《网络层协议介绍》课件

络层协议绍网介课纲程大1什么是网络层？2网络层在OSI模型中的位置及其主要功能3IP协议概述，包括IPv4和IPv6ARP和ICMP协议的工作原理5路由协议，包括RIP、OSPF、BGP么络层什是网网络层是OSI模型中的第三层，负责数据包在网络中的传输它就像一个邮递员，负责将数据包从源主机传递到目标主机网络层协议主要负责数据包的路由和寻址，确保数据包能够正确地到达目的地络层网在OSI模型中的位置网络层位于OSI模型的第三层，位于数据链路层之上，传输层之下网络层是连接数据链路层和传输层的桥梁，它负责在网络之间进行它与数据链路层协作，将数据包封装成帧，并与传输层交互，接收数据包的传输，并为上层协议提供可靠的数据传输服务和发送数据络层网的主要功能寻址路由网络层使用IP地址对网络中的设备进行标识，确保数据包能够正网络层负责数据包的路由，将数据包从源主机传递到目标主机，确地到达目的地并选择最佳的传输路径错数据包封装与解封装差控制网络层将数据包封装成IP数据报，并在接收数据包时进行解封网络层通过ICMP协议实现差错控制，处理网络中的数据包丢失或装，提取其中的数据错误过数据包的封装与解封装程传输层将数据包封装成段，添加源端口号和目标端口号12网络层将段封装成IP数据报，添加源IP地址和目标IP地址数据链路层将IP数据报封装成帧，添加MAC地址3数据帧通过物理层在网络中传输4到达目的地后，数据包逐层解封装，最终传输层接收到5数据协议IP概述IP协议（Internet Protocol）是网络层最重要的协议，它负责数据包在互联网中的路由和寻址IP协议分为两个版本IPv4和IPv6IPv4是目前互联网中使用最广泛的版本，IPv6是新一代的IP协议，具有更大的地址空间和更完善的功能结构IPv4地址IPv4地址是一个32位的二进制数，通常用点分十进制表示，例如IPv4地址分为网络号和主机号两部分，由子网掩码区分网络号用

192.

168.

1.1于标识网络，主机号用于标识网络中的特定设备类IPv4地址分类A地址网络号为0-126，主机号为1-16,777,214类B地址网络号为128-191，主机号为1-65,534类C地址网络号为192-223，主机号为1-254类D地址网络号为224-239，用于组播类E地址网络号为240-255，用于研究和实验类详A地址解A类地址的网络号占第一个字节的8位，主机号占剩余的24位例如，

10.

0.

0.1是一个A类地址，网络号为10，主机号为

0.

0.1A类地址的地址空间非常大，可以用于大型网络类详B地址解B类地址的网络号占前两个字节的16位，主机号占剩余的16位例如，

172.

16.

0.1是一个B类地址，网络号为

172.16，主机号为

0.1B类地址的地址空间比A类地址小，适合中等规模的网络类详C地址解C类地址的网络号占前三个字节的24位，主机号占剩余的8位例如，

192.

168.

1.1是一个C类地址，网络号为

192.

168.1，主机号为1C类地址的地址空间最小，适合小型网络类类简D和E地址介类类D地址E地址D类地址用于组播，用于将数据同时发送到多个主机D类地址的E类地址用于研究和实验，目前还没有广泛使用E类地址的网络网络号范围为224-239号范围为240-255特殊IP地址

0.

0.

0.

0127.

0.

0.1默认路由地址本地主机地址

255.

255.

255.255广播地址公有IP地址与私有IP地址公有IP地址私有IP地址在互联网上唯一的地址，由互联网管理机构分配公有IP地址可以用于局域网内部的地址，不会出现在互联网上私有IP地址由网络被所有设备访问管理员分配码子网掩的概念子网掩码是一个32位的二进制数，用于区分IP地址中的网络号和主机号它与IP地址进行按位与运算，得到网络号子网掩码可以将一个大的网络划分为多个子网，提高网络效率和安全性码应子网掩的用通过子网掩码，可以将一个大型网络划分为多个子网每个子网可以拥有自己的IP地址范围和广播地址子网掩码可以提高网络效率，减少广播域的大小子网掩码可以增强网络安全性，隔离不同的网络段类间CIDR（无域路由）CIDR是一种新的IP地址分配方法，它使用无类域间路由（Classless Inter-Domain Routing）技术CIDR允许更灵活地分配IP地址，提高地址利用率，并简化路由表的管理报IP数据格式IP数据报是网络层传输数据的基本单元，它包含数据报首部和数据部分数据报首部包含各种信息，例如源IP地址、目标IP地址、数据长度等，用于路由和寻址数据部分包含实际传输的数据报IP数据首部字段解析字段描述版本号标识IP协议版本，IPv4为4首部长度标识IP数据报首部长度，单位为4字节服务类型指示数据包的服务类型，例如优先级总长度标识IP数据报的总长度，单位为字节标识用于分片和重组数据报标志指示数据报是否允许分片片偏移指示数据报的片偏移量生存时间标识数据报在网络中最大跳数协议标识上层协议类型首部校验和用于校验IP数据报首部是否完整源地址标识数据报的源IP地址目标地址标识数据报的目标IP地址报IP数据分片如果IP数据报过大，无法通过网络中的某些链路，则需要进行分片分片将IP数据报分割成多个片段，每个片段包含一个IP数据报首部和一部分数据分片后的数据报将在到达目的地后进行重组报组IP数据重到达目的地后，接收端将接收到的所有分片进行重组，恢复原始的IP数据报重组过程需要根据分片中的标识和片偏移量进行排序，确保数据报的完整性协议ARP概述ARP协议（Address Resolution Protocol）用于将IP地址转换为MAC地址当主机要发送数据包到目标主机时，它需要知道目标主机的MAC地址ARP协议可以帮助主机查找目标主机的MAC地址，并将IP地址和MAC地址进行关联协议ARP工作原理1主机发送ARP请求报文，询问目标主机的MAC地址2目标主机收到ARP请求报文，回复ARP响应报文，包含自己的MAC地址3主机收到ARP响应报文，将IP地址和MAC地址进行关联，并存储在ARP缓存表中4下次发送数据包到该目标主机时，可以直接使用其MAC地址缓ARP存表ARP缓存表存储了主机最近使用过的IP地址和MAC地址的对应关系当主机要发送数据包到目标主机时，它会先查询ARP缓存表，如果缓存表中存在目标主机的MAC地址，则可以直接使用该地址如果缓存表中不存在目标主机的MAC地址，则需要发送ARP请求报文进行查找协议简RARP介RARP协议（Reverse AddressResolutionProtocol）是ARP协议的逆向操作，用于将MAC地址转换为IP地址RARP协议主要用于引导一些没有IP地址的设备，例如无盘工作站协议ICMP概述ICMP协议（Internet ControlMessage Protocol）是网络层用于发送控制信息和错误信息的一种协议ICMP协议可以帮助诊断网络问题，并实现一些重要的网络功能，例如ping和traceroute命令报类ICMP文型错报报询问报差告文文当网络设备无法处理数据包时，会发送差错报告报文，例如目的地用于测试网络连接性，例如ping命令不可达、数据包丢失等错报报ICMP差告文ICMP差错报告报文包含了错误信息和相关参数，帮助主机识别错误类型和原因例如，目的地不可达报文会包含目标主机的IP地址，帮助主机识别数据包无法到达的原因询问报ICMP文ICMP询问报文用于测试网络连接性，例如ping命令ping命令发送一个ICMP询问报文，并等待目标主机的回复如果目标主机正常，则会回复一个ICMP响应报文，表明连接正常Ping命令原理ping命令使用ICMP询问报文测试网络连接性当您执行ping命令时，主机会发送一个ICMP询问报文到目标主机，并等待目标主机的回复如果目标主机正常，则会回复一个ICMP响应报文，表明连接正常ping命令可以用于检查网络连接是否正常，以及估计网络延迟Traceroute命令原理traceroute命令使用ICMP时间戳报文追踪数据包的路径它通过发送一系列ICMP时间戳报文到目标主机，并记录每个路由器返回的时间戳信息，从而确定数据包经过的路由器列表traceroute命令可以用于定位网络故障点，并了解数据包的传输路径协议IPv6概述IPv6协议（Internet Protocolversion6）是下一代互联网协议，它具有更大的地址空间、更完善的功能和更高的安全性IPv6协议旨在解决IPv4地址枯竭的问题，并提供更强大的网络功能，以满足未来互联网的发展需求对进IPv6相IPv4的改间更大的地址空更完善的功能IPv6使用128位的地址，比IPv4IPv6协议添加了新的功能，例如的32位地址大得多，可以满足未自动配置、多播路由、安全扩展来互联网的地址需求等更高的安全性IPv6协议内置了安全机制，提高了网络安全性IPv6地址格式IPv6地址是一个128位的二进制数，通常用冒号分隔的十六进制表示，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334IPv6地址格式更复杂，但它提供了更大的地址空间和更灵活的地址分配方法类IPv6地址型单播地址多播地址任播地址用于唯一标识网络中的一个特定设备用于同时发送数据到多个主机用于发送数据到一个网络中的多个主机，但只接收来自其中一个主机的回复单IPv6播地址IPv6单播地址用于唯一标识网络中的一个特定设备，类似于IPv4的单播地址IPv6单播地址的结构更复杂，但它提供了更大的地址空间，并支持更多类型的网络拓扑结构IPv6多播地址IPv6多播地址用于同时发送数据到多个主机，类似于IPv4的多播地址IPv6多播地址的结构更复杂，但它提供了更灵活的多播地址分配方法，并支持更多类型的多播组IPv6任播地址IPv6任播地址用于发送数据到一个网络中的多个主机，但只接收来自其中一个主机的回复任播地址可以用于负载均衡和故障转移，提高网络效率和可靠性报IPv6文格式IPv6报文格式与IPv4报文格式类似，但它包含更多的字段，例如流标签、扩展首部等IPv6报文格式的改进可以提供更强大的功能和更高的效率扩IPv6展首部IPv6扩展首部用于提供额外的功能，例如安全扩展、路由扩展、分片扩展等扩展首部可以根据需要进行添加和删除，提高网络灵活性过术IPv4向IPv6渡技IPv4向IPv6过渡技术是指从IPv4网络向IPv6网络进行过渡的方法，例如隧道技术、双栈技术等这些技术可以使IPv4和IPv6网络共存，并逐步实现从IPv4到IPv6的迁移协议路由概述路由协议是网络层协议的重要组成部分，用于实现数据包在网络中的路由选择路由协议可以根据网络拓扑结构和网络流量情况，确定数据包的最佳传输路径态动态静路由与路由态动态静路由路由由网络管理员手动配置的路由，路由信息不会自动更新静态路由由路由器自动学习和更新的路由，路由信息会根据网络情况进行动适用于小型网络，或网络拓扑结构变化不频繁的情况态调整动态路由适用于大型网络，或网络拓扑结构变化频繁的情况结构路由表路由表存储了路由器所知的网络路径信息，用于选择数据包的最佳传输路径路由表通常包含目标网络地址、下一跳路由器地址和接口信息离协议距矢量路由距离矢量路由协议是一种基于距离的路由协议，它使用距离矢量算法计算到目标网络的距离距离矢量路由协议将路由信息周期性地广播到网络中的其他路由器，并更新自己的路由表协议详RIP解RIP协议（Routing InformationProtocol）是一种简单的距离矢量路由协议，它使用跳数作为距离度量RIP协议适用于小型网络，但它对网络规模和复杂性有一定限制协议RIP工作原理每个路由器维护一个路由表，记录到其他网络的距离和下一跳路1由器地址2路由器定期广播RIP报文，更新其他路由器的路由表信息3路由器收到RIP报文后，更新自己的路由表，并选择距离最小的路径4当路由器发现路由失效时，会向其他路由器广播RIP报文，通知他们更新路由信息协议OSPF概述OSPF协议（Open ShortestPath First）是一种链路状态路由协议，它使用链路状态算法计算到目标网络的最短路径OSPF协议适用于大型网络，具有更高的可靠性和安全性划OSPF区域分OSPF协议将网络划分成多个区域，每个区域拥有自己的路由表和路由信息区域划分可以降低网络负担，提高路由效率和安全性计OSPF路由算OSPF协议使用链路状态算法计算到目标网络的最短路径链路状态算法需要收集网络拓扑信息，例如路由器的连接关系和链路的成本，然后计算到目标网络的最短路径协议简BGP介BGP协议（Border GatewayProtocol）是用于互联网之间进行路由选择的协议BGP协议是一种路径矢量路由协议，它使用路径矢量算法计算到目标网络的最佳路径，并通过AS（自治系统）进行路由信息的交换选择BGP路由BGP协议使用路径矢量算法计算到目标网络的最佳路径，并考虑多种因素，例如AS路径长度、网络策略等，选择最佳路径协议IGMP概述IGMP协议（Internet GroupManagement Protocol）是用于组播组管理的协议IGMP协议负责在局域网中管理组播组成员，并控制组播数据包的发送组播地址组播地址是用于同时发送数据到多个主机的特殊IP地址组播地址的范围为

224.

0.

0.0到

239.

255.

255.255组播地址可以用于多媒体广播、视频会议、网络游戏等应用场景组协议播路由组播路由协议负责在网络中找到所有加入组播组的主机，并建立组播路由树，确保组播数据包能够正确地到达所有组播组成员动移IP概述移动IP是一种允许移动主机在不同的网络中保持相同IP地址的协议移动IP可以解决移动主机在不同网络之间切换时，需要重新分配IP地址的问题，提高移动主机的通信效率和安全性动过移IP的通信程移动主机发送数据包到固定主机12固定主机收到数据包，发现目标主机IP地址与移动主机相同固定主机将数据包转发到移动主机的代理服务器3代理服务器将数据包转发到移动主机4移动主机收到数据包，并回复固定主机5术NAT技原理NAT技术（Network AddressTranslation）是指将私有IP地址转换为公有IP地址，以便在互联网上进行通信NAT技术可以有效地节省公有IP地址资源，并提高网络安全性类NAT型态动态静NAT NATNAPT将一个私有IP地址映射到一个公有IP地将多个私有IP地址映射到一个公有IP地将多个私有IP地址映射到一个公有IP地址址，并使用端口号区分址，并使用端口号和IP地址共同区分。