計算機網(wǎng)絡(luò)與通信ppt第5講廣域網(wǎng)

1、第第5講講 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)n本章內(nèi)容本章內(nèi)容廣域網(wǎng)的基本概念廣域網(wǎng)的基本概念網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議IPARP協(xié)議和RARP協(xié)議5.1 廣域網(wǎng)的基本概念？網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動力：更大范圍的資源共享網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動力：更大范圍的資源共享網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：HOST-LAN、LANLAN/WAN典型應(yīng)用典型應(yīng)用n連接距離相隔較遠的2個局域網(wǎng)n因特網(wǎng)接入n異地辦事處訪問公司總部的局域網(wǎng)n銀行ATM與主機相連n售票終端與主機相連網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次觀點來考察，廣域網(wǎng)可從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次觀點來考察，廣域網(wǎng)可在四個層次上觀察：在四個層次上觀察： 物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層以上網(wǎng)絡(luò)層以

2、上 物理層：中繼器物理層：中繼器/集線器集線器 在電纜段之間復(fù)制比特流。 沒有地址概念，因此從本質(zhì)上不能算是網(wǎng)絡(luò)互連。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層 物理層物理層中繼器中繼器集線器集線器電纜段電纜段2電纜段電纜段1物理層物理層 數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋/交換機交換機 在網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。 根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的信息（MAC地址）進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層物理

3、層物理層網(wǎng)橋網(wǎng)橋交換機交換機數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)段網(wǎng)段1網(wǎng)段網(wǎng)段2鏈路層鏈路層物理層物理層 網(wǎng)絡(luò)層：路由器網(wǎng)絡(luò)層：路由器 在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)報文分組。 根據(jù)分組中的邏輯地址（IP地址）進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層物理層路由器路由器鏈路層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1 更高層：網(wǎng)關(guān)更高層：網(wǎng)關(guān) 連接不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層/傳輸層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層應(yīng)用層應(yīng)用層/傳輸層傳輸層物理層物理層網(wǎng)

4、關(guān)網(wǎng)關(guān)鏈路層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1應(yīng)用層應(yīng)用層/傳輸層傳輸層物理層物理層鏈路層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)2廣域網(wǎng)的歸納 ：n 物理層：物理層：使用中繼器或集線器在不同的電纜段之間復(fù)制位信號，無尋址功能；n數(shù)據(jù)鏈路層：數(shù)據(jù)鏈路層：使用網(wǎng)橋或交換機在局域網(wǎng)之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，用MAC地址尋址；n網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：使用路由器在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組，用IP地址尋址；n傳輸層及應(yīng)用層：傳輸層及應(yīng)用層：使用網(wǎng)關(guān)提供更高層次的互連，用端口號或其他特定標識尋址。5.2 網(wǎng)際協(xié)議IPInternet ProtocolnIP是因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層中最重要的協(xié)議提供數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報（Datagram）的投遞服務(wù)（主

5、機到主機）在不同的數(shù)據(jù)鏈路層上進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)操作nIP的數(shù)據(jù)報投遞服務(wù)是非連接的，不可靠的非連接n數(shù)據(jù)報之間沒有相互的依賴關(guān)系；n不能保證報文的有序投遞。不可靠n數(shù)據(jù)報的投遞沒有任何品質(zhì)保證（QoS），數(shù)據(jù)報可能被正確投遞，可能被丟棄。IP地址nIP地址地址: 32bit的邏輯地址, 用來標識主機或路由器的網(wǎng)絡(luò)接口；n網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口: 用于連接主機與路由器之間的物理鏈路：路由器有多個接口主機可能有一個，也可能有多個接口IP地址只與設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接口有關(guān)nIP地址書寫方法：32bit劃分為4個字節(jié)寫成點分的4個十進制數(shù)223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1

6、.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001223111IP地址nIP地址包括2個部分: 網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號）主機地址（主機號） 具有相同網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)備接口，或不經(jīng)過路由器就可以物理上相互通達的設(shè)備223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27由3個IP網(wǎng)絡(luò)組成的互聯(lián)網(wǎng)(對于以223開頭的IP地址，前24位為網(wǎng)絡(luò)地

7、址 )LANIP地址n分類” 編址：1.0.0.1 to126.255.255.254128.0.0.1 to191.255.255.254192.0.0.1 to223.255.255.254224.0.0.0 to239.255.255.255Range0NetID10110NetID1110Multicast AddressHostIDNetIDHostIDHostIDClassABCD8 bits8 bits8 bits8 bits最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)= 27-2 = 126最大主機數(shù)= 224-2 = 16777214最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)= 214 = 16384最大主機數(shù)= 216-2 = 65534

8、最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)= 221 = 2097152最大主機數(shù)= 28-2 = 254保留的IP地址n以下這些IP地址具有特殊的含義: 00.0000.00 0000 . 00000000 . 000011.1111.11 1111 . 11111111 . 1111本機本機本網(wǎng)中的主機本網(wǎng)中的主機局域網(wǎng)中的廣播局域網(wǎng)中的廣播回路回路( (Loopback) )00.0000.00主主 機機 號號1111 . 11111111 . 1111網(wǎng)絡(luò)號127127任任 意意 值值0000 . 00000000 . 0000網(wǎng)絡(luò)號對指定網(wǎng)絡(luò)的廣播對指定網(wǎng)絡(luò)的廣播網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)地址一般來說，主機號部分為全一般來說，主

9、機號部分為全“1 ”的的IP地址保留用作廣播地址；地址保留用作廣播地址； 主機號部分為全主機號部分為全“0 ”的的IP地址保留用作網(wǎng)絡(luò)地址。地址保留用作網(wǎng)絡(luò)地址。劃分子網(wǎng)n為什么要劃分子網(wǎng)？IP分類不合理，地址空間利用率低n美國的某些機構(gòu)擁有的地址空間甚至比其他一些國家的全部地址空間還大每個網(wǎng)絡(luò)都指定一個網(wǎng)絡(luò)地址將使路由表太大n增加了路由器成本n查找路由耗時增加n路由器之間交換的路由信息增加兩級IP地址不夠靈活n不能充分利用已申請到的地址資源擴充新的網(wǎng)絡(luò)n劃分子網(wǎng)（Subnetting）又稱子網(wǎng)尋址或子網(wǎng)路由選擇方法：n從IP地址的主機編號部分“借用”若干位作為子網(wǎng)編號主機編號部分相應(yīng)縮短例如

10、：n原來的網(wǎng)絡(luò)：10.5.0.0n借用2位劃分子網(wǎng)后：10.5.64.0和10.5.128.0 n子網(wǎng)的特點：多個子網(wǎng)可以運行在同一物理網(wǎng)絡(luò)上。劃分子網(wǎng)后，原來的網(wǎng)絡(luò)對外仍呈現(xiàn)為一個完整的網(wǎng)絡(luò)，外面看不見其內(nèi)部的子網(wǎng)結(jié)構(gòu)。即：劃分子網(wǎng)完全是該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的事務(wù)，與外部無關(guān)。00001010 00000101 xxxxxxxx xxxxxxxx網(wǎng)絡(luò)號 主機號子網(wǎng)1：00001010 00000101 01 xxxxxx xxxxxxxx網(wǎng)絡(luò)號 子網(wǎng)號 主機號子網(wǎng)2：00001010 00000101 10 xxxxxx xxxxxxxx網(wǎng)絡(luò)號 子網(wǎng)號 主機號Subnet 110.5.64.xSubn

11、et 210.5.128.x路由器兩個子網(wǎng)之間的通信必須通過路由器才能實現(xiàn)，但物理連接不一定非要通過路由器，子網(wǎng)可以運行在同一物理網(wǎng)絡(luò)上。在一個物理網(wǎng)絡(luò)上運行多個子網(wǎng)子網(wǎng)1的主機子網(wǎng)2的主機劃分子網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)對外仍是一個網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 10.5.0.0所有目的地址為10.5.x.x 的分組均到達此路由器.64.1.64.2.64.3.128.1 .128.2 .128.3 .128.4.1.2.3子網(wǎng)10.5.64.0.1.2.3子網(wǎng)10.5.128.0.4子網(wǎng)掩碼n子網(wǎng)掩碼的作用子網(wǎng)掩碼的作用使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算機了解子網(wǎng)劃分的結(jié)構(gòu)使邊緣路由器了解子網(wǎng)劃分的結(jié)構(gòu)n子網(wǎng)掩碼的格式子網(wǎng)掩碼的格式子網(wǎng)掩碼也是3

12、2bit長的二進制數(shù)，由一串連續(xù)的1后跟一串連續(xù)的0組成；前面的1與網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號對應(yīng)，后面的0與主機號對應(yīng)。如前面的例子：n子網(wǎng)結(jié)構(gòu)為： 00001010 00000101 ss xxxxxx xxxxxxxxn子網(wǎng)掩碼為： 11111111 11111111 11 xxxxxx xxxxxxxx 寫成十進制數(shù)為： 255.255.192.0n不劃分子網(wǎng)時，各類IP地址默認的子網(wǎng)掩碼為：A類：255.0.0.0B類：255.255.0.0C類：255.255.255.0n已知IP地址和子網(wǎng)掩碼，如何計算子網(wǎng)地址？用子網(wǎng)掩碼和IP地址“相與”（AND操作），結(jié)果就是子網(wǎng)地址。例如：IP地址10

13、.5.100.1，子網(wǎng)掩碼10.5.192.0。則可計算出10.5.100.1的子網(wǎng)地址為 00001010 00000101 01100000 00000001AND) 11111111 11111111 11000000 00000000 00001010 00000101 01000000 00000000 (=10.5.64.0)推論：若兩個推論：若兩個IP地址具有完全相同的子網(wǎng)地址，地址具有完全相同的子網(wǎng)地址，則它們在同一子網(wǎng)中。則它們在同一子網(wǎng)中。Q. 如何在網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中找出所有的網(wǎng)絡(luò)?n拿掉路由器；n整個網(wǎng)絡(luò)形成了若干個“被隔離的網(wǎng)絡(luò)孤島”；n每個“孤島”就是一個網(wǎng)絡(luò)。223.1

14、.2.1223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.2223.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.0223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.21993：CIDR（無類別域間路由）n分類編址：地址空間的利用率低，地址空間面臨耗盡；e.g.，一個B類網(wǎng)址可以容納65K臺主機, 但可能被一個只有2K臺主機的企業(yè)占據(jù)。nCIDR: Classless InterDomain Routing地址的網(wǎng)絡(luò)部分長度任意，不再分為固定的幾種類型；地址格式: a.b.c.d/x

15、，x為地址中網(wǎng)絡(luò)部分的位數(shù)。11001000 00010111 00010000 00000000networkparthostpart200.23.16.0/23CIDR 列子n有一個組織要將2000臺電腦接入互聯(lián)網(wǎng)，如果使用a.b.c.d/21格式的IP地址，可以分配 211-2 = 2046 個地址，就可以節(jié)約 216 211 =63488個地址。IP編址：言猶未盡.Q: ISP 如何得到整塊的地址? A: ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers（因特網(wǎng)名稱和編號組織）分配地址管理DNS批準域名，解決紛爭Q: 單

16、位或企業(yè)如何獲得網(wǎng)絡(luò)地址?A: 向ISP申請（在單位內(nèi)部，則向網(wǎng)絡(luò)中心申請） IP 數(shù)據(jù)報格式verTotal length32 bitsdata (可變長度,一般為一個 TCP 或UDP 數(shù)據(jù)段)16-bit identifierInternet checksumtime tolive32 bit source IP addressIP 協(xié)議版本號首部長度 (bytes)余留步跳（每經(jīng)過一個路由器都要減1）用于分段/重裝數(shù)據(jù)報長度 (bytes)數(shù)據(jù)對應(yīng)的上層協(xié)議是什么head.lentype ofservice數(shù)據(jù)“類型” flgsfragment offsetupper layer32

17、bit destination IP addressOptions (if any)E.g. 時間戳，記錄路由標記，定義要訪問的路由器校驗和IPv6n 2011年2月3日，全球IPv4的中央地址池IANA地址池宣布分配完畢。2011年4月15日，APNIC宣布進入最后一個/8的分配(一個/8大約是一千六百萬個IPv4地址)。從 2011年4月15日起，每個APNIC會員只能獲得一次性/22的分配(一個/22大約是一千個IPv4地址)。目前很多會員已經(jīng)用完了他們手上的IPv4地址，但他們再也不可能從APNIC獲得更多的IPv4地址了。IPv6nIPv6的地址多達2128（340萬億億億億），地球

18、上每平方米可分配0.668億億億個IP地址。n其他：改革首部格式幫助加速處理和加速轉(zhuǎn)發(fā)；改革首部，以實現(xiàn) QoS；nIPv6 分組格式： 固定長度的40 bit首部；不支持分組的分割?？梢允沟厍虮砻婷苛Ｉ匙佣加幸粋€IP地址。IPv6 首部Priority（Traffic class）: 確定數(shù)據(jù)流中各分組的優(yōu)先級。Flow Label: 標識不同“flow”中的分組，以便按各自的“需求” 進行處理。Next header: 后面的附加報頭（如果有的話）的類型; 對于最后一個報頭，則用來說明傳送數(shù)據(jù)的上層協(xié)議是什么。 verTotal lengthdata (可變長度,一般為一個 TCP 或UD

19、P 數(shù)據(jù)段)16-bit identifierInternet checksumtime tolive32 bit source IP addresshead.lentype ofserviceflgsfragment offsetupper layer32 bit destination IP addressOptions (if any)1 不支持分組的分割。不支持分組的分割。2 校驗和。校驗和。3 可選項。可選項。從IPv4向IPv6遷移n采用 “易幟日”的辦法；n逐步過渡 網(wǎng)絡(luò)如何能夠在IPv4和IPv6路由器共存的情況下運行? 兩種建議的途徑：兩種建議的途徑：雙棧(Dual Stac

20、k)：某些具有雙棧 (v6, v4)的路由器 可以將兩種地址格式進行 “翻譯-translate” .隧道(Tunneling)：IPv6可以作為IPv4的載荷通過IPv4的路由器，即把IPv6的分組封裝在IPv4的分組中在IPv4網(wǎng)絡(luò)中傳輸.雙棧(Dual Stack)方式雙棧路由器隧道（Tunneling）在必要時將IPv6封裝到IPv4中IPv6如何影響下一代互聯(lián)網(wǎng)？如何影響下一代互聯(lián)網(wǎng)？ nIPv6可以為任何你所能想象到的東西提供固定的IP地址IPv6不僅可以為每一臺網(wǎng)絡(luò)終端提供了固定的IP地址，而且提供了人與人、人與物乃至于物與物之間通信的可能。 n移動通信行業(yè)將是IPv6最早和最大

21、的受益方移動IPv6適用于數(shù)量龐大的移動終端，它提供了足夠的地址空間可以為在公共互聯(lián)網(wǎng)上運行的每個移動終端分配一個IPv6地址。在全球范圍內(nèi)解決了有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和訪問技術(shù)之間的移動性問題。nIPv6在中國在中國n 中國大陸目前持有3.3億個IPv4地址。這肯定不能滿足互聯(lián)網(wǎng)用戶不斷增長的需求。從這個角度來看，部署IPv6是非常緊迫的。2012很可能是IPv6快速發(fā)展的起步之年n 我國IPv6標準整體上仍處于跟隨國際標準的地位，IPv6標準進展基本與國際標準一致。截至2012年3月，中國IPv6地址量達到 9405個，上升至全球第四位，比2011年初增加23倍以上。排名前5位的國家分別為巴西、美國、日

22、本、中國及澳大利亞。 5.3 ARP協(xié)議和RARP協(xié)議nAddress Resolution ProtocalnReverse Address Resolution ProtocalnARP將一個已知的IP地址映射到MAC地址。為什么需要地址解析協(xié)議？n或者說，為何要進行地址映射？nAnswer：在因特網(wǎng)中，數(shù)據(jù)分組傳輸使用的是IP地址（邏輯地址）；而在局域網(wǎng)中，傳輸數(shù)據(jù)時需要使用物理地址（MAC地址）。許多因特網(wǎng)的主機位于局域網(wǎng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)分組到達局域網(wǎng)時，需要把IP地址轉(zhuǎn)換成MAC地址，然后把分組封裝在局域網(wǎng)鏈路層的幀中，才能發(fā)送到該主機。ARP協(xié)議和RARP協(xié)議nARP將一個已知的IP地址

23、映射到MAC地址。n映射方法：已知：IP地址1）檢查本地ARP高速緩存表，若找到IP地址對應(yīng)的表項，則取出表項中的MAC地址；2）若IP地址不包含在表中，就向網(wǎng)上發(fā)廣播來尋找。具有該IP地址的目的站用其MAC地址作為響應(yīng)。nARP只能用于具有廣播能力的網(wǎng)絡(luò)。只能用于具有廣播能力的網(wǎng)絡(luò)。AC我需要我需要10.0.0.5的的MAC地址地址IP = 10.0.0.5 IP = 10.0.0.5 MAC = ?MAC = ? 我就是，這是我就是，這是我的我的MAC地址！地址！IP = 10.0.0.5IP = 10.0.0.5MAC = 08-00-00-20-2C-0AMAC = 08-00-00-

24、20-2C-0AB10.0.0.110.0.0.510.0.0.2 ARP操作的例子：A想知道10.0.0.5的MAC地址5.4.5 ARP與IP的交互例子：由R對A到B的數(shù)據(jù)包進行路由的過程ARB在LAN1中，所有的主機都具有111.111.111.xxx的IP地址形式。LAN2中的所有主機都具有222.222.222.xxx的IP地址形式。假設(shè)主機111.111.111.111要發(fā)送一個數(shù)據(jù)報到主機222.222.222.222。發(fā)送主機的鏈路層協(xié)議必需指出該目的主機的MAC地址。那么發(fā)送主機會使用哪個MAC地址?是222.222.222.222的MAC地址49-BD-D2-C7-56-2A嗎？目的MAC地址為49-BD-D2-C7-56-2A的幀能穿越路由器嗎？n實際上，發(fā)送主機在發(fā)送分組之前，就已經(jīng)知道目的主機不在本地LAN上（只要比較目的主機和發(fā)送主機的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)地址部分便可得知），所以必須將分組發(fā)送給路由器，由路由器進行轉(zhuǎn)發(fā)。路由器的IP地址（Windows中稱為缺省網(wǎng)關(guān)）在發(fā)送主機中已經(jīng)預(yù)先設(shè)置（在本例中為111.111.111.110）。n現(xiàn)在的問題是：發(fā)送主機如何得到路由器接口的MAC地址呢？當(dāng)然是使用ARP協(xié)議！n一旦發(fā)送主機獲得了路由器接口的MAC地址，就可以生成一個數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給路由器。nLAN1上的路由器接口收到了發(fā)給它的數(shù)據(jù)幀后，將