第5章网络互联协议.
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光纤数字数据网 DDN
以太网
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1、网络互连：互联网与IP网络
5.1.1 网络互联的必要性
任何一个有限的物理网络，在物理连接空间上都是有限的。我们目前所学 习的物理网络都是在物理层和数据链路层进行协议控制。要实现远程通信和 资源共享，就必须通过许多的物理网络互联在一起。如图所示。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 1、IPV4协议寻址技术
（2）IP地址的分类 根据网络地址与主机地址在IP中所占位数不同可以将IP地址分为五类A B C D E． 0
Ａ类 B类 C类 D类
7 0 1 0 110 1110
网络标识
16
24
31
主机标识
E类
1111
R2
3 2 1
R3
3 2 1 2 1
主机 H1
间接交付
R1
间接交付
R2 间接交付
R3
R5
3
间接交付 R5
2 1 2 1
R4 R4
3 2 1 2 1
主机 H2
5 4 3 2 1
H2
每一台主机都有两个地址：MAC物理地址和IP逻辑地址。MAC地址是各种 物理网络数据传输的依据，IP地址是实现网间互连的逻辑地址。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 类 网络起始号 网络终止号 网络数
A
B C 类 A B C
1.x.y.z
128.0.y.z 192.0.0.z 主机起始号 ｗ.0.0.1 w.x.0.1 w.x.y.1
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案
如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层
中传送。从网络层看 IP 数据报的传送如下图所示
IP 数据报 网络层 H1 网络层 R1 网络层 R2 网络层 R3 网络层 R4 网络层 R5 网络层 H2
输出端口 2 … 输出端口 3 2 1 1 分组 转发
交换结构
课件制作人：谢希仁 谢钧
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成 “转发”(forwarding)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。 “路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的 关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。 在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别 若路由器处理分组的速率小于分组进入队列的速率，则队列的存储空间最 终必定会填满，这就使后面进入队列分组由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。
路由器 网络 互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多 问题需要解决，如：
网络
网络
网络
网络
不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制 不同的差错恢复方法 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的服务（面向连接服务和无连接服务） 不同的管理与控制方式
计算机科学与技术专业
Major of Computer Science and Technology
计算机网络与Internet原理及技术
主讲：郭银章 教授
计算机网络与Internet原理及技术
目录提纲
第一讲：计算机网络概述 第二讲：计算机网络通信与数据交换技术
第三讲：数据链路层协议及差错控制技术
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 IP地址唯一标识互连网上的一台主机．IP地址在IP数据报头中出现．一 个IP地址由4个字节组成，为32Bit. IPV4协议采用点分十进制方式表示IP地 址。将32位IP地址划分为4个字节，每个字节用0－255的十进制数表示。 每个IP地址由两部分组成：用于标识网络的网络地址和用于标识网络中 主机的主机地址．网络地址唯一的标识了互联网中的每一个物理网络，主机 地址标识了同一个物理网络中的一台主机。Internet中没有网络地址相同的 物理网络，同一网络中没有主机地址相同的主机。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案 在各种网络上面定义一个虚拟的互联网络——IP网，网络通过运行IP 协议的路由器互联起来。IP网络云遮挡了物理网络细节
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（3）IP地址的特性 在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。 用网桥互连的网段任然是一个局域网，必须使用同一个网号 路由器至少有两个或两个以上的IP地址。
如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络
的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够 适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确
性。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务 是转发分组。也就是说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去 的目的地（即目的网络），把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给 下一跳路由器。下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到该分组到达终 点为止
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 . IP地址有以下几种特殊格式：
类型 网标 主标 地址类型 用途
默认路由地址
默认路由地址 有限广播地址 直接广播地址 本网网络地址 回送地址
全0
全0 全1 网络 网络 127
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 机器中存放的 IP 地址 是 32 位 二进制代码 每隔 8 位插入一个空格 能够提高可读性 将每 8 位的二进制数 转换为十进制数 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性 10000000000010110000001100011111 10000000 00001011 00000011 00011111 128 11 3 31
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务
在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”
还是“无连接”）曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是：在计算机通 信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？ 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽力而为的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。 IP 数据报独立发送，与其前后的 分组无关。
第四讲：局域网协议体系及以太网技术 第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP 第六讲：路由协议与路由算法
第七讲：传输层传输控制协议TCP/UDP
计算机网络与INTERNET原理及技术
第五讲：网络层网络互联IP/ICMP协议
5.1 网络互连：互联网与IP网络
5.2
IP地址编码与寻址技术
5.3IP地址与MAC地址转换协议ARP
5.1.2 IP互联解决方案 从高层协议开发人员的角度：不必再面对各种网络。 从客户和服务提供者的角度：服务前台和服务网络（依赖后台网络合作）。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
H1
5 4 3 2 1
5.1.2 IP互联解决方案
R1
3 2 1 2 1 2 1
H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送
ห้องสมุดไป่ตู้
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务 IP网络层提供尽力而为交付的好处 由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以 做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。
网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和
失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务
应用层 H1 运输层 网络层 数据链路层 物理层
IP 数据报
H2
丢失
应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
126.x.y.z
191.255.y.z 223.255.255.z 主机终止号 Ｗ.255.255.254 w.x.255.254 w.x.y.254
126(27-2)
214 221 主机数 224-2 216-2 28-2
D类地址为多播地址，224.0.0.0---239.255.255.255.不分网络和主机 位，数据报传送到网络中选定的主机子集中。
5.4 网络互连IP协议
5.5互联网控制报文协议ICMP
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.1 网络互联的必要性 （1）世界上运行着许多类型的网络。新的网络类型也还在不断地出现。
（2）用户希望任何两点之间都能通信，通信系统不受网络边界限制。
ADSL网络
Cisco7606路由器
Cisco7600路由器
Cisco7202路由器
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成
路由选择处理机 3——网络层 2——数据链路层 1——物理层 路由选择协议
路由表
路由 选择
输入端口 1 2 … 输入端口 1 2 3 3 分组处理 转发表 3
全0
主机 全1 全1 全0 任意
本网本机
本网指定主机 本网广播 指定网广播 网络 回送
源地址可用
源地址可用 目标地址可用 目标地址可用 标识一个网 源目标地址可用
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（3）IP地址的特性 IP地址是一种分等级的地址结构：IP地址管理机构只管网络地址分配，
网络标识
主机标识
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 网络地址编址的规则： 网络号必须唯一 网络号不能为127，127.X.Y.Z是保留的回绕地址，自己连接自己测试． 网络号不能为0，网络号为0表示为本网 主机地址编址的规则； 主机地址对给定网络号必须唯一 全1地址不能用，全1被解释为广播地址 全0地址不能用，主机地址全0表示为一个网络
主机地址由获得网络地址的单位分配；路由器只根据目标主机所连接的网络 地址进行分组转发，减少路由表及路由选择的强度。 IP地址只是表示一个接口，一台网络设备链接到两个物理网络时，必须有 两个相应的IP地址。 同一个物理网络拥有相同的网络标识，不同的物理网络必须用路由器连接。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
128.11.3.31
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 每个IP地址由两部分组成：用于标识网络的网络地址和用于标识网络中 主机的主机地址．网络地址唯一的标识了互联网中的每一个物理网络，主机 地址标识了同一个物理网络中的一台主机。Internet中没有网络地址相同的 物理网络，同一网络中没有主机地址相同的主机。
IP（Internet Protocol，网络互联协议）：控制互联网上数据通信的协议。 IP网关/IP路由器：运行IP协议的网络互连设备。完成数据在互联网中的路由。 IP路由器是基于网络、而不是基于主机路由的，路由信息与网络数成比例。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
以太网
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1、网络互连：互联网与IP网络
5.1.1 网络互联的必要性
任何一个有限的物理网络，在物理连接空间上都是有限的。我们目前所学 习的物理网络都是在物理层和数据链路层进行协议控制。要实现远程通信和 资源共享，就必须通过许多的物理网络互联在一起。如图所示。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 1、IPV4协议寻址技术
（2）IP地址的分类 根据网络地址与主机地址在IP中所占位数不同可以将IP地址分为五类A B C D E． 0
Ａ类 B类 C类 D类
7 0 1 0 110 1110
网络标识
16
24
31
主机标识
E类
1111
R2
3 2 1
R3
3 2 1 2 1
主机 H1
间接交付
R1
间接交付
R2 间接交付
R3
R5
3
间接交付 R5
2 1 2 1
R4 R4
3 2 1 2 1
主机 H2
5 4 3 2 1
H2
每一台主机都有两个地址：MAC物理地址和IP逻辑地址。MAC地址是各种 物理网络数据传输的依据，IP地址是实现网间互连的逻辑地址。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 类 网络起始号 网络终止号 网络数
A
B C 类 A B C
1.x.y.z
128.0.y.z 192.0.0.z 主机起始号 ｗ.0.0.1 w.x.0.1 w.x.y.1
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案
如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层
中传送。从网络层看 IP 数据报的传送如下图所示
IP 数据报 网络层 H1 网络层 R1 网络层 R2 网络层 R3 网络层 R4 网络层 R5 网络层 H2
输出端口 2 … 输出端口 3 2 1 1 分组 转发
交换结构
课件制作人：谢希仁 谢钧
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成 “转发”(forwarding)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。 “路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的 关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。 在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别 若路由器处理分组的速率小于分组进入队列的速率，则队列的存储空间最 终必定会填满，这就使后面进入队列分组由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。
路由器 网络 互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多 问题需要解决，如：
网络
网络
网络
网络
不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制 不同的差错恢复方法 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的服务（面向连接服务和无连接服务） 不同的管理与控制方式
计算机科学与技术专业
Major of Computer Science and Technology
计算机网络与Internet原理及技术
主讲：郭银章 教授
计算机网络与Internet原理及技术
目录提纲
第一讲：计算机网络概述 第二讲：计算机网络通信与数据交换技术
第三讲：数据链路层协议及差错控制技术
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 IP地址唯一标识互连网上的一台主机．IP地址在IP数据报头中出现．一 个IP地址由4个字节组成，为32Bit. IPV4协议采用点分十进制方式表示IP地 址。将32位IP地址划分为4个字节，每个字节用0－255的十进制数表示。 每个IP地址由两部分组成：用于标识网络的网络地址和用于标识网络中 主机的主机地址．网络地址唯一的标识了互联网中的每一个物理网络，主机 地址标识了同一个物理网络中的一台主机。Internet中没有网络地址相同的 物理网络，同一网络中没有主机地址相同的主机。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案 在各种网络上面定义一个虚拟的互联网络——IP网，网络通过运行IP 协议的路由器互联起来。IP网络云遮挡了物理网络细节
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.2 IP互联解决方案
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（3）IP地址的特性 在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。 用网桥互连的网段任然是一个局域网，必须使用同一个网号 路由器至少有两个或两个以上的IP地址。
如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络
的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够 适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确
性。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务 是转发分组。也就是说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去 的目的地（即目的网络），把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给 下一跳路由器。下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到该分组到达终 点为止
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 . IP地址有以下几种特殊格式：
类型 网标 主标 地址类型 用途
默认路由地址
默认路由地址 有限广播地址 直接广播地址 本网网络地址 回送地址
全0
全0 全1 网络 网络 127
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 机器中存放的 IP 地址 是 32 位 二进制代码 每隔 8 位插入一个空格 能够提高可读性 将每 8 位的二进制数 转换为十进制数 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性 10000000000010110000001100011111 10000000 00001011 00000011 00011111 128 11 3 31
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务
在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”
还是“无连接”）曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是：在计算机通 信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？ 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽力而为的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。 IP 数据报独立发送，与其前后的 分组无关。
第四讲：局域网协议体系及以太网技术 第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP 第六讲：路由协议与路由算法
第七讲：传输层传输控制协议TCP/UDP
计算机网络与INTERNET原理及技术
第五讲：网络层网络互联IP/ICMP协议
5.1 网络互连：互联网与IP网络
5.2
IP地址编码与寻址技术
5.3IP地址与MAC地址转换协议ARP
5.1.2 IP互联解决方案 从高层协议开发人员的角度：不必再面对各种网络。 从客户和服务提供者的角度：服务前台和服务网络（依赖后台网络合作）。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
H1
5 4 3 2 1
5.1.2 IP互联解决方案
R1
3 2 1 2 1 2 1
H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送
ห้องสมุดไป่ตู้
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务 IP网络层提供尽力而为交付的好处 由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以 做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。
网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和
失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.3 IP互联网提供的服务
应用层 H1 运输层 网络层 数据链路层 物理层
IP 数据报
H2
丢失
应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
126.x.y.z
191.255.y.z 223.255.255.z 主机终止号 Ｗ.255.255.254 w.x.255.254 w.x.y.254
126(27-2)
214 221 主机数 224-2 216-2 28-2
D类地址为多播地址，224.0.0.0---239.255.255.255.不分网络和主机 位，数据报传送到网络中选定的主机子集中。
5.4 网络互连IP协议
5.5互联网控制报文协议ICMP
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.1 网络互联的必要性 （1）世界上运行着许多类型的网络。新的网络类型也还在不断地出现。
（2）用户希望任何两点之间都能通信，通信系统不受网络边界限制。
ADSL网络
Cisco7606路由器
Cisco7600路由器
Cisco7202路由器
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络
5.1.4 路由器的构成
路由选择处理机 3——网络层 2——数据链路层 1——物理层 路由选择协议
路由表
路由 选择
输入端口 1 2 … 输入端口 1 2 3 3 分组处理 转发表 3
全0
主机 全1 全1 全0 任意
本网本机
本网指定主机 本网广播 指定网广播 网络 回送
源地址可用
源地址可用 目标地址可用 目标地址可用 标识一个网 源目标地址可用
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（3）IP地址的特性 IP地址是一种分等级的地址结构：IP地址管理机构只管网络地址分配，
网络标识
主机标识
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（2）IP地址的分类 网络地址编址的规则： 网络号必须唯一 网络号不能为127，127.X.Y.Z是保留的回绕地址，自己连接自己测试． 网络号不能为0，网络号为0表示为本网 主机地址编址的规则； 主机地址对给定网络号必须唯一 全1地址不能用，全1被解释为广播地址 全0地址不能用，主机地址全0表示为一个网络
主机地址由获得网络地址的单位分配；路由器只根据目标主机所连接的网络 地址进行分组转发，减少路由表及路由选择的强度。 IP地址只是表示一个接口，一台网络设备链接到两个物理网络时，必须有 两个相应的IP地址。 同一个物理网络拥有相同的网络标识，不同的物理网络必须用路由器连接。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
128.11.3.31
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.2、IP地址的编码与寻址技术 5.2.1、IPV4协议编址技术
（1）IP地址的构成 每个IP地址由两部分组成：用于标识网络的网络地址和用于标识网络中 主机的主机地址．网络地址唯一的标识了互联网中的每一个物理网络，主机 地址标识了同一个物理网络中的一台主机。Internet中没有网络地址相同的 物理网络，同一网络中没有主机地址相同的主机。
IP（Internet Protocol，网络互联协议）：控制互联网上数据通信的协议。 IP网关/IP路由器：运行IP协议的网络互连设备。完成数据在互联网中的路由。 IP路由器是基于网络、而不是基于主机路由的，路由信息与网络数成比例。
第五讲：网络层网络互连协议IP/ICMP
5.1 网络互联：互联网和IP网络