计算机网络技术基础课程课件设计网络层

计算机网络技术基础-网络层网络层是计算机网络体系结构的核心层之一它负责端到端的数据传输确保数,据在不同网络设备之间的有效流动本课程将深入探讨网络层的功能、协议和技术帮助您全面理解计算机网络的关键基础,网络层的作用数据转发逻辑寻址网络层负责将数据包从源传输到目标确保数据能够在不同网网络层提供了基于逻辑地址如地址的寻址方式实现端到端,IP,络间正确传输的通信路由选择差错控制网络层选择合适的路径确保数据能够沿着最优路径从源到达网络层提供了数据包的错误检测和纠正机制确保数据完整,,目的地性网络层的主要功能数据包转发网络层负责将数据包从源头传递到目的地并选择最优路径完成传输,地址转换网络层提供网络地址转换功能用于隐藏内部网络结构增强安全性NAT,,服务质量控制网络层可以根据数据包的优先级或服务类型提供差异化的传输服务质量,网络层协议的分类分层模型路由协议控制协议网络层协议位于参考模型的第三层负责网络层主要包括协议、路由协议如、网络层还包括、等控制协议用于OSI,IP RIPICMP ARP,定义数据包的格式和传输路径确保数据在、等负责数据包在网络间的转发网络故障诊断、地址解析等功能保障网络,OSPF BGP,,不同网络间的传输和路由选择运行的可靠性协议IP定义功能特点版本协议是计协议主要功能包括寻址、路协议是一种不可靠、无连接目前广泛使用的协议有两个IP InternetProtocol IP IP IP算机网络中的核心协议,负责由选择、分片和重组、差错检的传输方式,不保证数据包能版本:IPv4和IPv6IPv4是最初网络层的数据传输它是测等它提供无连接的数据报成功送达但它简单高效,支的版本,已广泛普及;IPv6是下的基础协议为整个网传输服务将数据包从源地址持多种应用层协议是一代协议解决了的不Internet,,,Internet IP,IPv4络提供无连接的数据报服务传送到目的地址的基础足地址概述IP地址是网络层设备的唯一标识符用于标识网络中每一个连接的IP,设备每个地址都有一个唯一的编号用于在互联网上进行通信IP,和寻址地址分为和两种其中地址长度为IP IPv4IPv6,IPv432位地址长度为位,IPv6128地址分类IP类地址类地址A B地址第一个字节范围为，地址第一个字节范围为IP0-127IP128-网络地址可达个，主机地址，网络地址可达个，主1-12619116384可达个这类地址用机地址可达个这类地址0-167772140-65534于大型组织或互联网上的大型网用于中型组织或校园网等络类地址类地址C D/E地址第一个字节范围为类地址用于多播地址，类地址IP192-D E223，网络地址可达2097152个，为保留地址，用于测试和特殊用主机地址可达0-254个这类地址途用于较小的网络或家庭上网子网掩码定义作用子网掩码是一种用来确定地址子网掩码用于分割地址空间创IP IP,中哪些位是网络地址、哪些位是建更多的逻辑网段,提高网络利用主机地址的掩码码率和容错能力表示方式子网掩码通常用点分十进制表示也可用二进制或十六进制表示,路由表的基本结构路由表是网络设备用来存储和管理网络路由信息的数据结构路由表由一系列条目组成每个条目包含目标网络地址、下一跳地址、接口等信息用于指导数据包,,的转发过程路由表是网络层的核心功能之一是整个网络路由系统的基础,静态路由手动配置路由简单稳定12静态路由需要网络管理员手动静态路由配置相对简单,路由表配置路由器的转发表指定数据不会自动更新因此网络稳定性,,包从源到目的地的路径高适用于小型网络可靠性受限34静态路由适用于拓扑相对简静态路由无法自动适应网络拓单、网络规模较小的场景不适扑的变化一旦网络环境发生变,,用于大型网络化,可能需要手动更新动态路由路由表自动更新动态路由协议会自动检测网络拓扑变化并动态更新路由表,多种路由算法动态路由协议使用不同的路由算法如最短路径、距离矢量等,可扩展性强动态路由协议能够适应网络规模的变化支持大型网络,协议RIP协议简介工作原理优缺点版本演进RIPRouting Information每个路由器都会维护一个路由RIP简单易用,实现和维护都比RIP协议经历了RIPv1和RIPv2是一种基于距离向量表记录到达各个目标网络的较方便但不适合大型网络因两个版本在报文格式和Protocol,,,,RIPv2算法的内部网关协议,主要应下一跳路由器和跳数路由器为路由收敛速度较慢,只能支功能上有所改进,支持CIDR和用于中小型企业网络它通过周期性地向相邻路由器广播自持15跳内的通信更灵活的子网划分定期广播路由信息来实现路由己的路由表更新和维护协议OSPF链路状态路由协议层次性区域设计报文类型丰富是一种基于链路状态的路由协议通过采用分层的区域设计可以提高网络的协议定义了多种报文类型如报OSPF,OSPF,OSPF,Hello在路由器之间交换链路信息来计算最佳路可扩展性和可管理性文、链路状态报文等,用于建立和维护路由径信息协议BGP作用基本概念12（）是一种用于自治系统之间路由通过建立邻居关系并交换路由信息来实现路由发现通BGP BorderGateway ProtocolBGP BGP信息交换的协议它能够在复杂的网络拓扑中实现可靠的路由选过比较路径属性来选择最优路由择工作流程特点34路由器首先建立连接交换路由信息并保持连接在网络是一种可扩展、可靠的协议是互联网中主要的路由选择协BGP TCP,BGP,拓扑变化时,BGP路由器及时更新路由信息议它能够感知网络拓扑变化并做出相应调整协议ICMP错误报告流量控制协议可以报告数据报在传协议可以发送拥塞控制消息ICMP IPICMP,输过程中遇到的各种错误如目的帮助调整网络流量避免网络拥,,主机不可达、端口不可达等堵诊断工具和等常用的网络诊断工具就是基于协议实现的ping tracerouteICMP网关的作用连接不同网络数据转发地址转换访问控制网关可以将不同网络类型的设网关可以接收来自一个网络的网关可以执行IP地址转换,将一网关可以根据设定的策略,控备进行连接和通信,如将局域数据,并将其转发到另一个网种地址格式转换为另一种格制来往数据包的访问权限,提网与广域网相连接络,实现网络间的数据传输式,如IPv4与IPv6之间的转换高网络的安全性协议ARP网络层与链路层协议位于网络层和链路层之间用于解决地址与地址的映射问题ARP,IP MAC广播机制协议通过广播的方式发送请求报文查找目标地址对应的地址ARP ARP,IP MACARP缓存设备会将已解析的地址对存储在缓存中下次可直接查询使用IP-MAC ARP,协议DHCP服务器客户端租约DHCP DHCP DHCP服务器自动为网络中的设备分配地客户端通过向服务器发送请求租约决定了分配的地址使用时长到DHCP IPDHCPDHCP,DHCP IP,址管理地址池并提供其他网络配置信自动获取地址、子网掩码等网络参数配期后客户端需要续租或重新申请地址,IP,IPIP息置地址耗尽与IPv4IPv6地址耗尽IPv41由于全球互联网用户持续增加地址资源已经处于枯竭状态,IPv4的优势IPv62提供了更大的地址空间并引入了诸多功能性改进IPv6,到的过渡IPv4IPv63通过各种技术手段网络能够平稳地从过渡到,IPv4IPv6随着全球互联网用户数量不断增加地址空间已经出现严重短缺为了解决这一问题应运而生提供了更大的地址空间和更多功能,IPv4,IPv6,性改进通过采取双栈、隧道等技术网络可以逐步从过渡到确保服务的连续性,IPv4IPv6,地址格式与类型IPv6地址长度地址表示12的地址长度为位比地址一般以冒号分隔的IPv6128,IPv616的位地址长很多进制数字表示如IPv432,2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329地址类型地址前缀34定义了单播、多播和任播地址由网络前缀和接口标IPv6IPv6三种基本的地址类型满足不同识两部分组成前缀长度可根据,,的通信需求需要灵活配置报文头结构IPv6报文头由个字节组成，包括版本号、流标签、有效载荷长度、下一个IPv640头、跳限等基本字段与相比，报文头较短、字段较少，简化了处理过IPv4IPv6程同时还增加了一些新的字段以支持的功能扩展,IPv6报文头的简化设计大大提高了路由器的转发效率为下一代互联网提供了良IPv6,好的基础协议ICMPv6诊断和错误报告邻居发现路由发现协议用于在网络中传递网协议还用于发现本地链路上的还可以用于动态发现和选择最ICMPv6IPv6ICMPv6ICMPv6络故障和错误信息帮助诊断和排查网络邻居节点并维护它们之间的连接状态佳的路由路径提高网络的可靠性和效,,,问题率路由协议IPv6其他路由协议OSPF forIPv6BGP forIPv6IPv6是针对网络的是在的基础上扩除了和还有一些针对网OSPF forIPv6OSPFv3IPv6BGP forIPv6BGP4+BGP4OSPFv3BGP4+,IPv6开放最短路径优先路由协议它扩展的路由协议用于在上进行自络的其他路由协议如、OSPF IPv6,Internet,RIPng IS-IS forIPv6展了OSPF协议的功能,以适应IPv6网络的需治系统之间的路由信息交换等,以满足不同类型网络的需求求地址自动配置IPv6无状态自动配置1通过路由器通告获取前缀信息，生成链路本地地址和全局单播地址有状态自动配置2通过服务器获取地址、服务器等配置信息DHCP IPv6DNS混合自动配置3结合无状态和有状态自动配置的优点通过自动配置机制可以简化用户配置过程提高网络部署效率无状态自动配置通过路由器通告获取前缀信息生成链路本地地址和全局IPv6,,单播地址有状态自动配置通过服务器获取全面的配置信息混合自动配置结合了两者的优点DHCP与的过渡技术IPv6IPv4双栈技术同时支持和两种协议栈便于网络与网络的互访IPv4IPv6,IPv6IPv4隧道技术将报文封装在报文中通过网络实现报文的传输IPv6IPv4,IPv4IPv6转换技术在和两种协议之间进行地址和报文转换实现互通IPv4IPv6,网络层安全机制防火墙加密和认证入侵检测和预防虚拟专用网VPN防火墙是网络层的重要安全保在网络层,加密和认证技术可利用入侵检测和预防系统VPN技术可以在公共网络上建护机制,它可以过滤和控制进以确保数据传输的机密性和完IDS/IPS可以及时发现和阻止立安全的私人通信通道,对敏出网络的流量阻挡非授权访整性防止窃听和篡改常见网络层的恶意活动提高整体感数据进行加密传输保护关,,,,问和恶意攻击的协议包括IPsec的安全性键信息不被泄露总结与展望持续创新安全性提升普及IPv6计算机网络技术必将继续不断创新发展以网络安全机制将不断完善确保网络通信的随着地址空间的耗尽将逐步取代,,IPv4,IPv6满足日益增长的网络需求和数据传输需求可靠性和数据的安全性IPv4,成为未来网络标准。