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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,網絡層,網絡層是因為網絡的互連而產生的一個結構層次。所謂網絡互連就是將不同地方的兩個以上的計算機網絡用一種或多種通信設備相互連通起來，構成一個大的局域網，或構成城域網、廣域網。網絡互連的目的是為了實現更遠距離的數據通信，和在更大的范圍內實現更多資源的共享。,網絡互聯是指采用不同技術的網絡的網絡層間的邏輯互連，是一種連接異構網絡的方案和技術。,實現不同網絡互連的中間通信設備稱作為中繼系統(tǒng)。中繼系統(tǒng)在網絡之間進行協(xié)議和功能轉換，它具有很強的層次性。,網絡互聯通過一組路由器將多個物理網絡連接成單一的、無縫的虛擬網

2、絡。所謂虛擬網絡就是具有通用的編址方案，實現通用的服務的網絡。所謂通用的服務，就是指通信系統(tǒng)允許任意兩臺計算機進行通信。,網絡層為傳輸層提供建立端對端通信的功能。它讓傳輸層可以專注于自己的工作，而不必關心兩站點間來回傳送信息的具體細節(jié)。,網絡層的服務,網絡層必須完成三大任務：,（1）路徑選擇。要選擇從發(fā)送方到達接收方所必須經過的路徑。,（2）數據交換。要將發(fā)送方的數據包沿著選擇的路徑上的節(jié)點，逐點傳遞到接收端點。在每個傳遞的節(jié)點，由于同時要傳遞來自多個不同源端去往多個不同的宿主的多個數據包，所以要保證從某個輸入接口傳來的數據包必須轉發(fā)到正確的輸出接口。,（3）呼叫建立。這一功能主要是對采用面向

3、連接的服務模型而言。傳輸層的三次握手，是兩個端機系統(tǒng)的一對進程間在實際傳輸數據前的聯絡過程。這里網絡層的呼叫建立是針對傳輸層要求的面向連接的服務，在傳輸傳輸層數據包之前先在源宿方之間建立一條用來傳輸數據包的確定的連接通路。這條連接通路包括被用來傳輸傳輸層的握手信息數據包,交換所謂交換是說數據的傳輸，是通過將數據劃分成一個一個的傳輸單位，從始端起，在通往目的端的網絡的節(jié)點間逐點傳遞，最后到達接收端。數據的傳輸過程變成了一個一個數據包在網絡節(jié)點一進一出的交換過程。,包網絡系統(tǒng)中單獨傳送的數據單位。它具有兩層含義，一表示是一個獨立的數據塊；二表示它是經過包裝的。,電路交換是指傳輸數據前，在發(fā)送端和接

4、收端之間的通信子網中建立一條物理通路，然后沿著這條物理通路連續(xù)有序的傳送數據單元，傳送期間這一對端點始終獨享這條物理線路。數據傳送前要建立通路，傳送結束后要拆除通路。,存儲轉發(fā)是在通信子網中，亦步亦趨地從始端，沿著通向末端的各個節(jié)點，逐點盡力地向前傳遞數據單元。,網絡阻塞控制,網絡層的阻塞控制的主要目的是保證到達路由節(jié)點的數據能夠順利進入隊列，并順利轉發(fā)，即在節(jié)點不發(fā)生阻滯。,阻塞控制方法,1）緩沖區(qū)預分配法,2）分組丟棄法,3）定額控制法,死鎖及其防止,1）存儲轉發(fā)死鎖及其防止,2）重裝死鎖及其防止,路由選擇算法,在一個通信子網中，網絡源節(jié)點到目的節(jié)點可有多條傳輸路徑。網絡節(jié)點在收到一個分組

5、后，要確定向下一節(jié)點傳送的路徑，這就是路由選擇。,路由的核心是路由協(xié)議。路由協(xié)議的核心是路由算法。路由算法是指確定路由選擇的策略。,路由算法的目的就是找出源節(jié)點到目的節(jié)點的最佳路徑。,所謂最佳路徑，就是兩個節(jié)點所有可能路由中具有最小代價的那條路徑。,如一個站點想與另一個并未與之直接連接的站點通信，網絡協(xié)議必須找出一條路徑來連接它們。通常根據通過每條路徑發(fā)送信息所需的費用和時間的比較來最終確定那條路徑。這種比較是相當復雜的。,路由表,網絡節(jié)點通過使用路由表來指明路徑。通常路由表并不給出完整路徑，而只給出去往某個目的地的下一個節(jié)點以及從當前節(jié)點到達那里所需的總的費用。,路由表計算,小型網絡中可通過

6、人工計算完成，但對于大型網絡而言必須用軟件來計算完成。,路由算法分類,靜態(tài)路由算法：路由器只在啟動時計算和設置路由，此后路由不再改變或者路由改變很慢，通常只有在人的干涉下才能發(fā)生改變，即由管理員手動改變路由表。,動態(tài)路由算法：路由器在啟動時只建立一個初始路由，當網絡變化時隨時更新，路由動態(tài)地發(fā)生改變。除了網絡發(fā)生改變外，當發(fā)生路由循環(huán)或是路由振動時，路由也會隨之發(fā)生改變。動態(tài)路由也稱自適應路由。,互聯網看上去像一個單一、無縫的通信系統(tǒng)。網絡互連的一個重要前提條件是要有一個有效的地址結構，并且所有的互聯網絡用戶都應遵守這個地址結構。,編址是互聯網抽象的一個關鍵組成部分。為了以一個單一的統(tǒng)一系統(tǒng)出

7、現，所有主機必須使用統(tǒng)一編址方案。,在TCP/IP協(xié)議棧中，編址由互聯網協(xié)議（Internet Protocol，IP）規(guī)定。IP標準規(guī)定每臺主機分配一個32位二進制數作為該主機的互聯網協(xié)議地址（Internet Protocol address），常簡寫為IPv4地址或互聯網地址?；ヂ摼W地址（IPv4地址）是一個分配給每一個連入互聯網內的一臺主機，IP地址標識機器到網絡的連接，而不是機器自身，這二者有重要的區(qū)別。,IP編址,IP地址由4組8位數組成，總共32位。IP地址只能由網絡信息中心(NetworkInformation Center,NIC)分配，IP地址使用的十進制表示法稱為點分四元

8、表示法。,IP地址層次,每個32位IP地址被分割成兩部分：前綴和后綴，這樣的兩級層次結構設計使尋找路徑很方便，特別適合于層次路由尋徑。地址前綴部分確定了計算機從屬的物理網絡，后綴部分確定了該網絡上的一臺計算機。,IP地址分類,IP地址空間劃分為五類：A、B、C、D、E，其中A、B、C是三個基本類。每類有不同長度的前綴和后綴。,A類地址,IPv4設計A類地址的目的是支持巨型網絡，因為巨型網絡很少，因此開發(fā)了這種結構可使主機地址數很大，A類網絡的數量被嚴格限制。A類網絡地址的范圍從1.0.0.0到126.0.0.0。,B類地址,設計B類地址的目的是支持中到大型的網絡。B類網絡地址范圍從128.1.

9、0.0到191.254.0.0。,C類地址,C類地址用于支持大量的小型網絡。C類網絡地址范圍從192.0.1.0至223.255.254.0。,D類地址,D類地址用于在IP網絡中的組播(multicasting，又稱為多目廣播)。D類組播地址機制僅有有限的用處。一個組播地址是一個唯一的網絡地址。它能指導報文到達預定義的IP地址組。D類地址空間的范圍從224.0.0.0到239.255.255.254。,E類地址,點分十進制表示法,雖然IP地址是32位二進制數，但用戶很少以二進制方式輸入或讀其值。相反，當與用戶交互時，軟件使用一種更易于理解的表示法，稱為點分十進制表示法（dotted decim

10、al notation）。,類別和點分十進制表示法,點分十進制非常適合于IP地址，因為IP以八位位組為界，把地址分為前綴和后綴。在A類地址中，后三組對應于主機后綴。類似地，B類地址有兩組主機后綴，C類地址有一個組主機后綴。,地址空間管理,Internet的穩(wěn)定性和公共使用的網絡地址的唯一性直接相關。因此，需要一些機制來保證地址的唯一性。,現由ICANN制定了一套富有競爭性的注冊機制，允許商業(yè)團體互相競爭注冊IP名字和號碼。,特殊IP地址,除了給每臺計算機分配一個地址外，IP定義了一套特殊地址格式，用于表示整個網絡或一組計算機稱為保留地址（reserved）。即特殊地址從不分配給主機。下面給出每

11、個特殊地址格式的語法和語義。,1網絡地址,IP保留主機地址為0的地址，并用它來表示一個網絡。地址128.211.0.0表示一個分配了B類前綴128.211網絡。,2直接廣播地址,IP為每個物理網絡定義了一個直接廣播地址（directed broadcast address）。在網絡前綴后面增加一個所有位全1的后綴便形成了網絡的直接廣播地址。,3 本機地址,IP保留全0的地址指本計算機（this computer）。,4 回送地址,IP定義一個回送地址（loopback address）用于測試網絡應用程序。在生成一個網絡應用程序后，程序員經常使用回送測試來進行預調試。要實現一個回送測試，程序員

12、必須有兩個打算通過網絡進行通信的應用程序。IP保留A類網絡前綴127供回送時使用。,除了給每個主機分配一個互聯網地址外，IP規(guī)定路由器也應分配IP地址。,子網及子網化,最初整個Internet的構成是一個兩層結構。兩層結構的含義是：由網絡構成Internet，這是第一層；由主機構成網絡，這是第二層。,隨著許多組織開始擁有多個網絡，很顯然需要開發(fā)某種機制來區(qū)別同一個地點內的多個網絡，否則，將沒有有效的方法在多個網絡之間傳送數據到特定的端系統(tǒng)，這樣就需求出現Internet的另一個層次。通過同一節(jié)點接入Internet的多個網絡稱作子網。一種辦法是分配給每一個子網一個IP地址范圍，這種方法可以工作

13、，但是IP地址的使用效率相當低。這種方法會很快消耗掉所有未分配的IP地址。并且路由器中的路由表會十分龐大，因為每個網絡都需要一個自己的路由表項。因此需要一種更好的方法。這個更好的方法就是分層地組織這些子網，并在子網之間也進行路由。從Internet的角度看具有多個子網的地方仍被看作一個網絡。因此，它們共享一個共同的IP地址范圍。,劃分子網(subnetting)的設想就是Internet的層次結構需要一個第三層?，F在大中型組織普遍有多個網絡。通常這些網絡都是局域網，每個局域網被看作一個子網。,劃分子網方法將任何一類(A、B、C)IP地址再細分為更小的網絡號。一個被子網化的IP地址實際包含三部分

14、：網絡號、子網號和主機號。,子網和主機地址是由原先IP地址的主機地址部分分割成兩部分得到的。因此，用戶劃分子網的能力依賴于被子網化的IP地址類型。IP地址中主機地址位數越多，就能分得更多的子網和主機。然而，子網減少了能被尋址主機的數量。實際上，是把主機地址的一部分拿走用于識別子網號。子網由偽IP地址，也稱為子網掩碼標識。,子網掩碼是可用點-十進制數格式表示的32位二進制數，掩碼告訴網絡中的端系統(tǒng)(包括路由器和其他主機)IP地址的多少位用于識別網絡和子網。這些位被稱為擴展的網絡前綴。剩下的位標識子網內的主機，掩碼中用于標識網絡號的位置為1，主機位置為0。,用戶要對一個C類地址193.168.12

15、5.0進行劃分子網。這個地址是基地址，這也是Internet用于計算路由的地址。用戶需要把這一地址切分成6個子網，那么至少需要8位主機地址中的3位用來建造6個唯一的擴展網絡前綴。這些地址是001、010、011、100、101和110。最后一個8位位組被分成：3位加到網絡號中形成擴展的網絡前綴，剩下的5位用于識別主機,網關 由硬件和軟件組成，可以實現不同網段間的數據交換。在IP編址的環(huán)境下，網關簡化了不同子網間的通信。由于網絡中某設備不能把數據直接發(fā)送到其他子網中某設備，所以網關必須負責解釋和傳遞信息。網絡上每個節(jié)點都有一個唯一的默認網關，該網關可以手工或自動分配。每個默認網關（在許多情況下，

16、網關為路由器上接口）都有自己的IP地址。默認網關可以連接多個內部網絡，也可以連接一個內部網絡和多個外部網絡，每個網關只處理相對較少的編址信息，只要利用這些信息能把數據轉發(fā)到知道更多的機器信息的網關即可。,當前的IPV4版本在互聯網的廣泛應用，證明了Ipv4已經取得了很大的成功。但它的有限的地址空間限制了因特網的進一步的發(fā)展。此外快速發(fā)展的因特網應用，如多媒體傳輸，網上協(xié)同工作等都要求速度更快、質量更高的網絡服務。傳遞音頻和視頻的應用要求數據能以等間隔傳遞，為了保持這樣的信息流在通過因特網時不被打斷，IP必須避免經常更換路徑。,IPV6采用了128位的地址,每個地址占用16個字節(jié)，四倍于一個IPv4的地址。其中，每16位為一組，寫成十六進制數，并用冒號分隔每一組。例如，69DC：8864：FFFF：FFFF：0：1280：8C0A：FFFF,從IPv4向IPv6的過渡 會出現很多問題。所有現在的機器(主機、路由器、橋等等)都使用Ipv4。當機器轉向運行IPv6(通過軟件或硬件更新)時，所有的機器必須有兩組IP軟件，一組用于舊的版本，一組用于新的版本。一些使用IPv4進行通信的設備和應用，