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第5章 网络层 本章导读 网络层位于OSI参考模型的第三层，位于数据链路层和传输层之间，在数据链路层提供两个相邻端点之间传送数据帧功能的基础上，进一步管理网络中的数据传输，通过特定的算法将数据从源端经过若干个节点（设备）传送到目的端，为传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。本章首先介绍网络层的功能，然后重点讲述IP地址的分类、子网划分等基础知识，最后介绍网络层设备和网络层的主要协议。 本章要点 网络层在OSI参考模型中的位置以及网络层的功能 IP地址的含义、表示及分类 IP数据报封装格式及分片、重组 子网划分与CIDR的基本知识 路由器的功能及工作原理 ARP、RARP、ICMP、IGMP的主要功能 5.1 网络层功能 为传输层提供服务。 组包和拆包。 路由选择。 流量控制。 5.2 IP协议 IP协议主要提供以下3方面的功能： （1）IP定义了在 TCP/IP互联网上数据传送的基本单元和数据格式。 （2）IP软件完成路由选择功能，选择数据传送的路径。 （3）IP包含了一组不可靠分组传送的规则，指明了分组处理、差错信息发生以及分组丢弃测试等的规则。 5.2 IP协议 IP协议配套使用的还有以下4个协议： 地址解析协议ARP 逆地址解析协议RARP 因特网控制报文协议ICMP 因特网组管理协议IGMP 5.2.1 IP地址的概念 TCP/IP协议的网络层使用的地址标识符叫做IP地址。 IP协议有两个版本:IPv4协议版本，IPv6版本。 IP地址是一个32位的二进制地址。 每一个主机或路由器至少应该有一个IP地址。 5.2.1 IP地址的概念 IP地址采用分层结构来表示。它由网络号和主机号两部分组成，其结构如图所示。网络号用来标识一个子网，主机号用来表示某个子网中的一台主机。 IP地址的结构 5.2.2 IP地址的分类 IP地址长度为32位，采用X.X.X.X的4段格式来表示。X是十进制数，取值范围是0～255，中间用点隔开，称为点分十进制表示法。例如127.0.0.1。 根据不同的取值范围，IP地址分为五大类。 5.2.2 IP地址的分类 A类IP地址:0.0.0.0～127.255.255.255。 B类IP地址:128.0.0.1～191.255.255.254。 C类IP地址:192.0.0.1～223.255.255.254。 D类IP地址:224.0.0.0～239.255.255.255。 E类IP地址:240.0.0.0～255.255.255.255。 5.2.3 子网的划分 IP地址设计的每个IP地址都能唯一、准确识别每一台机器。该方法存在以下两个缺点： （1）IP地址使用率偏低。 （2）路由器工作效率不高。 5.2.3 子网的划分 IP地址是层次型结构的，长度是32位，其中32位的前若干位用来指定一个网络的网络号，余下的一部分用来指定这个网络的主机号。 传统的A类、B类和C类地址都是包括网络号与主机号的两级层次结构。 5.2.3 子网的划分 三级层次的IP地址的构成是：网络号（net ID）－子网号（subnet ID）－主机号（host ID。 第一级网络ID定义了网络的位置；第二级子网号定义了物理子网；第三级主机号定义了主机和路由器。 一个IP分组的路由选择的过程就会变成3步：第一步交付给网络；第二步交付给物理子网；第三步交付给主机。 5.2.3 子网的划分 三级层次的IP地址 5.2.3 子网的划分 划分子网后，IP地址的掩码计算: C类IP地址的网络地址是24位，主机号是8位。将主机号的前两位作为子网号，这个划分后的C类IP的子网掩码就是255.255.255.192。 5.2.3 子网的划分 将IP地址与掩码都用二进制表示，将二进制数的IP地址与掩码按位与运算 。 5.2.3 子网的划分 例如：已知IP地址为192.168.1.1，转化成二进制 1010100000000001 子网掩码是255.255.255.0，转换成二进制是 1111111100000000 进行与运算。 再转换成十进制，其网络号就是192.168.1.0。 5.2.3 子网的划分 例如：一个大学的网络中心获得了一个A类IP地址：112.0.0.0，该学校由分布在各地的分校、校区和很多个部门组成，据统计至少需要1008个物理网络，这些网络由不同的协议组成，如Ethernet、FDDI等。网络中心就需要对这个A类IP地址进行划分。 5.2.4 无类域间路由 CIDR将路由集中起来，使一个IP地址代表主要骨干提供商的几千个IP地址，从而达到减轻Inte