计算机网络 第四章:网络层 阮晓龙 13938213680/rxl@hactcm educn http://network.xg.hactcm.edu.c 河南中医药大学信息管理与信息系统教硏室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室 2019.9
计算机网络 第四章：网络层 1 阮晓龙 13938213680 / rxl@hactcm.edu.cn http://network.xg.hactcm.edu.cn 河南中医药大学信息管理与信息系统教研室 信息技术学院网络与信息系统科研工作室 2019.9
2 本章教学计划 口网络层提供的两种服务 口网际协议(P) 口划分子网和构建超网(P地址管理) 基础内容 口网际控制报文协议(CMP) 口路由选择协议(R|P、OSPF、BGP) 口IP多播(P多播和lGMP) 口虚拟专用网(VPN) 扩展部分 口网络地址转换(NAT 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 本章教学计划 网络层提供的两种服务 网际协议（IP） 划分子网和构建超网（IP地址管理） 网际控制报文协议（ICMP） 路由选择协议（RIP、OSPF、BGP） IP多播（IP多播和IGMP） 虚拟专用网（VPN） 网络地址转换（NAT） 2 基础内容 扩展部分
3 本章教学计划 口讨论多个网络通过路由器互连成为一个互联网的问题。 口重点内容 虚拟互连网络 ■|P地址与物理地址的关系 P地址分类与管理的方法 路由选择协议 ■VPN的基本概念 ■NAT的基本原理 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 本章教学计划 讨论多个网络通过路由器互连成为一个互联网的问题。 重点内容： ◼ 虚拟互连网络 ◼ IP地址与物理地址的关系 ◼ IP地址分类与管理的方法 ◼ 路由选择协议 ◼ VPN的基本概念 ◼ NAT的基本原理 3
1网络层提供的两种服务 口在计算机网络领域,网络层应该向运输层提供怎样的服务 (“面向连接”还是“无连接”)曾引起了长期的争论。 口争论焦点的实质就是: 在计算机通信中,可靠交付应当由谁来负责? 是网络还是端系统? 通俗的讲:是网络设备负责可靠通信,还是计算机负责可靠通信? 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务 （“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。 争论焦点的实质就是： ◼ 在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？ ◼ 是网络还是端系统？ ◼ 通俗的讲：是网络设备负责可靠通信，还是计算机负责可靠通信？ 4
5 1网络层提供的两种服务 1.1虚电路 口电信网的成功经验:让网络负责可靠交付 电信网使用昂贵的程控交换机,用面向连接的通信方式,使电信网 络能够向用户提供可靠传输的服务 虚电路就是当两个计算机进行通信时,应当先建立连接,以保证双 方通信所需的一切网络资源,双方就沿着已建立的虚电路发送分组。 如果使用可靠传输的网络协议,就可使所发送的分组无差错按序到 达终点。 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 电信网的成功经验：让网络负责可靠交付。 ◼ 电信网使用昂贵的程控交换机，用面向连接的通信方式，使电信网 络能够向用户提供可靠传输的服务。 ◼ 虚电路就是当两个计算机进行通信时，应当先建立连接，以保证双 方通信所需的一切网络资源，双方就沿着已建立的虚电路发送分组。 ◼ 如果使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到 达终点。 5 1.1虚电路
6 1网络层提供的两种服务 1.1虚电路 应用层 H 应用层 运输层 2 运输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 虚电路 物理层 H1发送给H的所有分组都沿着同一条虚电路传送 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 6 1.1虚电路 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 H1 H2 虚电路 H1发送给H2的所有分组都沿着同一条虚电路传送 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
7 1网络层提供的两种服务 1.2数据报 口因特网不提供端到端的可靠服务的优势: 网络中的路由器可以做得比较简单,而且价格低廉。 如果主机(端系统)中的进程之间的通信需要是可靠的,那么就由 运输层负责(包括差错处理、流量控制等)。 网络的造价大大降低,运行方式灵活,能够适应多种应用。 口因特网能够发展到今日的规模,充分证明了当初采用这种 设计思路的正确性。 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 因特网不提供端到端的可靠服务的优势： ◼ 网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉。 ◼ 如果主机（端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由 运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 ◼ 网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种 设计思路的正确性。 7 1.2数据报
8 1网络层提供的两种服务 1.2数据报 应用层 IP数据报 H2□应用层 运输层 运输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 NSA 丢失 H1发送给H的分组可能沿着不同路径传送 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 8 1.2数据报 H1 H2 IP 数据报 丢失 H1发送给H2的分组可能沿着不同路径传送 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
9 1网络层提供的两种服务 1.3虚电路服务与数据报服务对比 对比的方面 虚电路服务 数据报服务 设计思路 可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证 连接的建立 必须有 不需要 终克地址 仅在连接建立阶段使用,每个分组使用短的虚 电路号 每个分组都有终点的完整地址 分组的转发 属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行每个分组独立选择路由进行转发 当结点出故隐时 所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作 出故障的结点可能会丢失分组,一些路由可能会 分组的顺序 总是按发送顺序到达终点 到达终点时不一定按发送顺序 端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责,也可以由用户主机负责 由用户主机负责 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 1.网络层提供的两种服务 9 1.3虚电路服务与数据报服务对比
10 2网际协议(P) 口网际协议( nternet protocol,IP),或称互联网协议, 是用于报文交换网络的一种面向数据的协议。 口|P是在TCP/P协议中网络层的主要协议,任务是仅仅根据 源主机和目的主机的地址传送数据。 P定义了寻址方法和数据报的封装结构。 P第一个架构的主要版本,现在称为PV4,目前仍然是最主要的互 联网协议。 尽管世界各地正在积极部署lP6,但|PV4仍然是最重要的网际协议。 河南中医药大学/阮晓龙(13938213680/http://network.xg.hactcm.edu.cn
河南中医药大学 / 阮晓龙 / 13938213680 / http://network.xg.hactcm.edu.cn 2.网际协议（IP） 网际协议（Internet Protocol，IP），或称互联网协议， 是用于报文交换网络的一种面向数据的协议。 IP是在TCP/IP协议中网络层的主要协议，任务是仅仅根据 源主机和目的主机的地址传送数据。 ◼ IP定义了寻址方法和数据报的封装结构 。 ◼ IP第一个架构的主要版本，现在称为IPv4，目前仍然是最主要的互 联网协议。 ◼ 尽管世界各地正在积极部署IPv6，但IPv4仍然是最重要的网际协议。 10