計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CH4網(wǎng)絡(luò)層課件

1、課件制作人：謝希仁第四章網(wǎng)絡(luò)層本章最重要的內(nèi)容(1) 虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的概念(2) IP 地址與物理地址的關(guān)系(3) 傳統(tǒng)的分類(lèi)的 IP 地址（包括子網(wǎng)掩碼）和無(wú)分類(lèi)域間路由選擇 CIDR(4) 路由選擇協(xié)議的工作原理課件制作人：謝希仁4.1 網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù) 兩種服務(wù)的思路來(lái)源不同 虛電路服務(wù)的思路來(lái)源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)。電信網(wǎng)負(fù)責(zé)保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)復(fù)雜而昂貴。數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)力求使網(wǎng)絡(luò)生存性好和使對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制功能分散，因而只能要求網(wǎng)絡(luò)提供盡最大努力的服務(wù)?？煽客ㄐ庞捎脩艚K端中的軟件（即TCP）來(lái)保證。 課件制作人：謝希仁應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層

2、數(shù)據(jù)鏈路層物理層虛電路服務(wù)H1 H2虛電路H1 發(fā)送給 H2 的所有分組都沿著同一條虛電路傳送課件制作人：謝希仁虛電路是邏輯連接虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請(qǐng)注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類(lèi)似，但并不完全一樣。 課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無(wú)連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（即 IP 數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無(wú)關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳

3、送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然也不保證分組傳送的時(shí)限。 課件制作人：謝希仁盡最大努力交付的好處由于傳輸網(wǎng)絡(luò)不提供端到端的可靠傳輸服務(wù)，這就使網(wǎng)絡(luò)中的路由器可以做得比較簡(jiǎn)單，而且價(jià)格低廉（與電信網(wǎng)的交換機(jī)相比較）。如果主機(jī)（即端系統(tǒng)）中的進(jìn)程之間的通信需要是可靠的，那么就由網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)中的運(yùn)輸層負(fù)責(zé)（包括差錯(cuò)處理、流量控制等）。采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。因特網(wǎng)能夠發(fā)展到今日的規(guī)模，充分證明了當(dāng)初采用這種設(shè)計(jì)思路的正確性。 課件制作人：謝希仁應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)H

4、1 H2IP 數(shù)據(jù)報(bào)丟失H1 發(fā)送給 H2 的分組可能沿著不同路徑傳送虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的對(duì)比對(duì)比的方面虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)思路可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來(lái)保證連接的建立必須有不需要終點(diǎn)地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路號(hào)每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)所有通過(guò)出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作出故障的結(jié)點(diǎn)可能會(huì)丟失分組，一些路由可能會(huì)發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)處理和流量控制可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)

5、負(fù)責(zé)課件制作人：謝希仁4.2 網(wǎng)際協(xié)議IP 網(wǎng)際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一。與 IP 協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol)逆地址解析協(xié)議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol)網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)課件制作人：謝希仁網(wǎng)際層的 IP 協(xié)議及配套協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層(HT

6、TP, FTP, SMTP 等)物理硬件運(yùn)輸層TCP, UDP應(yīng)用層ICMPIPRARPARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）IGMP課件制作人：謝希仁中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。 網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)要使用一些中間設(shè)備 課件制作人：謝希仁互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(a) 互連網(wǎng)絡(luò)(b) 虛擬互連網(wǎng)絡(luò)路由器 虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）課件制作

7、人：謝希仁虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義 所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來(lái)的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來(lái)是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來(lái)好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡(jiǎn)稱為 IP 網(wǎng)。使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見(jiàn)互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。 課件制作人：謝希仁4.2.2 分類(lèi)的 IP 地址1. IP 地址及其表示方法 我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP 地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 位的標(biāo)識(shí)

8、符。IP 地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行分配 課件制作人：謝希仁IP 地址的編址方法 分類(lèi)的 IP 地址。這是最基本的編址方法，在 1981 年就通過(guò)了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。子網(wǎng)的劃分。這是對(duì)最基本的編址方法的改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)RFC 950在 1985 年通過(guò)。構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無(wú)分類(lèi)編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。課件制作人：謝希仁分類(lèi) IP 地址 每一類(lèi)地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)

9、，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào) host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。兩級(jí)的 IP 地址可以記為：IP 地址 := , (4-1):= 代表“定義為”net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址

10、C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id 為 1 字節(jié)net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 1 01B 類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id 為 2 字節(jié)net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位

11、IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id 為 3 字節(jié)net-id24 bithost-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類(lèi)地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 3

12、 字節(jié)net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101B 類(lèi)地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 2 字節(jié)net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留

13、 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類(lèi)地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 1 字節(jié)net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-id8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101D 類(lèi)地址是多播地址 net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段 0A 類(lèi)地址host-id16 位B 類(lèi)地址C 類(lèi)地址011host-i

14、d8 位D 類(lèi)地址1 1 1 0多 播 地 址E 類(lèi)地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101E 類(lèi)地址保留為今后使用 課件制作人：謝希仁點(diǎn)分十進(jìn)制記法 10000000000010110000001100011111 機(jī)器中存放的 IP 地址是 32 位 二進(jìn)制代碼10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位插入一個(gè)空格能夠提高可讀性采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性1 128 11 3 31 將每 8 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)課件制作人：謝希仁2. 常用的三種類(lèi)別的 IP 地址 IP 地址的使用范圍 網(wǎng)絡(luò) 最大 第一個(gè) 最后一個(gè) 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)

15、別 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 可用的 可用的 中最大的 網(wǎng)絡(luò)號(hào) 網(wǎng)絡(luò)號(hào) 主機(jī)數(shù) A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254IP Addresses (2)Special IP addresses.課件制作人：謝希仁IP 地址的一些重要特點(diǎn) (1) IP 地址是一種分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級(jí)的好處是：第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。第

16、二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號(hào)），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲(chǔ)空間。 課件制作人：謝希仁IP 地址的一些重要特點(diǎn) (2) 實(shí)際上 IP 地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。 當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)(multihomed host)。由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的 IP 地址。 課件制作人：謝希仁I

17、P 地址的一些重要特點(diǎn) (3) 用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來(lái)的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id。(4) 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 的網(wǎng)絡(luò)，范圍很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng)，都是平等的。 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R

18、2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN

19、3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.

20、.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)路

21、由器直接相連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，則這一段連線就構(gòu)成了一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)” 。現(xiàn)在常不指明 IP 地址。課件制作人：謝希仁4.2.3 IP 地址與硬件地址 TCP 報(bào)文IP 數(shù)據(jù)報(bào)MAC 幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網(wǎng)絡(luò)層及以上 使用 IP 地址IP 地址HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)通信的路徑H1經(jīng)過(guò) R1 轉(zhuǎn)發(fā)再經(jīng)過(guò) R2 轉(zhuǎn)發(fā)H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1硬件地址路

22、由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng)HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4I

23、P3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)從虛擬的 IP 層上看 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的流動(dòng)HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀I

24、P 數(shù)據(jù)報(bào)在鏈路上看 MAC 幀的流動(dòng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)在 IP 層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)圖中的 IP1IP2 表示從源地址 IP1 到目的地址 IP2 兩個(gè)路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC

25、幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)路由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見(jiàn) MAC 幀而看不見(jiàn) IP 數(shù)據(jù)報(bào) IP1HA1

26、HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié)在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問(wèn)題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的 IP 地址研究主機(jī)和主機(jī)或主機(jī)和路由器之間的通信 課件制作人：謝希仁4.2.4 地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議 RARP IP 地址物理地址ARP物理地址IP 地址RARP課件制作人：謝希仁地址解析協(xié)議 ARP不管網(wǎng)絡(luò)層使用的

27、是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。 每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無(wú)主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫(xiě)入 MAC 幀，然后通過(guò)局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。 ARP 響應(yīng)AYXBZ主機(jī) B 向 A 發(fā)送ARP 響應(yīng)分組 主機(jī) A 廣播發(fā)送ARP 請(qǐng)求分組 ARP 請(qǐng)求ARP 請(qǐng)求ARP 請(qǐng)求ARP 請(qǐng)求00-00-

28、C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主機(jī) 的硬件地址我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-18課件制作人：謝希仁ARP 高速緩存的作用為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī) A 在發(fā)送其 ARP 請(qǐng)求分組時(shí)，就將自己的 IP 地址到硬件地址的映射寫(xiě)入 ARP 請(qǐng)求分組。當(dāng)主機(jī) B 收到 A 的 ARP 請(qǐng)求分組時(shí)，就將主機(jī) A 的這一地址映射寫(xiě)入主機(jī) B 自己的 ARP 高速緩存中。這對(duì)主機(jī) B 以后向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就更方便了。 課件制作人：謝希仁應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題AR

29、P 是解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射問(wèn)題。如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)上，那么就要通過(guò) ARP 找到一個(gè)位于本局域網(wǎng)上的某個(gè)路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送給這個(gè)路由器，讓這個(gè)路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)做。課件制作人：謝希仁應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題（續(xù)）從IP地址到硬件地址的解析是自動(dòng)進(jìn)行的，主機(jī)的用戶對(duì)這種地址解析過(guò)程是不知道的。只要主機(jī)或路由器要和本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)已知 IP 地址的主機(jī)或路由器進(jìn)行通信，ARP 協(xié)議就會(huì)自動(dòng)地將該 IP 地址解析為鏈路層所需要的硬件地址。 課件制作人：謝希仁使用 ARP 的四種典型情況 發(fā)送方是

30、主機(jī)，要把IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到目的主機(jī)的硬件地址。 發(fā)送方是主機(jī)，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)路由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來(lái)完成。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到目的主機(jī)的硬件地址。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)。這時(shí)用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)路由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來(lái)完成。 課件制作人：謝希仁什么我們不直接使用硬件地址進(jìn)行通信？ 由于全世界存在著各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，它們使用不同的硬件地址。要

31、使這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互相通信就必須進(jìn)行非常復(fù)雜的硬件地址轉(zhuǎn)換工作，因此幾乎是不可能的事。連接到因特網(wǎng)的主機(jī)都擁有統(tǒng)一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上那樣簡(jiǎn)單方便，因?yàn)檎{(diào)用 ARP 來(lái)尋找某個(gè)路由器或主機(jī)的硬件地址都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是看不見(jiàn)這種調(diào)用過(guò)程的。 課件制作人：謝希仁逆地址解析協(xié)議 RARP 逆地址解析協(xié)議 RARP 使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道其 IP 地址。這種主機(jī)往往是無(wú)盤(pán)工作站。 因此 RARP協(xié)議目前已很少使用。 課件制作人：謝希仁4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式 一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共

32、20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的。 固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部發(fā)送在前可變部分首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)

33、固定部分發(fā)送在前首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)固定部分可變部分區(qū) 分 服 務(wù)發(fā)送在前首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分版本占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本目前的 IP 協(xié)議版本號(hào)為 4 (即 IPv4)區(qū) 分 服 務(wù)1. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的

34、固定部分中的各字段 首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分首部長(zhǎng)度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個(gè)單位(一個(gè)單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長(zhǎng)度的最大值是 60 字節(jié)。區(qū) 分 服 務(wù)首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分區(qū)分服務(wù)占 8 位，用來(lái)獲得更好的服

35、務(wù)在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類(lèi)型，但實(shí)際上一直未被使用過(guò)。1998 年這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)。只有在使用區(qū)分服務(wù)（DiffServ）時(shí)，這個(gè)字段才起作用。在一般的情況下都不使用這個(gè)字段 區(qū) 分 服 務(wù)首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分總長(zhǎng)度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為 65535 字節(jié)?？傞L(zhǎng)度必須不超過(guò)最大傳送單元 MTU。 區(qū) 分 服 務(wù)首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié)

36、 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分標(biāo)識(shí)(identification) 占 16 位，它是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來(lái)產(chǎn)生數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)。 區(qū) 分 服 務(wù)首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分標(biāo)志(flag) 占 3 位，目前只有前兩位有意義。標(biāo)志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF 1 表示

37、后面“還有分片”。MF 0 表示最后一個(gè)分片。標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Dont Fragment) 。只有當(dāng) DF 0 時(shí)才允許分片。 首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分片偏移(13 位)指出：較長(zhǎng)的分組在分片后某片在原分組中的相對(duì)位置。片偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。區(qū) 分 服 務(wù)偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8= 0偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 3501400280037992

38、79913993799需分片的數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)片 1首部數(shù)據(jù)部分共 3800 字節(jié)首部 1首部 2首部 3字節(jié) 0數(shù)據(jù)報(bào)片 2數(shù)據(jù)報(bào)片 314002800字節(jié) 0【例4-1】 IP 數(shù)據(jù)報(bào)分片首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分生存時(shí)間(8 位)記為 TTL (Time To Live)數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中可通過(guò)的路由器數(shù)的最大值。區(qū) 分 服 務(wù)首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部

39、 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分協(xié)議(8 位)字段指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個(gè)處理過(guò)程區(qū) 分 服 務(wù)運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù) 據(jù) 部 分IP 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個(gè)進(jìn)程首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分首部檢驗(yàn)和(16 位)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部不檢驗(yàn)數(shù)

40、據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。 區(qū) 分 服 務(wù)發(fā)送端接收端16 位字 116 位字 2置為全 0檢驗(yàn)和16 位字 n16 位反碼算術(shù)運(yùn)算求和取反碼數(shù)據(jù)報(bào)首部IP 數(shù)據(jù)報(bào)16 位檢驗(yàn)和16 位字 116 位字 216 位檢驗(yàn)和16 位字 n16 位反碼算術(shù)運(yùn)算求和16 位結(jié)果取反碼數(shù)據(jù)部分若結(jié)果為 0, 則保留；否則，丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)部分不參與檢驗(yàn)和的計(jì)算首部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分源地址和目的地

41、址都各占 4 字節(jié)區(qū) 分 服 務(wù)課件制作人：謝希仁2. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分 IP 首部的可變部分就是一個(gè)選項(xiàng)字段，用來(lái)支持排錯(cuò)、測(cè)量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。選項(xiàng)字段的長(zhǎng)度可變，從 1 個(gè)字節(jié)到 40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。增加首部的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的功能，但這同時(shí)也使得 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度成為可變的。這就增加了每一個(gè)路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的開(kāi)銷(xiāo)。實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。 課件制作人：謝希仁4.2.6 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 有四個(gè) A 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)三個(gè)路由器連接在一起。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬(wàn)個(gè)主機(jī)?？梢韵胂?，若按目的主機(jī)號(hào)來(lái)制作路由表，則所得出的路由表

42、就會(huì)過(guò)于龐大。但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含 4 個(gè)項(xiàng)目。這樣就可使路由表大大簡(jiǎn)化。 網(wǎng) 1 網(wǎng) 4 網(wǎng) 3 網(wǎng) 2目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)下一跳地址直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表鏈路 4鏈路 3鏈路 2鏈路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，對(duì)每一條路由，最主要的是（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址） 課件制作人：謝希仁查找路由表根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結(jié)果是： IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（可能要通過(guò)多次的間接交付）。 只有到達(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)，才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。

43、 課件制作人：謝希仁特定主機(jī)路由 這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個(gè)路由。采用特定主機(jī)路由可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可在需要考慮某種安全問(wèn)題時(shí)采用這種特定主機(jī)路由。 課件制作人：謝希仁默認(rèn)路由(default route)路由器還可采用默認(rèn)路由以減少路由表所占用的空間和搜索路由表所用的時(shí)間。這種轉(zhuǎn)發(fā)方式在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有很少的對(duì)外連接時(shí)是很有用的。默認(rèn)路由在主機(jī)發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)往往更能顯示出它的好處。如果一個(gè)主機(jī)連接在一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)上，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)只用一個(gè)路由器和因特網(wǎng)連接，那么在這種情況下使用默認(rèn)路由是非常合適的。 N1R1因特網(wǎng)目的網(wǎng)絡(luò) 下一跳 N1 直接 N2 R2

44、默認(rèn) R1路由表N2R2只要目的網(wǎng)絡(luò)不是 N1 和 N2，就一律選擇默認(rèn)路由，把數(shù)據(jù)報(bào)先間接交付路由器 R1，讓 R1 再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器。 課件制作人：謝希仁4.3 劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)4.3.1 劃分子網(wǎng)1. 從兩級(jí) IP 地址到三級(jí) IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的設(shè)計(jì)確實(shí)不夠合理。IP 地址空間的利用率有時(shí)很低。 給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)會(huì)使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。 兩級(jí)的 IP 地址不夠靈活。 課件制作人：謝希仁從 1985 年起在 IP 地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的 IP 地址變成為三級(jí)的 IP 地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subn

45、etting) 。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 三級(jí)的 IP 地址 課件制作人：謝希仁劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒(méi)有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào) subnet-id，而主機(jī)號(hào) host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。IP地址 := , , (4-2) 劃分子網(wǎng)的基本思路 課件制作人：謝希仁凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，仍然是根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。然后此路由器在收到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 和子網(wǎng)號(hào) subnet-id 找到目的子網(wǎng)。最后就將 I

46、P 數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)。 劃分子網(wǎng)的基本思路（續(xù)） 01014563所有到網(wǎng)絡(luò) 的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是 R1R3R2網(wǎng)絡(luò)一個(gè)未劃分子網(wǎng)的 B 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對(duì)外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 01014563子網(wǎng) 子網(wǎng) 子網(wǎng) 所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 的分組均到達(dá)此路由器網(wǎng)絡(luò)R1R3R2課件制作人：謝希仁當(dāng)沒(méi)有劃分子網(wǎng)時(shí)，IP 地址是兩級(jí)結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)后 IP 地址就變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是把 IP 地址的主機(jī)號(hào) host-id 這部分進(jìn)行再劃分，而不改變 IP 地址原來(lái)的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id。 劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu) 課件制作人：謝希仁從一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無(wú)法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連

47、接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。 2. 子網(wǎng)掩碼課件制作人：謝希仁IP 地址的各字段和子網(wǎng)掩碼 145 . 13 .3 . 10兩級(jí) IP 地址子網(wǎng)號(hào)為 3 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí) IP 地址主機(jī)號(hào)子網(wǎng)掩碼net-idhost-id子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10課件制作人：謝希仁(IP 地址) AND (子網(wǎng)掩碼) =網(wǎng)絡(luò)地

48、址網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id主機(jī)號(hào) host-id兩級(jí) IP 地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí) IP 地址主機(jī)號(hào)net-idhost-idsubnet-id子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-id0逐位進(jìn)行 AND 運(yùn)算1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1

49、 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 為全 0net-id網(wǎng)絡(luò)地址A類(lèi)地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址B類(lèi)地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址C類(lèi)地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼host-id 為全 0host-id 為全 0默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 課件制作人：謝希仁子網(wǎng)掩碼是一個(gè)重要屬性子網(wǎng)掩碼是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)子網(wǎng)的重要屬性。路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。路由器的路由表中的每一個(gè)項(xiàng)目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時(shí)給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。若一個(gè)路由器連接在兩個(gè)子網(wǎng)

50、上就擁有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和兩個(gè)子網(wǎng)掩碼。141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0【例4-2】已知 IP 地址是 4，子網(wǎng)掩碼是 。試求網(wǎng)絡(luò)地址。 (a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP 地址(c) 子網(wǎng)掩碼是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制(d) IP 地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）141 . 14 . 0

51、 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0【例4-3】在上例中，若子網(wǎng)掩碼改為。試求網(wǎng)絡(luò)地址，討論所得結(jié)果。 (a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP 地址(c) 子網(wǎng)掩碼是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制(d) IP 地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）不同的子網(wǎng)掩碼得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址。但不同的掩碼的效果是不同的。 確定需要多少子網(wǎng)號(hào)

52、來(lái)唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)子網(wǎng)。確定需要多少主機(jī)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)每一個(gè)子網(wǎng)上每一臺(tái)主機(jī)。定義一個(gè)符合網(wǎng)絡(luò)要求的子網(wǎng)掩碼。確定標(biāo)識(shí)每一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。確定每一個(gè)子網(wǎng)所使用的主機(jī)地址范圍。Review:劃分子網(wǎng)的步驟如下使用路由器將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個(gè)子網(wǎng) Example 由于劃分出了兩個(gè)子網(wǎng)，則每個(gè)子網(wǎng)都需要一個(gè)唯一的子網(wǎng)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)，即需要兩個(gè)子網(wǎng)號(hào)。 對(duì)于每個(gè)子網(wǎng)上的主機(jī)以及路由器的兩個(gè)端口，都需要分配一個(gè)唯一的主機(jī)號(hào)，因此，在計(jì)算需要多少主機(jī)號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)主機(jī)時(shí)，要把所有需要地址的設(shè)備都考慮進(jìn)去。 根據(jù)上圖，網(wǎng)絡(luò)中有100臺(tái)主機(jī)，如果再考慮路由器兩個(gè)端口，則需要標(biāo)識(shí)的主機(jī)數(shù)為102個(gè)。 假定每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)各

53、占一半，即各有51個(gè)。計(jì)算子網(wǎng)掩碼 確定了子網(wǎng)掩碼后，就可以確定可用的網(wǎng)絡(luò)地址：使用子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)列出可能的組合，在本例中，子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)位2，而可能的組合為00、01、10、11。 根據(jù)子網(wǎng)劃分的規(guī)則，全為0和全為1的子網(wǎng)不能使用，因此將其刪去，剩下01和10就是可用的子網(wǎng)號(hào)，再加上這個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)原有的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。 劃分出的兩個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址分別為: 4和28 確定每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址: 根據(jù)每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址確定每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)地址的范圍:下圖給出了對(duì)每個(gè)子網(wǎng)各臺(tái)主機(jī)的地址配置:課件制作人：謝希仁在不劃分子網(wǎng)的兩級(jí) IP 地址下，從 IP 地址得出網(wǎng)絡(luò)地址是個(gè)很簡(jiǎn)單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從 IP

54、地址卻不能唯一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址取決于那個(gè)網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報(bào)的首部并沒(méi)有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動(dòng)。 4.3.2 使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程課件制作人：謝希仁在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。 否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將 分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4) 對(duì)路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相

55、“與”， 若其結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送 給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表 中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R23H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2830R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2【例4-4】已知互聯(lián)網(wǎng)和路由器 R1 中的路由表。主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送分組。試討論 R1 收到 H1 向 H2 發(fā)送的分組后查找路由表

56、的過(guò)程。 主機(jī) H1 要發(fā)送分組給 H2 0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2要發(fā)送的分組的目的 IP 地址：38請(qǐng)注意：H1 并不知道 H2 連接在哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。H1 僅僅知道 H2 的 IP 地址是38因此 H1 首先檢查主機(jī) 38 是否連接在本網(wǎng)絡(luò)上如果是，則直接交付；否則，就送交路由器 R1，并逐項(xiàng)查找路由表。0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R2H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地

57、址 子網(wǎng)掩碼 2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H23380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2主機(jī) H1 首先將本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼 28與分組的 IP 地址 38 逐比特相“與”(AND 操作) 28 AND 38 的計(jì)算255 就是二進(jìn)制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，這里只需計(jì)算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 12828128. 30. 33.138128. 30. 33.128逐比特 AND 操作 H1 的網(wǎng)絡(luò)地址因此 H1 必須把分組傳送到路由器

58、 R1然后逐項(xiàng)查找路由表0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2路由器 R1 收到分組后就用路由表中第 1 個(gè)項(xiàng)目的子網(wǎng)掩碼和 38 逐比特 AND 操作 0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 228 AND

59、 38 = 28不匹配!（因?yàn)?8 與路由表中的 不一致）R1 收到的分組的目的 IP 地址：38不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 個(gè)項(xiàng)目的子網(wǎng)掩碼和 38 逐比特 AND 操作 0目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）3H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 2830R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 28 子網(wǎng)掩碼 28H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 228 AND 38 = 28匹配!這表明子網(wǎng) 2 就是收到的分組所要尋找的目的網(wǎng)絡(luò)R1 收到的分組的目的 IP 地址：38一致!課件制作人：謝希仁劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)

60、在發(fā)展中遇到的困難。然而在 1992 年因特網(wǎng)仍然面臨三個(gè)必須盡早解決的問(wèn)題，這就是：B 類(lèi)地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長(zhǎng)（從幾千個(gè)增長(zhǎng)到幾萬(wàn)個(gè)）。整個(gè) IPv4 的地址空間最終將全部耗盡。4.3.3 無(wú)分類(lèi)編址 CIDR1. 網(wǎng)絡(luò)前綴 課件制作人：謝希仁1987 年，RFC 1009 就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可進(jìn)一步提高 IP 地址資源的利用率。在 VLSM 的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出