單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的互連而產(chǎn)生的一個(gè)結(jié)構(gòu)層次。所謂網(wǎng)絡(luò)互連就是將不同地方的兩個(gè)以上的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用一種或多種通信設(shè)備相互連通起來，構(gòu)成一個(gè)大的局域網(wǎng)，或構(gòu)成城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)互連的目的是為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，和在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多資源的共享。,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指采用不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層間的邏輯互連，是一種連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的方案和技術(shù)。,實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)互連的中間通信設(shè)備稱作為中繼系統(tǒng)。中繼系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行協(xié)議和功能轉(zhuǎn)換，它具有很強(qiáng)的層次性。,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通過一組路由器將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)連接成單一的、無縫的虛擬網(wǎng)絡(luò)。所謂虛擬網(wǎng)絡(luò)就是具有通用的編址方案，實(shí)現(xiàn)通用的服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。所謂通用的服務(wù)，就是指通信系統(tǒng)允許任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。,網(wǎng)絡(luò)層為傳輸層提供建立端對(duì)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(guān)心兩站點(diǎn)間來回傳送信息的具體細(xì)節(jié)。,網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù),網(wǎng)絡(luò)層必須完成三大任務(wù)：,（1）路徑選擇。要選擇從發(fā)送方到達(dá)接收方所必須經(jīng)過的路徑。,（2）數(shù)據(jù)交換。要將發(fā)送方的數(shù)據(jù)包沿著選擇的路徑上的節(jié)點(diǎn)，逐點(diǎn)傳遞到接收端點(diǎn)。在每個(gè)傳遞的節(jié)點(diǎn)，由于同時(shí)要傳遞來自多個(gè)不同源端去往多個(gè)不同的宿主的多個(gè)數(shù)據(jù)包，所以要保證從某個(gè)輸入接口傳來的數(shù)據(jù)包必須轉(zhuǎn)發(fā)到正確的輸出接口。,（3）呼叫建立。這一功能主要是對(duì)采用面向連接的服務(wù)模型而言。傳輸層的三次握手，是兩個(gè)端機(jī)系統(tǒng)的一對(duì)進(jìn)程間在實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)前的聯(lián)絡(luò)過程。這里網(wǎng)絡(luò)層的呼叫建立是針對(duì)傳輸層要求的面向連接的服務(wù)，在傳輸傳輸層數(shù)據(jù)包之前先在源宿方之間建立一條用來傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包,交換所謂交換是說數(shù)據(jù)的傳輸，是通過將數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)一個(gè)的傳輸單位，從始端起，在通往目的端的網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間逐點(diǎn)傳遞，最后到達(dá)接收端。數(shù)據(jù)的傳輸過程變成了一個(gè)一個(gè)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一進(jìn)一出的交換過程。,包網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中單獨(dú)傳送的數(shù)據(jù)單位。它具有兩層含義，一表示是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊；二表示它是經(jīng)過包裝的。,電路交換是指傳輸數(shù)據(jù)前，在發(fā)送端和接收端之間的通信子網(wǎng)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(shù)據(jù)單元，傳送期間這一對(duì)端點(diǎn)始終獨(dú)享這條物理線路。數(shù)據(jù)傳送前要建立通路，傳送結(jié)束后要拆除通路。,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)是在通信子網(wǎng)中，亦步亦趨地從始端，沿著通向末端的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，逐點(diǎn)盡力地向前傳遞數(shù)據(jù)單元。,網(wǎng)絡(luò)阻塞控制,網(wǎng)絡(luò)層的阻塞控制的主要目的是保證到達(dá)路由節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)能夠順利進(jìn)入隊(duì)列，并順利轉(zhuǎn)發(fā)，即在節(jié)點(diǎn)不發(fā)生阻滯。,阻塞控制方法,1）緩沖區(qū)預(yù)分配法,2）分組丟棄法,3）定額控制法,死鎖及其防止,1）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)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(gè)通信子網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)可有多條傳輸路徑。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在收到一個(gè)分組后，要確定向下一節(jié)點(diǎn)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(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。,所謂最佳路徑，就是兩個(gè)節(jié)點(diǎn)所有可能路由中具有最小代價(jià)的那條路徑。,如一個(gè)站點(diǎn)想與另一個(gè)并未與之直接連接的站點(diǎn)通信，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必須找出一條路徑來連接它們。通常根據(jù)通過每條路徑發(fā)送信息所需的費(fèi)用和時(shí)間的比較來最終確定那條路徑。這種比較是相當(dāng)復(fù)雜的。,路由表,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(gè)目的地的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)以及從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到達(dá)那里所需的總的費(fèi)用。,路由表計(jì)算,小型網(wǎng)絡(luò)中可通過人工計(jì)算完成，但對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)而言必須用軟件來計(jì)算完成。,路由算法分類,靜態(tài)路由算法：路由器只在啟動(dòng)時(shí)計(jì)算和設(shè)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(dòng)改變路由表。,動(dòng)態(tài)路由算法：路由器在啟動(dòng)時(shí)只建立一個(gè)初始路由，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變化時(shí)隨時(shí)更新，路由動(dòng)態(tài)地發(fā)生改變。除了網(wǎng)絡(luò)發(fā)生改變外，當(dāng)發(fā)生路由循環(huán)或是路由振動(dòng)時(shí)，路由也會(huì)隨之發(fā)生改變。動(dòng)態(tài)路由也稱自適應(yīng)路由。,互聯(lián)網(wǎng)看上去像一個(gè)單一、無縫的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)互連的一個(gè)重要前提條件是要有一個(gè)有效的地址結(jié)構(gòu)，并且所有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)用戶都應(yīng)遵守這個(gè)地址結(jié)構(gòu)。,編址是互聯(lián)網(wǎng)抽象的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。為了以一個(gè)單一的統(tǒng)一系統(tǒng)出現(xiàn)，所有主機(jī)必須使用統(tǒng)一編址方案。,在TCP/IP協(xié)議棧中，編址由互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）規(guī)定。IP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)32位二進(jìn)制數(shù)作為該主機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址（Internet Protocol address），常簡寫為IPv4地址或互聯(lián)網(wǎng)地址?；ヂ?lián)網(wǎng)地址（IPv4地址）是一個(gè)分配給每一個(gè)連入互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的一臺(tái)主機(jī)，IP地址標(biāo)識(shí)機(jī)器到網(wǎng)絡(luò)的連接，而不是機(jī)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(shù)組成，總共32位。IP地址只能由網(wǎng)絡(luò)信息中心(NetworkInformation Center,NIC)分配，IP地址使用的十進(jìn)制表示法稱為點(diǎn)分四元表示法。,IP地址層次,每個(gè)32位IP地址被分割成兩部分：前綴和后綴，這樣的兩級(jí)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)從屬的物理網(wǎng)絡(luò)，后綴部分確定了該網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。,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(gè)基本類。每類有不同長度的前綴和后綴。,A類地址,IPv4設(shè)計(jì)A類地址的目的是支持巨型網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榫扌途W(wǎng)絡(luò)很少，因此開發(fā)了這種結(jié)構(gòu)可使主機(jī)地址數(shù)很大，A類網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量被嚴(yán)格限制。A類網(wǎng)絡(luò)地址的范圍從1.0.0.0到126.0.0.0。,B類地址,設(shè)計(jì)B類地址的目的是支持中到大型的網(wǎng)絡(luò)。B類網(wǎng)絡(luò)地址范圍從128.1.0.0到191.254.0.0。,C類地址,C類地址用于支持大量的小型網(wǎng)絡(luò)。C類網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)中的組播(multicasting，又稱為多目廣播)。D類組播地址機(jī)制僅有有限的用處。一個(gè)組播地址是一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。它能指導(dǎo)報(bào)文到達(dá)預(yù)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(diǎn)分十進(jìn)制表示法,雖然IP地址是32位二進(jìn)制數(shù)，但用戶很少以二進(jìn)制方式輸入或讀其值。相反，當(dāng)與用戶交互時(shí)，軟件使用一種更易于理解的表示法，稱為點(diǎn)分十進(jìn)制表示法（dotted decimal notation）。,類別和點(diǎn)分十進(jìn)制表示法,點(diǎn)分十進(jìn)制非常適合于IP地址，因?yàn)镮P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(duì)應(yīng)于主機(jī)后綴。類似地，B類地址有兩組主機(jī)后綴，C類地址有一個(gè)組主機(jī)后綴。,地址空間管理,Internet的穩(wěn)定性和公共使用的網(wǎng)絡(luò)地址的唯一性直接相關(guān)。因此，需要一些機(jī)制來保證地址的唯一性。,現(xiàn)由ICANN制定了一套富有競爭性的注冊(cè)機(jī)制，允許商業(yè)團(tuán)體互相競爭注冊(cè)IP名字和號(hào)碼。,特殊IP地址,除了給每臺(tái)計(jì)算機(jī)分配一個(gè)地址外，IP定義了一套特殊地址格式，用于表示整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一組計(jì)算機(jī)稱為保留地址（reserved）。即特殊地址從不分配給主機(jī)。下面給出每個(gè)特殊地址格式的語法和語義。,1網(wǎng)絡(luò)地址,IP保留主機(jī)地址為0的地址，并用它來表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。地址128.211.0.0表示一個(gè)分配了B類前綴128.211網(wǎng)絡(luò)。,2直接廣播地址,IP為每個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)定義了一個(gè)直接廣播地址（directed broadcast address）。在網(wǎng)絡(luò)前綴后面增加一個(gè)所有位全1的后綴便形成了網(wǎng)絡(luò)的直接廣播地址。,3 本機(jī)地址,IP保留全0的地址指本計(jì)算機(jī)（this computer）。,4 回送地址,IP定義一個(gè)回送地址（loopback address）用于測試網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。在生成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序后，程序員經(jīng)常使用回送測試來進(jìn)行預(yù)調(diào)試。要實(shí)現(xiàn)一個(gè)回送測試，程序員必須有兩個(gè)打算通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的應(yīng)用程序。IP保留A類網(wǎng)絡(luò)前綴127供回送時(shí)使用。,除了給每個(gè)主機(jī)分配一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)地址外，IP規(guī)定路由器也應(yīng)分配IP地址。,子網(wǎng)及子網(wǎng)化,最初整個(gè)Internet的構(gòu)成是一個(gè)兩層結(jié)構(gòu)。兩層結(jié)構(gòu)的含義是：由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Internet，這是第一層；由主機(jī)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，這是第二層。,隨著許多組織開始擁有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，很顯然需要開發(fā)某種機(jī)制來區(qū)別同一個(gè)地點(diǎn)內(nèi)的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，否則，將沒有有效的方法在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)到特定的端系統(tǒng)，這樣就需求出現(xiàn)Internet的另一個(gè)層次。通過同一節(jié)點(diǎn)接入Internet的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱作子網(wǎng)。一種辦法是分配給每一個(gè)子網(wǎng)一個(gè)IP地址范圍，這種方法可以工作，但是IP地址的使用效率相當(dāng)?shù)?。這種方法會(huì)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(huì)十分龐大，因?yàn)槊總€(gè)網(wǎng)絡(luò)都需要一個(gè)自己的路由表項(xiàng)。因此需要一種更好的方法。這個(gè)更好的方法就是分層地組織這些子網(wǎng)，并在子網(wǎng)之間也進(jìn)行路由。從Internet的角度看具有多個(gè)子網(wǎng)的地方仍被看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。因此，它們共享一個(gè)共同的IP地址范圍。,劃分子網(wǎng)(subnetting)的設(shè)想就是Internet的層次結(jié)構(gòu)需要一個(gè)第三層?，F(xiàn)在大中型組織普遍有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。通常這些網(wǎng)絡(luò)都是局域網(wǎng)，每個(gè)局域網(wǎng)被看作一個(gè)子網(wǎng)。,劃分子網(wǎng)方法將任何一類(A、B、C)IP地址再細(xì)分為更小的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。一個(gè)被子網(wǎng)化的IP地址實(shí)際包含三部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。,子網(wǎng)和主機(jī)地址是由原先IP地址的主機(jī)地址部分分割成兩部分得到的。因此，用戶劃分子網(wǎng)的能力依賴于被子網(wǎng)化的IP地址類型。IP地址中主機(jī)地址位數(shù)越多，就能分得更多的子網(wǎng)和主機(jī)。然而，子網(wǎng)減少了能被尋址主機(jī)的數(shù)量。實(shí)際上，是把主機(jī)地址的一部分拿走用于識(shí)別子網(wǎng)號(hào)。子網(wǎng)由偽IP地址，也稱為子網(wǎng)掩碼標(biāo)識(shí)。,子網(wǎng)掩碼是可用點(diǎn)-十進(jìn)制數(shù)格式表示的32位二進(jìn)制數(shù)，掩碼告訴網(wǎng)絡(luò)中的端系統(tǒng)(包括路由器和其他主機(jī))IP地址的多少位用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)。這些位被稱為擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)前綴。剩下的位標(biāo)識(shí)子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)，掩碼中用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)號(hào)的位置為1，主機(jī)位置為0。,用戶要對(duì)一個(gè)C類地址193.168.125.0進(jìn)行劃分子網(wǎng)。這個(gè)地址是基地址，這也是Internet用于計(jì)算路由的地址。用戶需要把這一地址切分成6個(gè)子網(wǎng)，那么至少需要8位主機(jī)地址中的3位用來建造6個(gè)唯一的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)前綴。這些地址是001、010、011、100、101和110。最后一個(gè)8位位組被分成：3位加到網(wǎng)絡(luò)號(hào)中形成擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)前綴，剩下的5位用于識(shí)別主機(jī),網(wǎng)關(guān) 由硬件和軟件組成，可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段間的數(shù)據(jù)交換。在IP編址的環(huán)境下，網(wǎng)關(guān)簡化了不同子網(wǎng)間的通信。由于網(wǎng)絡(luò)中某設(shè)備不能把數(shù)據(jù)直接發(fā)送到其他子網(wǎng)中某設(shè)備，所以網(wǎng)關(guān)必須負(fù)責(zé)解釋和傳遞信息。網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)可以手工或自動(dòng)分配。每個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（在許多情況下，網(wǎng)關(guān)為路由器上接口）都有自己的IP地址。默認(rèn)網(wǎng)關(guān)可以連接多個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也可以連接一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)外部網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)只處理相對(duì)較少的編址信息，只要利用這些信息能把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到知道更多的機(jī)器信息的網(wǎng)關(guān)即可。,當(dāng)前的IPV4版本在互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，證明了Ipv4已經(jīng)取得了很大的成功。但它的有限的地址空間限制了因特網(wǎng)的進(jìn)一步的發(fā)展。此外快速發(fā)展的因特網(wǎng)應(yīng)用，如多媒體傳輸，網(wǎng)上協(xié)同工作等都要求速度更快、質(zhì)量更高的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。傳遞音頻和視頻的應(yīng)用要求數(shù)據(jù)能以等間隔傳遞，為了保持這樣的信息流在通過因特網(wǎng)時(shí)不被打斷，IP必須避免經(jīng)常更換路徑。,IPV6采用了128位的地址,每個(gè)地址占用16個(gè)字節(jié)，四倍于一個(gè)IPv4的地址。其中，每16位為一組，寫成十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號(hào)分隔每一組。例如，69DC：8864：FFFF：FFFF：0：1280：8C0A：FFFF,從IPv4向IPv6的過渡 會(huì)出現(xiàn)很多問題。所有現(xiàn)在的機(jī)器(主機(jī)、路由器、橋等等)都使用Ipv4。當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)向運(yùn)行IPv6(通過軟件或硬件更新)時(shí)，所有的機(jī)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(jìn)行通信的設(shè)備和應(yīng)用，