九章节网络层一.ppt
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1、第九讲 网络层(一),2,本讲主要内容,网络层概述 数据报与虚电路 网际协议IP IPv4与IPv6 IP数据报构成 IP地址 子网与子网掩码,3,7.1网络层概述,网络层的根本任务是将源主机发出的分组经各种途径送到目的主机。 从源主机到目的主机可能得经过许多中间节点。这一功能与数据链路层形成鲜明的对比,数据链路层仅将数据帧从导线的一端送到其另一端,而网络层是处理点到点数据传输的最低层。,4,7.1.1网络层的的设计问题,当源主机与目的主机不处于同一网络中时,应由网络层来处理这些差异,并解决由此而带来的问题,这是网络层关心的一个重要问题:异种网络互联。 网络层必须知道通信子网的拓扑结构(即所有
2、路由器的位置),并选择通过子网的合适路径,这是网络层要解决的另一个重要问题:路由选择。 另外,选择路径时要注意到,不要使一些通信线路超负荷工作,而另一些通信线路却处于空闲状态,这是另一方面的问题:拥塞控制。,5,表7-1 不同网络的不同性质,6,7.1.2 虚电路与数据报,在网络层主要提供两种数据传输服务: 面向连接的虚电路方式 无连接的数据报方式,7,1面向连接的虚电路方式,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,H1 要和 H5 通信,主机 H1 先向主机 H5 发出一个特定格式的控制信息分组, 要求进行通信,同时寻找一条合适路由。若主机 H5 同意 通信就发回
3、响应,然后双方就建立了虚电路。,8,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,同理,主机 H2 和主机 H6 通信之前,也要建立虚电路。,9,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,在虚电路建立后,网络向用户提供的服务就好像在 两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。 所有发送的分组都按顺序进入管道,然后按照 先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。,10,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致, 因此
4、网络提供虚电路服务对通信的 服务质量 QoS (Quality of Service)有较好的保证。,11,2无连接的数据报方式,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,路径可能变化,网络随时接受主机发送的分组(即数据报) 网络为每个分组独立地选择路由。,12,网络尽最大努力地将分组交付给目的主机,但网络对源主机没有任何承诺。 网络不保证所传送的分组不丢失,也不保证按源主机发送分组的先后顺序,以及在时限内必须将分组交付给目的主机。 当网络发生拥塞时,网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃 。 数据报提供的服务是不可靠
5、的,它不能保证服务质量。,无连接的数据报方式特点,13,在无连接的数据报方式的设计中,下面几个部分是非常关键的。,寻址 路由。 分组生命期。 差错控制和流量控制。 分段和重组。,14,7.2 网际协议IP,TCP/IP协议族是Internet所采用的协议族,是Internet的实现基础。 因特网协议IP (Internet Protocol)是TCP/IP协议族中网络层的协议,是TCP/IP协议族的核心协议。,15,7.2.1 IP协议提供的服务,IP协议是因特网中的基础协议,由IP协议控制传输的协议单元称为IP数据报。 IP将多个网络连成一个互联网,可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联
6、网分发出去,它的基本任务是屏蔽下层各种物理网络的差异,向上层(主要是TCP层或UDP层)提供统一的IP数据报,各个IP数据报之间是相互独立的。 IP协议提供不可靠的、无连接的、尽力的数据报投递服务。,16,将IP数据报封装到以太网的MAC数据帧中,17,7.2.2 IPv4与 IPv6,目前因特网上广泛使用的IP协议为IPv4,IPv4的IP地址是由32位的二进制数值组成的。 IPv4协议的设计目标是提供无连接的数据报尽力投递服务。,18,固 定 部 分,可变 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充
7、,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 (长 度 可 变),比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,IPv4的数据报结构,19,可变 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 (长 度 可 变),比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,
8、数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,IPv4的数据报结构,20,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 (长 度 可 变),比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,固 定 部 分,IPv4的数据报结构,21,IPv4首部字段,版本号(Version):4位,说明对应IP协议的版本号 IP头长度(IP Header Len
9、gth):4位,以32位为单位的IP数据报的报头长度。 服务类型(Type of Service):8位,用于规定优先级、传送速率、吞吐量和可靠性等参数。 IP数据报总长度(Total Length):16位,以字节为单位的数据报报头和数据两部分的总长度。 标识符(Identifier):16位,它是数据报的唯一标识,用于数据报的分段和重装。 标志(Flag):3位,数据报是否分段的标志。 段偏移(Fragment Offest):13位,以64位为单位表示的分段偏移,22,IPv4首部字段,生存期(Time of Live):8位,允许数据报在互联网中传输的存活期限。 协议(Protocol
10、):8位,指出发送数据报的上层协议。 IP报头校验和(Header Checksum):16位,用于对报头的正确性检验。 源站IP地址:32位,指出发送数据报的源主机IP地址。 目的站IP地址:32位,指出接收数据报的目的主机的IP地址。 IP选项:可变长度,提供任选的服务,如错误报告和特殊路由等。 填充项:可变长度,保证IP报头以32位边界对齐。,23,IPv6被提出,32位的IP地址空间将无法满足因特网迅速增长的要求;不定长的数据报头域处理影响了路由器的性能提高;单调的服务类型处理;缺乏安全性要求的考虑;负载的分段/组装功能影响了路由器处理的效率。 90年代初,人们就开始讨论新的互联网络协
11、议。IETF的IPng工作组在1994年9月提出了一个正式的草案“The Recommendation for the IP Next Generation Protocol“,1995年底确定了IPng的协议规范,并称为“IP版本6“(IPv6),24,0,4,16,31,版 本,比特,目 的 地 址,源 地 址,下 一 个 首 部,流 标 号,12,通 信 量 类,(128 bit),(128 bit),有 效 载 荷 长 度,跳 数 限 制,24,扩展首部 / 数据,IPv6 的 基本首部 (40 B),IPv6 的 有效载荷 (至 64 KB),IPv6的数据报头结构,25,IPv6主
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