谢希仁计算机网络（四）—

计算机网络（四）—— 网络层（1、2）：网络层概述、网络层提供的两种服务

计算机网络（四）—— 网络层（1、2）：网络层概述、网络层提供的两种服务_以下属于网络层范畴的是a透明传输比特流b媒体接入控制c ip地址d-CSDN博客

    1. 网络层概述
        1.1 课后练习
    2. 网络层提供的两种服务
        2.1 面向连接的虚电路服务
        2.2 无连接的数据报服务
        2.3 虚电路服务与数据报服务的比较
        2.4 课后练习

1. 网络层概述

■ 网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输。
在这里插入图片描述
■ 要实现网络层任务，需要解决以下主要问题：
⋄ \diamond ⋄ 网络层向运输层提供怎样的服务（“可靠传输”还是“不可靠传输”)
数据包在传输过程中可能会出现误码，也有可能由于路由器繁忙而被路由器丢弃，还有可能出现按序发送的数据包不能按序到达接收方。如果网络层对于上述传输错误不采取任何措施，则提供的是不可靠传输服务；如果网络层对于上述传输错误采取措施并使得接收方能正确接收发送方所发送的数据包，则提供的是可靠传输服务。不同网络体系结构所提供的服务可能是不同的，例如因特网使用的TCP/IP协议体系的网际层提供的是无连接的不可靠的数据报服务，而ATM、帧中继和X.25的网络层提供的都是面向连接的、可靠的虚电路服务。
⋄ \diamond ⋄ 网络层寻址问题
⋄ \diamond ⋄ 路由选择问题

■ 因特网(lnternet)是目前全世界用户数量最多的互联网，它使用TCP/IP协议栈。
■ 由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP，它是整个协议栈的核心协议，因此在TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层。

■ 与IP协议配套使用的还有三个协议：
⋄ \diamond ⋄ 地址解析协议ARP (Address Resolution Protocol)
⋄ \diamond ⋄ 网际控制报文协议ICMP (Internet Control Message Protocol)
⋄ \diamond ⋄ 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)
下图为三个协议和网际协议IP的关系。

在这里插入图片描述
1.1 课后练习

1. 以下属于网络层范畴的是( C ）
A. 透明传输比特流 B. 媒体接入控制 C. IP地址 D. 实现进程之间的通信
分析：透明传输比特流属于物理层范畴；媒体接入控制属于数据链路层范畴；实现进程之间的通信属于运输层范畴。

2. 在因特网使用的TCP/IP协议栈中，核心协议是( B )
A. TCP B. IP C. ARP D. HTTP
分析：在因特网使用的TCP/IP协议栈中，核心协议是IP。
2. 网络层提供的两种服务
2.1 面向连接的虚电路服务

■ 虚电路服务的核心思想是可靠通信由网络来保证。
■ 当两台计算机进行通信时，必须建立网络层的连接——虚电路VC(Virtual Circuit），以保证通信双方所需的一切网络资源。
■ 然后通信双方沿着已建立的虚电路发送分组。
■ 目的主机的地址仅在连接建立阶段使用，之后每个分组的首部只需携带一条虚电路的编号(构成虚电路的每一段链路都有一个虚电路编号)。
■ 这种通信方式如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组最终正确到达接收方(无差错按序到达、不丢失、不重复)。
■ 通信结束后，需要释放之前所建立的虚电路。
■ 很多广域分组交换网都使用面向连接的虚电路服务。例如，曾经的X.25和逐渐过时的帧中继FR、异步传输模式ATM等。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
2.2 无连接的数据报服务

■ 数据报服务的核心思想是可靠通信应当由用户主机来保证。
■ 当两台计算机进行通信时，不需要建立网络层连接。
■ 每个分组可走不同的路径。
■ 每个分组的首部必须携带目的主机的完整地址。
■ 这种通信方式所传送的分组可能误码、丢失、重复和失序。
■ 由于网络本身不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由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)。
■ 因特网采用了这种设计思想，也就是将复杂的网络处理功能置于因特网的边缘(用户主机和其内部的运输层)，而将相对简单的尽最大努力的分组交付功能置于因特网核心。

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2.3 虚电路服务与数据报服务的比较

在这里插入图片描述

TCP/IP体系结构的因特网的网际层提供的是简单灵活、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
2.4 课后练习

1. TCP/IP参考模型的网络层提供的是( A )
A. 无连接不可靠的数据报服务 B. 无连接可靠的数据报服务 C. 有连接不可靠的虚电路服务 D. 有连接可靠的虚电路服务
分析： TCP/IP参考模型的网络层提供的是无连接不可靠的数据报服务。

原文链接：https://blog.csdn.net/HUAI_BI_TONG/article/details/118567916

计算机网络（四）—— 网络层（3）：IPv4地址

计算机网络（四）—— 网络层（3）：IPv4地址_已知某个网络的地址是218.75.230.0,使用子网掩码255.255.255.192对其进行子网-CSDN博客

3. IPv4地址
3.1 IPv4地址概述

■ 在TCP/IP体系中，IP地址是一个最基本的概念，我们必须把它弄清楚。
■ IPv4地址就是给因特网(Internet)上的每一台主机(或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符。
■ IP地址由因特网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。
⋄ \diamond ⋄ 我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacitic Network information Center)申请IP地址，需要缴费。
⋄ \diamond ⋄ 2011年2月3日，互联网号码分配管理局IANA(由ICANN行使职能）宣布，IPv4地址已经分配完毕。
⋄ \diamond ⋄ 我国在2014至2015年也逐步停止了向新用户和应用分配IPv4地址。同时全面开展商用部署IPv6。
■ lPv4地址的编址方法经历了如下三个历史阶段：

在这里插入图片描述
■ 32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用。
例：
在这里插入图片描述
练习：

在这里插入图片描述
8位无符号二进制整数转十进制：

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十进制整数转8位无符号二进制数：除2取余法、凑值法。
3.1.1 课后练习

1. 构成IPv4地址的比特数量和构成以太网MAC地址的比特数量分别是( B )
A. 16，24 B. 32，48 C. 64，96 D. 128，192
分析：构成IPv4地址的比特数量为32，构成以太网MAC地址的比特数量为48。

2. IPv4编址方法的三个历史阶段不包含( C )
A. 分类编址 B. 划分子网 C. 路由选择 D. 无分类编址
分析： IPv4编址方法的三个历史阶段为分类编址、划分子网、无分类编址。

3. 某个IPv4地址的二进制形式为11000000111111100000111111110000，则点分十进制形式为( A )
A. 192.254.15.240 B. 240.15.254.192 C. 96.128.51.120 D. 120.51.128.96
分析：
在这里插入图片描述
3.2 分类编址的IPv4地址

分类编址的IPv4地址分为A、B、C、D、E五类，如下图所示。

在这里插入图片描述
注意事项： 1. 只有A类、B类和C类地址可分配给网络中的主机或路由器的各接口；
2. 主机号为“全0”的地址是网络地址，不能分配给主机或路由器的各接口；
3. 主机号为“全1"”的地址是广播地址，不能分配给主机或路由器的各接口。

A类地址
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    B类地址
    在这里插入图片描述

    C类地址
    在这里插入图片描述
    例：下列IP地址中，只能作为IP分组的源IP地址但不能作为目的IP地址的是( A )
    A. 0.0.0.0 B. 127.0.0.1 C. 20.10.10.3 D. 255.255.255.255
    分析：地址0.0.0.0是一个特殊的IPv4地址，只能作为源地址使用，表示“在本网络上的本主机”。封装有DHCP Discovery报文的IP分组的源地址使用0.0.0.0；
    以127开头且后面三个字节非“全0”或“全1”的IP地址是一类特殊的IPv4地址，既可以作为源地址使用，也可以作为目的地址使用，用于本地软件环回测试，例如常用的环回测试地址127.0.0.1；
    地址255.255.255.255是一个特殊的IPv4地址，只能作为目的地址使用，表示“只在本网络上进行广播（各路由器均不转发)”。
    综上所述，选项A正确。
    在这里插入图片描述
    总结：
    在这里插入图片描述

3.2.1 课后练习

1. 分类编址的IPv4地址共分( C )
A. 3类 B. 4类 C. 5类 D. 6类
分析：分类编址的IPv4地址分为A、B、C、D、E五类。

2. 在IPv4地址的分类编址阶段，A类网的数量为( B )
A. 2 7 ^7 7-1 B. 2 7 ^7 7-2 C. 2 7 ^7 7+1 D. 2 7 ^7 7+2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，A类网的数量为2 ( 8 − 1 ) ^{(8-1)} (8−1)-2 = 126。

3. 在IPv4地址的分类编址阶段，每个B类网包含的IP地址数量为( C )
A. 2 8 ^8 8 B. 2 8 ^8 8-2 C. 2 16 ^{16} 16 D. 2 16 ^{16} 16-2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，每个B类网包含的IP地址数量为2 16 ^{16} 16 = 65536。

4. 在IPv4地址的分类编址阶段，每个C类网可分配给主机或路由器接口的IP地址数量为( B )
A. 2 8 ^8 8 B. 2 8 ^8 8-2 C. 2 16 ^{16} 16 D. 2 16 ^{16} 16-2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，每个C类网可分配给主机或路由器接口的IP地址数量为 2 8 ^8 8-2 = 254。

5. 以下属于C类IPv4地址，但又不能分配给主机的是( B )
A. 196.2.3.8 B. 192.0.0.255 C. 191.255.255.252 D. 126.255.255.255
分析：以下属于C类IPv4地址，但又不能分配给主机的是192.0.0.255，因为最后一个8位组是全1，代表这个IP是广播，不能分给主机使用。
3.3 划分子网的IPv4地址

■ 为新增网络申请新的网络号会带来以下弊端：
⋄ \diamond ⋄ 需要等待时间和花费更多的费用
⋄ \diamond ⋄会增加其他路由器中路由表记录的数量
⋄ \diamond ⋄浪费原有网络中剩余的大量P地址

■ 32比特的子网掩码可以表明分类lIP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号
⋄ \diamond ⋄ 子网掩码使用连续的比特1来对应网络号和子网号
⋄ \diamond ⋄ 子网掩码使用连续的比特0来对应主机号
⋄ \diamond ⋄ 将划分子网的IPv4地址与其相应的子网掩码进行逻辑与运算就可得到IPv4地址所在子网的网络地址

在这里插入图片描述
■ 给定一个分类的IP地址和其相应的子网掩码，就可知道子网划分的细节：
⋄ \diamond ⋄ 划分出的子网数量
⋄ \diamond ⋄ 每个子网可分配的IP地址数量
⋄ \diamond ⋄ 每个子网的网络地址和广播地址
⋄ \diamond ⋄ 每个子网可分配的最小和最大地址

例1：已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，请给出划分细节。
分析：

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
例2：已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.192对其进行子网划分，请给出划分细节。
分析：
在这里插入图片描述
例3：某主机的IP地址为180.80.77.55，子网掩码为255.255.252.0，如该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是( D )
A. 180.80.76.0 B. 180.80.76.255 C. 180.80.77.255 D. 180.80.79.255
分析：

在这里插入图片描述
■ 默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。

在这里插入图片描述
3.3.1 课后练习

1. 已知某个网络的地址为192.168.0.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，可划分出的子网数量为( A )
A. 2 B. 4 C. 8 D. 16
分析：子网掩码255.255.255.128中的128二进制表示为1000 0000，一个比特1表示从主机号中借用一个比特作为子网号，划分出的子网数量为 2 1 ^1 1 = 2。

2. 已知某个网络地址为10.0.0.0，使用子网掩码255.255.192.0对其进行子网划分，则每个子网包含的地址数量为( C )
A. 2 10 ^{10} 10 B. 2 10 ^{10} 10-2 C. 2 14 ^{14} 14 D. 2 14 ^{14} 14-2
分析：子网掩码255.255.192.0中的192二进制表示为1100 0000，14个比特0表示每个子网包含的地址数量为 2 14 ^{14} 14。

3. 已知某个网络地址为172.16.0.0，使用子网掩码255.255.224.0对其进行子网划分，则所划分出的最后一个子网的广播地址是( B )
A. 172.16.0.255 B. 172.16.255.255 C. 172.0.255.255 D. 172.255.255.255
分析：子网掩码255.255.224.0中的224二进制表示为1110 0000，网络地址为172.16.0.0所划分出的最后一个子网的广播地址是172.16.255.255。

4. 已知某个网络地址为192.168.1.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，则所划分出的第一个子网的广播地址是( A )
A. 192.168.1.127 B. 192.168.1.128 C. 192.168.1.254 D. 192.168.1.255
分析：子网掩码255.255.255.128中的128二进制表示为1000 0000，所划分出的第一个子网的广播地址是192.168.1.0111 1111，即192.168.1.127。

5. 某主机的IP地址是166.66.66.66，子网掩码为255.255.192.0，若该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是( D )
A. 166.66.66.255 B. 166.66.255.255 C. 166.255.255.255 D. 166.66.127.255
分析：由子网掩码255.255.192.0（11111111.11111111.11000000.00000000）可知网络为连续的1，那么主机位为连续的0，也就是14位，然后题目要发送广播分组，所以求的是广播地址，广播地址的主机位也是全为1，所以主机166.66.66.66所在的广播地址就是 166.66.01(111111.11111111），括号里面的是主机号，主机号全为1就是广播地址，即166.66.127.255。
3.4 无分类编址的IPv4地址

■ 划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难，但是数量巨大的C类网因为其地址空间太小并没有得到充分使用，而因特网的IP地址仍在加速消耗，整个IPv4地址空间面临全部耗尽的威胁。
■ 为此，因特网工程任务组IETF又提出了采用无分类编址的方法来解决IP地址紧张的问题，同时还专门成立IPv6工作组负责研究新版本lP以彻底解决IP地址耗尽问题。
■ 1993年，IETF发布了无分类域间路由选择CIDR(Classless Inter-Domain Routing)的RFC文档：RFC 1517~1519和1520。
⋄ \diamond ⋄ CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址，以及划分子网的概念；
⋄ \diamond ⋄ CIDR可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前允许因特网的规模继续增长。
■ CIDR使用“斜线记法”，或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线“/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量。

在这里插入图片描述
■ CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。
■ 我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道该地址块的全部细节：
⋄ \diamond ⋄ 地址块的最小地址
⋄ \diamond ⋄ 地址块的最大地址
⋄ \diamond ⋄ 地址块中的地址数量
⋄ \diamond ⋄ 地址块聚合某类网络(A类、B类或C类)的数量
⋄ \diamond ⋄ 地址掩码（也可继续成为子网掩码）

例1：请给出CIDR地址块128.14.35.7/20的全部细节（最小地址，最大地址，地址数量，聚合C类网数量，地址掩码)。
分析：

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■ 路由聚合（构造超网）的方法是找共同前缀；
■ 网络前缀越长，地址块越小，路由越具体；
■ 若路由器查表转发分组时发现有多条路由可选，则选择网络前缀最长的那条，这称为最长前缀匹配，因为这样的路由更具体。

例1：在子网192.168.4.0/30中，能接收目的地址为192.168.4.3的IP分组的最大主机数是( C )
A. 0 B. 1 C. 2 D. 4
分析：

在这里插入图片描述
题目中给定IP分组的目的地址为192.168.4.3，是该网络的广播地址，因此该网络上的所有主机都能收到。由于该网络只有两个可分配的IP地址，因此网络中的主机数量最大为2，那么可以收到该IP分组的最大主机数就是2。

例2：某路由表中有转发接口相同的4条路由表项，其目的网络地址分别为35.230.32.0/21、35.230.40.0/21、35.230.48.0/21和35.230.56.0/21，将该4条路由聚合后的目的网络地址为( C )
A. 35.230.0.0/19 B. 35.230.0.0/20 C. 35.230.32.0/19 D. 35.230.32.0/20
分析：

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3.4.1 课后练习

1. 某个IPv4地址的CIDR表示形式为126.166.66.99/22，则以下描述错误的是( D )
A. 网络前缀占用22个比特 B. 主机编号占用10个比特 C. 所在地址块包含地址数量2 10 ^{10} 10 D. 126.166.66.99是所在地址块中的第一个地址
分析：某个IPv4地址的CIDR表示形式为126.166.66.99/22，则网络前缀占用22个比特，主机编号占用10个比特，所在地址块包含地址数量2 10 ^{10} 10。

在这里插入图片描述
2. CIDR地址块10.0.0.0/10中的最后一个地址是( A )
A. 10.63.255.255 B. 10.255.255.255 C. 10.0.255.255 D. 10.0.0.255
分析： CIDR地址块10.0.0.0/10中的最后一个地址是10.63.255.255。

在这里插入图片描述
3. 某个网络所分配到的地址块为172.16.0.0/29，能接收目的地址为172.16.0.7的IP分组的最大主机数是( C )
A. 4 B. 5 C. 6 D. 7
分析：某个网络所分配到的地址块为172.16.0.0/29，能接收目的地址为172.16.0.7的IP分组的最大主机数是6。

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4. 某路由表中有转发接口相同的2条路由表项，其目的网络地址分别为202.118.133.0/24和202.118.130.0/24，将这2条路由聚合后的目的网络地址为( A )
A. 202.118.128.0/21 B. 202.118.128.0/22 C. 202.118.130.0/22 D. 202.118.132.0/20
分析：某路由表中有转发接口相同的2条路由表项，其目的网络地址分别为202.118.133.0/24和202.118.130.0/24，将这2条路由聚合后的目的网络地址为202.118.128.0/21。

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5. 地址172.16.2.160属于下面哪一个地址块( C )
A. 172.16.2.64/26 B. 172.16.2.96/26 C. 172.16.2.128/26 D. 172.16.2.192/26
分析：地址172.16.2.160属于172.16.2.128/26地址块。

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3.5 IPv4地址的应用规划

    定长的子网掩码FLSM(Fixed Length Subnet Mask)
    ■ 使用同一个子网掩码来划分子网
    ■ 每个子网所分配的IP地址数量相同，造成IP地址的浪费
    变长的子网掩码VLSM(Variable Length Subnet)
    ■ 使用不同的子网掩码来划分子网
    ■ 每个子网所分配的IP地址数量可以不同，尽可能减少对IP地址的浪费

3.5.1 定长的子网掩码FLSM

例1：假设申请到的C类网络为218.75.230.0，请使用定长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。

在这里插入图片描述
例2：假设申请到的C类网络为218.75.230.0，请使用定长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。
应用需求：将C类网络218.75.230.0划分成5个子网，每个子网上可分配的IP地址数量不得少于各自的需求。

在这里插入图片描述
3.5.2 变长的子网掩码VLSM

例：假设申请到的地址块为218.75.230.0/24，请使用变长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
3.5.3 总结

在这里插入图片描述
3.5.4 课后练习

1. 在一条点对点的链路上，为了减少地址的浪费，地址掩码应该指定为( A )
A. 255.255.255.252 B. 255.255.255.248 C. 255.255.255.240 D. 255.255.255.196
分析： 255.255.255.252减去一个广播地址一个网络地址，就剩2个IP，两个IP分在链路两端的设备上。252到255，可以有两台主机，用其他的就浪费了，比如240到255，可以有14台主机！

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2. 若将某个C类网络划分出5个子网，每个子网最多20台主机，则使用的子网掩码是( B )
A. 255.255.255.192 B. 255.255.255.224 C. 255.255.255.240 D. 255.255.255.248
分析：从网络划分，需要划分5个子网，就是2^3=8>5，因此需要借3位，默认是255.255.255.0，借了三位，也就是最后那个0（00000000）变成了（11100000），所以就是224了，故答案为255.255.255.224。

3. 下面有关FLSM与VLSM的说法中，错误的是( D )
A. FLSM使用同一个子网掩码来划分子网
B. VLSM可以使用不同的子网掩码来划分子网
C. 使用FLSM划分的子网，每个子网所分配的IP地址数量相同
D. 使用VLSM划分子网，只能划分出偶数个子网
分析：下面有关FLSM与VLSM的说法中，错误的是使用VLSM划分子网，只能划分出偶数个子网。
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