计算机网络 第四章 网络层 PART1

第四章 网络层

4.1 网络层提供的两种服务

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交互的数据报服务

网络层不提供服务质量的承诺：所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序，当然也不保证分组交互的时限。

4.2 网际协议IP

与IP协议配套使用的还有三个协议

  • 地址解析协议 ARP
  • 网际控制报文协议 ICMP
  • 网际组管理协议 IGMP

IP经常使用ARP协议，而ICMP、IGMP协议要使用IP协议。

4.2.1 虚拟互联网络

参加互联的计算机网络都使用相同的网际协议IP，因此可以把互联以后的计算机网络看成如图所示的一个虚拟互联网络。

互联网可以由多种异构网络互联组成。

4.2.2 分类的IP地址

  1. IP地址及表示方法

    IP地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN进行分配。

    IP地址的编址方法的三个历史阶段：

    1. 分类的IP地址

    2. 子网的划分

    3. 构成超网

    分类的IP地址：

    第一个字段是网络号（net-id），标志主机所连接到的网络。网络号在整个互联网范围必须是唯一的。

    第二个字段是主机号（host-id），标志该主机或路由器。一台主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。

    因此，一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的

    \[IP\mbox{地址} ::= \{<\mbox{网络号}>,<主机号>\} \]

上图给出了各种IP地址的网络号字段和主机号字段，这里A类、B类和C类地址都是单播地址，是最常用的。

  • A、B、C类地址的网络号字段（灰shai的）分别为1、2、3个字节（一个字节为8位）长。网络号字段最前面为类别位，其数值分别规定为0，10，110.
  • A、B、C类地址的主机号字段分别为3、2、1个字节长。
  • D类地址（前4位是1110）用于多播（一对多通信）
  • E类地址（前4位是1111）保留为以后用。

为了提高可读性，常常把32位的IP地址中的每8位插入空格（机器没有），便于书写，可用其等效的十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。此为点分十进制记法（dotted decimal notation）。

  1. 常用的三种类别的IP地址

A类地址：

  • 网络号字段占1个字节，只有7位可供使用，可指派的网络号是126个（\(2^7-2\)）
  • 减2的原因1:网络号字段全0的IP地址是保留地址，意思是本网络。
  • 原因2，网络号为127（01111111）保留作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用。若主机发送一个目的地址为换回地址的IP数据报，则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据，不会把数据包发送到任何网络。
  • 主机号占3个字节，因此每一个A类网络中的最大主机数为\(2^{24}-2\)，即16777214. 主机号全0代表“本主机”所连接到的单个网络地址。全1表示该网络上的所有主机。
  • A类地址空间总共有\(2^{32}\)个地址，占整个IP地址空间的50%

B类地址：

  • 前面两位固定。128.0.0.0是不指派的，可以指派的B类最小网络地址是128.1.0.0。故B类地址可指派的网络数为\(2^{14}-1\),即16383
  • 每一个网络的最大主机数是\(2^{16}-2\)，扣除全0和全1的主机号。
  • B类地址空间共约有\(2^{30}\)个地址，占整个IP地址空间的25%

C类地址：

  • 有3个字节的网络号字段，最前面的3位是110. 192.0.0.0也是不指派的，因此可以指派的最小网络地址为192.0.1.0，因此C类地址可指派的网络总数是\(2^{21}-1\)，即2097151.
  • 每一个C类地址的最大主机数为\(2^8-2\)，即254.
  • 整个C类地址空间共约有\(2^{29}\)个地址，占整个IP地址的12.5%

IP地址的重要特点：

  • 每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。因此，IP地址是一种分等级的地址结构。

    好处： 1.只分配网络号，主机号由得到该网络号的单位自行分配，方便了IP地址的管理。

    ​ 2.路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，减小了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间。

  • IP地址是标志一台主机和一台链路的接口。当一台主机同时连接到两个网络上是，该主机必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的，此主机称为多归属主机。

  • 用转发器或者网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为这些局域网都有同样的网络号。具有不同网络号的局域网必须使用路由器进行互连。

  • 在IP地址中，所有分配到网络号的网络都是平等的。即互联网同等对待每一个IP地址。

在上图中，注意：

  • 路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。即路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。
  • 当两个路由器直接相连时，连线两端的接口处，可以分配也可以不分配IP地址。这样的特殊网络（\(N_1,N_2,N_3\)）叫做无编号网络或无名网络。

4.2.3 IP地址与硬件地址

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（由软件实现的）

路由器为什么有两个物理地址？
路由器是内网和外网的链接设备，也是内网的网关。所以，它既要对外，也要对内。
对外，它需要一个地址让通信商能找到它，从而建立有效的通信路径，保障数据的有效传递。
对内，它需要将外网隔离，控制整个内网的出口，管理内网内部的链接，要于内网每台设备通信，从而也需要一个地址。
所以两个物理地址，让内外网同时工作，这样路由能保证数据传输的时效，保障网络通信速度。

上图总结：

  1. 在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。
  2. 路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。
  3. 在局域网的链路层，只能看见MAC帧。
  4. IP层抽象的互联网屏蔽了下层这些很复杂的细节。只要在网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信。
posted @ 2020-10-27 10:55  QingYuAn_Wayne  阅读(159)  评论(0)    收藏  举报