計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)與Internet應(yīng)用課件第4章網(wǎng)絡(luò)互連

IP地址的表示方法、子網(wǎng)的基本概念路由器的工作過程主要的地址映射方法：ARP、RARP、NAT常見的路由選擇算法網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)原則和關(guān)鍵技術(shù)常見的網(wǎng)絡(luò)測試命令第4章網(wǎng)絡(luò)互連

4.1IP協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議IP（InternetProtocol）是TCP/IP體系中最主要的協(xié)議之一。與IP協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議：（1）地址解析協(xié)議ARP（AddressResolutionProtocol）（2）逆地址解析協(xié)議RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）（3）網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）（4）網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP（InternetGroupManagementProtocol）4.1.1IP協(xié)議1.IP地址

IP地址為32位地址，一般以4個(gè)字節(jié)表示。每個(gè)字節(jié)的數(shù)字又用十進(jìn)制表示，即每個(gè)字節(jié)的數(shù)的范圍是0~255，且每個(gè)數(shù)字之間用點(diǎn)隔開，例如：211.85.193.155，這種標(biāo)記方法稱為“點(diǎn)—分”十進(jìn)制記號法。4.1.1IP協(xié)議IP地址的編址方法共經(jīng)過了三個(gè)歷史階段：（1）分類的IP地址；（2）子網(wǎng)的劃分；（3）構(gòu)成超網(wǎng)。。

2.IP地址的分類2.IP地址的分類網(wǎng)絡(luò)類別最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)第一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號最后一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)數(shù)A126112616777214B16384128.0191.25565534C2097152192.0.0223.225.250254特殊的IP地址。（1）回傳地址 127.X.X.X（2）廣播地址（3）網(wǎng)絡(luò)地址（4）私有IP地址：10.0.0.1~10.255.255.254 （A類）；172.13.0.1~172.32.255.254 （B類）；192.168.0.1~192.168.255.254 （C類）。

3.IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式協(xié)議名ICMPIGMPTCPEGPIGPUDPIPv6OSPF協(xié)議字段值126891741891.子網(wǎng)及子網(wǎng)掩碼（1）子網(wǎng)子網(wǎng)是指在一個(gè)IP地址上生成的邏輯網(wǎng)絡(luò)。IP地址結(jié)構(gòu)變成如下三層結(jié)構(gòu)：

網(wǎng)絡(luò)地址部分子網(wǎng)地址部分主機(jī)地址部分4.1.2劃分子網(wǎng)和超網(wǎng)（2）子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位地址，它用于屏蔽IP地址的一部分以區(qū)別網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID；用來將網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)子網(wǎng)；判斷目的主機(jī)的IP地址是在本局域網(wǎng)或是在遠(yuǎn)程網(wǎng)。

類子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制表示A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.011111111111111110000000000000000例如，某單位需要構(gòu)建4個(gè)分布于不同地點(diǎn)的局域網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都各有約20臺主機(jī)，而其僅向NIC申請了一個(gè)C類的網(wǎng)絡(luò)ID號，其號碼為202.204.60。請分配IP地址和子網(wǎng)掩碼。

2.IP路由3.超網(wǎng)在構(gòu)成超網(wǎng)時(shí)，一個(gè)機(jī)構(gòu)可將幾個(gè)C類地址塊合并成為一個(gè)更大的地址范圍。換言之，幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)合并成為一個(gè)超網(wǎng)。（1）指派地址（2）超網(wǎng)掩碼例如：某超網(wǎng)的第一個(gè)地址是：211.85.192.0，而超網(wǎng)掩碼是255.255.248.0，問這個(gè)超網(wǎng)有幾個(gè)地址塊？地址的范圍是多少？4.無分類編址無分類域間路由選擇CIDR（ClasslessInter-DomainRouting）。CIDR的主要特點(diǎn)是：（1）CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念（2）CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)IP地址組成“CIDR地址塊”。CIDR使用“斜線記法”來表示整個(gè)的IP地址塊，表示方法如下：A.B.C.D/n 例如：211.85.192.0/204.無分類編址例如：211.85.192.0/20表示的地址塊共有212個(gè)地址（因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址是32位，而斜線后面的20是表示網(wǎng)絡(luò)前綴占20位，所以主機(jī)號占比特?cái)?shù)是12位，因此地址塊的數(shù)目就是212），而該地址塊的起始地址和最大地址分別是：超始地址211.85.192.011010011.01010101.11000000.00000000最大地址211.85.207.25511010011.01010101.11001111.111111114.無分類編址但在查找路由表時(shí)可能會得到不止一個(gè)匹配結(jié)果，這時(shí)就從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由，即最長前綴匹配（Longest-prefixMatching），這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體。

4.1.3IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程在路由器的路由表中，每一條路由主要有以下兩項(xiàng)：（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址）這樣做結(jié)果是：（1）IP數(shù)據(jù)報(bào)首先要設(shè)法找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（間接交付）。（2）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。在因特網(wǎng)中某一個(gè)路由器的IP層所執(zhí)行的分組轉(zhuǎn)發(fā)算法如下：（1）從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的站的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，則直接將數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的站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，則將數(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）。4.1.3IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程（4）若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N的路由，則將數(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，則將數(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)。

4.1.3IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程4.1.4下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行擴(kuò)充和改進(jìn)：（1）IPv6把原來IPv4的32bit地址增大到了128bit（2）這種下一代的IP協(xié)議并不是完全拋棄了原來的IPv4，且允許與IPv4在若干年內(nèi)共存。（3）IPv6對IP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議單元的頭部與原來的IPv4相比進(jìn)行了相應(yīng)的簡化，僅包含7個(gè)字段（IPv4有13個(gè)）（4）IPv6另一個(gè)主要的改善方面是在它的安全方面。IPv6用“冒號十六進(jìn)制”記法，它把每個(gè)16比特的量用十六進(jìn)制值表示，各量之間用冒號分隔。例如，如果前面所給的點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)記法的值改為冒號十六進(jìn)制記法，就變成了FFFE:000C:0000:0000:0C00:0000:0000:000C4.1.4下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6還允許對這種冒號十六進(jìn)制的地址記法進(jìn)行壓縮：（1）一組中的前導(dǎo)零可以忽略不寫。例如上面這個(gè)IPv6地址中的第二組000C可以直接寫成C，則該地址可壓縮為：

FFFE:C:0:0:C00:0:0:C。（2）冒號十六進(jìn)制記法還可以允許零壓縮。上面這個(gè)IPv6地址可壓縮為

FFFE:C::C00:0:0:C。4.1.4下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6在IPv4向IPv6的轉(zhuǎn)換階段特別有用。例如，下面的串是一個(gè)合法的冒號十六進(jìn)制記法：

0:0:0:0:0:0:192.168.101.5使用零壓縮即可得出：

::192.168.101.54.1.4下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6

路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口的專用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組

.1.路由器的功能

（1）網(wǎng)絡(luò)互連。 （2）數(shù)據(jù)處理。 （3）網(wǎng)絡(luò)管理。

4.2路由器2.路由器的路由過程

路由是將數(shù)據(jù)包從一個(gè)地方轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地方的一個(gè)中繼過程。

2.路由器的路由過程

路由是將數(shù)據(jù)包從一個(gè)地方轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地方的一個(gè)中繼過程。

網(wǎng)段路徑網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包頭內(nèi)地址信息數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀內(nèi)的地址信息源IP地址目的IP地址源MAC地址目的MAC地址從PC1到

Router1PC1PC2PC1Router1的E0口從Router1到

Router2PC1PC2Router1的S0口Router2的S0口從Router2到

Router3PC1PC2Router2的S1口Router3的S1口從Router3到

PC2PC1PC2Router1的E0口PC2

度量是路由算法用以確定到達(dá)目的地的最佳路徑的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

,常用的度量如下：

1.路徑長度

2.可靠性

3.延遲

4.帶寬5.負(fù)載 6.通信代價(jià)3.路由的度量

路由器的主要工作就是為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)包尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地傳送到目的站點(diǎn)。

（1）靜態(tài)路由表（2）動態(tài)路由表4.2.2路由表路由表由多個(gè)路由記錄組成，每個(gè)記錄指明了以下內(nèi)容：

（1）邏輯目的地

（2）網(wǎng)絡(luò)掩碼（3）網(wǎng)關(guān) （4）接口（5）躍點(diǎn)數(shù) （6）協(xié)議4.2.2路由表下面來看一個(gè)路由表的實(shí)例，如表所示。

目的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口躍點(diǎn)數(shù)211.85.192.0255.255.255.0211.85192.254Ueth00211.85.203.0255.255.255.0211.85.203.254Ueth1063.0.0.0255.0.0.0211.85.203.254UGeth1872.65.28.88255.255.255.255211.85.203.254UGHeth110127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo00default0.0.0.0211.85.203.254UGeth114.2.2路由表在Internet中一個(gè)路由器的IP層所執(zhí)行的路由算法：（1）從收到的數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的IP地址。（2）先判斷是否為直接交付。對路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)逐個(gè)進(jìn)行檢查。判斷方法：目的IP地址與子網(wǎng)掩碼相與。（3）路由表中有沒有特定的目的地址IP地址，有轉(zhuǎn)發(fā)。4.2.2路由表（4）對路由表中的每一行，將其中的子網(wǎng)掩碼和收到數(shù)據(jù)包中的目的IP地址逐比特相與，其結(jié)果為N。若N與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給該行指明的下一跳路由器。（5）若路由表中有默認(rèn)路由，轉(zhuǎn)發(fā)。（6）以下情況都不符合時(shí)，報(bào)錯(cuò)。

4.2.2路由表4.3地址映射

地址解析協(xié)議就是用來確定32位IP地址到48位MAC地址的映射協(xié)議。

1.什么是ARP協(xié)議ARP協(xié)議是“AddressResolutionProtocol”（地址解析協(xié)議）的縮寫。

2.ARP協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)格式4.3.1ARP協(xié)議3.ARP數(shù)據(jù)報(bào)的封裝4.3.1ARP協(xié)議①A在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送一個(gè)ARP請求分組。②在本局域網(wǎng)上的所有主機(jī)上運(yùn)行的ARP進(jìn)程都收到此ARP請求分組。③B收到ARP請求分組發(fā)現(xiàn)此分組的目的IP地址與自己的IP地址相同，B就發(fā)送一個(gè)ARP響應(yīng)分組，在此響應(yīng)分組中寫入主機(jī)B的IP和物理地址。④A收到B的ARP響應(yīng)分組后，在其ARP高速緩存中寫入主機(jī)B的IP地址到硬件地址的映射。4.APR的工作原理5.ARP命令A(yù)RP常用命令選項(xiàng)：（1）arp-a或arp–g（2）arp-aIP（3）arp-sIP物理地址（4）arp-dIP1.NAT的分類（1）靜態(tài)NAT（STATICNAT）（2）動態(tài)NAT（DYNAMICNAT）（3）端口NAT(PORTNAT)4.3.2網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT2.NAT的工作原理

位于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的NAT路由器，在發(fā)送數(shù)據(jù)包之前，負(fù)責(zé)把包內(nèi)的內(nèi)部IP地址域用合法的IP地址來替換，可以將多個(gè)內(nèi)部地址映射為少數(shù)幾個(gè)甚至一個(gè)外部地址。

3.NAT的工作過程1.路由選擇算法的特點(diǎn)

(1)路由算法必須具有正確性和完整性。(2)簡單性。(3)適應(yīng)性(4)穩(wěn)定性(5)公平性(6)最佳性4.4路由選擇算法

（1）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（InteriorGatewayProtocol）（2）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（ExternalGatewayProtocol）根據(jù)IP地址是否具有類別屬性，又把路由選擇協(xié)議分為

:（1）有類別路由選擇（classfulrouting）（2）無類別路由選擇（classlessrouting）2.路由選擇算法的分類

3.常用路由選擇協(xié)議（1）距離矢量的協(xié)議（2）鏈路狀態(tài)協(xié)議（3）邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議4.4.2靜態(tài)路由概述路由動作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋址和轉(zhuǎn)發(fā)。

靜態(tài)路由是在路由器中設(shè)置固定的路由表。除非網(wǎng)絡(luò)管理員干預(yù)，否則靜態(tài)路由不會發(fā)生變化。

靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是簡單、高效、可靠。

4.4.3RIP協(xié)議的基本概念1.RIP協(xié)議的工作原理

RIP的原理是到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的“距離”最短。其中“距離”定義為到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所經(jīng)過路由器的個(gè)數(shù)，也稱為跳數(shù)（hopcount）。 從一個(gè)路由器到直接相連的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1，然后，每經(jīng)過一個(gè)路由器跳數(shù)加1，并允許一條路徑最多只能包含15個(gè)路由器，即最大跳數(shù)為15，如果“距離”為16，則表示目的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)，且RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目最少。

2.RIP協(xié)議中的距離向量算法

收到相鄰路由器（其IP地址為X）的一個(gè)RIP報(bào)文：（1）先修改此RIP報(bào)文中的所有項(xiàng)目：將“下一跳”中的地址都改為X，并將所有的“距離”字段的值加1。（2）對修改后的RIP項(xiàng)目進(jìn)行以下操作：若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則添加該項(xiàng)目。否則若下一跳給出的路由器地址是相同的，則將收到的項(xiàng)目替換原路由表中的項(xiàng)目。否則若收到的項(xiàng)目中的距離小于路由表的距離，則進(jìn)行更新。

否則，什么也不做。2.RIP協(xié)議中的距離向量算法

（3）若3分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器記為不可達(dá)的路由器，即將距離置為16。（4）返回。

假定在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的路由器B的路由表有如下的項(xiàng)目：目的網(wǎng)絡(luò)

距離

下一跳路由器

N1 7 A N2 2 C N6 8 F N8 4 E N9 4 F現(xiàn)在路由器B收到從路由器C發(fā)來的以下路由信息：

目的網(wǎng)絡(luò)

距離

N2 4 N3 8 N6 4 N8 3 N9 5

4.5網(wǎng)絡(luò)測試的常用命令4.5.1Ping命令4.5.2IPConfig命令4.5.3Tracert命令4.5.4netstat命令4.5.5Route命令Ping命令是最常用的網(wǎng)絡(luò)測試命令。Ping命令在Windows中的使用語法如下：ping[-t][-a][-ncount][-lsize][-f][-iTTL][-vTOS][-r