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计算机网络与通讯教材第5章 网络层与网络互联

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第5章 网络互联和IP协议5.1 网络层概述(含网络互联设备)5.2 IPv4 5.7 下一代网际协议IPv6

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5.1 网络层概述

网络互连与互联

为什么需要网络互联 网络互联的作用

网络互联提出的问题

网间互联的类型 网络互联设备 网络互连的实现

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5.1 网络层概述 互连的概念

互连(interconnection) : 强调物理连接 互联(internetworking): 强调逻辑连接

异种网络的概念

低层协议的差异 例如Ethernet与Token

Ring

高层协议的差异 例如TCP/IP与Novell

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5.1 网络层概述 网络互连

用线路和互连设备连接采用各种不同低层(网络 层以下)协议的网络。 利用应用程序网关实现采用不同高层(传输层以 上)协议的网络之间的逻辑连接。

网络互联

暂不考虑两者的区别。

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为什么要网络互联 存在大大小小、相互独立的多种物理网络

已有的异种网络客观存在 没有哪种网络技术可以满足所有需求

全球范围的通信需求

各物理网络中的用户希望能够相互通信，不受物 理网络边界限制 通信：电子邮件、IP电话、视频会议 信息服务：信息和资源共享 网络社会化：电子商务、远程教育、远程医疗 6

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网络互联的作用 隐藏底层细节，使互联网可以看成是单一的

虚拟网络，所有计算机都与它相连，而不管 实际的物理连接如何。路由器 物理网络

互联网 图 5-1 (a) 用户观点的互联网;

主机 (b) 互联网的实际连接示例7

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网络互联提出的问题IP层主要功能是负责为不同物理网络上的 主机提供通信服务。需要解决若干问题： 如何屏蔽异种网络的差异统一网络地址 统一数据格式

如何实现全网的数据传输和交换

网络之间的数据包寻径、转发 路由表的产生和动态刷新 差错处理

IP组播8

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网络互连的类型：

局域网——局域网互联

互联设备一般是网桥和交换机

局域网——广域网互联

互联设备一般是路由器

局域网——广域网——局域网互联

互联设备一般是路由器或网关

广域网——广域网互联

互联设备一般是路由器或网关

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网络互联设备

集线器：完成物理信号放大和转发的物理层互联设备。工作 时，只是单纯地将数据转发到链路上，不关心该链路现在是 否有站点在发送数据。 局域网交换机：利用数据链路层MAC地址转发帧，是含物理层 和链路层两层的互联设备。交换机向一条链路转发数据帧时， 要关注该链路上是否存在冲突，因此一般交换机接口要运行 CSMA/CD协议

。交换机可以把使用不同技术的以太网段互联起 来。 路由器：是含有物理层、链路层和网络层三层的互联设备。 路由器可以构建复杂的互联网络，路由器之间通过交换路由 信息来动态维护路由表，以反映网络当前的拓扑结构。 网关：现在的网关一般指传输层及传输层以上的互联设备， 如应用层网关。以前，路由器也被称为网关，应根据具体上 10 下文判断其具体含义。

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网络互联的实现 路由技术

网络设备：路由器，实现第三层(网络层)数据交换 静态路由 动态路由

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5.2 IPv4与IP配套的协议 IP地址的表示及划分子网

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IP协议

Internet不是一个单 一网络，其技术关键 在于不同网络的互连。 网络互连协议—— TCP/IP协议(由传输 层的传输控制协议 Transmisson Contral Protocol和网络层的 网际协议Internet Protocol组成)

OSI体系结构 TCP/IP体系结构应用层 表示层 进程/应用层

会话层传输层 网络层 数据链路层 物理层13

运输层 互联网层 网络接口层

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IP协议网际协议IP是TCP/IP体系中两个重要的协议之 一。IPv4虽有最终被IPv6取代的趋势，但它仍 是当前使用的最重要的因特网协议。 与IP配套使用的还有四个协议：

地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol) 网际控制信息协议ICMP(Internet Control Message Protocol) 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)

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IP协议IP协议及其配套协议应用层 运输层 ICMP 网际层 各种应用层协议 ( FTP, SMTP,HTTP 等) TCP, UDP IGMPICMP和IGMP 要使用IP协议 IP协议要使用 ARP和RARP 协议

IPRARP ARP 与各种网络接口

网络接口层

物理硬件15

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ARP和RARP协议：IP地址与物理地址的区别

IP地址：Internet上通信节点的唯一标识 物理地址(MAC地址):通信节点硬件地址，局域 网中通信节点的唯一标识。