据报分片
图5.8数据报分片示例
3. 片重组
4. 分片与重组控制
5.2.5IP数据报转发
1. IP数据报转发机制
图5.9路由表示例
2. 基本的IP数据报转发算法
3. 统一的IP数据报转发算法
图5.10子网IP数据报转发5.2.6IP数据报选项
图5.11选项码
5.3地址解析协议(ARP)
5.3.1概述
1. IP数据报传输过程中地址的使用
图5.12IP地址和物理地址的使用
2. 如何由IP地址得到物理地址
图5.13R1中地址的查找和转换5.3.2ARP地址解析机制
1. 基于动态绑定的解析机制
图5.14ARP地址解析的工作过程2. 提高ARP解析效率
5.4因特网控制报文协议(ICMP)
5.4.1ICMP及其报文格式
图5.15ICMP数据的封装
5.4.2ICMP报文
1. 差错报告报文
2. ICMP控制报文
图5.16ICMP路由重定向
3. ICMP请求/应答(request/reply)报文
4. 路由器发现(router discovery)报文
5.5无类别域间路由选择(CIDR) 5.5.1CIDR编址
1. CIDR产生的背景
2. CIDR地址及记法
3. CIDR地址分配示例
5.5.2构造超网
5.5.3最长前缀匹配
5.6路由选择协议
5.6.1概述
1. 路由表的优化更新问题
2. 两类路由选择协议
3. 动态路由选择示例
图5.17动态路由选择的简单例子5.6.2路由信息协议(RIP)
1. 距离矢量路由算法
图5.18距离矢量算法的例子
图5.19路由更新2. 路由信息协议RIP
图5.20RIP2报文格式
5.6.3开放最短路径优先协议(OSPF)
1. SPF路由选择算法
图5.21Dijkstra算法示例
图5.22以a为根的最短路径树
2. OSPF路由选择协议概述
3. OSPF报文
图5.23OSPF报文格式
4. 单区OSPF操作
5. 链路状态信息的分区管理
图5.24OSPF自治系统分区示例5.6.4边界网关协议(BGP)
1. BGP及其特点
2. BGP路由选择示例
图5.25BGP路由选择示例
3. BGP报文
4. BGP的路由信息交换过程示例
图5.26BGP路由信息交换的例子5.7IP多播
5.7.1概述
1. 什么是IP多播
图5.27多播示例
2. IP多播地址
3. IP多播协议
5.7.2因特网组管理协议(IGMP)
1. IGMP报文
图5.28IGMP报文格式及其封装
2. IGMP工作机制
3. 提高IGMP工作效率
5.7.3距离矢量多播路由选择协议(DVMRP)
1. 概述
2. RPF构造广播树
图5.29构造多播树
3. 对广播树剪枝构造多播树
4. 多播隧道
图5.30多播隧道
5.8下一代的网际协议IPv6
5.8.1概述
5.8.2IPv6地址
1. IPv6地址类型和地址空间
2. IPv6地址记法
3. 全球单播地址
图5.31IPv6全球单播地址5.8.3IPv6数据报格式
1. IPv6数据报
图5.32IPv6数据报的一般形式2. IPv6数据报基本首部
图5.33IPv6数据报基本首部格式3. IPv6数据报扩展首部
图5.34有路由选择扩展首部的IPv6数据报5.8.4IPv4向IPv6过渡
1. 双协议栈技术
图5.35双协议栈传送IPv6数据报示例2. 隧道技术
图5.36隧道技术
5.9IP主干网
5.9.1异步传输模式(ATM)
1. 信元交换
2. ATM体系结构
图5.37ATM层次结构3. 物理层
图5.38ATM信元装载于STM-1帧的例子4. ATM层
图5.39UNI(a)和NNI(b)的信元头部
图5.40ATM信元传输示例5. AAL层
图5.41AAL仅在ATM网络的端点出现
图5.42AAL5 数据处理
6. ATM服务质量(QoS)
7. ATM通信量控制
5.9.2IP over ATM
1. IPOA的网络结构
图5.43传统IPOA网络示例
2. IP数据报通过ATM网络
3. IPOA的协议结构
图5.44IP over ATM协议结构5.9.3多协议标记交换(MPLS)
1. MPLS网络结构
图5.45MPLS网络示例
2. 基于标记的分组转发
5.9.4IP over SDH
1. IP over SDH及其特点
2. IP over SDH的协议结构
图5.46IP over SDH协议结构
5.9.5IP over WDM
思考题
5.1用一句话概述网际层提供什么样的网络服
务。

5.2什么是分组交换?有什么优点?它有哪两种方式?它们的特点是什么？
5.3IPv4的地址包括哪几个字段？分为几类？用户使用哪几类？画图表示它们的结构。

它们各适用于什么规模的网络？IP地址使用什么记法表示？你们单位的IP地址网络号字段是什么？是几类的？
5.4说出特殊形式的IP地址及其意义。

5.5如果没有进行子网划分，A、B和C类IP地址的子网掩码各是什么？
5.6某单位的网络使用B类IP地址16
6.111.0.0，如果将网络上的计算机划分为30个子网，subnet-id应该取几位？子网掩码应该是什么？每个子网最多可包含多少台计算机？试用二进制和点分十进制记法对应地写出subnet-id最小的子网上host-id最小和最大的主机的IP地址。

5.7一个A类IP网络17.0.0.0，欲划分为6个子网，子网掩码应该是什么？给出每个子网的IP
地址的范围。

5.8ARP进行的是哪两种地址的转换？ARP如何进行地址的转换？它采取了哪些措施提高地址转换的效率？
5.9IP数据报首部的定长域的长度是多少？最大首部长度是多少？IP数据报可携带的数据长度最多是多少？
5.10IP对数据报的什么部分进行差错检验？其优、缺点是什么？IP在什么结点进行差错检验？为什么？
5.11IP使用什么方式进行差错检验？描述该检验方法。

5.12IP如何进行数据报传输延迟监控？
5.13什么是最大传输单元MTU？IP数据报传输中为什么要进行分片与重组？分片在何处进行？重组在何处进行？
5.14无选项IP数据报携带5000字节数据，它下一步经由MTU为1500字节的以太网，数据报如何分片？用图形表示分片的情况，并标明每个
分片的“片偏移”字段的数值。

5.15什么是直接交付和间接交付？
5.16最基本的路由表包含什么信息？IP采用什么样的数据报转发机制？叙述基本的数据报转发流程。

5.17什么是默认路由？使用它的好处是什么？
5.18对于图5.9 所示的网络图和路由器物理接口和IP地址的对应关系，请给出路由器R2 和网络128.3.0.0上的某一计算机的基本路由表(表中只包含目的网络和下一跳地址)。

如果有多种选择，只要给出一种跳数最小的就可以。

5.19设路由器R的不完整的路由表如下:
请回答下列问题:
(1) 由表中序号1～4的目的网络属于哪类网络？它们是由什么网络划分出来的？
(2) 假如R1端口1和R2端口2的IP地址的host-id均为5(十进制)，请给出它们的IP地址。

(3) 到目的主机H1～H5的下一跳是什么(如果是直接交付写出转发端口)？
5.20ICMP报文如何传输？简述ICMP在TCP/IP体系中的地位？
5.21ICMP差错报告的特点是什么？简要介绍主要差错报告报文。

5.22ICMP主要有哪些控制报文？它们的功能是什么？
5.23什么是静态路由选择和动态路由选择？最优路径可以有哪些度量指标？
5.24路由选择协议的作用是什么？有哪两类路由选择协议？
5.25对于图5-47，如果目的结点为结点D,列表表示用距离矢量路由选择算法求各结点到目的结点的最短路径的迭代过程,并画出以D为根的
最短路径树。

图5-47
5.26图5-48(a) 和(b)分别给出了路由器B原有的路由表和从邻接的路由器A传来的更新报文，据此给出路由器B更新后的路由表，用箭头指明为引起更新的表项。

图5-48
5.27已知网络拓扑和各链路长度如图5-49所示，请用Dijkstra算法计算由源结点A到网络的其他各结点的最短路径，用表格表示出计算过程，并画出最短路径树。

图5-49
5.28什么是自治系统AS？AS内部使用哪类路由选择协议？目前主要有什么协议？
5.29IP如何表示多播组地址？以太网如何表示组地址？用于多播的以太网地址范围是什么？
5.30叙述IGMP的工作机制。

为了提高效率，IGMP又采用了什么措施？
5.31说明RPF的逆向路径转发处理方式，并以图5.27的路由器R1和R3转发源站H0的多播数据报为例进行说明。

5.32列表写出/13,/14,…,/24 CIDR地址块的: (1) 掩码(点分十进制形式); (2) 包含的地址数;
(3) 包含的B/C类网络数。

5.33(a) 一个单位有下面的6个/24 CIDR地址块，试进行最大程度的路由聚合，写出聚合后的
CIDR地址块。

(1) 211.98.136.0/24(2) 211.98.137.0/24(3) 211.98.138.0/24
(4) 211.98.139.0/24(5) 211.98.140.0/24(6) 21198.141.0/24
(b) 如果这个单位再增加下面2个/24 CIDR地址块，进行最大程度的路由聚合，写出聚合后的CIDR地址块。

(7) 211.98.142.0/24(8) 211.98.143.0/24
5.34IPv6和IPv4兼容吗？IPv6和Internet上层的TCP、UDP兼容吗？IPv6和IPv4相比，主要的改进是什么？
5.35IPv6的地址长度是多少？地址空间有多大？
5.36IPv6全球单播地址的用途是什么？它的结构如何？说明各字段的意义。

5.37IPv6地址使用什么记法表示？该记法中还采用了什么规定使它更为简便和实用？试举例说明。

5.38为了简化IPv6地址的表达，可采用什么技术？写出下列IPv6地址的简洁形式:
①211B∶0052∶0000∶0000∶0000∶0000∶03DE∶AF45
②15CB∶0000∶0000∶CD76∶0000∶0000∶0000∶0000
③0000∶0000∶0000∶0000∶192.124.36.1
5.39试说明IPv4向IPv6过渡使用的双协议栈技术及存在的问题。

5.40试说明IPv4向IPv6过渡使用的隧道技术。

5.41解释异步传输模式ATM一词中“异步”的含义。

5.42从数据交换技术上讲，信元交换的特点是什么？
5.43什么是虚通路VP和虚通道VC？叙述它们的作用和特点。

5.44说明ATM层如何转发信元。

5.45在ATM网络中，AAL层在什么位置出现？ATM交换机包含什么层次？
5.46ATM规定了哪几种服务类型？它们的特点是什么？
5.47为了保证网络QoS,ATM规定了哪些说明用户通信量和网络QoS的参数？
5.48叙述ATM对于ABR类服务的拥塞控制方式。

5.49描述IP数据报如何通过IPOA网络(入口路由器、ATM网络和出口路由器所做的主要工作)。

5.50画图描述MPLS网络结构，描述IP分组通过MPLS网络的过程。

5.51简要说明IP over SDH技术。

5.52简要说明IP over WDM技术。