第四章網絡層

• 4.1_網絡層提供的兩種服務
• • • （1）虛電路服務
    • （2）數據報服務
• 4.2_網絡協議
• • 4.2.1_虛擬互連網絡
  • 4.2.2_分類的IP地址
  • • （1）分類IP地址
    • • 三種分類方法
      • IP 地址的一些重要特點
  • 4.2.3_IP地址與硬件地址
  • 4.2.4_地址解析協議ARP與逆地址解析協議RARP
  • 4.2.5_IP數據報的格式
  • 4.2.6_IP層轉發分組的流程
• 三級目錄

4.1_網絡層提供的兩種服務

背景：
在計算機網絡領域，網絡層應該向運輸層提供怎樣的服務(“面向連接”還是“無連接”)曾引起了長期的爭論。
爭論焦點的實質就是:在計算機通信中，可靠交付應當由誰來負責?是網絡還是端系統?

（1）虛電路服務

電信網的思路：

虛電路只是一條邏輯 上的連接,而并不是真正建立了一條物理連接。

（2）數據報服務

因特網的思路：
網絡層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數據報服務。
無連接：網絡在發送分組時不需要先建立連接。每一個分組( 即IP數據報)獨立發送，與其前后的分組無關(不進行編號)。
盡最大努力交付：網絡層不提供服務質量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復和失序(不按序到達終點)，當然也不保證分組傳送的時限。可靠傳輸由網絡的主機中的運輸層負責(包括差錯處理、流量控制等)

4.2_網絡協議

網際協議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協議之一 。與IP協議配套使用的還有四個協議:
地址解析協議ARP(Address Resolution Protocol)
逆地址解析協議RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
網際控制報文協議ICMP (Internet Control Message Protocol)
網際組管理協議IGMP (Internet Group Management Protocol)
網際層的IP協議及配套協議：

4.2.1_虛擬互連網絡

虛擬互連網絡的意義：
所謂虛擬互連網絡也就是邏輯互連網絡，它的意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協議就可以使這些性能各異的網絡從用戶看起來好像是一個統一的網絡，使用IP 協議的虛擬互連網絡可簡稱為IP網。使用虛擬互連網絡的好處是:當互聯網上的主機進行通信時，就好像在一一個網絡上通信一樣,而看不見互連的各具體的網絡異構細節。
例如：

4.2.2_分類的IP地址

IP地址就是給每個連接在因特網上的主機(或路由器)分配一個在全世界范圍是唯一的32位的標識符。
IP地址的編址方法的發展
分類的IP地址：最基本的編址方法，1981 年就通過了相應的標準協議。
子網的劃分：對分類IP地址的改進，其標準[RFC 950]在1985年通過。
構成超網比較新的無分類編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應用。
點分十進制記法：

（1）分類IP地址

每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號。net-id，它標志主機(或路由器)所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號host-id它標志該主機(或路由器)。

IP 地址 ::= { <網絡號>, <主機號>} 分類的依據就是 網絡號和主機號各占多少位

三種分類方法

①A類
網絡號
可指派的網絡號: 126=2⁷-2（因為首位固定是1所以只剩下7位可用）
全零代表本網絡，127代表環回測試
主機號
每個網絡最大主機數: 2²⁴-2
全零代表該主機所在的網絡，全1表示該網絡上的所有主機。
A類地址占總IP空間的50%

②B類
網絡號
可指派的網絡號: 2¹⁴-1
網絡地址128.0.0.0不可指派
主機號
每個B類網絡包含的主機數: 2¹⁶-2
全零和全1的主機號不可用
B類地址占總IP空間的25%。
③C類
網絡號
可指派的網絡號: 2²¹-1
192.0.0.0不可用
主機號
每個網絡最多包含主機: 2⁸-2
C類地址占總IP空間的12.5%

IP 地址的一些重要特點

① IP地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是:
第一：IP地址管理機構在分配IP地址時分配網絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位自行分配。這樣就方便了IP地址的管理。
第二：路由器僅根據目的主機所連接的網絡號來轉發分組(而不考慮目的主機號)，這樣就可以使路由表中的項目數大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。
②當一個主機同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的 IP地址，其網絡號net-id 必須是不同的。這種主機稱為多歸屬主機(multihomed host)。
由于一個路由器至少應當連接到兩個網絡(這樣它才能將IP數據報從一個網絡轉發到另一個網絡)，因此一個路由器至少應當有兩個不同的IP地址。
③用轉發器或網橋連接起來的若干個局域網仍為一個網絡，因此這些局域網都具有同樣的網絡號net-id 。
④所有分配到網絡號net-id的網絡，范圍很小的局域網，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網，都是平等的。

4.2.3_IP地址與硬件地址

從協議棧的層次上看數據的流動、從虛擬的 IP 層上看 IP 數據報的流動、在鏈路上看 MAC 幀的流動

在 IP 層抽象的互聯網上只能看到 IP 數據報圖中的 IP1→IP2 表示從源地址 IP1 到目的地址 IP2,兩個路由器的 IP 地址并不出現在 IP 數據報的首部中（而如何實現兩個相鄰的點的傳遞呢？是根據數據鏈路層上的MAC幀的源和目的地址）

4.2.4_地址解析協議ARP與逆地址解析協議RARP

不管網絡層使用的是什么協議，在實際網絡的鏈路上傳送數據幀時，最終還是必須使用硬件地址。
每一個主機都設有一個 ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有連接在的局域網上的各主機和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
當主機 A 欲向本局域網上的某個主機 B 發送 IP 數據報時，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機 B 的 IP 地址。如有，就可查出其對應的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網將該 MAC 幀發往此硬件地址。

4.2.5_IP數據報的格式

4.2.6_IP層轉發分組的流程

三級目錄

總結

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