第五章 网络层协议分析
网络协议的分层结构及功能
网络协议的分层结构及功能随着互联网的普及，网络协议成为网路通讯的基础，而网络协议的分层结构对于提高网络效能有着极大的帮助。
因此，在这篇文章中我们将对网络协议的分层结构及其功能进行详细的探讨。
网络协议的分层结构网络协议的分层结构是指将网络通讯中的各种功能分成不同的层次，从而使不同层次的功能得以分开进行处理。
这种分层结构的好处是可以实现模块化和可扩展性，而且每一层都可以独立进行设计和维护，从而提高网络性能和可靠性。
网络协议的分层结构通常分成七层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
下面我们会分别介绍每个层次的功能和重要性。
物理层物理层主要负责将数字信号转换为物理媒介上的电子信号，并对信号进行传输和接收。
它控制物理媒介的连接方式、信号传输速率和数据传输距离，与接线、接头、电信号等有关。
具体来说，物理层的主要任务包括：1. 传输数字信号：将数字信号转换为物理媒介上的电子信号进行传输。
2. 传输数据：将数据通过物理介质传输到远程节点。
3. 控制传输速率：调整数据传输速率，以确保数据的可靠传输。
4. 确定物理连接方式：确定与其他设备之间的物理连接方式，包括电缆、光缆、无线电信道等。
数据链路层数据链路层主要负责将物理层传输的数据转换为数据包，并将数据包传输到目标设备上。
它控制数据包的传输和接收，提供一些控制和监控功能，从而保证数据传输的可靠性。
具体来说，数据链路层的主要任务包括：1. 将数据转换为数据帧：将数据转换为数据帧，以便在物理网络上传输。
2. 控制访问：控制节点在共享的介质上的访问，以避免冲突和竞争。
3. 纠错和控制流量：纠正传输过程中出现的一些错误，并调节流量以避免网络超载。
4. 帧同步：为确保帧能被正确地接收和解析，确保数据帧的同步。
网络层网络层主要负责将数据包从发送端传输到接收端，并处理不同网络之间的路由和转发问题。
它控制数据包的路由、转发和选路，提供流量控制和差错控制的功能。
网络层协议分析实验报告
工程类实验报告系：系： 计算机与信息计算机与信息 专业：专业：专业： 年级：年级：年级： 09 09级 姓名：姓名： 学号：学号：学号：********* 091154048 091154048 实验课程：实验课程：实验课程： 实验室号：实验室号：__田C 513____ C 513____ 实验设备号：实验设备号：实验设备号： 48 48 48 实验时间：实验时间：实验时间： 指导教师签字：指导教师签字： 成绩：成绩：成绩：实验二 网络层协议分析一、 实验目的和要求1．执行ping ping 和和tracert tracert 命令，命令，分析截获的ICMP ICMP 报文类型和报文类型和ICMP ICMP 报文格式，报文格式，理解ICMP ICMP 协议的作用。
协议的作用。
协议的作用。
2. 2. 使用使用使用 Ping Ping Ping 命令在两台计算机之间发送数据报，命令在两台计算机之间发送数据报，用Wireshark Wireshark 截获数据报，截获数据报，分析IP IP 数据报的格式，加深对数据报的格式，加深对IP IP 协议的理解。
协议的理解。
协议的理解。
3. 3. 使用使用Ping Ping 命令在两台计算机之间发送大于命令在两台计算机之间发送大于MTU MTU 的数据报，的数据报，验证分片过程，加深对IP IP 协议的理解。
协议的理解。
协议的理解。
二、实验原理1．ICMP 协议及PINT 和TRACERT 程序程序 2. IP 数据报格式数据报格式 3. IP 分片原理分片原理 三、实验设备与环境1. 实验设备和连接图下图所示，一台锐捷R1760 R1760 路由器连接路由器连接2 2 台台PC PC 机，分别命名为机，分别命名为机，分别命名为PC1PC1、、PC2PC2。
2. 2. 实验分组实验分组实验分组每二名同学为一组，每小组各自独立完成实验。
每二名同学为一组，每小组各自独立完成实验。
网络5层协议
网络5层协议网络5层协议是指网络通信中，将通信过程分为五个层次的协议模型。
这个模型划分了不同的功能，使得网络通信变得高效和可靠。
下面将逐层介绍网络5层协议。
第一层：物理层物理层是网络5层协议中的最底层，它负责将比特流转化为电信号，并通过物理介质进行传输。
物理层的主要作用是提供传输介质、数据编码和物理拓扑等方面的标准。
物理层协议定义了电缆的类型、传输速率和接口标准等。
第二层：数据链路层数据链路层位于网络5层协议的第二层，它负责将物理层传输的比特流划分为数据帧，并进行错误检测和纠正。
数据链路层的功能包括帧同步、流控制和差错控制等。
此外，数据链路层还定义了数据帧中的MAC地址，用于在局域网中唯一标识网络设备。
第三层：网络层网络层是网络5层协议中的第三层，它负责将数据链路层传输的数据包进行路由选择和转发。
网络层的主要任务是实现不同子网之间的数据传输，通过IP地址对数据进行唯一标识和寻址。
此外，网络层还负责数据的分片和重组，以提高网络的效率和可靠性。
第四层：传输层传输层是网络5层协议中的第四层，它主要负责提供可靠的端到端数据传输服务。
传输层使用端口号标识不同的应用程序，并通过传输协议（如TCP或UDP）实现可靠或不可靠的数据传输。
传输层还负责拥塞控制和流量控制，以保证网络的稳定性和高效性。
第五层：应用层应用层是网络5层协议中的最高层，它负责为用户提供网络应用服务。
应用层包括各种应用协议，如HTTP、FTP和DNS等。
应用层协议定义了数据的格式、传输方式和应用逻辑等。
通过应用层，用户可以访问网络资源、发送电子邮件和进行文件传输等操作。
以上是对网络5层协议的简要介绍。
网络通信中，通过这五个层次的协议模型，实现了数据在不同设备之间的传输和交换。
每个层次都有特定的功能和任务，共同协作完成网络通信的目标。
了解网络5层协议对于理解网络通信、网络安全和网络优化等方面都具有重要意义。
网络层协议实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解网络层协议的基本概念和作用；2. 掌握IP协议、ARP协议和RIP协议的基本原理和配置方法；3. 通过实验验证网络层协议在实际网络中的应用。
二、实验环境1. 实验设备：一台安装有Cisco Packet Tracer软件的PC机；2. 实验软件：Cisco Packet Tracer 7.3.1模拟器；3. 实验拓扑：实验拓扑结构如图1所示，包括三台路由器（R1、R2、R3）和三台主机（H1、H2、H3）。
图1 实验拓扑结构图三、实验内容1. IP协议分析实验（1）实验目的：了解IP协议的基本原理和配置方法。
（2）实验步骤：① 在R1、R2、R3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；② 在H1、H2、H3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；③ 使用Ping命令测试H1与H2、H3之间的连通性；④ 分析实验结果，验证IP协议在网络层的作用。
（3）实验结果与分析：通过实验，验证了IP协议在网络层中实现数据包的传输和路由功能。
当H1与H2、H3之间进行通信时，数据包会按照IP地址进行路由，最终到达目标主机。
2. ARP协议分析实验（1）实验目的：了解ARP协议的基本原理和配置方法。
（2）实验步骤：① 在R1、R2、R3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；② 在H1、H2、H3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；③ 在H1上配置MAC地址与IP地址的静态映射；④ 使用Ping命令测试H1与H2、H3之间的连通性；⑤ 分析实验结果，验证ARP协议在网络层的作用。
（3）实验结果与分析：通过实验，验证了ARP协议在网络层中实现IP地址与MAC地址的映射功能。
当H1与H2、H3之间进行通信时，数据包会通过ARP协议获取目标主机的MAC地址，从而实现数据包的传输。
3. RIP协议分析实验（1）实验目的：了解RIP协议的基本原理和配置方法。
（2）实验步骤：① 在R1、R2、R3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；② 在R1、R2、R3上配置RIP协议，使其相互通告路由信息；③ 在H1、H2、H3上配置IP地址、子网掩码和默认网关；④ 使用Ping命令测试H1与H2、H3之间的连通性；⑤ 分析实验结果，验证RIP协议在网络层的作用。
计算机网络实验五网络层协议分析实验报告
南昌航空大学实验报告年月日课程名称：计算机网络与通信实验名称：网络层协议分析班级：学生姓名：邓佳威学号： 2212893107 指导教师评定：签名：一、实验目的分析ARP协议报文首部格式及其解析过程；分析ICMP报文格式和协议内容并了解其应用；分析IP报文格式、IP地址的分类和IP层的路由功能；分析TCP/IP协议中网络层的分片过程。
二、实验内容（一）ARP协议分析1.实验原理（1）ARP协议ARP（address resolution protocol）是地址解析协议的简称，在实际通信中，物理网络使用硬件地址进行报文传输，IP地址不能被物理网络所识别。
所以必须建立两种地址的映射关系，这一过程称为地址解析。
用于将IP地址解析成硬件地址的协议就被称为地址解析协议（ARP协议）。
ARP是动态协议，就是说这个过程是自动完成的。
在每台使用ARP的主机中，都保留了一个专用的内存区（称为缓存），存放最近的IP地址与硬件地址的对应关系。
一旦收到ARP应答，主机就将获得的IP地址和硬件地址的对应关系存到缓存中。
当发送报文时，首先去缓存中查找相应的项，如果找到相应项后，遍将报文直接发送出去；如果找不到，在利用ARP进行解析。
ARP缓存信息在一定时间内有效，过期不更新就会被删除。
（2）同一网段的ARP解析过程处在同一网段或不同网段的主机进行通信时，利用ARP协议进行地址解析的过程不同。
在同一网段内通信时，如果在ARP缓存中查找不到对方主机的硬件地址，则源主机直接发送ARP 请求报文，目的主机对此请求报文作出应答即可。
（3）不同网段的ARP解析过程位于不同网段的主机进行通信时，源主机只需将报文发送给它的默认网关，即只需查找或解析自己的默认网关地址即可。
（二）ICMP协议分析1.实验原理（1）ICMP协议ICMP（internet control message protocol）是因特网控制报文协议[RFC792]的缩写，是因特网的标准协议。
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。
五层协议体系结构的要点
五层协议体系结构的要点五层协议体系结构是计算机网络中的基本概念之一，它是指在网络通信过程中，将通信功能划分为五层，每一层负责不同的功能，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。
下面将详细介绍这五层协议体系结构的要点。
一、物理层物理层是网络通信的最底层，它负责传输比特流，将数据从一个节点传输到另一个节点。
在物理层中，主要涉及到的设备有网卡、光纤、电缆等。
物理层的主要功能包括传输速率、数据单位、物理拓扑结构和电气特性等。
物理层的作用是将比特流传输到下一层，实现节点之间的物理连接。
二、数据链路层数据链路层位于物理层之上，它负责将比特流转化为数据帧，并通过物理介质传输。
数据链路层的主要功能包括帧的定界、流量控制、差错检测和纠正等。
在数据链路层中，主要涉及到的设备有网桥、交换机等。
数据链路层的作用是通过发送和接收数据帧来实现两个相邻节点之间的数据传输。
三、网络层网络层是建立在数据链路层之上的，它负责将数据包从源节点传输到目标节点。
网络层的主要功能是实现路由选择、分组转发和数据分片等。
在网络层中，主要涉及到的设备有路由器、三层交换机等。
网络层的作用是通过选择最佳路径将数据包从源节点传输到目标节点，实现跨网络的通信。
四、传输层传输层位于网络层之上，它负责提供端到端的可靠传输和数据流控制。
传输层的主要功能包括连接建立、数据分段、差错检测和纠正等。
在传输层中，主要涉及到的协议有TCP和UDP。
传输层的作用是将数据从源端口传输到目标端口，实现进程之间的通信。
五、应用层应用层是网络通信的最高层，它负责提供各种网络应用服务。
应用层的主要功能包括文件传输、电子邮件、远程登录和网页浏览等。
在应用层中，主要涉及到的协议有HTTP、FTP、SMTP和DNS等。
应用层的作用是为用户提供各种网络应用服务，并且与用户进行交互。
以上就是五层协议体系结构的要点。
物理层负责传输比特流，数据链路层将比特流转化为数据帧，网络层将数据包从源节点传输到目标节点，传输层提供可靠传输和数据流控制，应用层提供各种网络应用服务。
计算机网络中的网络层与传输层协议
计算机网络中的网络层与传输层协议计算机网络是现代社会不可或缺的重要组成部分，它将各个终端设备连接起来，实现信息共享与传输，提供便捷的通信方式。
而网络层与传输层作为计算机网络中的两个重要层级，承担着实现端到端数据传输的重要任务。
本文将详细介绍网络层和传输层的协议以及它们的作用和特点。
一、网络层协议网络层位于计算机网络的第三层，主要负责将分组数据从发送主机发送到目标主机，实现跨网络的数据传递。
而网络层协议则是网络层的核心部分，用于控制数据在网络中的路由和转发。
1. IPv4协议IPv4（Internet Protocol version 4）是当前互联网上广泛使用的网络层协议之一。
它使用32位地址标识不同的网络设备，并通过IP首部来处理分组的路由和转发。
IPv4的地址空间有限，因此随着互联网的快速发展，IPv4正在逐渐被其继任者IPv6所取代。
2. IPv6协议IPv6（Internet Protocol version 6）是IPv4的下一代协议，采用128位地址空间，大大增加了可分配的IP地址数量。
IPv6的推出解决了IPv4的地址枯竭问题，并提供了更好的安全性和可扩展性。
然而，由于历史原因，目前互联网上大部分设备仍然使用IPv4协议。
3. ICMP协议ICMP（Internet Control Message Protocol）是一种网络层协议，用于在IP网络中传递控制消息和错误报文。
它可以用于网络的故障诊断、路由选择以及组织网络流量的管理。
二、传输层协议传输层位于计算机网络的第四层，主要负责实现可靠的端到端数据传输。
传输层协议通过提供端口号来标识不同的应用程序，并通过使用报文的序号、确认和重传等机制来保证数据的可靠传输。
1. TCP协议TCP（Transmission Control Protocol）是互联网上通用的传输层协议，它提供面向连接的、可靠的数据传输。
TCP使用三次握手建立连接，并使用滑动窗口机制和超时重传等方法来保证数据的完整性和可靠性。
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• By unreliable we mean there are no guarantees that an IP datagram successfully gets to its destination. IP provides a best effort service. When something goes wrong, such as a router temporarily running out of buffers, IP has a simple error handling algorithm: throw away the datagram and try to send an ICMP message back to the source. Any required reliability must be provided by the upper layers (e.g., TCP).
• IP Routing
• Conceptually, IP routing is simple, especially for a host. If the destination is directly connected to the host (e.g., a point-to-point link) or on a shared network (e.g., Ethernet or token ring), then the IP datagram is sent directly to the destination. Otherwise the host sends the datagram to a default router, and lets the router deliver the datagram to its destination. This simple scheme handles most host configurations.
• In our general scheme, IP can receive a datagram from TCP, UDP, ICMP, or IGMP (locally generated) to send, or one that has been received from a network interface (a datagram to forward). The IP layer has a routing table in memory that it searches each time it receives a datagram to send. When a datagram is received from a network interface, IP first checks if the destination IP address is one of its own IP addresses or an IP broadcast address. If so, the datagram is delivered to the protocol module specified by the protocol field in the IP header. If the datagram is not destined for this IP layer, then (1) if the IP layer was configured to act as a router the packet is forwarded, else (2) the datagram is silently discarded.
• The most significant bit （最高位）is numbered 0 at the left, and the least significant bit of a 32-bit value is numbered 31 on the right. • The 4 bytes in the 32-bit value are transmitted in the order: bits 0-7 first, then bits 8-15, then 16-23, and bits 24-31 last. This is called big endian byte ordering, which is the byte ordering required for all binary integers in the TCP/IP headers as they traverse a network. This is called the network byte order. Machines that store binary integers in other formats, such as the little endian format, must convert the header values into the network byte order before transmitting the data.
• The time-to-live field, or TTL, sets an upper limit on the number of routers through which a datagram can pass. It limits the lifetime of the datagram. It is initialized by the sender to some value (often 32 or 64) and decremented by one by every router that handles the datagram. When this field reaches 0, the datagram is thrown away, and the sender is notified with an ICMP message. This prevents packets from getting caught in routing loops forever. We return to this field in Chapter 8 when we look at the Trace-route program.
• The total length field is required in the IP header since some data links (e.g., Ethernet) pad small frames to be a minimum length. Even though the minimum Ethernet frame size is 46 bytes (Figure 2.1), an IP datagram can be smaller. If the total length field wasn't provided, the IP layer wouldn't know how much of a 46-byte Ethernet frame was really an IP datagram.
• The term connectionless means that IP does not maintain any state information about successive datagrams. Each datagram is handled independently from all other datagrams.
• The current protocol version is 4, so IP is sometimes called IPv4. • The header length is the number of 32-bit words in the header, including any options. Since this is a 4-bit field, it limits the header to 60 bytes. In Chapter 8 we'll see that this limitation makes some of the options, such as the record route option, useless today. The normal value of this field (when no options are present) is 5.
第五章 网络层协议分析
• • • • • IP: Internet Protocol ARP: Address Resolution Protocol Ping Program Traceroute Program IP Routing
• IP is the workhorse protocol of the TCP/IP protocol suite. All TCP, UDP, ICMP, and IGMP data gets transmitted as IP datagrams. A fact that amazes many newcomers to TCP/IP, especially those from an X.25 or SNA background, is that IP provides an unreliable, connectionless datagram delivery service.
• The total length field is the total length of the IP datagram in bytes. Using this field and the header length field, we know where the data portion of the IP datagram starts, and its length. Since this is a 16-bit field, the maximum size of an IP datagram is 65535 bytes. (Recall from Figure 2.5 that a Hyperchannel has an MTU of 65535. This means there really isn't an MTU-it uses the largest IP datagram possible.) This field also changes when a datagram is fragmented, which we describe in Section 11.5.