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- 本章最重要的内容是:
(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。
目录
- 4.1、网络层的几个重要概念
- 4.1.1、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、IP地址
- 1、IP地址及其表示方法
- 2、常用的三种类别的IP地址
- 4.2.3、IP地址与硬件地址
4.1、网络层的几个重要概念
4.1.1、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?
一种观点:让网络负责可靠交付
- 这种观点认为，应借助于电信网的成功经验，让网络负责可靠交付，计算机网络应模仿电信网络，使用面向连接的通信方式·
- 通信之前先建立虚电路(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，不丢失﹑不重复。
虚电路服务
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。
另一种观点:网络提供数据报服务
- 互联网的先驱者提出了一种崭新的网络设计思路。
- 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。
尽最大努力交付
- 由于传输网络不提供端到端的可罪传物服分’的代然机相比较)”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可靠交付(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。
- 互连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
虚电路服务与数据报服务的对比
4.2、网际协议IP
- 网际协议IP是TCPIIP体系中两个最主要的协议之一。
- 与IP协议配套使用的还有三个协议:
地址解析协议ARP
(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)
网际层的IP协议及配套协议
4.2.1、虚拟互连网络
- 将网络互连并能够互相通信，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等
疑问：如何将异构的网络互相连接起来？
使用一些中间设备进行互连
- 将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。
- 有以下五种不同的中间设备:
物理层中继系统:转发器(repeater) 。
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)。
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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。
- 网关由于比较复杂，目前使用得较少。
- 网络互连都是指用路由器进行网络互连和路由选择。
- 由于历史的原因，许多有关TCPIIP的文献将网络层使用的路由器称为网关。
互连网络与虚拟互连网络
虚拟互连网络的意义
- 所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
- 使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。
- 使用虚拟互连网络的好处是:当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。
- 如果在这种覆盖全球的IP网的上层使用TCP协议，那么就是现在的互联网(Internet) 。
从网络层看I数据报的传送
如果我们只从网络层考虑问题，那么IP数据报就可以想象是在网络层中传送。
4.2.2、IP地址
- 在TCP/IP体系中，IP地址是一个最基本的概念。
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互联网上的主机(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地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。
IP地址的编址方法
- 分类的I地址·这是最基本的编址方法，在1981
年就通过了相应的标准协议· - 子网的划分·这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在1985年通过。
- 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。
分类IP地址
- 将IP地址划分为若干个固定类。
- 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号net-id,它标志该主机(或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号host-id，它标志该主机(或路由器)。
- 主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。
- 由此可见，一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的。
分类IP地址
- 这种两级的IP地址结构如下：
- 这种两级的IP地址可以记为：
各种IP地址的网络号字段和主机号字段
点分十进制记法
点分十进制记法举例
10000001 00110100 00000110 00000000
129.52.6.0
11000000 00000101 00110000 00000011
192.5.48.3
00001010 00000010 00000000 00100101
10.2.0.37
10000000 00001010 00000010 00000011
128.10.2.3
10000000 10000000 11111111 00000000
128.128.255.0
2、常用的三种类别的IP地址
一般不使用的特殊的IP地址
IP地址的一些重要特点
(1)IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：
- 第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理
第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号)，这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
⑵实际上IP地址是标志一个主机(或路由器)和一条链路的接口。 - 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的I地址，其网络号net-id必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host) 。
- 由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络)，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。
(4)所有分配到网络号net-id的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
互联网的IP地址
4.2.3、IP地址与硬件地址
- IP地址与硬件地址是不同的地址。
- 从层次的角度看，
硬件地址(或物理地址)是数据链路层和物理层使用的地址。
IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。（称IP地址是逻辑地址是因为IP地址是用软件实现的)。
