第一次课 6.1-3 网络层
计算机网络(第2版)--第6章：网络层
• 是直接交付还是间接交付，路由器需要根据分 组的目的IP地址与源IP地址是否属于同一个子 网来判断;
48
h
直接交付 • 当分组的源主机和目的主机是在同一个网络，或转发
是在最后一个路由器与目的主机之间时将直接交付;
• 分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向 Internet地址管理部门申请，也不需要改变任何外部的 数据库；
• 在Internet中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。
24
h
• 掩码的概念
25
h
子网掩码的概念 • 子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。
26
h
一个B类地址划分为64个子网的例子
/26
255.255.255.192
/27
255.255.255.224
/28
255.255.255.240
/29
255.255.255.248
/30
255.255.255.252
44
h
6.2.5 专用IP地址与网络地址转换NAT技术
专用IP地址
类 地址范围 总 数
A 10.0.0.0～ 1 10.255.255 .255
255.255.0.0
/17
255.255.128.0
/18
255.255.192.0
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255.255.224.0
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255.255.240.0
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255.255.248.0
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
255.255.252.0
/23
255.255.254.0
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osi七层模型的定义和各层功能
OSI七层模型的定义和各层功能随着网络技术的不断发展，我们的生活已经离不开网络了。
而OSI七层模型是计算机网络体系结构的实质标准，它将计算机网络协议的通信功能分为七层，每一层都有着独特的功能和作用。
下面，我将以此为主题，深入探讨OSI七层模型的定义和各层功能。
1. 第一层：物理层在OSI七层模型中，物理层是最底层的一层，它主要负责传输比特流（Bit Flow）。
物理层的功能包括数据传输方式、电压标准、传输介质等。
如果物理层存在问题，整个网络都无法正常工作。
2. 第二层：数据链路层数据链路层负责对物理层传输的数据进行拆分，然后以帧的形式传输。
它的功能包括数据帧的封装、透明传输、差错检测和纠正等。
数据链路层是网络通信的基础，能够确保数据的可靠传输。
3. 第三层：网络层网络层的主要功能是为数据包选择合适的路由和进行转发。
它负责处理数据包的分组、寻址、路由选择和逻辑传输等。
网络层的存在让不同的网络之间能够互联互通，实现数据的全球传输。
4. 第四层：传输层传输层的功能是在网络中为两个端系统之间的数据传输提供可靠的连接。
它通过TCP、UDP等协议实现数据的可靠传输、分节与重组、流量控制、差错检测和纠正等。
5. 第五层：会话层会话层负责建立、管理和结束会话。
它的功能包括让在网络中的不同应用之间建立会话、同步数据传输和管理数据交换等。
6. 第六层：表示层表示层的作用是把数据转换成能被接收方识别的格式，然后进行数据的加密、压缩和解压缩等。
7. 第七层：应用层应用层是OSI模型中的最顶层，它为用户提供网络服务，包括文件传输、电流信箱、文件共享等。
应用层是用户与网络的接口，用户的各种应用软件通过应用层与网络进行通信。
OSI七层模型是计算机网络体系结构的基本标准，它将通信协议的功能划分为七层以便管理和开发。
每一层都有独特的功能和作用，共同构成了完整的网络通信体系。
只有了解并理解这些层次的功能，我们才能更好地利用网络资源，提高网络效率。
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构
计算机网络的网络层次结构是指将计算机网络中的各种设备和
协议划分为不同的层次，以实现数据传输和通信的有效性和可靠性。
1. 物理层
物理层是网络层次结构的最底层，主要负责传输原始比特流。
它涉及硬件设备，例如网线、光纤和网络接口卡。
物理层的功能包
括数据传输的编码和解码，数据的传输速率控制，以及物理连接的
建立和维护。
2. 数据链路层
数据链路层位于物理层之上，负责将原始比特流划分为帧，并
提供基本的错误检测和纠正功能。
数据链路层主要解决点对点直连
的通信问题，确保数据在物理链路上的可靠传输。
3. 网络层
网络层是计算机网络中最重要的层次之一。
它负责为数据包选
择和设置最合适的路径以进行跨网络的传输。
网络层协议有IP
（Internet Protocol），它通过将数据包封装在各自的数据报中，使
得数据能够在不同网络之间传输。
4. 传输层
传输层负责在源主机和目标主机之间提供可靠的数据传输。
传
输层的主要协议是传输控制协议（TCP），它使用错误检测和重新
发送机制确保数据的完整性和可靠性。
5. 应用层
网络层次结构的设计和实现可以简化网络的管理和维护，提高
网络的可靠性和性能。
通过将不同的功能划分到不同的层次，网络
设备和协议可以更加独立地进行开发和升级。
总结：
计算机网络的网络层次结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
每个层次都有各自的功能和协议，以实现数据传
输和通信的可靠性和效率。
计算机网络(网络层)
计算机网络(网络层)计算机网络(网络层)计算机网络是指由若干互连的计算机组成的信息传输系统。
在计算机网络中，网络层是其中一个重要的层次，负责处理在不同网络之间进行数据传输的问题。
本篇文章将详细介绍计算机网络中的网络层及其相关概念和功能。
一、网络层概述网络层是计算机网络中的第三层，位于传输层之上，数据链路层之下。
它的主要任务是在网络中进行路径选择和数据传输的控制。
网络层通过使用各种路由算法，将数据包从源主机传输到目标主机，并在网络中负责路由和转发数据。
二、网络层协议在计算机网络中，常用的网络层协议包括IPv4（Internet协议版本4）和IPv6（Internet协议版本6）。
IPv4是当今广泛使用的协议，它使用32位地址来标识网络中的主机。
而IPv6是未来的发展趋势，它采用了128位地址，可以更好地满足互联网的扩展需求。
三、网络层的功能1. 路由选择：网络层负责选择适当的路径将数据包从源主机传输到目标主机。
这涉及到使用路由算法，根据网络拓扑和路由表来进行最佳路径的选择。
2. 数据分段和重组：网络层可以将待传输的数据分成较小的分组，在传输过程中进行传输、重组和重传。
这样可以提高传输效率和可靠性。
3. 数据传输的控制：网络层负责数据包传输中的差错控制、流量控制和拥塞控制。
它通过采用相关的协议来保证数据包的可靠传输和网络的正常工作。
4. IP地址的分配和管理：网络层管理着IP地址的分配和使用。
它需要为每个连接到网络的主机分配唯一的IP地址，以保证数据在网络中的正确传输。
四、网络层的协议实例1. IP协议：IP（Internet Protocol）协议是计算机网络中最重要的网络层协议。
它负责将数据包从源地址传输到目标地址，并处理数据包的分片和重组问题。
2. ICMP协议：ICMP（Internet Control Message Protocol）协议是IP 协议的补充，它负责网络中的错误报告、异常情况的通知和网络状况的查询等功能。
网络层及其协议
网络层及其协议网络层是计算机网络中的一层，位于传输层和数据链路层之间。
它负责在互联网中进行数据包的传输和路由选择。
网络层的协议有许多种，其中最常见的是IPv4和IPv6协议。
一、网络层的作用网络层的主要作用是实现数据包的传输和路由选择。
它在不同的网络节点之间传递数据包，并且根据各节点之间的网络拓扑情况选择最佳的传输路径。
网络层还负责处理数据包的分片和重组，以便适应不同网络的传输要求。
二、IPv4协议IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网上最常用的网络层协议。
它使用32位的地址来标识不同的网络节点，每个IPv4地址由四个八位的数字组成，例如192.168.0.1。
IPv4协议提供了一种无连接、不可靠的服务，数据包在传输过程中可能会丢失或乱序。
IPv4协议的数据包包含了源IP地址和目标IP地址，数据包在传输到目标节点之前可能经过多个中间节点。
每个中间节点根据路由表来选择下一跳的节点，以实现数据包的最终传输。
IPv4协议的地址空间有限，只有大约42亿个地址可用。
为了解决地址不足的问题，IPv6协议被引入。
三、IPv6协议IPv6（Internet Protocol version 6）是下一代互联网协议，它的地址空间更大，可以提供约340亿亿亿个唯一的IP地址。
IPv6地址由八组四位的十六进制数字组成，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。
除了地址空间的扩大之外，IPv6协议还提供了许多新的特性和改进。
其中之一是支持网络层的加密和数据完整性验证，以提高数据传输的安全性。
IPv6协议还引入了多播和任播等新的地址类型，以支持更灵活和高效的数据传输。
IPv6协议与IPv4协议是不兼容的，因此在过渡期间需要进行双协议栈的支持，以便IPv4和IPv6网络之间的互通。
四、其他网络层协议除了IPv4和IPv6协议之外，还有一些其他的网络层协议。
计算机控制系统中的网络与通信技术
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本节主要内容
计算机控制技术
D
C
B
A
计算机局域网
E
*
*
6.1 .1计算机网络的定义
计算机控制技术
计算机网络是指把若干台地理位置不同且具有独立功能的计算机或设备，通过通讯设备和线路相互连接起来，以实现信息的传输和资源共享的一种计算机系统。
网络中的各台计算机或设备（或称为节点）之间相互通信 ，并能实现资源共享。
*
*
6.1.2 计算机网络的分类（2）
计算机控制技术
按网络的拓朴结构分类
网络拓扑结构定义： 在计算机通信网络中，网络的拓扑(Topology)结构是指网络中的各台计算机、设备之间相互连接的方式。
1
2
*
*
6.1.2 计算机网络的分类（3）
按网络的拓朴结构分类：
计算机控制技术
星形网 : 以一台中心处理机为主而构成的网络，其他入网的计算机仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时的方法为入网机器服务。
02
缺点：一旦有一个中继器出现故障，就会导致环路的断路，使全网限于瘫痪，另外因为它是共用通信线路，所以不适用于信息流量大的场合。
03
*
*
6.1.4 计算机局域网络（9）
计算机控制技术
混合形结构 混合形结构是将上述各种拓补混合起来的结构，常见的有树形、环星形等。
闭合回路
计算机
环星形结构示意图
*
*
*
*
6.1.2 计算机网络的分类（6）
按信息交换方式分类
计算机控制技术
报文交换网：
分组交换网：
6.1.3《智能控制系统》-教学设计-教科版-高中信息技术选修5
2. 理论知识讲解（15分钟）
（1）智能控制系统的定义与作用
（2）智能控制系统的基本组成：传感器、控制器、执行器
（3）智能控制系统的分类：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制等
在这个环节，我会通过PPT展示和实例分析，帮助大家更好地理解这些理论知识。
3. 案例分析（10分钟）
现在，让我们来看一个具体的智能控制系统案例：智能家居。请大家思考，智能家居是如何实现室内温度、湿度、光线等参数的自动调节的？
3. 《人工智能技术在智能控制系统中的应用》
本文介绍了人工智能技术在智能控制系统中的应用，如模糊控制、神经网络控制、专家系统控制等。阅读这篇文章，可以帮助同学们了解智能控制系统的发展趋势和前沿技术。
鼓励同学们在课后进行自主学习与探究，以下是一些建议：
1. 深入研究智能控制系统的某个领域，如智能家居、智能交通、智能机器人等，了解其发展现状和未来趋势。
考虑到学生层次，他们在行为习惯上表现出一定的差异性，部分学生自主学习能力较强，能有效跟进课程进度；而另一部分学生则依赖教师的引导，课堂参与度有待提高。这些特点将对课程学习产生直接影响，教学过程中需关注个体差异，采取差异化教学策略，以激发学生的学习兴趣，提高他们的主动性和实践能力，确保课程目标的实现。教学内容与课本紧密结合，有助于学生在已有基础上拓展知识面，提升综合素质。
2. 收集智能控制系统的实际应用案例，分析其系统设计、控制策略等方面，总结成功经验和启示。
3. 尝试编写简单的智能控制系统程序，如使用Arduino、Python等编程语言实现温度控制、灯光调节等功能。
4. 参加相关竞赛和活动，如科技创新大赛、智能控制系统设计大赛等，锻炼自己的实践能力和团队协作能力。
网络层和应用层的原理
网络层和应用层的原理1. 网络层的原理网络层是OSI模型中的第三层，主要负责网络间的数据传输和路由选择。
在互联网中，网络层的协议主要是IP协议。
网络层的原理包括以下几个方面：1.1 IP协议IP协议是互联网中使用的一种网络协议，它定义了数据在网络中的传输方式。
IP协议使用IP地址来标识网络中的设备，通过将数据分成小块（数据包）并加上源和目的IP地址的方式，实现数据在网络中的传输和路由选择。
1.2 路由选择路由选择是网络层的核心功能之一，它是指在网络中选择最佳路径将数据从源节点传输到目的节点。
路由选择的原理是通过网络中的路由器，根据路由表中的路由信息和算法，选择下一跳节点，将数据从一个节点传输到另一个节点。
1.3 数据分片和重组IP协议要求数据在传输过程中不超过一定大小，因此当数据包的大小超过IP 协议规定的最大值时，就需要将数据分片成更小的部分进行传输。
数据分片是在发送方完成的，接收方需要将接收到的分片进行重组，恢复原始的数据。
2. 应用层的原理应用层是OSI模型中的最顶层，负责为用户提供各种应用服务。
应用层的原理主要包括以下几个方面：2.1 应用协议应用协议是应用层的核心内容，它定义了应用程序之间进行通信时所使用的协议和规则。
常见的应用协议有HTTP、FTP、SMTP等。
这些协议规定了数据传输的格式、数据的编码方式、通信的过程等。
2.2 客户端和服务器应用层的通信主要是基于客户端和服务器之间的交互。
客户端是发起请求的一方，服务器是接受请求并提供相应的一方。
通过客户端和服务器的交互，实现了应用层的各种功能。
2.3 数据的传输和处理应用层的数据传输是基于底层网络协议的。
应用层协议将应用层的数据封装成网络层的数据包，通过网络层和传输层的协议进行数据传输。
数据到达目的地后，应用层协议会将数据提取出来，并进行相应的处理和展示。
3. 网络层和应用层的关系网络层和应用层在OSI模型中处于不同的位置，但它们之间存在紧密的联系和相互依赖的关系。
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《计算机网络》
教师：郭慧敏
虚拟互连网络的意义
所谓“虚拟互连网络”，它的意思就是 互连起来的各种物理网络的异构性本来 是客观存在的，但是我们 利用IP协议 就 可以使这些性能各异的网络从用户看起 来好像是一个统一的网络。
《计算机网络》
教师：郭慧敏
H1 5 4 3 2 1
分组在互联网中的传送
R1 3 2 1 直接交付 R1 间接交付 2 1 R2 间接交付 2 1
R2
3 2 1
R3
3 2 1 R3 2 1
主机 H1
R5 R5 3 2 2 1 1
间接交付
R4
R4 3 2 2 1 1
主机 H2
5 4 3 2 1
H2
《计算机网络》
教师：郭慧敏
从网络层看 IP 数据报的传送
如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。
网络层 R1 网络层 R2 网络层 R3 网络层 R4 网络层 R5 网络层 H2
《计算机网络》 教师：郭慧敏
【例6-1】 IP 数据报分片
需分片的 数据报 数据部分共 3800 字节
首部
字节 0 1400 2800
偏移 = 0/8 =0
3799
首部 1 字节 0
数据报片 1 偏移 = 0/8 = 0 1399
首部 2
1400 数据报片 2 偏移 = 1400/8 = 175
《计算机网络》
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
可变 部分
分片：如果IP数据报在尺寸大于将发往网络的MTU值时， 路由器将IP数据报分成若干较小的部分，每个分片由报头区 源 地 址 和数据区两部分构成，每个分片经过独立的路由选择等处理 目 的 地 过程，最终到达目的主机。 址 然而在接收到所有分片的基础上，主机对分片进行重新 组装。路由器不需要对分片进行重组，也不可能对分片进行 数 据 部 分 重组。
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
区分服务——占 8 位，用来获得更好的服务 在旧标准中叫做服务类型，1998 年这个字段改名为区分服务。 只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。 在一般的情况下都不使用这个字段;现在见……书本上的表
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
标识(identification) 占 16 位， 用来产生数据报的标识。
《计算机网络》 教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
IP 数据报
发送在前
《计算机网络》 教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 首 部 数 据 据 部 部 分 分 填 充
首部 3
2799 2800 数据报片 3 偏移 = 2800/8 = 350
教师：郭慧敏
3799
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
第6章 网络层
教师：郭慧敏
本章学习要求：
• • • • • • 了解：6.1 掌握：6.2 掌握：6.3 掌握：6.4 掌握：6.5 掌握：6.6 网络层与网络互联的基本概念。 IP协议的特点与基本内容。 重 IP地址及子网编址的基本方法。 点 路由器相关 IP分组的转发与路由选择的概念。 Internet路由选择协议的概念。
《计算机网络》
教师：郭慧敏
互连网络与虚拟互连网络
路由器 网络
网络 网络 虚拟互连网络 （互联网） 网络
网络
(a) 实际的互连网络
《计算机网络》
(b) 虚拟互连网络（IP网）
教师：郭慧敏
互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多 问题需要解决，如：
不同的寻址方案 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制 不同的状态报告方法 不同的路由选择技术
《计算机网络》
教师：郭慧敏
数据报分组服务
应用层 H1 运输层 网络层 数据链路层 物理层 IP 数据分组 H2 应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层
丢失
H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送
《计算机网络》 教师：郭慧敏
网络层提供的服务： 尽最大努力交付
《计算机网络》
教师：郭慧敏
6.1.2 网络互连 基本概念
网络的互连：利 用 路由器将多个 网络相互连接起 来构成的系统。 就是网络的互连 问题。
《计算机网络》
教师：郭慧敏
注意：网络互连使用路由器
当中继系统是转发器或网桥时，一般并不 称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网 络扩大了，而这仍然是一个网络。
互联网都是指用路由器进行互连的网络。
《计算机网络》 教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
片偏移(12 位)指出：较长的分组在分片后， 某分片在原分组中的相对位置。就是说相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始 片偏移以 8 个字节为偏移单位。
《计算机网络》
PING
命 令的 使用
教师：郭慧敏
6.2 网际层的 IP 协议
6.2.1、 IP 数据报的格式 6.2.2、 IP 数据报首部的可变部分 6.2.3、 IP数据报的分片与重组
《计算机网络》
教师：郭慧敏
6.2.1 IP 数据报的格式
一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。 首部的前一部分是固定长度，共 20 字节， 是所有 IP 数据报必须具有的。 在首部的固定部分的后面是一些可选字 段，其长度是可变的。
版本——占 4 位，指 IP 协议的版本 目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)
《计算机网络》 教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 填 充
生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live) 用于限制分组的生存期，分组每经过一个路由 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。 器TTL就会被减1，减到0就丢弃。这样可以避 免在出现特殊情况下（如出现长时间的路由循 《计算机网络》 教师：郭慧敏 环），分组被无限制地转发
《计算机网络》
教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议
16 标志 源 地 址
19
24 总 长 度 片 偏 移
31
版 本 首部长度
首 部 检 验 和
可变 部分
目 的 地 址
可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 首 部 数 据 据 部 部 分 分 填 充
IP 数据报
《计算机网络》
（通过路由选择算法，为分组通过通信子网选择最适当的路径）、
教师：郭慧敏
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽 最大努力交付的服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个 分组（即 IP 数据报）独立发送. 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分 组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达 终点），当然也不保证分组传送的时限。
《计算机网络》 教师：郭慧敏
比特 0
1 优 先 级
2
3 D
4 T 16
5 R 19
6 C
7 未用 24 31
比特 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 服务类型 识 协 议
版 本 首部长度
总 长 度 标志 片 偏 移 首 部 检 验 和
源 地 址
目 的 地 址
可变 部分 可 选 字 段 （长 度 可 变） 数 据 部 分 IP数据报的长度只有小于或等于网络的 MTU，才能在这个网络传输。但是与路由 bit，指首部和数据之和的长度， 器连接的各个网络的MTU有不同。 填 充
发送在前
《计算机网络》 教师：郭慧敏
位 0 固 定 首 部 部 分
4 标 生存时间
8 区分服务 识 协 议