1、第第6 6章章 网络互联网络互联本章学习目标：本章学习目标：v了解网络层的作用了解网络层的作用v掌握掌握IP协议的内容协议的内容v熟练掌握熟练掌握IP地址的编址和子网划分地址的编址和子网划分v了解网络层工作的过程了解网络层工作的过程v了解路由协议以及网络层转发数据包的过了解路由协议以及网络层转发数据包的过程程6.1 6.1 计算机网络计算机网络不同网络之间进行数据传输时，为数据传输中的路由选择提供帮助，找出在数据传输时的最佳路径，并按照一定的协议对数据进行封装和解封装 6.1.1 6.1.1 网络层功能和内容网络层功能和内容v网络层的主要内容网络层的主要内容 当某一个网络的一台主机终端需要与另
2、一个当某一个网络的一台主机终端需要与另一个网络的主机终端进行通信和数据交流时，必须把网络的主机终端进行通信和数据交流时，必须把数据从其所在的网络传递到另一个网络中，而两数据从其所在的网络传递到另一个网络中，而两个网络之间可能存在多个路径，如何选择合适的个网络之间可能存在多个路径，如何选择合适的路径来对数据进行传送，如何标注代表不同网络路径来对数据进行传送，如何标注代表不同网络的主机终端，如何对数据进行封装以表示同一台的主机终端，如何对数据进行封装以表示同一台终端传输的数据，是网络互联技术要解决的问题。终端传输的数据，是网络互联技术要解决的问题。要解决这些问题，必须要有一系列的协议和规范，要解决
3、这些问题，必须要有一系列的协议和规范，这些协议和规范，是构成网络层的主要内容。这些协议和规范，是构成网络层的主要内容。v协议协议Internet 协议第四版协议第四版(IPv4)Internet 协议第六版协议第六版(IPv6)Novell 互联网分组交换协议互联网分组交换协议(IPX)AppleTalk无连接网络服务无连接网络服务(CLNS/DECNET)1 1四个基本过程四个基本过程v编址：用正确的地址为数据包编址。v封装：对要传输的数据采用合适的协议进行封装。v路由：为数据传输选择合适的传输路径。v解封装：在目的终端上对数据进行解封装的过程。6.1.2 6.1.2 网络层功能的实现过程网
4、络层功能的实现过程v编址编址v网络层必须为终端设备提供一种编址机制，以确网络层必须为终端设备提供一种编址机制，以确保终端具有唯一的标示地址。网络层提供的编制保终端具有唯一的标示地址。网络层提供的编制机制称为机制称为IP地址，也叫设备的逻辑地址。地址，也叫设备的逻辑地址。v封装封装v网络层必须提供封装，不仅仅是设备必须以地网络层必须提供封装，不仅仅是设备必须以地址来标识，对于每一个数据片断也需要标识，网址来标识，对于每一个数据片断也需要标识，网络层将接收到的数据进行封装，为数据片段添加络层将接收到的数据进行封装，为数据片段添加网络层报头，报头中添加源地址和目的地址，以网络层报头，报头中添加源地址
5、和目的地址，以标识每一个数据片段的来源和目的，由网络层封标识每一个数据片段的来源和目的，由网络层封装后的数据片段称为数据包。装后的数据片段称为数据包。v路由路由v路由是网络层提供的主要服务，由于源主机和目的主机并路由是网络层提供的主要服务，由于源主机和目的主机并不一定在同一网络内，所以数据的传输有时必须经过很多不一定在同一网络内，所以数据的传输有时必须经过很多不同的网络，沿途必须引导每个数据包通过网络并达到最不同的网络，沿途必须引导每个数据包通过网络并达到最终的目的主机，这种服务称为路由。所以连接网络的设备终的目的主机，这种服务称为路由。所以连接网络的设备也称为路由器，其作用就是为数据包选择路
6、径并将其转发也称为路由器，其作用就是为数据包选择路径并将其转发到目的主机。在网络中数据包每经过一台路由设备的过程到目的主机。在网络中数据包每经过一台路由设备的过程称为一称为一“跳跳”。v解封装解封装v当数据到达目的主机后，会在网络层进行处理，其过程称当数据到达目的主机后，会在网络层进行处理，其过程称为解封装，主机通过对数据的目的地址的检查来确认该数为解封装，主机通过对数据的目的地址的检查来确认该数据包发送的目的是否为本主机，如果地址正确，则对数据据包发送的目的是否为本主机，如果地址正确，则对数据进行后续的处理工作。进行后续的处理工作。vIP 提供的服务以及数据包报头结构和内容由提供的服务以及数
7、据包报头结构和内容由 IPv4 协议或协议或 IPv6 协议规定。这些服务和数据协议规定。这些服务和数据包结构用于封装包结构用于封装 UDP 数据报或数据报或 TCP 数据段，数据段，以便它们在网际网络中传输。以便它们在网际网络中传输。6.2 网际协议网际协议IPv低开销的网际协议低开销的网际协议无连接无连接发送数据前不确定是否已和目的主机建发送数据前不确定是否已和目的主机建立连接；立连接；尽力传递尽力传递不保证数据传递一定能到达；不保证数据传递一定能到达；介质无关介质无关传输过程和传输的介质没有关系。传输过程和传输的介质没有关系。v无连接无连接v尽力尽力 v介质无关介质无关 v32位位2进制
8、数进制数 00000000 00000000 00000000 00000000 11111111 11111111 11111111 11111111v点分十进制形式点分十进制形式 0.0.0.0 255.255.255.255v网络部分和主机部分网络部分和主机部分v唯一性唯一性6.2.1 IPv46.2.1 IPv4地址地址1、IP地址及其表示地址及其表示IP地址以连续的二进制数形地址以连续的二进制数形式存放式存放1100000010101000000010100000000111000000101010000000101000000001每每8bit分为一段分为一段11000000110
9、00000101010001010100000001010000010100000000100000001将每将每8bit的二进制数转换为的二进制数转换为十进制数十进制数192168101以以“点分十进制点分十进制”表示表示192.168.10.1192.168.10.1v二进制与十进制的转换二进制与十进制的转换vIP地址的四部分中的每一部分，其范围从地址的四部分中的每一部分，其范围从00000000到到11111111，当进行二进制到十进制的转换时如果某个位，当进行二进制到十进制的转换时如果某个位置的数字为置的数字为 1，则计入该位置所代表的十进制数，而如果，则计入该位置所代表的十进制数，而
10、如果该数字为该数字为 0，则不计入。当全为，则不计入。当全为1时，则由时，则由8个数位全部相个数位全部相加：加：128+64+32+16+8+4+2+1=255272726262525242423232222212120201281286464323216168 84 42 21 11100000011000000101010001010100000001010000010100000000100000001128+62+0+0+0+0+0+0128+62+0+0+0+0+0+0=192=192128+0+32+0+8+0+0+0128+0+32+0+8+0+0+0=168=1680+0+0+
11、0+0+8+0+2+00+0+0+0+0+8+0+2+0=10=100+0+0+0+0+0+0+10+0+0+0+0+0+0+1=1=1172172161617171 1172=128+0+32+0+8+4+0+016=0+0+0+16+0+0+0+017=0+0+0+16+0+0+0+11=0+0+0+0+0+0+0+1以对应的二进制数表示为：以对应的二进制数表示为：10101100.00010000.00010001.00000001v注意：注意：检查十进制和二进制之间的转换是否正确可以用检查十进制和二进制之间的转换是否正确可以用直观的奇数和偶数来判断，当一个偶数的十进制直观的奇数和偶数来
12、判断，当一个偶数的十进制转换为二进制数的时候，其最后位必然为转换为二进制数的时候，其最后位必然为0，当，当一个奇数的十进制数转换为二进制数的时候，其一个奇数的十进制数转换为二进制数的时候，其最后位必然为最后位必然为1，二进制向十进制的转换过程中，二进制向十进制的转换过程中，可以采用相同的方法来进行简单的判断。可以采用相同的方法来进行简单的判断。、v每一个每一个IPv4地址分为两个部分：网络部分和主机地址分为两个部分：网络部分和主机部分，为了定义地址的网络部分和主机部分，设部分，为了定义地址的网络部分和主机部分，设备另行使用称为子网掩码的一个备另行使用称为子网掩码的一个32位形式，通过位形式，通
13、过子网掩码的位数来确定哪些是网络部分，哪些是子网掩码的位数来确定哪些是网络部分，哪些是主机部分。子网掩码使用一个和主机部分。子网掩码使用一个和IPv4地址相匹配地址相匹配的的32位值，分为全位值，分为全1位和全位和全0位两部分，其中全位两部分，其中全1位与位与IP地址中的网络部分长度保持一致，而全地址中的网络部分长度保持一致，而全0位对应位对应IP地址中的主机部分，子网掩码也和地址中的主机部分，子网掩码也和IP地地址一样采用点分十进制的形式来表示。址一样采用点分十进制的形式来表示。v子网掩码的另一种表示形式为全子网掩码的另一种表示形式为全1长度法，即计算子网掩码中全长度法，即计算子网掩码中全1
14、位位的长度，例如：的长度，例如：子网掩码子网掩码255.255.255.0以二进制表示为以二进制表示为11111111.11111111.11111111.00000000 那么其全那么其全1位为位为24位，当其是一个位，当其是一个IP地址的子网掩码时，可以用地址的子网掩码时，可以用/24来表示来表示 可以写作可以写作192.168.10.1/24，这种方法也成为前缀长度，用相同，这种方法也成为前缀长度，用相同网络部分的长度来指代处在同一个网络的地址。网络部分的长度来指代处在同一个网络的地址。2、IP地址的地址类型地址的地址类型v网络地址网络地址用来指代整个网络的地址用来指代整个网络的地址v广
15、播地址广播地址用于向网络内的所有主机发送广播用于向网络内的所有主机发送广播数据的特殊地址，此地址的主机部分的每个主机数据的特殊地址，此地址的主机部分的每个主机位均为位均为1v主机地址主机地址可以分配给网络中终端设备的可用可以分配给网络中终端设备的可用地址，要向某个网络中的所有主机发送数据，主地址，要向某个网络中的所有主机发送数据，主机只需以该网络广播地址为目的地址发送一个数机只需以该网络广播地址为目的地址发送一个数据包即可。广播地址使用该网络范围内的最大地据包即可。广播地址使用该网络范围内的最大地址，即主机部分的各比特位全部为址，即主机部分的各比特位全部为1的地址。的地址。点分十进制点分十进制
16、二进制二进制网络地址网络地址地址表示地址表示192.168.10.011000000 10101000 00001010 00000000子网掩码子网掩码255.255.255.011111111 11111111 11111111 00000000主机地址主机地址地址表示地址表示192.168.10.1至至192.168.10.25411000000 10101000 00001010 0000000111000000 10101000 00001010 11111110子网掩码子网掩码255.255.255.011111111 11111111 11111111 00000000广播地址广播地址地址表示地址表示192.168.10.25511000000 10101000 00001010 11111111子网掩码子网掩码255.255.255.011111111 11111111 11111111 000000003、主机的通信类型、主机的通信类型v单播单播从单一的一台主机向另一台主机发送数从单一的一台主机向另一台主机发送数据据v组播组播从单一的一台主机向网络中的一组主机从单一的
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