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CH4-5ed网络层PPT课件

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谢希仁计算机网络第五版课件CH9-5ed 无线网络

谢希仁计算机网络第五版课件CH9-5ed 无线网络
802.11g 2.4 GHz 最高为 OFDM 54 Mb/s
最高数据率较高，支持更多用户 同时上网，价格最高，信号传播 距离较短，且易受阻碍
最高数据率较高，支持更多用户 同时上网，信号传播距离最远， 且不易受阻碍，价格比 802.11b 贵
高校教育精品PPT 20
9.1.3 802.11 局域网的 MAC 层协议
便携接入(portable access)——在受限的网络 覆盖面积中，用户设备能够在以步行速度移动 时进行网络通信，提供有限的切换能力。
游牧接入(nomadic access)——用户设备的地 理位置至少在进行网络通信时保持不变。如用 户设备移动了位置，则再次进行通信时可能还 要寻找最佳的基站
CSMA/CA 协议
无线局域网不能使用 CSMA/CD， 而只能使用改进的 CSMA 协议。
改进的办法是把 CSMA 增加一个碰撞 避免(Collision Avoidance)功能。
802.11 就使用 CSMA/CA 协议。而在 使用 CSMA/CA 的同时，还增加使用 停止等待协议。
下面先介绍 802.11 的 MAC 层。
高校教育精品PPT 2
9.1 无线局域网
9.1.1 无线局域网的组成
有固定基础设施的无线局域网
AP1
AP2
高校教育精品PPT 3
一个基本服务集 BSS 包括一个基站和若干个移动站， 所有的站在本 BSS 以内都可以直接通信， 但在和本 BSS 以外的站通信时 ， 都要通过本 BSS 的基站。
AP1
其实 B 向 A 发送数据并不影响 C 向 D 发送数据
这就是暴无露站线问局题(域exp网os的ed特sta殊tion问pr题oblem)
B 的作用范围

CH4-5ed 网络层—RIP协议

CH4-5ed 网络层—RIP协议

第4章》4.5》4.5.2
4.5.2 内部网关协议 RIP
(Routing Information Protocol)
二、工作原理 1.RIP 是一种分布式的基于距离向量
的路由选择协议。
RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要 维护从它自己到其他每一个目的网络的 距离记录。
第4章》4.5》4.5.2
路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表
11 21 31
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
11 21
31
4 1 网 4
31 41 61
网5
51
61
41 6 1 网6
F
C
更新后
12A 22A 31 41 62C
C 说：“我到网 4 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 C 再到达网 4，因此这一项目不变。
网6
F
4.5.2 RIP协议
第4章》4.5》4.5.2
三、RIP 协议的优缺点
RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较 小。
RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距 离为 15（16 表示不可达）。
正 常 情 网1 况
11 R1
“1”表示“从本路由 器到网 1”
1 2 R1
网2
网3
11 21 31
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
11 21
31
4 1 网 4
31 41 61
网5
51
61
41 6 1 网6
F
C
更新后
12A 22A 31 41 62C

CH4-5ed 网络层_2

CH4-5ed 网络层_2
课件制作人：谢希仁
128.14.32.0/20 表示的地址（212 个地址）
最小地址 10000000 00001110 00100000 00000000 10000000 00001110 00100000 00000001 10000000 00001110 00100000 00000010 10000000 00001110 00100000 00000011 10000000 00001110 00100000 00000100 10000000 00001110 00100000 00000101
用 5 个前缀构成的二叉线索
32 位的 IP 地址 01000110 00000000 00000000 00000000 01010110 00000000 00000000 00000000 01100001 00000000 00000000 00000000 10110000 00000010 00000000 00000000 10111011 00001010 00000000 00000000 唯一前缀 0100 0101 011 10110 10111 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1
所有地址 的 20 位 前缀都是 一样的
…
…
最大地址
10000000 00001110 00101111 11111011 10000000 00001110 00101111 11111100 10000000 00001110 00101111 11111101 10000000 00001110 00101111 11111110 10000000 00001110 00101111 11111111
课件制作人：谢希仁
CIDR 最主要的特点

CH4-5ed 网络层

CH4-5ed 网络层


DF：Don’t Fragment；



MF：More Fragments

除最后一个段外的所有段都要置MF位。
指明了该分段在当前数据报中的位置。 除最后一个段外的所有段的长度必须是8字节（基本 段长）的倍数。

段偏移量（Fragment offset）



生存期（Time to live）

对应的网络层实现

虚电路服务
应用层 H1 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
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
数据报服务
应用层 H1 运输层 网络层 数据链路层 物理层 IP 数据报 H2 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
运输层 ICMP 网络层 首部 IGMP
TCP
UDP OSPF
数据部分
IP 数据报
协议字段指出应将数据 部分交给哪一个进程
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部 不检验数据部分。 这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。
发送端 数 字2 据 报 检验和 首 部 字n
接收端
字1
16 位 16 位 … 置为全 0 … 16 位
字1

CH3-5ed数据链路层PPT课件

CH3-5ed数据链路层PPT课件

循环冗余检验的原理
在数据链路层传送的帧中，广泛使用了循 环冗余检验 CRC 的检错技术。
在发送端，先把数据划分为组。假定每组 k 个比特。
假设待传送的一组数据 M = 101001（现在 k = 6）。我们在 M 的后面再添加供差错检 测用的 n 位冗余码一起发送。
冗余码的计算
用二进制的模 2 运算进行 2n 乘 M 的运算 ，这相当于在 M 后面添加 n 个 0。
得到的 (k + n) 位的数除以事先选定好的 长度为 (n + 1) 位的除数 P，得出商是 Q 而余数是 R，余数 R 比除数 P 少1 位， 即 R 是 n 位。 （模2运算：P68注解1）
冗余码的计算举例
现在 k = 6, M = 101001。 设 n = 3, 除数 P = 1101， 被除数是 2nM = 101001000。 模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，
2
第 3 章 数据链路层(主要内容）
3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.2 点对点协议 PPP 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 使用广播信道的以太网 3.5 扩展的以太网 3.6 高速以太网 3.7 其他类型的高速局域网接口
数据链路层
数据链路层使用的信道主要有以下两种类 型：
点对点信道。这种信道使用一对一的点 对点通信方式。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
帧开始
IP 数据报
帧结束
开始 发送 帧首部
帧的数据部分
MTU 数据链路层的帧长
帧尾部
用控制字符进行帧定界的方法举例
帧开始符
帧结束符
SOH
装在帧中的数据部分
EOT
帧 发送在前

CH4 网络层(5)

CH4 网络层(5)

自治系统 AS (Autonomous System)
• 自治系统 AS 的定义：在单一的技术管理下的 一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部 的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由 选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。 • 现在对自治系统 AS 的定义是强调下面的事实： 尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和 度量，但重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的 是一个单一的和一致的路由选择策略。



因特网采用分层次的路由选择协议。 因特网将整个互联网划分为许多较小的自治 系统 AS。其最重要的特点就是自治系统有 权自主地决定在本系统内应采用何种路由选 择协议。 一个自治系统内的所有网络都属于一个行政 单位(例如，一个公司，一所大学，政府的 一个部门，等等)来管辖。 一个自治系统的所有路由器在本自治系统内 都必须是连通的。
课件制作人：谢希仁
“距离”的定义




从一路由器到直接连接的网络的距离定 义为 1。 从一个路由器到非直接连接的网络的距 离定义为所经过的路由器数加 1。 RIP 协 议 中 的 “ 距 离 ” 也 称 为 “ 跳 数”(hop count)，因为每经过一个路由 器，跳数就加 1。 这里的“距离”实际上指的是“最短距 离”， 课件制作人：谢希仁
课件制作人：谢希仁
从路由算法的自适应性考虑


静态路由选择策略——即非自适应路由选择， 其特点是简单和开销较小，但不能及时适应 网络状态的变化。 动态路由选择策略——即自适应路由选择， 其特点是能较好地适应网络状态的变化，但 实现起来较为复杂，开销也比较大。
课件制作人：谢希仁

CH4计算机网络局域网 PPT资料共138页

课件制作人：谢希仁
强化碰撞
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时， 除了立即停止发送数据外，还要再继续发 送若干比特的人为干扰信号(jamming signal)，以便让所有用户都知道现在已经 发生了碰撞。
课件制作人：谢希仁
人为干扰信号
A 发送数据
B 发送数据
A
开始冲突
B
TB A 检测 到冲突
TJ
所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检 测”也称为“冲突检测”。
课件制作人：谢希仁
检测到碰撞后
在发生碰撞时，总线上传输的信号产生 了严重的失真，无法从中恢复出有用的 信息来。
每一个正在发送数据的站，一旦发现总 线上出现了碰撞，就要立即停止发送， 免得继续浪费网络资源，然后等待一段 随机时间后再次发送。
载波监听多点接入/碰撞检测
CSMA/CD
CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。
“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方 式连接在一根总线上。
“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先 要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数 据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生 碰撞。
或碰撞窗口。 经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，
才能肯定这次发送不会发生碰撞。
课件制作人：谢希仁
二进制指数类型退避算法
(truncated binary exponential type)
发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟 （退避）一个随机时间才能再发送数据。
确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。
课件制作人：谢希仁
以太网提供的服务

CH4-5ed 网络层




网络层以上的中继系统：网关(gateway)。
4.2.2 分类的 IP 地址
1. IP 地址及其表示方法


我们把整个因特网看成为一个单一的、抽 象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特 网上的主机（或路由器）分配一个在全世 界范围是唯一的 32 位的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配
128.11.3.31
2. 常用的三种类别的 IP 地址
B类地址的网络号字段有2字节，但前面两位已固定， IP 地址的使用范围 只剩下14位，因为这14位无论怎么取值也不可能出 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 现使整个2字节的网络号字段成为全0或全1，因此不 网络数 可用的 可用的 中最大的 存在网络总数减2的问题。但实际上B类地址 网络号 网络号 主机数 128.0.0.0是不指派的，而可以指派的B类最小网络地 A 址是128.1.0.0,因此总的网络数是16383. 126 (27 – 2) 1 126 16,777,214
host-id 16 位
host-id 8位
为 3 字节
E 类地址 1 1 1 1
保留为今后使用
IP 地址中的网络号字段和主机号字段
A 类地址 0 net-id 8位 B 类地址 1 0 host-id 24 位
net-id 16 位
C 类地址 1 1 0 net-id 24 bit 1 10 D 类地址 A1类地址的主机号字段地 址 多 播 host-id
第 4 章 网络层（续）
4.3 划分子网和构造超网 4.3.1 划分子网 4.3.2 使用子网时分组转发 4.3.3 无分类编址 CIDR（构造超网） 4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.4.1 ICMP 报文的种类 4.4.2 ICMP 的应用举例 4.5 因特网的路由选择协议 4.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念 4.5.2 内部网关协议 RIP 4.5.3 内部网关协议 OSPF 4.5.4 外部网关协议 BGP

ch4_网络层与路由技术ppt课件

4．子网划分中应当注意的问题 ➢ 划分了子网时，最好保留一个路由器地址。因为子网之
间的通信需要使用路由器。 ➢ 子网划分的目的并不是解决IP地址不够用的问题，因为
使用子网划分反而会使IP地址减少。子网划分主要解决 网络号不够用的问题。 ➢ 由以上计算可知，子网划分方法复杂，划分的子网号也 不便于记忆，不利于进行网络管理。况且，目前企业申 请到一个或数个网络号的情况也非常少。因此，对于大 多数企业和个人，内部局域网一般使用C类或B类私有地 址，这样进行网络管理更为简单可靠，而外部网络的互 连往往采用NAT（网络地址转换）技术。
3．子网的划分方法 在划分子网之前，应当先分析网络目前的需
求和将来的扩展，子网划分步骤如下： 第一步：确定网络中物理网段的数量，以及每个物
理网段上主机的数量。 第二步：计算需要的掩码二进制位数。 第三步：计算子网掩码值。 第四步：计算子网主机地址范围。
最新版整理ppt28页，共85页
4.2.3 有类子网划分技术
最新版整理ppt5页，共85页
4.1.3 最大数据传输单元长度
物理层一般要限制每次发送数据帧的最 大长度。任何时候IP层接收到一份要发送 的IP分组时，它要判断向本地哪个接口发 送数据（选路），并查询该接口，获得 MTU（最大数据传输单元）长度。
IP协议把MTU与IP分组长度进行比较， 如果IP分组太大，则需要进行分片。分片 可以发生在原始发送端的主机上，也可以 发生在中间路由器上。
最新版整理ppt23页，共85页
4.2.2 特殊IP地址
2．特殊IP地址
网络ID
网络号或主机 全0
号的比特位为全0 全1
或全1的地址有特 全0
殊的意义，它们不 全1
能分配给主机使用。 全0

CH4-5ed 网络层_3


正 常 情 况
1 1
网1 R1 网2
1 2 R1 网3 R2
“1”表示“从本路由 器到网 1” “2”表示“距离是 2”
“R1”表示 经过 R1
R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”
正 常 情 况
1 1
网1 R1 网2
1 2 R1 网3 R2
网1 R1 网 1出了故障 1 16

课件制作人：谢希仁
RIP 协议的优缺点

RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。 RIP 协议的缺点：

RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的 时间才能将此信息传送到所有的路由器。 RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16 表 示不可达）。 没有负载均衡机制。 只有一种评价代价，即：跳数。
网2 R2 1 2 R1
网3
R1 说：“我到网 1 的距离是 16 （表示无法到达）， 是直接交付。”
但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文， 因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。
正 常 情 况
1 1
网1 R1 网2
1 2 R1 网3 R2
网1 R1 网 1出了故障 1 16 1 3 R2
课件制作人：谢希仁
自治系统和 内部网关协议、外部网关协议
这里要指出两点


因特网的早期 RFC 文档中未使用“路由器”而是 使用“网关”这一名词。但是在新的 RFC 文档中 又使用了“路由器”这一名词。应当把这两个属于 当作同义词。 IGP 和 EGP 是协议类别的名称。但 RFC 在使用 EGP 这个名词时出现了一点混乱，因为最早的一 个外部网关协议的协议名字正好也是 EGP。因此 在遇到名词 EGP 时，应弄清它是指旧的协议 EGP 还是指外部网关协议 EGP 这个类别。
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地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)
网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)
可靠通信应当由用户主机来保 证 不需要 每个分组都有终点的完整地址
每个分组独立选择路由进行转 发 出故障的结点可能会丢失分组， 一些路由可能会发生变化 到达终点时不一定按发送顺序 由用户主机负责
4.2 网际协议IP
网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。 与 IP 协议配套使用的还有四个协议：
网际层的 IP 协议及配套协议
应用层 运输层
各种应用层协议 (HTTP, FTP, SMTP 等)
TCP, UDP
ICMP IGMP
网络层
IP
（网际层）
RARP ARP
网络接口层
与各种网络接口
物理硬件
4.2.1 虚拟互连网络
互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要 解决，如：
不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制 不同的差错恢复方法 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的服务（面向连接服务和无连接服务） 不同的管理与控制方式
本章最重要的内容
(1) 虚拟互连网络的概念 (2) IP 地址与物理地址的关系 (3) 传统的分类的 IP 地址（包括子网掩码）
和无分类域间路由选择 CIDR (4) 路由选择协议的工作原理
4.1 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。
4.3 划分子网和构造超网 4.3.1 划分子网 4.3.2 使用子网时分组转发 4.3.3 无分类编址 CIDR（构造超网）
4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.4.1 ICMP 报文的种类 4.4.2 ICMP 的应用举例
4.5 因特网的路由选择协议 4.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念 4.5.2 内部网关协议 RIP 4.5.3 内部网关协议 OSPF 4.5.4 外部网关协议 BGP
应用层 运输层 H1 网络层 数据链路层 物理层
虚电路
应用层 H2 运输层
网络层 数据链路层
物理层
H1 发送给 H2 的所有分组ห้องสมุดไป่ตู้沿着同一条虚电路传送
虚电路是逻辑连接
虚电路表示这只是一条逻辑上的连接， 分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发 方式传送，而并不是真正建立了一条物 理连接。
请注意，电路交换的电话通信是先建立 了一条真正的连接。因此分组交换的虚 连接和电路交换的连接只是类似，但并 不完全一样。
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。
数据报服务
应用层 运输层 H1 网络层 数据链路层 物理层
IP 数据报 丢失
应用层 H2 运输层
网络层 数据链路层
物理层
H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送
虚电路服务与数据报服务的对比
对比的方面
虚电路服务
数据报服务
思路
连接的建立 终点地址
分组的转发
当结点出故障时
分组的顺序 端到端的差错处 理和流量控制
可靠通信应当由网络来保证
必须有 仅在连接建立阶段使用，每 个分组使用短的虚电路号 属于同一条虚电路的分组均 按照同一路由进行转发 所有通过出故障的结点的虚 电路均不能工作 总是按发送顺序到达终点 可以由网络负责，也可以由 用户主机负责
因特网采用的设计思路
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽 最大努力交付的数据报服务。
网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个 分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的 分组无关（不进行编号）。
网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分 组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达 终点），当然也不保证分组传送的时限。
第 4 章 网络层（续）
4.5.6 路由器的构成 4.6 IP 多播
4.6.1 IP 多播的基本概念 4.6.2 在局域网上进行硬件多播 4.6.2 因特网组管理协议 IGMP 和多播路由选
择协议 4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT
4.7.1 虚拟专用网 VPN 4.7.2 网络地址转换 NAT
网络互连使用路由器
当中继系统是转发器或网桥时，一般并不 称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网 络扩大了，而这仍然是一个网络。
网络互相连接起来 要使用一些中间设备
中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。
物理层中继系统：转发器(repeater)中继器 。 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。 网络层中继系统：路由器(router)。 网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统：网关(gateway)。
第 4 章 网络层
4.1 网络层提供的两种服务 4.2 网际协议 IP
4.2.1 虚拟互连网络 4.2.2 分类的 IP 地址 4.2.3 IP 地址与硬件地址 4.2.4 地址解析协议 ARP 与逆地址解析协议
RARP 4.2.5 IP 数据报的格式 4.2.6 IP 层转发分组的流程
第 4 章 网络层（续）
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？
电信网的成功经验 让网络负责可靠交付
面向连接的通信方式 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方
通信所需的一切网络资源。
如果再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。
虚电路服务
尽最大努力交付的好处
由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务， 这就使网络中的路由器可以做得比较简单， 而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。
如果主机（即端系统）中的进程之间的通信 需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运 输层负责（包括差错处理、流量控制等）。
采用这种设计思路的好处是：网络的造价大 大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。