第5章 网络层协议及分析
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2 1
数 据 报 *面向无连接 *分组沿不同路径并发传输 *每个分组带X.121地址 *无建链、拆链阶段 *非顺序传，故需收方排序 *适用于质量好的信道
1
A
B
B
A
2
1
B
2 1 2
5．2路由选择与流量控制
5．2．1路由选择
1、路由选择的要求 算法要正确完整，并尽量简单 具有可拓性 能正确、迅速、合理地传输报文信息 2、路由选择的方法 非适应型路由选择算法 具有自适应能力的路由选择算法
5．4．3 IP协议分析
2）IP地址的分类：
A类地址：首位为0，由7位表示网络地址，其余24位均用 来表示主机号，主要用于具有大量主机的网络 B类地址：一般用于较大规模的网络，编址时前2位为10， 接着的14位表示网络号，其余16位表示主机号 C类地址：前3位是110和相跟的21位是网络号，剩下的8比 特为网内的主机号 D类地址：又称多播地址，用于与网络上多台主机同时进 行通信的地址 E类地址：备用
5．4．3 IP协议分析
特殊格式的地址形式:： 网络地址：若主机地址为全0，则表示一个网络地 址 直接广播地址：用主机地址为全1作为全网的广播 地址 有限广播地址：若地址全为1，则作为本网的广播 地址 本机地址：若地址全为0代表本机地址（这种方式 在启动时应用） 回送地址：对于网号全为1的网络地址为回送地址 （用于测试网络通信进程）
É ä ¿ ± 127
É ä ¿ ±
5．4．3 IP协议分析
3）IP地址的申请和分配 两种获得IP地址的方法：
用户通过Internet服务提供商（ISP）临时接入网络 用户向CNNIC申请固定使用的IP地址 A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255 B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255 C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
终端A
5．3．1 X.25的层次结构
物理级 帧级 分组级
5．3．2 X.25的分组级协议
1、分组类型
表5. X . 3 25的分组类型及其代码
分 组 类 型 从DCE到DTE 呼叫建立分组 入呼叫 呼叫连接 呼叫请求 呼叫接受 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 从DTE到DCE 分组类型识别符编码 8 7 6 5 4 3 2 1
虚电路实例
5．1网络层概述
数据报方式 数据报传输示意图
DCE
2 1
2
1
1
DTE1
DCE
3
DCE
2
1
DCE
3
DCE
3 2 1
图3.25
数据报传输方式
DTE3
3
5．1网络层概述
虚电路和数据报特点比较：
永久性电路 特点 *固定连接,犹如专线 *用户向网管提出申请,但 不能太多 *无建链、拆链阶段 *顺序传 *可靠（可用于质量差的信 道) 图例 NM C A 交换性电路 *一般用户，每次建链前需 发送一个呼叫请求分组 *若一次呼叫请求中断再发 送呼叫分组去找路由 *有建链、拆链和数传阶段 *顺序传 *可靠（可用于质量差的信 道) 呼叫请求分组
IP µ Ö × ²
â å Ò Ò ¾ ø Ï Ä ¾ ÷ú ±Í É µ ±Ö º ¾ ø Ï ³ ö ÷ú ±Í É Ä · Ö º ¾ ø ã ¥ ±Í ¸ ² Ô ³ ø ç Ä ã ¥ ¶ Ä Í Â µ ¸ ² ¾ × × Í â Ô ±µ º Ë ² Ê
É ä ¿ ± È « È « 1 1
5．4．2IP协议的主要功能：
5．4．3 IP协议分析
1、IP数据报的格式
比特 0 版本号 3 报头 标 IP报头 （固定长度） 生存时间 识 协议 SIP DIP 任选项 （可变长度） 数据„ SIP：源地址 DIP：目的地址 图5.17 填充项 7 服务类型 标志 15 19 24 数据报长度 段偏移 报头检验和 31
5．1网络层概述
2、网络层提供的服务：面向连接服务和面 向无连接服务 3、虚电路与数据报
LC逻辑信道 DCE5 DTE5
虚电路方式 虚电路的种类 虚电路实例
3
3 2 1
2
1
LC2 DCE1
3
DTE1 LC1
DCE4
2 1
DTE4
LC3
3 2 1
DTE2
DCE2
DCE3 LC4
DTE3
图5.1
私有地址：
5．4．3 IP协议分析
IP地址的分配举例：
INTERNET
DDN
路由器 Ethernet
路由器 Ethernet PSTN X.25
主机
主机
路由器 Ethernet
IP主机 主机... 主机
普通 终端 IP主机 X.25 普通 终端 终端
主机 主机
图5.20 四个网络的互连
5．4．3 IP协议分析
子网的划分：
5．4．3 IP协议分析
3）可变长度子网掩码（VLSM ：Variable Length Subnet Masking） VLSM的应用实例：
第5章 网络层协议及分析
本章学习导引 5．1网络层概述 5．2路由选择与流量控制 5．3 X.25协议简介 5．4Internet的网络层协议分析 5．5小结
5．1网络层概述
1、网络层功能: 将若干逻辑信道复用到一个单一数据链路上； 提供路由选择； 提供交换虚电路和永久虚电路的连接； 提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确 认； 对通过DTE—DCE间的接口的分组进行差错及流 量控制； 检测和恢复分组层的差错； 为某些网络提供附加数据报业务
5．4．3 IP协议分析
3、子网的划分与子网掩码：
1）IP子网 划分方法：将IP地址中的主机号部分拿出几位用来做 子网号，和原有的网络号部分一起用来标识IP子网的 网络号，其余的仍然作为主机号部分 2）子网掩码 子网掩码：将二进制IP地址的网络号部分和子网号部 分全部设置为1，主机号部分全部设置为0 掩码的设置规则：将IP地址的二进制网络号部分设置 为全1，而主机号部分设置为全0
5．4．3 IP协议分析
IP地址的五种类型：
0 AÀ : 0 ´ BÀ : 1 0 ´ CÀ : 1 1 0 ´ DÀ : 1 1 1 0 ´ EÀ : 1 1 1 1 0 ´ net-id net-id net-id é ¥ × ² ³² µ Ö £ ô ø « ´ ¸ à ±Á · ½ À Ê Ó IPµ Ö µ Î Ö À Ð × ²Ä å ´ Í 8 16 host-id host-id host-id 24 31
[注]
5
4
3 LCGN
2
1
5．4Internet的网络层协议分析
5．4．1 IP层的主要特点：
提供无连接的数据报传输机制 完成点对点的通信 在IP协议中，数据的传送是不可靠的 IP协议作用：主要用于主机与网关、网关与网关、 主机与主机之间的通信 IP协议的功能：IP的寻址、面向无连接数据报传 送、数据报路由选择和差错处理等
5．3．2 X.25的分组级协议
1）报头
8 7 6 5 4 3 2 1 GFI LCN 分组类型识别符 LCGN 1 2 3
分组头
2）控制分组—— 呼叫请求分组
8 0
7 0
6 0
5 1
4
3
2
1
LCGN
LCN 0 0 0 0 1 0 1 1
主叫地址长
被叫地址长
主/被叫地址 0 0 任选业务字段长
任选业务 (可占0 63个字节) 呼叫用户数据 (可占0 16个字节) 图5.12 呼叫请求分组格式
I P数据报对物理帧的统一格式
1）报头区 2）数据区
5．4．3 IP协议分析
2、IP地址
1）IP地址的表示方法：由网络号部分和主机号部分组成， 总共有4个8位字节32比特，以二进制形式表示，每个字 节之间采用点作为分隔符号
þ ø Æ í ¾ Ä × ²¹ ¶ ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ 1001010.01110000.10010010.00010101 ® ø Æ í ¾ Ä × ²¹ Ê ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ 202 . 112 . 146 . 21 ® ù ø Æ í ¾ Ä × ²¹ Ê Á ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ CA . 70 . 92 . 15
图5.14
分组的正常传输工作过程
5．3．2 X.25的分组级协议
5）数据传输及流控 流量控制类分组格ຫໍສະໝຸດ Baidu：
8 0 0 7 0 6 1 LCN P（R） （a）模8流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） 8 0 0 7 0 6 1 LCN 0 0 0 P（R） （b）模128流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） [注]： 在RR控制分组中为00001 RNR控制分组中为00101 REJ控制分组中为01001 图5.15 流量控制分组模式 0 5 4 3 LCGN 2 1
数据传输分组 DCE数据 DTE数据 DCE接受准备好 DTE接收准备好 DCE接收未准备好 DTE接收未准备好 DTE接收拒绝 DCE中断 DTE中断 DCE中断证实 DTE中断证实 登记请求 登记证实 恢复分组 复位指示 复位请求 DCE复位证实 DTE复位证实 再启动指示 再启动请求 DCE再启动证实 DTE再启动证实 诊断 呼叫清除分组 清除指示 清除请求 DCE清除证实 DTE清除证实
5．4．3 IP协议分析
特殊IP地址：
º ã º Ë ¸ Ã Ä × â Ò °² Ò Ê Ó µ Ì Ê
ø ç Å Í Â ¹ È « È « È « 0 0 1 ÷ú Å Ö º ¹ È « 0 ´ ¾ Ô Õ É Ã ¿ Ó É Ã ¿ Ó º É Ã ² ¿ Ó º É Ã ² ¿ Ó É Ã ¿ Ó ¿ Ä ¾ Ä µ Õ º É Ã ² ¿ Ó º É Ã ² ¿ Ó É Ã ¿ Ó É Ã ¿ Ó É Ã ¿ Ó
5．4．3 IP协议分析
子网地址的获得：IP地址与子网掩码进行“按位 与”的运算 举例：求IP地址为202.112.143.171、子网掩码为 ？
255.255.255.224时的子网地址写成二进制的形式： IP地址的二进制形式为： 11001010.01110000.10001111.10101011 子网掩码的二进制形式为： 11111111.11111111.11111111.11100000 运行“按位与”的操作后，得到子网的地址为： 11001010.01110000.10001111.10100000 写成十进制的形式是：202.112.143.160， 即为子网地址
0 0 1 1 0 0 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1 1
1 1 1 1 0 0 1 1 1
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0
0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1
5．3 X.25协议简介
接口协议：终端用户和网络之间的通信规程 网内协议：通信子网内部(即包交换节点机)之 间的通信规程
用 户 规 程 规 程 转 换 接 口 规 程 接口 接 口 规 程 子网内部协议 网络 图5.7 用户规程、接口规程与网络规程间关系 接 口 规 程 接口 接 用 口 户 = 规 规 程 程 终端B
5．2．1路由选择
3、简单的路由选择算法 扩散式 随机式 固定式 4、自适应性路由选择算法 集中式 孤立式 分布式
5．2．2流量控制
流量控制的主要功能为：
防止网络过载而引起的吞吐量下降和传输时延 的增加； 避免产生网络死锁； 在相互竞争的网络用户间提供公平的网络资源 流量控制的方式与方法 流量控制的级别：段级、入口到出口级、入网 级、运输级 流量控制方法：证实法、丢弃法、预约缓冲区 法、许可证法
5．3．2 X.25的分组级协议
8 7 D 6 0 5 1 LCN P(R) M P(S) 0 4 3 2 1
3）数传分组
Q
LCGN
用 户 数 据
图5.13
数据分组格式
4）呼叫建立与拆除过程：
呼叫DTE 呼叫请求 呼叫指示 呼叫建立 呼叫连通 数据 数据传输 清除指示 呼叫清除 清除确认 清除确认 呼叫指示 数据 数据 清除请求 清除 传输数据 呼叫建立 被叫DTE
数 据 报 *面向无连接 *分组沿不同路径并发传输 *每个分组带X.121地址 *无建链、拆链阶段 *非顺序传，故需收方排序 *适用于质量好的信道
1
A
B
B
A
2
1
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2 1 2
5．2路由选择与流量控制
5．2．1路由选择
1、路由选择的要求 算法要正确完整，并尽量简单 具有可拓性 能正确、迅速、合理地传输报文信息 2、路由选择的方法 非适应型路由选择算法 具有自适应能力的路由选择算法
5．4．3 IP协议分析
2）IP地址的分类：
A类地址：首位为0，由7位表示网络地址，其余24位均用 来表示主机号，主要用于具有大量主机的网络 B类地址：一般用于较大规模的网络，编址时前2位为10， 接着的14位表示网络号，其余16位表示主机号 C类地址：前3位是110和相跟的21位是网络号，剩下的8比 特为网内的主机号 D类地址：又称多播地址，用于与网络上多台主机同时进 行通信的地址 E类地址：备用
5．4．3 IP协议分析
特殊格式的地址形式:： 网络地址：若主机地址为全0，则表示一个网络地 址 直接广播地址：用主机地址为全1作为全网的广播 地址 有限广播地址：若地址全为1，则作为本网的广播 地址 本机地址：若地址全为0代表本机地址（这种方式 在启动时应用） 回送地址：对于网号全为1的网络地址为回送地址 （用于测试网络通信进程）
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5．4．3 IP协议分析
3）IP地址的申请和分配 两种获得IP地址的方法：
用户通过Internet服务提供商（ISP）临时接入网络 用户向CNNIC申请固定使用的IP地址 A类地址：10.0.0.0～10.255.255.255 B类地址：172.16.0.0～172.31.255.255 C类地址：192.168.0.0～192.168.255.255
终端A
5．3．1 X.25的层次结构
物理级 帧级 分组级
5．3．2 X.25的分组级协议
1、分组类型
表5. X . 3 25的分组类型及其代码
分 组 类 型 从DCE到DTE 呼叫建立分组 入呼叫 呼叫连接 呼叫请求 呼叫接受 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 从DTE到DCE 分组类型识别符编码 8 7 6 5 4 3 2 1
虚电路实例
5．1网络层概述
数据报方式 数据报传输示意图
DCE
2 1
2
1
1
DTE1
DCE
3
DCE
2
1
DCE
3
DCE
3 2 1
图3.25
数据报传输方式
DTE3
3
5．1网络层概述
虚电路和数据报特点比较：
永久性电路 特点 *固定连接,犹如专线 *用户向网管提出申请,但 不能太多 *无建链、拆链阶段 *顺序传 *可靠（可用于质量差的信 道) 图例 NM C A 交换性电路 *一般用户，每次建链前需 发送一个呼叫请求分组 *若一次呼叫请求中断再发 送呼叫分组去找路由 *有建链、拆链和数传阶段 *顺序传 *可靠（可用于质量差的信 道) 呼叫请求分组
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5．4．2IP协议的主要功能：
5．4．3 IP协议分析
1、IP数据报的格式
比特 0 版本号 3 报头 标 IP报头 （固定长度） 生存时间 识 协议 SIP DIP 任选项 （可变长度） 数据„ SIP：源地址 DIP：目的地址 图5.17 填充项 7 服务类型 标志 15 19 24 数据报长度 段偏移 报头检验和 31
5．1网络层概述
2、网络层提供的服务：面向连接服务和面 向无连接服务 3、虚电路与数据报
LC逻辑信道 DCE5 DTE5
虚电路方式 虚电路的种类 虚电路实例
3
3 2 1
2
1
LC2 DCE1
3
DTE1 LC1
DCE4
2 1
DTE4
LC3
3 2 1
DTE2
DCE2
DCE3 LC4
DTE3
图5.1
私有地址：
5．4．3 IP协议分析
IP地址的分配举例：
INTERNET
DDN
路由器 Ethernet
路由器 Ethernet PSTN X.25
主机
主机
路由器 Ethernet
IP主机 主机... 主机
普通 终端 IP主机 X.25 普通 终端 终端
主机 主机
图5.20 四个网络的互连
5．4．3 IP协议分析
子网的划分：
5．4．3 IP协议分析
3）可变长度子网掩码（VLSM ：Variable Length Subnet Masking） VLSM的应用实例：
第5章 网络层协议及分析
本章学习导引 5．1网络层概述 5．2路由选择与流量控制 5．3 X.25协议简介 5．4Internet的网络层协议分析 5．5小结
5．1网络层概述
1、网络层功能: 将若干逻辑信道复用到一个单一数据链路上； 提供路由选择； 提供交换虚电路和永久虚电路的连接； 提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确 认； 对通过DTE—DCE间的接口的分组进行差错及流 量控制； 检测和恢复分组层的差错； 为某些网络提供附加数据报业务
5．4．3 IP协议分析
3、子网的划分与子网掩码：
1）IP子网 划分方法：将IP地址中的主机号部分拿出几位用来做 子网号，和原有的网络号部分一起用来标识IP子网的 网络号，其余的仍然作为主机号部分 2）子网掩码 子网掩码：将二进制IP地址的网络号部分和子网号部 分全部设置为1，主机号部分全部设置为0 掩码的设置规则：将IP地址的二进制网络号部分设置 为全1，而主机号部分设置为全0
5．4．3 IP协议分析
IP地址的五种类型：
0 AÀ : 0 ´ BÀ : 1 0 ´ CÀ : 1 1 0 ´ DÀ : 1 1 1 0 ´ EÀ : 1 1 1 1 0 ´ net-id net-id net-id é ¥ × ² ³² µ Ö £ ô ø « ´ ¸ à ±Á · ½ À Ê Ó IPµ Ö µ Î Ö À Ð × ²Ä å ´ Í 8 16 host-id host-id host-id 24 31
[注]
5
4
3 LCGN
2
1
5．4Internet的网络层协议分析
5．4．1 IP层的主要特点：
提供无连接的数据报传输机制 完成点对点的通信 在IP协议中，数据的传送是不可靠的 IP协议作用：主要用于主机与网关、网关与网关、 主机与主机之间的通信 IP协议的功能：IP的寻址、面向无连接数据报传 送、数据报路由选择和差错处理等
5．3．2 X.25的分组级协议
1）报头
8 7 6 5 4 3 2 1 GFI LCN 分组类型识别符 LCGN 1 2 3
分组头
2）控制分组—— 呼叫请求分组
8 0
7 0
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1
LCGN
LCN 0 0 0 0 1 0 1 1
主叫地址长
被叫地址长
主/被叫地址 0 0 任选业务字段长
任选业务 (可占0 63个字节) 呼叫用户数据 (可占0 16个字节) 图5.12 呼叫请求分组格式
I P数据报对物理帧的统一格式
1）报头区 2）数据区
5．4．3 IP协议分析
2、IP地址
1）IP地址的表示方法：由网络号部分和主机号部分组成， 总共有4个8位字节32比特，以二进制形式表示，每个字 节之间采用点作为分隔符号
þ ø Æ í ¾ Ä × ²¹ ¶ ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ 1001010.01110000.10010010.00010101 ® ø Æ í ¾ Ä × ²¹ Ê ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ 202 . 112 . 146 . 21 ® ù ø Æ í ¾ Ä × ²¹ Ê Á ½ Ö ±Ê µ IPµ Ö £ CA . 70 . 92 . 15
图5.14
分组的正常传输工作过程
5．3．2 X.25的分组级协议
5）数据传输及流控 流量控制类分组格ຫໍສະໝຸດ Baidu：
8 0 0 7 0 6 1 LCN P（R） （a）模8流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） 8 0 0 7 0 6 1 LCN 0 0 0 P（R） （b）模128流量控制分组格式（RR、RNR、REJ） [注]： 在RR控制分组中为00001 RNR控制分组中为00101 REJ控制分组中为01001 图5.15 流量控制分组模式 0 5 4 3 LCGN 2 1
数据传输分组 DCE数据 DTE数据 DCE接受准备好 DTE接收准备好 DCE接收未准备好 DTE接收未准备好 DTE接收拒绝 DCE中断 DTE中断 DCE中断证实 DTE中断证实 登记请求 登记证实 恢复分组 复位指示 复位请求 DCE复位证实 DTE复位证实 再启动指示 再启动请求 DCE再启动证实 DTE再启动证实 诊断 呼叫清除分组 清除指示 清除请求 DCE清除证实 DTE清除证实
5．4．3 IP协议分析
特殊IP地址：
º ã º Ë ¸ Ã Ä × â Ò °² Ò Ê Ó µ Ì Ê
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5．4．3 IP协议分析
子网地址的获得：IP地址与子网掩码进行“按位 与”的运算 举例：求IP地址为202.112.143.171、子网掩码为 ？
255.255.255.224时的子网地址写成二进制的形式： IP地址的二进制形式为： 11001010.01110000.10001111.10101011 子网掩码的二进制形式为： 11111111.11111111.11111111.11100000 运行“按位与”的操作后，得到子网的地址为： 11001010.01110000.10001111.10100000 写成十进制的形式是：202.112.143.160， 即为子网地址
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5．3 X.25协议简介
接口协议：终端用户和网络之间的通信规程 网内协议：通信子网内部(即包交换节点机)之 间的通信规程
用 户 规 程 规 程 转 换 接 口 规 程 接口 接 口 规 程 子网内部协议 网络 图5.7 用户规程、接口规程与网络规程间关系 接 口 规 程 接口 接 用 口 户 = 规 规 程 程 终端B
5．2．1路由选择
3、简单的路由选择算法 扩散式 随机式 固定式 4、自适应性路由选择算法 集中式 孤立式 分布式
5．2．2流量控制
流量控制的主要功能为：
防止网络过载而引起的吞吐量下降和传输时延 的增加； 避免产生网络死锁； 在相互竞争的网络用户间提供公平的网络资源 流量控制的方式与方法 流量控制的级别：段级、入口到出口级、入网 级、运输级 流量控制方法：证实法、丢弃法、预约缓冲区 法、许可证法
5．3．2 X.25的分组级协议
8 7 D 6 0 5 1 LCN P(R) M P(S) 0 4 3 2 1
3）数传分组
Q
LCGN
用 户 数 据
图5.13
数据分组格式
4）呼叫建立与拆除过程：
呼叫DTE 呼叫请求 呼叫指示 呼叫建立 呼叫连通 数据 数据传输 清除指示 呼叫清除 清除确认 清除确认 呼叫指示 数据 数据 清除请求 清除 传输数据 呼叫建立 被叫DTE