2007年上學期 / 計算機網路教案 / 第18講湖南公安高等專科學校教案首頁課程名稱計算機網絡教師姓名所屬教研室網絡技術教研室授課對象級 專業(yè) 區(qū)隊授課時間第 周星期 學 時2學時授課章節(jié)第5章 網絡層 第三節(jié)教學目的通過本節(jié)的學習了解因特網的網絡層協(xié)議是以網際協(xié)議IP為主的一組協(xié)議，包括：網際協(xié)議IP、地址解析協(xié)議ARP、逆向地址解析協(xié)議RARP及因特網控制信息協(xié)議ICMP等。本節(jié)著重介紹了IP數據報的格式、IP地址類型和子網掩碼的計算。內容摘要5.3 因特網的網絡層協(xié)議 5.3.1 國際協(xié)議IP 教學過程設 計復習5分鐘，授新課80分鐘，總結5分鐘。重 點1、IP數據報的格式2、IP地址類型3、子網編址4、子網掩碼的計算難 點1、IP地址類型2、子網掩碼的計算教學方法講授教學資源多媒體課件課外作業(yè)見教材116面14題備 注一、復習提問：1、什么是內部路由協(xié)議？什么是外部路由協(xié)議？2、什么是網絡擁塞？產生擁塞的原因是什么？如何避免或解決網絡擁塞？二、講授新課第 5 章 網絡層學習指導 1、學生應該理解并掌握互聯(lián)網中IP數據報的傳輸和處理過程5.3 因特網的網絡層協(xié)議5.3.1 網際協(xié)議IPIP協(xié)議完成了在通信子網中將數據分組從源結點傳送到目的結點的過程，可以實現(xiàn)網際報文分段和路由。1、IP數據報 （1）IP數據報的格式l IP分組是IP協(xié)議的基本處理單元。傳輸層的數據交給IP協(xié)議后，IP協(xié)議要在前面加上一個IP分組頭，用于控制IP協(xié)議對數據的轉發(fā)和處理等。l IP分組由分組頭（控制部分）和數據部分組成。IP分組頭部包括20字節(jié)的固定部分和變長的選項部分。20個字節(jié)的固定部分包括IP協(xié)議的版本號、IP分組長度、服務類型、分組總長度、標識符、段位移、分組生存時間、頭部校驗以及源端IP地址和目的端IP地址。可選的變長部分包括源選徑等多個可選控制項。l 版本號(Version)占用4位，指出創(chuàng)建分組的IP版本。l 頭長度(Header Length)占用4位，指出分組頭(Packet Header）的長度,以4個字節(jié)（32比特）為單位表示長度。 l 服務類型( Type of Service) IP分組頭中的服務類型占用8位，被分為5個子域，分別是優(yōu)先權、D、T、R和保留域。1. 3比特優(yōu)先權指示本報文的重要程度，其值為0到7。0表示一般優(yōu)先權，而7表示網絡控制優(yōu)先權。值越大，表示優(yōu)先級越高。2. 它提供了一種可以利用的手段，讓網絡控制信息比一般數據具有更高的優(yōu)先級。3. 它在交換用于指示狀態(tài)的控制分組和執(zhí)行分布式的擁塞控制算法中傳輸擁塞控制分組時，尤為重要。盡管目前大部分路由器忽略服務類型，但它的實現(xiàn)考慮到了更新版本的變化。4. D是延遲(delay)的縮寫，低延遲對于在傳輸用戶在遠程計算機中登錄并要求快速響應時很有用。5. T是吞吐率(throughput)的縮寫，在分組設置高吞吐率（High -Throughput）要求，可以使路由器的IP尋找高速網絡來傳送分組。6. R表示可靠性(reliability)。高可靠（High-Reliablility）要求說明了分組應當被可靠地投送l 分組長度(Packet Length)指示整個IP分組的長度。它是一個16比特的字段，所以IP數據包最長可達65535個字節(jié)。l 標識( Identification)，標志（Flags），段偏移量(Fragment Offset) 這三個字段用于分段。1. 重裝標識：16比特數據報編號2. 段偏移：13比特；3. 標志（Flags）：3比特，有1位備用l 生存期( Time of Live) IP協(xié)議的生存時間TTL限制了一個報文在網絡中的存活時間。每一個新產生的IP報文中，頭部的生存時間(TTL)字段都被設置為最大生存周期255。l 協(xié)議類型：協(xié)議類型指示IP數據部分是由哪一種協(xié)議發(fā)送的，接收端則根據該協(xié)議類型確定應該把IP報文中的數據部分交給哪一個上層協(xié)議去處理。 l 校驗和：校驗和用于保證頭部數據的完整性。注意，每次傳輸必須重新計算校驗和，因為頭部中的生存期字段在不斷改變。l 源和目的地址： 源I P地址和目標I P地址這些字段包含了發(fā)送和接收的站點地址。在傳輸過程中，這兩個字段保持不變。 l IP分組選項IP分組選項主要用于控制和測試。常用的選項有:1. 記錄路由選項（Record Route Option）2. 時戳選項（Time Stamp Option）3. 嚴格源路由選項（Source Route Option）4. 寬松源路由選項（Loose Source Route Option）5. 安全選項（Security Option） （2）IP數據報的分段和重組l 網際協(xié)議面臨的一個問題是：不同的網絡體系結構允許的最大的幀長度（也叫做最大傳輸單位，Maximum Transfer Unit, MTU）各不相同，其值由物理網絡的硬件和算法所確定，不能更改。IP分組要經過多個網絡傳輸時，如果IP分組的長度比路徑上的每個節(jié)點允許的MTU都小，則直接進行傳輸；但假設路由器接受了一個分組，并確定它必須通過MTU比分組長度小的網絡，則路由器必須將分組分為更小的單位,稱為段（Fragment），以適應網絡傳輸的要求。l 在IP包頭中，與數據包的分段和重組相關的三個字段：標識符、標志位和分段位移。 l IP分段舉例假設網絡的MTU允許最多是1400字節(jié)的數據。因此，路由器將含有4000字節(jié)的輸入分組分為3個段。 2、IP地址類型基本的IP地址是分成8位一個單元(稱為8位位組)的32位二進制數。IP地址中的每一個8位位組用0255之間的一個十進制數表示。這些數之間用點(.)隔開，這就是所謂的點分十進制格式。（1）IP地址的分類和表示IP地址按第一個字節(jié)的前幾位分成A、B、C、D、E五類。其中，A、B、C類地址為單播地址，D類地址為組播地址，E類地址保留，以備將來的特殊用途。A、B、C三類地址可以分為網絡號和主機號兩部分。A、B、C類IP地址的特性l A類網絡地址A類網絡地址的前8位代表網絡號，最高位總是0，因此網絡號從1開始，到1 2 7結束，剩余的2 4位地址代表在“本地”主機上的地址。所以在A類地址中，本地地址的數量為224或16 777 216個。A類地址用于有許多機器的大型網絡,每個得到A類地址的網絡管理員都能夠給1千6百多萬臺主機分配地址。網絡號范圍是從1.0.0.0（最小地址）開始，到127.0.0.0（最大地址）結束。 l B類網絡地址B類地址的前兩位為10，接下來的14位代表網絡號，因此網絡號是從128開始，到191結束。后兩個字節(jié)代表主機號，因此每個擁有B類地址的網絡在本地所管理地址空間大小為216或65536。B類地址個數為214,即16384個。例如137.55.0.0，129.33.0.0為B類網絡號。B類IP地址一般用作中等規(guī)模的網絡。l C、D、E類網絡地址1. C類網絡地址前三位為110，網絡號有21位，只有8位表示局部或主機地址，限制了設備數最多為256個。共有C類地址總數為2097152個。2. D類網絡地址用作組播，當需要一個以上的設備接收時，采用這種地址類型。3. E類地址的前五位為11110。在IPv4地址中保留該地址。（2）特殊的IP地址有一些IP地址有特殊含義，導致可分配的網絡地址的總數進一步減少。下列地址不能分配給實際的網絡：l 回送地址l 廣播地址l 網絡地址l 本機地址l 私有地址（3）IP地址的分配和管理IP地址是由網絡信息中心(Network Information Center, NIC )分配的，連在互連網上設備的IP地址應是唯一的，不能與其他設備的IP地址沖突。 3、子網編址和掩碼劃分子網的原因在于:l 它允許系統(tǒng)管理員按照自己的需要組織網絡地址空間。由于大多數物理網絡只能處理幾百臺主機的連接，A類或B類地址的所有者需要設計它們的內部體系結構。l 其次，在該網絡之外子網是不可見的。從Internet的角度看，多個邏輯網絡的地方應該被看作一個網絡。即發(fā)給該機構網絡上任何主機的數據報總會到達進入該機構的同一個路由器，再由這個路由器進行內部路由。外部發(fā)送方無需了解(或關心)該數據進入目的機構的網絡后是如何到達目的子網上的目的主機的。對于外部路由來說，仍只需保留一個表項尋址到同一個路由器。整個IP地址空間按等級組織，外部選路基于網絡地址的第一部分進行，內部選路，尋址到子網和主機，則由網絡地址的所有者負責。這種方法使得路由表更加簡單、高效（1）子網編址l 在基礎的IP地址分類上，將主機號進一步劃分為子網號和主機號。l 可節(jié)約網絡號及充分利用主機號的編址能力；可將同一類型主機劃分為一個子網，便于管理。l IP地址由3部分構成：網絡號、子網號和主機號。l 關鍵：確定如何分隔子網號和主機號，綜合考慮所需子網個數和子網規(guī)模來確定。l 如1個單位申請到一個C類網，希望建10個子網，每個子網約10臺主機，就可以考慮子網占原來主機號的4位，主機號占余下的4位。l 注意：不能為全0和全1 （2）子網掩碼每個邏輯網絡擁有自己唯一的子網號。所謂子網號，即是將原IP地址中的主機號字段中的前若干個比特作為“子網號”字段，后面剩下的仍為主機號字段。為了標志子網號在IP地址中的位置，提出了子網掩碼的概念，子網掩碼是32位，由一連串的“1”和一連串的“0”組成。“l(fā)”對應于網絡號和子網號字段，而“0”對應于主機號字段。當IP地址與其子網掩碼相“與”（二進制邏輯與）時，就可以得到該地址的網絡號和子網號。255.255.252.0 或/22表示。（3）子網劃分實例l 將要劃分的子網數轉換成最接近的2的整數冪的值；l 將確定的冪值按從高位排序占用主機地址相應位，將其轉換為十進制數；l 寫出子網掩碼；l 確定子網范圍最復雜；10個子網，取24，占主機4位11110000，十進制為240，C類網