概率統(tǒng)計(jì)第四章

第4章網(wǎng)絡(luò)層第4章

網(wǎng)絡(luò)層4.1網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)4.2網(wǎng)際協(xié)議IP4.3劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)4.4網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP4.5互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇協(xié)議4.6IPv64.7IP多播4.8虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT4.9多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS4.1網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運(yùn)輸層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論焦點(diǎn)的實(shí)質(zhì)就是：在計(jì)算機(jī)通信中，可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰(shuí)來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？一種觀點(diǎn)：讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)可靠交付這種觀點(diǎn)認(rèn)為，應(yīng)借助于電信網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)可靠交付，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)模仿電信網(wǎng)絡(luò)，使用面向連接的通信方式。通信之前先建立虛電路(VirtualCircuit)，以保證雙方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)，不丟失、不重復(fù)。虛電路服務(wù)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H1H2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似，但并不完全一樣。另一種觀點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)的先驅(qū)者提出了一種嶄新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路。網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(jiǎn)單靈活的、無連接的、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。盡最大努力交付由于傳輸網(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)可靠交付（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。互連網(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。數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)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H1H2IP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)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來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)負(fù)責(zé)虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的對(duì)比4.2網(wǎng)際協(xié)議IP4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡(luò)4.2.2分類的IP地址4.2.3IP地址與硬件地址4.2.4地址解析協(xié)議ARP4.2.5IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式4.2.6IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程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)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP(InternetControlMessageProtocol)網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP(InternetGroupManagementProtocol)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(HTTP,FTP,SMTP等)物理硬件運(yùn)輸層TCP,UDP應(yīng)用層ICMPIPARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）IGMP4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)互連并能夠互相通信，會(huì)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(zhǎng)度不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制不同的超時(shí)控制不同的差錯(cuò)恢復(fù)方法不同的狀態(tài)報(bào)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等如何將異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互相連接起來？使用一些中間設(shè)備進(jìn)行互連將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備。中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。有以下五種不同的中間設(shè)備：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)互連使用路由器當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(shí)，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。網(wǎng)絡(luò)互連都是指用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連和路由選擇。由于歷史的原因，許多有關(guān)TCP/IP

的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。

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)路由器(b)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)

虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）IP網(wǎng)的概念虛擬互連網(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的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，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，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。如果在這種覆蓋全球的IP網(wǎng)的上層使用TCP協(xié)議，那么就是現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。5432154321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分組在互聯(lián)網(wǎng)中的傳送互聯(lián)網(wǎng)可以由多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連組成。從網(wǎng)絡(luò)層看IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳送如果我們只從網(wǎng)絡(luò)層考慮問題，那么IP數(shù)據(jù)報(bào)就可以想象是在網(wǎng)絡(luò)層中傳送。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(bào)H1R1R2R3R4R5H24.2.2分類的IP地址在TCP/IP體系中，IP地址是一個(gè)最基本的概念。本部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)：1.IP地址及其表示方法2.常用的三種類別的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)連接在互聯(lián)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)符。IP地址現(xiàn)在由互聯(lián)網(wǎng)名字和數(shù)字分配機(jī)構(gòu)ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)進(jìn)行分配。IP地址的編址方法分類的IP地址。這是最基本的編址方法，在1981年就通過了相應(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)[RFC950]在1985年通過。構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。1993年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。分類IP地址將IP地址劃分為若干個(gè)固定類。每一類地址都由兩個(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)，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）。主機(jī)號(hào)在它前面的網(wǎng)絡(luò)號(hào)所指明的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)必須是唯一的。由此可見，一個(gè)IP地址在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)是唯一的。分類IP地址這種兩級(jí)的IP地址結(jié)構(gòu)如下：這種兩級(jí)的IP地址可以記為：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>,<主機(jī)號(hào)>}(4-1)::=代表“定義為”32位網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101A類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為1字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101B類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為2字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101C類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id為3字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101A類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為3字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101B類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為2字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101C類地址的主機(jī)號(hào)字段host-id為1字節(jié)各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

1

1

101D類地址是多播地址各類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24位host-id24位net-id16位net-id8位0A類地址host-id16位B類地址C類地址011host-id8位D類地址1

1

1

0多播地址E類地址保留為今后使用1

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101E類地址保留為今后使用點(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10000000000010110000001100011111每8位為一組采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性1128

11331將每8位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)點(diǎn)分十進(jìn)制記法舉例32位二進(jìn)制數(shù)等價(jià)的點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)100000010011010000000110000000001100000000000101001100000000001100001010000000100000000000100101710000000000010100000001000000011100000001000000011111111000000002.常用的三種類別的IP地址網(wǎng)絡(luò)類別最大可指派的網(wǎng)絡(luò)數(shù)第一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號(hào)最后一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號(hào)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最大主機(jī)數(shù)A126(27–2)112616777214B16383(214–1)128.1191.25565534C2097151(221–1)192.0.1223.255.255254IP地址的指派范圍一般不使用的特殊的IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)源地址使用目的地址使用代表的意思00可以不可在本網(wǎng)絡(luò)上的本主機(jī)（見6.6節(jié)DHCP協(xié)議）0host-id可以不可在本網(wǎng)絡(luò)上的某臺(tái)主機(jī)host-id全1全1不可可以只在本網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播（各路由器均不轉(zhuǎn)發(fā)）net-id全1不可可以對(duì)net-id上的所有主機(jī)進(jìn)行廣播127非全0或全1的任何數(shù)可以可以用作本地軟件環(huán)回測(cè)試之用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地址的管理第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來轉(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。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)(multihomedhost)。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。IP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)，無論是范圍很小的局域網(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)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.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?；ヂ?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.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?；ヂ?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)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?；ヂ?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)”?，F(xiàn)在常不指明IP地址。4.2.3IP地址與硬件地址IP地址與硬件地址是不同的地址。從層次的角度看，硬件地址（或物理地址）是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址。IP地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址（稱IP地址是邏輯地址是因?yàn)镮P地址是用軟件實(shí)現(xiàn)的）。4.2.3IP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IP地址與硬件地址的區(qū)別IP地址放在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部，而硬件地址則放在MAC幀的首部。HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1HA為硬件地址路由器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(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R1HA為硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)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R1HA為硬件地址路由器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(bào)在鏈路上看MAC幀的流動(dòng)HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1HA為硬件地址路由器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(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IP1→IP2

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幀IP2IP4IP3IP5路由器R2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2IP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)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2IP數(shù)據(jù)報(bào)在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見MAC幀而看不見IP數(shù)據(jù)報(bào)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R2MAC幀從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2IP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。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從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2IP數(shù)據(jù)報(bào)主機(jī)H1

與H2

通信中使用的

IP地址

與

硬件地址HA

在網(wǎng)絡(luò)層寫入IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的地址在數(shù)據(jù)鏈路層寫入MAC幀首部的地址源地址目的地址源地址目的地址從H1到R1IP1IP2HA1HA3從R1到R2IP1IP2HA4HA5從R2到H2IP1IP2HA6HA24.2.4地址解析協(xié)議ARP通信時(shí)使用了兩個(gè)地址：IP地址（網(wǎng)絡(luò)層地址）MAC地址（數(shù)據(jù)鏈路層地址）每個(gè)接口都有兩個(gè)地址000-15-C5-C6-CC-07000-15-C5-C8-C4-95600-15-C5-C6-C8-11IP地址MAC

地址LAN地址解析協(xié)議ARP的作用已經(jīng)知道了一個(gè)機(jī)器（主機(jī)或路由器）的IP地址，如何找出其相應(yīng)的硬件地址？地址解析協(xié)議ARP就是用來解決這樣的問題的。網(wǎng)絡(luò)層ARPIP地址硬件地址IPIGMPICMPARPARP協(xié)議的作用ARP作用：從網(wǎng)絡(luò)層使用的IP地址，解析出在數(shù)據(jù)鏈路層使用的硬件地址。地址解析協(xié)議ARP要點(diǎn)不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(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(ARPcache)，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。<IPaddress；MACaddress；TTL>TTL(TimeToLive)：地址映射有效時(shí)間。地址解析協(xié)議ARP要點(diǎn)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，再將此硬件地址寫入MAC幀，然后通過局域網(wǎng)將該MAC幀發(fā)往此硬件地址。如沒有，

ARP進(jìn)程在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送一個(gè)

ARP請(qǐng)求分組。收到

ARP響應(yīng)分組后，將得到的IP地址到硬件地址的映射寫入ARP高速緩存。地址解析協(xié)議ARP要點(diǎn)ARP請(qǐng)求分組：包含發(fā)送方硬件地址/發(fā)送方IP地址/目標(biāo)方硬件地址(未知時(shí)填0)/目標(biāo)方IP地址。本地廣播ARP請(qǐng)求（路由器不轉(zhuǎn)發(fā)ARP請(qǐng)求）。ARP響應(yīng)分組：包含發(fā)送方硬件地址/發(fā)送方IP地址/目標(biāo)方硬件地址/目標(biāo)方IP地址。ARP分組封裝在物理網(wǎng)絡(luò)的幀中傳輸。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-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-18ARP高速緩存的作用存放最近獲得的IP地址到MAC地址的綁定，以減少ARP廣播的數(shù)量。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。應(yīng)當(dāng)注意的問題ARP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)來做。應(yīng)當(dāng)注意的問題（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。使用ARP的四種典型情況網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1H1H2H3H4使用ARP的四種典型情況發(fā)送方是主機(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)上另一個(gè)路由器的硬件地址。剩下的工作由這個(gè)路由器來完成。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。IP編址把這個(gè)復(fù)雜問題解決了。連接到互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)只需各自擁有一個(gè)唯一的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)樯鲜龅恼{(diào)用ARP的復(fù)雜過程都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)用戶來說是看不見這種調(diào)用過程的。因此，在虛擬的IP網(wǎng)絡(luò)上用IP地址進(jìn)行通信給廣大的計(jì)算機(jī)用戶帶來了很大的方便。4.2.5IP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IP數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成固定部分可變部分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)送在前首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共20字節(jié)，是所有IP數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。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)部分首部版本——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)。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部首部長(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)。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部區(qū)分服務(wù)——占8位，用來獲得更好的服務(wù)。在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，但實(shí)際上一直未被使用過。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1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部總長(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)。總長(zhǎng)度必須不超過最大傳送單元MTU。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部標(biāo)識(shí)(identification)——占16位，它是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來產(chǎn)生IP數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識(shí)。

1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部標(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(MoreFragment)。MF1表示后面“還有分片”。MF0表示最后一個(gè)分片。標(biāo)志字段中間的一位是DF(Don'tFragment)。只有當(dāng)DF0時(shí)才允許分片。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部片偏移——占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。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段【例4-1】IP數(shù)據(jù)報(bào)分片一數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度為3820字節(jié)，其數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度為3800字節(jié)（使用固定首部），需要分片為長(zhǎng)度不超過1420字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)片。因固定首部長(zhǎng)度為20字節(jié)，因此每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度不能超過1400字節(jié)。于是分為3個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片，其數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度分別為1400、1400和1000字節(jié)。原始數(shù)據(jù)報(bào)首部被復(fù)制為各數(shù)據(jù)報(bào)片的首部，但必須修改有關(guān)字段的值。偏移=0/8=01399數(shù)據(jù)報(bào)片1首部1字節(jié)0偏移=1400/8部2數(shù)據(jù)報(bào)片2偏移=2800/8=35028003799首部3數(shù)據(jù)報(bào)片3偏移=0/8=03799需分片的數(shù)據(jù)報(bào)首部數(shù)據(jù)部分共3800字節(jié)14002800字節(jié)0【例4-1】IP數(shù)據(jù)報(bào)分片【例4-1】IP數(shù)據(jù)報(bào)分片

總長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)MFDF片偏移原始數(shù)據(jù)報(bào)382012345000數(shù)據(jù)報(bào)片1142012345100數(shù)據(jù)報(bào)片214201234510175數(shù)據(jù)報(bào)片310201234500350IP數(shù)據(jù)報(bào)首部中與分片有關(guān)的字段中的數(shù)值固定部分可變部分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)部分首部生存時(shí)間——占8位，記為TTL(TimeToLive)，指示數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段固定部分可變部分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)部分首部協(xié)議——占8位，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)部分上交給那個(gè)處理過程1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段運(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IP協(xié)議支持多種協(xié)議，IP數(shù)據(jù)報(bào)可以封裝多種協(xié)議PDU。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)部分首部首部檢驗(yàn)和——占16位，只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部，不檢驗(yàn)數(shù)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。1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段發(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IP數(shù)據(jù)報(bào)首部檢驗(yàn)和的計(jì)算采用16位二進(jìn)制反碼求和算法固定部分可變部分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)部分首部源地址和目的地址都各占4字節(jié)1.IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段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)的開銷。實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。4.2.6IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程假設(shè)：有四個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)通過三個(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)。可以想像，若按目的主機(jī)號(hào)來制作路由表，每一個(gè)路由表就有4萬(wàn)個(gè)項(xiàng)目，即4萬(wàn)行（每一行對(duì)應(yīng)于一臺(tái)主機(jī)），則所得出的路由表就會(huì)過于龐大。但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含4個(gè)項(xiàng)目（每一行對(duì)應(yīng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），這樣就可使路由表大大簡(jiǎn)化。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）

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

1R2R3R101R2R3R101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。特定主機(jī)路由雖然互聯(lián)網(wǎng)所有的分組轉(zhuǎn)發(fā)都是基于目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，但在大多數(shù)情況下都允許有這樣的特例，即為特定的目的主機(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題時(shí)采用這種特定主機(jī)路由。默認(rèn)路由(defaultroute)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)路由器和互聯(lián)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。R1互聯(lián)網(wǎng)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。默認(rèn)路由舉例N1路由器R1充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)N1的默認(rèn)路由器目的網(wǎng)絡(luò)下一跳

N1

直接

N2

R2

默認(rèn)R1必須強(qiáng)調(diào)指出IP

數(shù)據(jù)報(bào)的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的IP地址”。當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)，不是將下一跳路由器的

IP

地址填入IP數(shù)據(jù)報(bào)，而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件。網(wǎng)絡(luò)接口軟件使用

ARP

負(fù)責(zé)將下一跳路由器的IP

地址轉(zhuǎn)換成硬件地址，并將此硬件地址放在鏈路層的

MAC

幀的首部，然后根據(jù)這個(gè)硬件地址找到下一跳路由器。路由器分組轉(zhuǎn)發(fā)算法(1)從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的主機(jī)的

IP

地址

D,得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為

N。(2)若網(wǎng)絡(luò)

N與此路由器直接相連，則把數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)

D；否則是間接交付，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，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4)若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N的路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表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，則把數(shù)據(jù)報(bào)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)。關(guān)于路由表路由表沒有給分組指明到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整路徑。路由表指出，到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)先到某個(gè)路由器（即下一跳路由器）。在到達(dá)下一跳路由器后，再繼續(xù)查找其路由表，知道再下一步應(yīng)當(dāng)?shù)侥囊粋€(gè)路由器。這樣一步一步地查找下去，直到最后到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)。4.3劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)4.3.1劃分子網(wǎng)4.3.2使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā)4.3.3無分類編址CIDR（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：(1)IP地址空間的利用率有時(shí)很低。(2)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。(3)兩級(jí)的IP地址不夠靈活。

三級(jí)IP地址從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)(subnetting)。劃分子網(wǎng)已成為互聯(lián)網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。劃分子網(wǎng)的基本思路劃分子網(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::={<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>,<子網(wǎng)號(hào)>,<主機(jī)號(hào)>}(4-2)32位本地地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)號(hào)劃分子網(wǎng)的基本思路（續(xù)）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IP數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)。………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劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)沒有劃分子網(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地址原來的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id。32位本地地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)號(hào)劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)減少了IP地址的浪費(fèi)使網(wǎng)絡(luò)的組織更加靈活更便于維護(hù)和管理劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情，對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)透明，對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。2.子網(wǎng)掩碼從一個(gè)

IP

數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnetmask)可以找出IP地址中的子網(wǎng)部分。規(guī)則：子網(wǎng)掩碼長(zhǎng)度＝32位某位＝1：IP地址中的對(duì)應(yīng)位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)某位＝0：IP地址中的對(duì)應(yīng)位為主機(jī)號(hào)IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼0兩級(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)三級(jí)IP地址的子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址111111111111111111111111000000000網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)3.33.10(IP地址)AND(子網(wǎng)掩碼)=網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)兩級(jí)IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí)IP地址主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)號(hào)三級(jí)IP地址的子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址11111111111111111111111100000000網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)0逐位進(jìn)行AND運(yùn)算111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111111111111000000000000000000000000網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)為全0網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)地址A類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址B類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)地址C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼主機(jī)號(hào)為全0主機(jī)號(hào)為全0默認(rèn)子網(wǎng)掩碼子網(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)上就擁有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和兩個(gè)子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)劃分方法有固定長(zhǎng)度子網(wǎng)和變長(zhǎng)子網(wǎng)兩種子網(wǎng)劃分方法。在采用固定長(zhǎng)度子網(wǎng)時(shí)，所劃分的所有子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼都是相同的。雖然根據(jù)已成為互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的RFC950文檔，子網(wǎng)號(hào)不能為全1或全0，但隨著無分類域間路由選擇CIDR的廣泛使用，現(xiàn)在全1和全0的子網(wǎng)號(hào)也可以使用了，但一定要謹(jǐn)慎使用，確認(rèn)你的路由器所用的路由選擇軟件是否支持全0或全1的子網(wǎng)號(hào)這種較新的用法。劃分子網(wǎng)增加了靈活性，但卻減少了能夠連接在網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)總數(shù)。子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)數(shù)每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)2216382368190414409453020466621022712651082542549285101261092102262112420463012404094141348819061452163822B類地址的子網(wǎng)劃分選擇（使用固定長(zhǎng)度子網(wǎng)）表中的“子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)”中沒有0,1,15和16這四種情況，因?yàn)檫@沒有意義。141.14.010000001111111111111111

11000000【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000000004.001001000141.14..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）141.14.010000001111111111111111

11100000【例4-3】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000000004..001001000141.14..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。4.3.2使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā)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地址卻不能唯一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來，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)。在劃分子網(wǎng)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，將子網(wǎng)掩碼和D逐位相“與”。若結(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1R23源主機(jī)H130R1

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28目的主機(jī)H2380129H3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的過程。子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼28主機(jī)H1要發(fā)送分組給H2

要發(fā)送的分組的目的IP地址：380目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R23源主機(jī)H130R1

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28目的主機(jī)H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼28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。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)28AND38的計(jì)算255就是二進(jìn)制的全1，因此255ANDxyz=xyz，這里只需計(jì)算最后的128AND138即可。128→10000000138→10001010逐比特AND操作后10000000→128283828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R1

然后逐項(xiàng)查找路由表目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳282828接口0接口1R203源主機(jī)H130R1

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28目的主機(jī)H2380129H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址

子網(wǎng)掩碼2子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址