第5章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與Internet原理及技術(shù)

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)MajorofComputerScienceandTechnology

主講：郭銀章教授第一講：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述第二講：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)交換技術(shù)第三講：數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議及差錯控制技術(shù)第四講：局域網(wǎng)協(xié)議體系及以太網(wǎng)技術(shù)目錄提綱第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP第六講：路由協(xié)議與路由算法第七講：傳輸層傳輸控制協(xié)議TCP/UDP計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與Internet原理及技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)IP/ICMP協(xié)議

5.1網(wǎng)絡(luò)互連：互聯(lián)網(wǎng)與IP網(wǎng)絡(luò)5.2IP地址編碼與尋址技術(shù)

5.3IP地址與MAC地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP

5.4網(wǎng)絡(luò)互連IP協(xié)議

5.5互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議ICMP計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與INTERNET原理及技術(shù)5.1.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的必要性（1）世界上運行著許多類型的網(wǎng)絡(luò)。新的網(wǎng)絡(luò)類型也還在不斷地出現(xiàn)。（2）用戶希望任何兩點之間都能通信，通信系統(tǒng)不受網(wǎng)絡(luò)邊界限制。

ADSL網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)

光纖數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)DDN5.1

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP任何一個有限的物理網(wǎng)絡(luò)，在物理連接空間上都是有限的。我們目前所學(xué)習(xí)的物理網(wǎng)絡(luò)都是在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行協(xié)議控制。要實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信和資源共享，就必須通過許多的物理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)在一起。如圖所示。5.1、網(wǎng)絡(luò)互連：互聯(lián)網(wǎng)與IP網(wǎng)絡(luò)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器5.1.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的必要性互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會遇到許多問題需要解決，如：不同的尋址方案不同的最大分組長度不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制不同的超時控制不同的差錯恢復(fù)方法不同的狀態(tài)報告方法不同的路由選擇技術(shù)不同的用戶接入控制不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)）不同的管理與控制方式5.1.2IP互聯(lián)解決方案在各種網(wǎng)絡(luò)上面定義一個虛擬的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)——IP網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)通過運行IP協(xié)議的路由器互聯(lián)起來。IP網(wǎng)絡(luò)云遮擋了物理網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPIP（InternetProtocol，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議）：控制互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。IP網(wǎng)關(guān)/IP路由器：運行IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。完成數(shù)據(jù)在互聯(lián)網(wǎng)中的路由。IP路由器是基于網(wǎng)絡(luò)、而不是基于主機(jī)路由的，路由信息與網(wǎng)絡(luò)數(shù)成比例。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.2IP互聯(lián)解決方案第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP從高層協(xié)議開發(fā)人員的角度：不必再面對各種網(wǎng)絡(luò)。從客戶和服務(wù)提供者的角度：服務(wù)前臺和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（依賴后臺網(wǎng)絡(luò)合作）。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.2IP互聯(lián)解決方案第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5432154321主機(jī)H1

主機(jī)H2R1R4R5R2R3R1R2R3H1R5H2R4間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付3221132211322113221132211

每一臺主機(jī)都有兩個地址：MAC物理地址和IP邏輯地址。MAC地址是各種物理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊罁?jù)，IP地址是實現(xiàn)網(wǎng)間互連的邏輯地址。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.2IP互聯(lián)解決方案

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

如果我們只從網(wǎng)絡(luò)層考慮問題，那么IP數(shù)據(jù)報就可以想象是在網(wǎng)絡(luò)層中傳送。從網(wǎng)絡(luò)層看IP數(shù)據(jù)報的傳送如下圖所示

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.2IP互聯(lián)解決方案網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)報H1R1R2R3R4R5H2

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運輸層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長期的爭論。爭論焦點的實質(zhì)就是：在計算機(jī)通信中，可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？

網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡力而為的數(shù)據(jù)報服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時不需要先建立連接。IP數(shù)據(jù)報獨立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能出錯、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點），當(dāng)然也不保證分組傳送的時限。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.3IP互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.3IP互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層H1H2IP數(shù)據(jù)報丟失H1

發(fā)送給H2

的分組可能沿著不同路徑傳送

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP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單，而且價格低廉（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)中的運輸層負(fù)責(zé)（包括差錯處理、流量控制等）。采用這種設(shè)計思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價大大降低，運行方式靈活，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)計思路的正確性。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.3IP互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)IP網(wǎng)絡(luò)層提供盡力而為交付的好處

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組。也就是說，將路由器某個輸入端口收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網(wǎng)絡(luò)），把該分組從路由器的某個合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。下一跳路由器也按照這種方法處理分組，直到該分組到達(dá)終點為止

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.4路由器的構(gòu)成Cisco7606路由器Cisco7600路由器Cisco7202路由器

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.4路由器的構(gòu)成課件制作人：謝希仁謝鈞路由選擇路由選擇處理機(jī)路由選擇協(xié)議路由表3輸入端口3交換結(jié)構(gòu)輸入端口輸出端口分組轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理輸出端口……11133122223——網(wǎng)絡(luò)層2——數(shù)據(jù)鏈路層1——物理層

第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的IP數(shù)據(jù)報從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去?！奥酚蛇x擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r，動態(tài)地改變所選擇的路由。路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。在討論路由選擇的原理時，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別若路由器處理分組的速率小于分組進(jìn)入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定會填滿，這就使后面進(jìn)入隊列分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。

5.1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：互聯(lián)網(wǎng)和IP網(wǎng)絡(luò)5.1.4路由器的構(gòu)成5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（1）IP地址的構(gòu)成IP地址唯一標(biāo)識互連網(wǎng)上的一臺主機(jī)．IP地址在IP數(shù)據(jù)報頭中出現(xiàn)．一個IP地址由4個字節(jié)組成，為32Bit.IPV4協(xié)議采用點分十進(jìn)制方式表示IP地址。將32位IP地址劃分為4個字節(jié)，每個字節(jié)用0－255的十進(jìn)制數(shù)表示。每個IP地址由兩部分組成：用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的主機(jī)地址．網(wǎng)絡(luò)地址唯一的標(biāo)識了互聯(lián)網(wǎng)中的每一個物理網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)地址標(biāo)識了同一個物理網(wǎng)絡(luò)中的一臺主機(jī)。Internet中沒有網(wǎng)絡(luò)地址相同的物理網(wǎng)絡(luò)，同一網(wǎng)絡(luò)中沒有主機(jī)地址相同的主機(jī)。

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（1）IP地址的構(gòu)成

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP10000000000010110000001100011111機(jī)器中存放的IP地址是32位二進(jìn)制代碼10000000000010110000001100011111每隔8位插入一個空格能夠提高可讀性采用點分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性128.11.3.31128

11331將每8位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（1）IP地址的構(gòu)成

每個IP地址由兩部分組成：用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址和用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)的主機(jī)地址．網(wǎng)絡(luò)地址唯一的標(biāo)識了互聯(lián)網(wǎng)中的每一個物理網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)地址標(biāo)識了同一個物理網(wǎng)絡(luò)中的一臺主機(jī)。Internet中沒有網(wǎng)絡(luò)地址相同的物理網(wǎng)絡(luò)，同一網(wǎng)絡(luò)中沒有主機(jī)地址相同的主機(jī)。

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識主機(jī)標(biāo)識5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（2）IP地址的分類網(wǎng)絡(luò)地址編址的規(guī)則：網(wǎng)絡(luò)號必須唯一網(wǎng)絡(luò)號不能為127，127.X.Y.Z是保留的回繞地址，自己連接自己測試．網(wǎng)絡(luò)號不能為0，網(wǎng)絡(luò)號為0表示為本網(wǎng)主機(jī)地址編址的規(guī)則；主機(jī)地址對給定網(wǎng)絡(luò)號必須唯一全1地址不能用，全1被解釋為廣播地址全0地址不能用，主機(jī)地址全0表示為一個網(wǎng)絡(luò)5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP1、IPV4協(xié)議尋址技術(shù)（2）IP地址的分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址與主機(jī)地址在IP中所占位數(shù)不同可以將IP地址分為五類A

B

C

D

E．

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP0網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識主機(jī)標(biāo)識07162431Ａ類1

0B類110C類1110D類1111E類5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（2）IP地址的分類

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP類網(wǎng)絡(luò)起始號網(wǎng)絡(luò)終止號網(wǎng)絡(luò)數(shù)A1.x.y.z126.x.y.z126(27-2)B128.0.y.z191.255.y.z214C192.0.0.z223.255.255.z221類主機(jī)起始號主機(jī)終止號主機(jī)數(shù)Aｗ.0.0.1Ｗ.255.255.254224-2Bw.x.0.1w.x.255.254216-2Cw.x.y.1w.x.y.25428-2D類地址為多播地址，224.0.0.0---239.255.255.255.不分網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)位，數(shù)據(jù)報傳送到網(wǎng)絡(luò)中選定的主機(jī)子集中。5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（2）IP地址的分類.IP地址有以下幾種特殊格式：

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP類型網(wǎng)標(biāo)主標(biāo)地址類型用途默認(rèn)路由地址全0全0本網(wǎng)本機(jī)源地址可用默認(rèn)路由地址全0主機(jī)本網(wǎng)指定主機(jī)源地址可用有限廣播地址全1全1本網(wǎng)廣播目標(biāo)地址可用直接廣播地址網(wǎng)絡(luò)全1指定網(wǎng)廣播目標(biāo)地址可用本網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)全0網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識一個網(wǎng)回送地址127任意回送源目標(biāo)地址可用5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（3）IP地址的特性

IP地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu)：IP地址管理機(jī)構(gòu)只管網(wǎng)絡(luò)地址分配，主機(jī)地址由獲得網(wǎng)絡(luò)地址的單位分配；路由器只根據(jù)目標(biāo)主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，減少路由表及路由選擇的強(qiáng)度。IP地址只是表示一個接口，一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈接到兩個物理網(wǎng)絡(luò)時，必須有兩個相應(yīng)的IP地址。同一個物理網(wǎng)絡(luò)擁有相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，不同的物理網(wǎng)絡(luò)必須用路由器連接。5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（3）IP地址的特性在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。用網(wǎng)橋互連的網(wǎng)段任然是一個局域網(wǎng)，必須使用同一個網(wǎng)號路由器至少有兩個或兩個以上的IP地址。兩個路由器直接相連。在線段的兩端接口可以分配不同的IP地址，也可以分配相同的IP地址。但為了節(jié)省IP地址，一般不分配，這種網(wǎng)段稱為“無名網(wǎng)段”5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.1、IPV4協(xié)議編址技術(shù)（3）IP地址的特性5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分當(dāng)一個單位獲得IP網(wǎng)絡(luò)號時，如果該單位由很多小的物理網(wǎng)絡(luò)組成，可以將IP主機(jī)地址化分為兩部分，高位部分用來標(biāo)識子網(wǎng)，低位部分用來標(biāo)識子網(wǎng)中的主機(jī)，這就是子網(wǎng)劃分．例如，一個B類地址，將其主機(jī)地址的高4位用來標(biāo)識這個網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)地址，其格式如圖5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP10網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號子網(wǎng)掩碼主機(jī)標(biāo)號01619315.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP子網(wǎng)劃分的原因主要有：①IP地址空間利用率很低，B類地址幾乎用盡。

②提高路由器的工作效率，降低路由表的信息量③減輕網(wǎng)絡(luò)擁擠、提高網(wǎng)絡(luò)性能④提高網(wǎng)絡(luò)安全性，增加網(wǎng)絡(luò)管理的靈活性。子網(wǎng)劃分的概念如下圖所示5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP…5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分

……145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是145.13.0.0R1R3R2網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子網(wǎng)145.13.21.0子網(wǎng)145.13.3.0

子網(wǎng)145.13.7.0網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0R1R3R25.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分

所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP子網(wǎng)劃分的計算公式：假設(shè)要劃分的子網(wǎng)個數(shù)為N，向主機(jī)部分借位為m，則進(jìn)行子網(wǎng)劃分時要滿足2m≥NC類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)B類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)A類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)

按照RFC950規(guī)定，全0和全1的子網(wǎng)是無效子網(wǎng)，全0表示本子網(wǎng)，全1表示本子網(wǎng)的廣播地址。5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP按照RFC1812標(biāo)準(zhǔn)劃分子網(wǎng)的計算公式：C類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)B類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)A類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)數(shù)及主機(jī)地址數(shù)RFC1812是無類別域間路由的擴(kuò)展，子網(wǎng)號就是“網(wǎng)絡(luò)前綴”的延伸，對子網(wǎng)的全0、全1限制，是沒有任何意義的，可安全忽略。5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分IP地址的子網(wǎng)掩碼對于一個具體的IP地址，如166.111.1.6是否包含子網(wǎng)地址呢？這就要采用子網(wǎng)掩碼（mask）來識別，每個IP地址都對應(yīng)一個子網(wǎng)掩碼．子網(wǎng)掩碼由32位組成，其中對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識和子網(wǎng)標(biāo)識部分用1表示，主機(jī)地址部分用0表示，這樣ABC三類地址的子網(wǎng)掩碼為：A

255.0.0.0

B

255.255.0.0C

255.255.255.0若將其主機(jī)地址的高4位作子網(wǎng)標(biāo)識則子網(wǎng)掩碼：A

255.240.0.0

B

255.255.240.0C

255.255.255.240

子網(wǎng)掩碼不是地址，而只是標(biāo)識IP地址的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識部分子網(wǎng)標(biāo)識部分用子網(wǎng)劃分網(wǎng)絡(luò)只是內(nèi)部使用，在Internet上是看不見的．

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分IP地址的子網(wǎng)掩碼例一：IP地址為211.178.16.85，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.224，試求其所在的網(wǎng)絡(luò)地址。211.178.16.53：11010011101100100001000000110101255.255.255.224：11111111111111111111111111100000

211.178.16.32110100111011001000010000001000005.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分IP地址的子網(wǎng)掩碼的步驟可歸納為：（1）確定需求：確定所需要的子網(wǎng)數(shù)和子網(wǎng)中的主機(jī)數(shù)（2）確定子網(wǎng)掩碼（3）分配各子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址（4）確定各子網(wǎng)的地址范圍（5）確定各子網(wǎng)的廣播地址

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分例二：公司有4個部門，IP地址為202.112.161.0，為了改變網(wǎng)絡(luò)性能，按照如下要求劃分子網(wǎng)：4個部門獨立運行，4個部門中最大計算機(jī)數(shù)目30臺。請確定各部門使用的子網(wǎng)地址和子網(wǎng)掩碼，廣播地址，部門的主機(jī)IP范圍。解：按照RFC1812劃分：主機(jī)地址的高兩位為子網(wǎng)地址，所以其子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.192，各地址的范圍：

子網(wǎng)地址廣播地址子網(wǎng)主機(jī)起始-終止地址1：202.112.161.0202.112.161.63

202.112.161.1-----622：202.112.161.64202.112.161.127202.112.161.65----1263：202.112.161.128202.112.161.191202.112.161.129---1904：202.112.161.192202.112.161.255202.112.161.193---2545.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.2、IP地址的子網(wǎng)劃分解：按照RFC950劃分：主機(jī)地址的高三位為子網(wǎng)地址，所以其子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.224，各地址的范圍：子網(wǎng)地址廣播地址子網(wǎng)主機(jī)起始-終止地址1：202.112.161.32202.112.161.63

202.112.161.33-----622：202.112.161.64202.112.161.95202.112.161.65----943：202.112.161.96202.112.161.127202.112.161.97---1264：202.112.161.128202.112.161.159202.112.161.129---1585：202.112.161.160202.112.161.191202.112.161.161---1906：202.112.161.192202.112.161.223202.112.161.193---2225.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（1）CIDR提出的原因分類地址無法體現(xiàn)顧客需求，客戶大量使用B類地址，使得A,C資源較多，B類資源短缺，IP地址空間分配存在問題。B類IP地址資源又出現(xiàn)浪費現(xiàn)象，每一個B類網(wǎng)絡(luò)可以提供（216-2）個主機(jī)地址，即使采用子網(wǎng)劃分策略，也還是存在大量的地址浪費。原來申請B類網(wǎng)的用戶只好申請幾個C類網(wǎng)。這樣路由器的路由表項數(shù)成倍增加，另外路由器之間還要交換路由表信息，引起路由表的信息量巨大，信息交換量太大，將耗盡路由器資源，使得路由表查詢性能低下。

Fuller等1993年提出了無類別域間路由協(xié)議CIDR．使用斜線記法，在IP地址后加斜線，然后寫上網(wǎng)絡(luò)地址所占的位數(shù)，202.0.6.192/21

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（2）地址分配原理

無類別域間路由利用“網(wǎng)絡(luò)前綴”來識別目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址，它廢除了以前基于類別的IP地址方案，支持分級尋址的無類別方案。以減少路由表信息交換的數(shù)量，實現(xiàn)地址空間可以根據(jù)用戶主機(jī)地址需求進(jìn)行成塊分配。實際上就是將32位的地址空間分割成2n個主機(jī)地址塊，n＝8為用戶分配一個C類網(wǎng)，n=16為B類網(wǎng)，n=24為A類網(wǎng)，當(dāng)n可變時，按用戶的需求的主機(jī)地址確定，這就是CIDR分配策略．以這種大小可選的地址塊為單位分配和選擇路由，塊的起始地址作為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，與屏蔽碼一起構(gòu)成一個集成路由表項．這種分配策略就是無類別域間路由的來歷．CIDR不再限制主機(jī)地址全0和全1的選取。5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR以C類地址為標(biāo)準(zhǔn)，將C類地址切成可變大小的連續(xù)塊來分配，每塊是２的n次方個連續(xù)的C類網(wǎng)．某地區(qū)分配一塊連續(xù)的地址空間211＝2048個連續(xù)的C類網(wǎng)5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP85388可描述219個IP地址，若起始地址為192.24.0.0則終止地址為：192.31.255.255，其屏蔽碼為：255.248.0.0，其前綴為：192.24.0.0。上述IP塊的路由信息可集成為一項：192.24.0.0．這種算法的關(guān)鍵是確定塊的起始地址，必須是219的倍數(shù)5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（3）CIDR地址分配原則為用戶分配一塊連續(xù)的地址空間，包含2n個IP地址這塊地址的起始地址必須是2n

倍數(shù)，即邊界其網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識占（32-n）位子網(wǎng)掩碼低n位為零，（32－n）為1

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（4）CIDR地址分配特點CIDR協(xié)議消除了傳統(tǒng)地址分類及劃分子網(wǎng)的概念，使用“網(wǎng)絡(luò)前綴”表明網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識。CIDR協(xié)議將前綴相同的連續(xù)IP地址組成一個CIDR地址塊，只要知道地址塊中的任何一個地址，就可以得到塊的起始地址和最大地址以及塊中的IP地址數(shù)和屏蔽碼。

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（5）CIDR地址世界分區(qū)按照CIDR策略，世界被劃分為四個區(qū)，每個區(qū)分配217＝131072個連續(xù)的C類網(wǎng)，有225個IP地址．采用的屏蔽碼為254.0.0.0，每個地區(qū)用他的地址前綴來標(biāo)識地址塊，即對于亞太地區(qū)用202.0.0.0，在區(qū)外路由器中用一個路由表項表示，對于目標(biāo)地址為202.X.Y.Z或203.X.Y.Z的IP數(shù)據(jù)報，與254.0.0.0進(jìn)行布爾與運算就得到202.0.0.0的亞太地區(qū)表項匹配．四塊地址的起始地址均為225的倍數(shù)5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（5）CIDR地址世界分區(qū)

5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP地區(qū)C類地址塊屏蔽碼地址前綴歐洲194.0.0.0／195.255.255.255254.0.0.0194.0.0.0北美198.0.0.0／199.255.255.255254.0.0.0198.0.0.0中南美200.0.0.0／201.255.255.255254.0.0.0200.0.0.0亞太地區(qū)202.0.0.0／203.255.255.255254.0.0.0202.0.0.05.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（6）CIDR地址劃分例一亞太地區(qū)單位甲需要2000個IP地址，單位乙需要4000個IP地址，單位丙和丁都需要1000個IP地址，甲起始地址為：202.0.0.0，乙起始地址為：202.0.16.0，丙起始地址為：202.0.8.0，丁起始地址為：202.0.12.0，求甲乙丙丁的C類網(wǎng)的個數(shù)，地址塊的范圍，目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識，和對應(yīng)的屏蔽碼．若亞太地區(qū)的路由器收到目標(biāo)地址為202.0.11.22的IP數(shù)據(jù)報時，應(yīng)該如何選擇目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)路由器？5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.3、無類別域間路由協(xié)議CIDR（7）CIDR地址劃分例二假定聯(lián)機(jī)服務(wù)提供商ISP擁有一個地址塊206.0.64.0/18（64個C類網(wǎng)），某大學(xué)需要800個IP地址分配給16個單位，大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)前綴為206.0.68.0。其中，一系需要300個，劃分為四個子網(wǎng)、二系需要150個，劃分為四個子網(wǎng)，三系和四系各需要70個，劃分兩個子網(wǎng)。一系的網(wǎng)絡(luò)前綴為206.0.68.0，二系的網(wǎng)絡(luò)前綴為206.0.70.0，三系的網(wǎng)絡(luò)前綴為206.0.71.0，四系的網(wǎng)絡(luò)地址前綴為206.0.71.128.試進(jìn)行CIDR地址塊的分配，給出各自子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)絡(luò)前綴。5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23

單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*1024

一系206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*512

二系206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*256

三系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*1285.2.4、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT主要是解決IP地址不足的問題，是一種目前廣泛應(yīng)用于INTERNET接入方式，NAT主要是由路由器實現(xiàn)。NAT主要是使用私有地址進(jìn)行數(shù)據(jù)報的傳遞，通過路由器時，將私有地址轉(zhuǎn)換成合法的IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，一個局域網(wǎng)只需要少量的公網(wǎng)IP即可實現(xiàn)INTERNET的聯(lián)接。例如：IPx為私有地址，IPg為公網(wǎng)地址，IPy為目標(biāo)IP地址。IPx→IPg，IPg→IPy,IPy→IPg,此時，需要NAT路由器根據(jù)NAT轉(zhuǎn)換表查找到IPg→IPx,才能完成信息的返回。

NAT的實現(xiàn)方式有三種：靜態(tài)轉(zhuǎn)換、動態(tài)轉(zhuǎn)換和端口多路復(fù)用。靜態(tài)轉(zhuǎn)換：將內(nèi)網(wǎng)的IP固定地轉(zhuǎn)換為外網(wǎng)的公網(wǎng)IP，可實現(xiàn)外網(wǎng)對內(nèi)網(wǎng)某些特定設(shè)備的轉(zhuǎn)換。5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.2.4、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT動態(tài)轉(zhuǎn)換：將內(nèi)網(wǎng)的私有IP轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)IP時，公網(wǎng)IP是不固定的，轉(zhuǎn)換時從地址池中隨機(jī)產(chǎn)生，所有內(nèi)網(wǎng)的私有IP，都可隨機(jī)的轉(zhuǎn)換為任何指定的合法真IP。即“自動尋址”端口多路復(fù)用：是指改變數(shù)據(jù)報的輸出端口，即端口地址轉(zhuǎn)換PAT。采用端口多路復(fù)用方式，內(nèi)部網(wǎng)所有主機(jī)共享一個合法的外部IP地址，以實現(xiàn)對Internet的訪問，從而可以最大限度的節(jié)約IP地址資源，同時又可以隱藏網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有主機(jī)，有效避免來自外網(wǎng)的攻擊。5.2、IP地址的編碼與尋址技術(shù)第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.3.1、IP地址與物理地址MAC

物理MAC地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的硬件地址，每一個具體的物理網(wǎng)絡(luò)都是通過MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

IP地址是網(wǎng)絡(luò)層及其上層使用的邏輯地址，是路由器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連后，數(shù)據(jù)報路由尋址的地址。5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPTCP報文IP數(shù)據(jù)報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5.3.1、IP地址與物理地址MAC5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPHA1HA5HA4HA3HA6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R1轉(zhuǎn)發(fā)→再經(jīng)過R2轉(zhuǎn)發(fā)→H2查找路由表查找路由表（1）在IP網(wǎng)絡(luò)層只能看到IP數(shù)據(jù)報的傳遞（2）路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行路由選擇（3）在各類物理網(wǎng)絡(luò)中只能看見MAC幀，按照物理地址傳遞（4）IP網(wǎng)絡(luò)層屏蔽掉下層物理網(wǎng)絡(luò)的差異，IP層可采用統(tǒng)一的IP地址進(jìn)行路由選擇5.3.1、IP地址與物理地址MAC5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPHA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報5.3.1、IP地址與物理地址MAC5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPHA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報從虛擬的

IP

層上看

IP數(shù)據(jù)報的流動5.3.1、IP地址與物理地址MAC5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPHA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報在鏈路上看

MAC幀的流動5.3.2、ARP協(xié)議的原理

IP地址是互聯(lián)網(wǎng)地址，它獨立于物理網(wǎng)絡(luò)、由協(xié)議軟件設(shè)置的邏輯地址．當(dāng)IP數(shù)據(jù)報在互聯(lián)網(wǎng)中穿越物理網(wǎng)絡(luò)被傳送時，在各個具體的物理網(wǎng)絡(luò)中必須使用自己的物理網(wǎng)絡(luò)地址，所以必須進(jìn)行IP地址與物理地址的動態(tài)轉(zhuǎn)換．如何從目標(biāo)IP地址中知道它對應(yīng)的物理地址呢？這就是地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP的功能．

ARP協(xié)議的原理是：在同一個物理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，當(dāng)主機(jī)A要把主機(jī)B的IP地址轉(zhuǎn)換成B的物理地址時，首先要查自己的ARP緩存表，若已經(jīng)查到IP－物理地址映射就按照對應(yīng)的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)．若不存在，A就在本網(wǎng)廣播一個ARP請求報文，內(nèi)含B的IP地址，B收到報文后發(fā)送一個ARP響應(yīng)報文，內(nèi)含自己的物理地址．A收到應(yīng)答后，將B的IP地址與物理地址生成一個映射項保存在A的ARP快速緩存表中，該表包含它自己的IP－物理地址映射項。5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPAYXBZ主機(jī)A廣播發(fā)送ARP請求分組ARP請求ARP請求ARP請求ARP請求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-18我是209.0.0.5，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18我想知道主機(jī)209.0.0.6的硬件地址ARP響應(yīng)主機(jī)B向A發(fā)送ARP響應(yīng)分組08-00-2B-00-EE-0A我是209.0.0.6硬件地址是08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-185.3.2、ARP協(xié)議的原理

當(dāng)然，在A主機(jī)廣播ARP報文時，也包含了自己的IP－物理地址映射，網(wǎng)絡(luò)中其他主機(jī)接收到報文后，檢查自己的映射表，若沒有A主機(jī)的映射，則自動加入自己的映射表。注意；ARP只能對同一網(wǎng)絡(luò)中的IP－物理地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其廣播只限于一個物理網(wǎng)段，不穿越路由器每一個主機(jī)都擁有一個動態(tài)建立的ARP高速緩存表，表中存放著局域網(wǎng)上已知的IP地址與MAC地址的映射信息。ARP協(xié)議有三種應(yīng)用模式（1）：源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)在同一局域網(wǎng)內(nèi)，通過源IP和目標(biāo)IP對子網(wǎng)掩碼進(jìn)行運算來判斷。若網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識相同，就需要使用ARP協(xié)議將目標(biāo)IP地址轉(zhuǎn)化為目標(biāo)MAC地址，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。發(fā)送端的MAC地址固化在NIC中，源IP地址通過配置或DHCP獲得，目標(biāo)IP，則通過輸入的域名，由DNS解析獲得。

5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.3.2、ARP協(xié)議的原理5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPMAC:PC1-MACIP:10.1.1.1MAC:PC2-MACIP:10.1.1.2PC1PC2源MAC地址：PC1-MAC目的MAC地址：？？？？？？幀頭部IP首部IP數(shù)據(jù)幀尾部源IP地址：10.1.1.1目的IP：10.1.1.25.3.2、ARP協(xié)議的原理（2）：源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)不在同一局域網(wǎng)內(nèi)，源主機(jī)通過查找路由表，確定下一跳IP地址,同時根據(jù)源主機(jī)的MAC地址和同網(wǎng)的默認(rèn)出口路由的MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。默認(rèn)出口路由查找路由表確定下一跳轉(zhuǎn)發(fā)的路由器IP，并通過ARP進(jìn)行MAC地址轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，依次遞進(jìn)，直到最后找到目標(biāo)主機(jī)的MAC地址。這種模式中，ARP也是在同一物理網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行地址解析，所以，ARP只能適用于同一物理網(wǎng)段中IP地址與MAC地址的轉(zhuǎn)換。5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP

局域網(wǎng)

110.0.0.0局域網(wǎng)

330.0.0.0局域網(wǎng)

220.0.0.0IP:10.0.0.1MAC:B1IP:30.0.0.1MAC:B4IP:20.0.0.2MAC:B3IP:20.0.0.1MAC:B2R2R10101IP:10.0.0.3MAC:A1網(wǎng)關(guān):10.0.0.11IP:30.0.0.3MAC:A2網(wǎng)關(guān):30.0.0.12目的網(wǎng)絡(luò)下一跳地址10.0.0.0直接交付，接口020.0.0.0直接交付，接口130.0.0.020.0.0.2R1的路由表目的網(wǎng)絡(luò)下一跳地址20.0.0.0直接交付，接口030.0.0.0直接交付，接口110.0.0.020.0.0.1R2的路由表

源IP

目的IP源MAC目的MAC10.0.0.330.0.0.3

A1

B1

源IP

目的IP源MAC目的MAC10.0.0.330.0.0.3

B2

B3

源IP

目的IP源MAC目的MAC10.0.0.330.0.0.3

B4

A25.3.3、ARP協(xié)議的數(shù)據(jù)報格式5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP硬件類型協(xié)議類型硬件地址長度協(xié)議地址長度操作發(fā)送者硬件地址（字節(jié)0－3）發(fā)送者硬件地址（字節(jié)4－5）發(fā)送者協(xié)議地址（字節(jié)0－1）發(fā)送者協(xié)議地址（字節(jié)2－3）目標(biāo)硬件地址（字節(jié)0－1）目標(biāo)硬件地址（字節(jié)2－5）目標(biāo)協(xié)議地址（字節(jié)0－3）5.3.3、ARP協(xié)議的數(shù)據(jù)報格式硬件類型（16）：指明硬件接口的類型，值1表示以太網(wǎng)協(xié)議類型（16）：指明調(diào)用者協(xié)議類型，規(guī)定“0800”表示IP協(xié)議硬件地址長度（8）：物理地址的長度協(xié)議地址的長度（8）：IP協(xié)議地址長度為4字節(jié)操作（16）：1指明是ARP請求；2指明ARP響應(yīng)。5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.3.4、RARP協(xié)議用于MAC地址到IP地址的解析，多用于無盤工作站。IP地址已經(jīng)分配給具有MAC的主機(jī)，但是沒有IP地址的存儲空間，所以無盤工作站需要從另一個源獲取IP并存放到自己的內(nèi)存中。RARP在RFC903中提出，在RFC1931中擴(kuò)展，現(xiàn)在使用BOOTP增強(qiáng)RARP。BOOTP從運行該協(xié)議的服務(wù)器獲取IP、網(wǎng)關(guān)地址以及名字服務(wù)器地址。5.3、IP地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP/RARP第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.1、IP協(xié)議介紹IP層必須屏蔽下層具體物理網(wǎng)絡(luò)的差異，向上提供盡力而為無連傳輸服務(wù)。同時，在穿越具體物理網(wǎng)絡(luò)時，由于各種物理網(wǎng)絡(luò)的最大幀長MUT的限制，IP層必須具有分段與重組的功能。路由選擇與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是IP層的核心功能，IP層必須具備路由選擇的功能。下面介紹IPv4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，IP分段與重組，IP數(shù)據(jù)報的路由與轉(zhuǎn)發(fā)．5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMPHA1HA5HA4HA3HA6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)5.4.1、IP協(xié)議介紹IP層提供的功能：盡力而為的不可靠無連數(shù)據(jù)傳遞服務(wù)IP層路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)報的路由選擇IP層路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)報的分段與重組IP層路由器實現(xiàn)數(shù)據(jù)報的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)

5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式IP數(shù)據(jù)報至少包含20個字節(jié)的報頭5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP版本報頭長服務(wù)類型總長度標(biāo)識DFMF分段位移生存時間TTL協(xié)議號報頭校驗和源IP地址目標(biāo)IP地址可選項+填充數(shù)據(jù)5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式版本號（4位）指明本數(shù)據(jù)報所屬的IP版本，IPV4:0100報頭長（4位）指明本數(shù)據(jù)報頭長度，長度單位是字，每個字為4個字節(jié)。所以最大為15，即IP報頭的長度為20—60字節(jié)，不夠需要填充為4的倍數(shù)。服務(wù)類型（8位）它描述本數(shù)據(jù)報所要求的服務(wù)質(zhì)量5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP優(yōu)先級DTRC備用優(yōu)先級可采用8個級別，現(xiàn)在已經(jīng)不用了。D：表示要求更低的時延。T：表示要求更高的吞吐量；R：表示要求更高的可靠性；C：表示要求更小的路由代價。其中：D、T、R、C只能有一位置1.5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式總長度：數(shù)據(jù)報的總長度，包括報頭和數(shù)據(jù)部分長度單位為字節(jié)(1520)。標(biāo)識（16位）數(shù)據(jù)的編號。他與原IP地址和目標(biāo)IP地址一起唯一標(biāo)識本數(shù)據(jù)報，若分段傳送，此標(biāo)識將拷貝到每個分段的IP報頭中。標(biāo)志位（3位）：bit0=預(yù)留。bit1=DF：不分段（don’tFragment）標(biāo)識。DF=1表示禁止本段數(shù)據(jù)報分段,DF=0表示可以對本段數(shù)據(jù)報分段。Bit2=MF:MF:后面還有分段（MoreFragments）標(biāo)志，MF＝１，表示后面還有分段，只有最后一段的MF=05.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式分段位移（13位）指明本分段在原數(shù)據(jù)報中的位置。對單段數(shù)據(jù)報或多段數(shù)據(jù)報的第一個分段，分段位移值=0，分段位移的長度用8字節(jié)為單位，位移值乘以8就是本分段在原數(shù)據(jù)報中從第幾字節(jié)開始。生存時間TTL（8位）：指明數(shù)據(jù)報在網(wǎng)上停留的時間,用路由器跳數(shù)表示,最大連接路由器的個數(shù)為2555.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式協(xié)議號（8位）

：指明接收數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)部分的上一層協(xié)議。例如：1表示ICMP、2表示IGMP、6表示TCP、8表示EGP、9表示IGP、17表示UDP、41IPV6、89表示OSPF.5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP運輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù)據(jù)部分IP數(shù)據(jù)報協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進(jìn)程5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式報頭校驗和（16位）只驗證數(shù)據(jù)報的報頭，不包括數(shù)據(jù)本身。先置0，然后按16位劃分，進(jìn)行反碼運算求和，然后將得到的結(jié)果取反，填入本字段。每次經(jīng)過路由，都要重新計算，若校驗和為0保留，否則丟棄。源IP地址（32位），目標(biāo)IP地址（32位）可選項+填充位：可選項用來支持排錯、測量、安全等措施。其長度可變：1-40字節(jié)。具體選取由實際情況決定。可選項主要用于路由選擇和路由記錄。填充位用于保證總長度為4字節(jié)的倍數(shù)。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.2、IP協(xié)議數(shù)據(jù)報格式：報頭校驗和5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP發(fā)送端接收端16位字116位字2置為全0檢驗和16位字n16位反碼算術(shù)運算求和……取反碼數(shù)據(jù)報首部IP數(shù)據(jù)報16位檢驗和16位字116位字216位檢驗和16位字n16位反碼算術(shù)運算求和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)報數(shù)據(jù)部分不參與檢驗和的計算5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組IP數(shù)據(jù)報在穿越物理網(wǎng)絡(luò)時，由于物理網(wǎng)絡(luò)一般限制通過它的數(shù)據(jù)報長度，（最大傳輸單元MTU表示：Ethernet:1500B\x.25:576B\FDDI:4500B\PPP:296B\標(biāo)記環(huán)：17914B）所以當(dāng)IP數(shù)據(jù)報長度大于具體的物理網(wǎng)絡(luò)要求長度時，就要進(jìn)行分段，分段的功能由路由器完成，分段后加上IP報頭，然后轉(zhuǎn)發(fā)．IP數(shù)據(jù)報頭中的標(biāo)識，源IP地址，目標(biāo)IP地址一起為重組識別源數(shù)據(jù)報的段．分段影響的報頭字段包括：MF位，DF位、分段位移，總長度，報頭校驗和。分段后的IP數(shù)據(jù)報可能繼續(xù)進(jìn)行分段，所以路由器具有分段功能，目標(biāo)主機(jī)要緩存數(shù)據(jù)報分段，等待數(shù)據(jù)到齊后進(jìn)行重組，但可能有一些段在傳輸中丟失，為此，IP規(guī)定了段保留的最長時間，從數(shù)據(jù)報的最先到達(dá)的段開始計時，若逾期段末到齊，則目標(biāo)主機(jī)丟棄已到達(dá)的段。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組IP數(shù)據(jù)報的分段必須滿足兩個條件：分段的長度在物理網(wǎng)絡(luò)允許的情況下，盡可能大；分段的長度必須是8的倍數(shù)。分段由路由器完成，重組由目標(biāo)主機(jī)完成。采用目標(biāo)主機(jī)進(jìn)行重組有以下不足：數(shù)據(jù)報一旦被MTU分段后，如果下一物理網(wǎng)絡(luò)允許的數(shù)據(jù)報長度更大，則導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬被浪費。分段越多，丟失的概率越大，一旦丟失則需要重傳。

IP數(shù)據(jù)報的分段與重組，是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的內(nèi)部功能，程序設(shè)計人員不需要考慮這個問題。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組

IP數(shù)據(jù)報分段的控制問題：標(biāo)識：是源主機(jī)賦予分段的標(biāo)志，目標(biāo)主機(jī)依靠分段標(biāo)識和源IP地址來進(jìn)行分段的識別和重組。DF與MF來控制分段是否可以繼續(xù)分組，或者該分段是否為最后分段。分段位移：確定分段重組的位置和長度。分段位移依靠該信息進(jìn)行數(shù)據(jù)報的重組。例1：一個IP數(shù)據(jù)報的長度Length=472字節(jié)，DF＝0，MF＝0，平均分三段，分析每段的分段屬性

5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組

IP數(shù)據(jù)報分段的控制問題：數(shù)據(jù)部分總長度為472-20=452.

解：第一段第二段第三段

length=160length=160length=152DF=0,MF=1DF=0,MF=1DF=0,MF=0Offset=0Offset=20Offset=40

例2：3820字節(jié)的數(shù)據(jù)報要在MTU=1420字節(jié)的物理網(wǎng)絡(luò)里傳輸，分析如何進(jìn)行分段。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組

IP數(shù)據(jù)報分段的控制問題：

解：MTU=1420字節(jié)中，報頭長度為20，所以每段的長度為1400第一段第二段第三段

length=1400length=1400length=1000DF=0,MF=1DF=0,MF=1DF=0,MF=0Offset=0Offset=175Offset=350

5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.3、IP數(shù)據(jù)報的分段與重組

5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350140028003799279913993799需分片的數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報片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)報片2數(shù)據(jù)報片314002800字節(jié)05.4.4、IP數(shù)據(jù)報的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)分為直接轉(zhuǎn)發(fā)和間接轉(zhuǎn)發(fā)兩種。當(dāng)源主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先要將目標(biāo)IP地址和源IP地址的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識進(jìn)行比較，若相同，源和目標(biāo)主機(jī)屬于同一個物理網(wǎng)絡(luò)，或者是最后一個路由器和目標(biāo)主機(jī)在同一個物理網(wǎng)絡(luò)中，此時，采用直接按照物理地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即：直接轉(zhuǎn)發(fā)。如果源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址不同，則將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到源主機(jī)所在的物理網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)間連接路由器上，由路由器進(jìn)行不同物理網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。這就是間接轉(zhuǎn)發(fā)。間接轉(zhuǎn)發(fā)是要進(jìn)行路由選擇的。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.4、IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP一、提取目標(biāo)主機(jī)IP，求的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址N，查找路由表IF網(wǎng)絡(luò)地址N與路由器屬于同一物理網(wǎng)絡(luò)THEN把數(shù)據(jù)報直接轉(zhuǎn)發(fā)ELSEIF路由表中包含一個特定的主機(jī)路由

THEN把數(shù)據(jù)報發(fā)送到特定路由所指明的下一跳路由器

ELSEIF路由表中包含到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N的路由項

THEN把數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到該路由項指明的下一跳路由器

ELSEIF路由表中有一個默認(rèn)路由

THEN轉(zhuǎn)發(fā)到默認(rèn)路由所指明的下一跳路由器5.4.4、IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)

根據(jù)IP數(shù)據(jù)報編碼方法的不同，分組轉(zhuǎn)發(fā)的方法也不相同（1）標(biāo)準(zhǔn)分類地址轉(zhuǎn)發(fā)

ABC三類地址各使用一個路由表，路由表主要又以下三列：目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址：識別目標(biāo)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址下一站地址：通過該地址確定分組的下一站路由接口定義：描述了發(fā)送輸出端口，提供路由器連接不同的物理網(wǎng)絡(luò)5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.4、IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)

（1）標(biāo)準(zhǔn)分類地址轉(zhuǎn)發(fā)

5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第五講：網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP/ICMP5.4.4、IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)（2）無類別地址轉(zhuǎn)發(fā)提取分組中的目標(biāo)IP地址使用子網(wǎng)掩碼提取目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址在路由表中查找目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址所對應(yīng)的下一跳地址和接口號通過ARP查找下一跳地址的MAC地址封裝數(shù)據(jù)報并交付下一跳地址。5.4、IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議第