工程師學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)章

第7章網(wǎng)絡(luò)互連路由器在網(wǎng)際互連中的作用因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議IP劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議IP多播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6（IPng）重點(diǎn)內(nèi)容：掌握路由器的作用及工作原理；網(wǎng)際協(xié)議IP；劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)；路由表、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP和OSPF。難點(diǎn)：下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6。§7.1路由器在網(wǎng)際互連中的作用一、路由器的構(gòu)成直接交付：源主機(jī)A和目的主機(jī)B連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，則不需通過(guò)路由器。間接交付：若目的主機(jī)C或D與源主機(jī)A不在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，則必須由路由器轉(zhuǎn)發(fā)。

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(zhuān)用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組。 路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層。

圖7-2給出了典型的路由器的構(gòu)成框圖。路由器結(jié)構(gòu)路由選擇處理機(jī)的任務(wù)是：根據(jù)所選定的路由選擇協(xié)議構(gòu)造出路由表，同時(shí)定期地和相鄰路由器交換路由信息而不斷地更新路由表。交換構(gòu)件的作用是：根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表對(duì)分組進(jìn)行處理，將某個(gè)輸入端口進(jìn)入的分組從一個(gè)合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。路由器的輸入和輸出端口中有三個(gè)處理模塊，分別負(fù)責(zé)物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)處理。如圖7-３，圖7-4所示二、互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)要使用一些中間設(shè)備，根據(jù)它們工作的層次，分：⑴物理層：轉(zhuǎn)發(fā)器（Repeater）或集線(xiàn)器（HUB）。⑵數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋（Bridge）、交換機(jī)。⑶網(wǎng)絡(luò)層：路由器（Router）。⑷網(wǎng)絡(luò)層以上：網(wǎng)關(guān)（Gateway）。用于1,2這二層的并不稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò)互連，僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大的，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。一般討論的互連網(wǎng)是指用路由器進(jìn)行互連網(wǎng)絡(luò)。物理層：在電纜段之間復(fù)制比特信號(hào)（無(wú)地址）網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層物理層中繼器、集線(xiàn)器網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層物理層網(wǎng)橋、交換機(jī)數(shù)據(jù)鏈路層在網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀（根據(jù)物理地址）數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層物理層路由器數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層在網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文分組（根據(jù)邏輯地址）網(wǎng)絡(luò)層：更高層：

連接不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳輸層表示層會(huì)話(huà)層應(yīng)用層物理層網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層因特網(wǎng)在IP層采用了標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議。因此可以將互連以后的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。所謂虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)意思是: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，但是利用IP協(xié)議可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶(hù)看起來(lái)好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用虛擬互聯(lián)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，它們看不見(jiàn)互連的各具體網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)細(xì)節(jié)?！?.2因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議IP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（AddressResolutionProtocol）反向地址解析協(xié)議RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

（InternetGroupManagementProtocol）7.2.1分類(lèi)IP地址1、IP地址及其表示方法IP地址就是給因特網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)分配一個(gè)全球唯一的地址，長(zhǎng)32位。IP地址的編址方法經(jīng)歷了三個(gè)階段：①分類(lèi)IP地址，最基本的編址方法。②子網(wǎng)的劃分，對(duì)最基本編址方法的改進(jìn)。③構(gòu)成超網(wǎng)，較新的無(wú)分類(lèi)編址方法?！胺诸?lèi)”方法是將IP地址分成兩個(gè)字段，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id，標(biāo)識(shí)主機(jī)所連接到的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是主機(jī)號(hào)host-id，標(biāo)識(shí)該主機(jī)。

IP地址∷＝{<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>，<主機(jī)號(hào)>}圖7-7給出了各種IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段，其中，A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)地址是最常用的。路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組過(guò)程轉(zhuǎn)發(fā)表只使用IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id來(lái)查找路由。路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組步驟：①先按所要找的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id把目的網(wǎng)絡(luò)找到②當(dāng)分組到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)后，在利用主機(jī)號(hào)host-id將數(shù)據(jù)直接交付給目的主機(jī)。為什么要將IP地址分類(lèi)？各種網(wǎng)絡(luò)的差異很大，有的網(wǎng)絡(luò)擁有很多主機(jī)，而有的網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)則很少。將IP地址劃分為A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)可更好地滿(mǎn)足不同用戶(hù)的要求。當(dāng)某個(gè)單位申請(qǐng)到一個(gè)IP地址時(shí)，實(shí)際是只是獲得了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id。具體的各個(gè)主機(jī)號(hào)host-id則由該單位自行分配。A類(lèi)IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)數(shù)目不多?，F(xiàn)在能夠申請(qǐng)到的IP地址只要B類(lèi)和C類(lèi)。由于IP地址沒(méi)有得到充分利用，造成浪費(fèi)。IP地址點(diǎn)分十進(jìn)制記法IP地址是32位的二進(jìn)制代碼。為了提高可讀性，將32位的IP地址每8位轉(zhuǎn)換成等效的十進(jìn)制數(shù)，并且中間加上一個(gè)點(diǎn)。這就是點(diǎn)分十進(jìn)制記法。特殊IP地址一．第一個(gè)字節(jié)不能為０和1271、網(wǎng)絡(luò)號(hào)為全0為保留地址，表示“本網(wǎng)絡(luò)”，例0.1.1.35表示在本網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)352、第一個(gè)字節(jié)127（即01111111）為測(cè)試地址，表示本主機(jī)。如：127.0.0.1二.主機(jī)號(hào)不能為全0和全13、主機(jī)號(hào)全0表示主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址例：主機(jī)212.111.44.136所在網(wǎng)絡(luò)的地址為212.111.44.04、主機(jī)號(hào)全1表示廣播地址，用于向某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)廣播例：主機(jī)212.111.44.136所在網(wǎng)絡(luò)的廣播地址為212.111.44.255IP地址的使用范圍網(wǎng)絡(luò)類(lèi)別網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機(jī)數(shù)/網(wǎng)絡(luò)號(hào)的取值范圍網(wǎng)絡(luò)規(guī)模A類(lèi)224－21-126大型B類(lèi)214216－2128.0–191.255中型C類(lèi)22128－2192.0.0–223.255.255小型27－2IP地址的特性在同一個(gè)局域網(wǎng)上，主機(jī)或路由器的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須相同。用網(wǎng)橋互連的網(wǎng)段仍然是一個(gè)局域網(wǎng)，只能有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)。路由器有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。見(jiàn)圖7－9IP地址與硬件地址（1）IP地址放在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部（在網(wǎng)絡(luò)層以上使用）。（2）硬件地址放在MAC幀的首部（在鏈路層以下使用）。IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的MAC幀首部的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H2IP1IP2HA6HA2地址解析協(xié)議ARP和

反向地址解析協(xié)議RARP1.為什么需要地址解析協(xié)議ARP在因特網(wǎng)中，IP地址是所有數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)倪壿嫷刂?。?shù)據(jù)鏈路層必須使用物理（MAC）地址進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如果發(fā)送方僅知道接收方的IP地址，而不知道其MAC地址，該怎么辦？地址解析協(xié)議工作過(guò)程AC我需要10.1.0.5的MAC地址IP=10.1.0.5MAC=???

我就是。這是我的MAC地址IP=10.1.0.5MAC=0800.0020.2C0AB10.1.0.110.1.0.510.1.0.2ARP用于IP地址映射到MAC地址。方法：1）檢查ARP高速緩存表；2）若地址不在表中，就向網(wǎng)上廣播ARP請(qǐng)求。需要指出的是：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(wèn)題。若兩臺(tái)主機(jī)不在同一網(wǎng)絡(luò)中，則只能逐段解析。2.反向地址解析協(xié)議RARP一臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址保存在其輔存中，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)找到這個(gè)地址。那么對(duì)于無(wú)盤(pán)工作站如何確定自己的IP地址呢？無(wú)盤(pán)工作站在啟動(dòng)時(shí)，只知道自己的MAC地址，而不知道自己的IP地址。采用RARP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)MAC地址到IP地址的轉(zhuǎn)換。在一臺(tái)無(wú)盤(pán)工作站啟動(dòng)時(shí)，以廣播方式發(fā)出RARP請(qǐng)求。服務(wù)器會(huì)根據(jù)MAC地址為該工作站分配一個(gè)IP地址，通過(guò)RARP響應(yīng)包發(fā)送回去。IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式版本號(hào)首部長(zhǎng)服務(wù)類(lèi)型總長(zhǎng)度標(biāo)志片偏移048161931標(biāo)識(shí)生存時(shí)間TTL協(xié)議首部校驗(yàn)和源IP地址目的IP地址長(zhǎng)度可變的可選字段數(shù)據(jù)區(qū)填充IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的各字段版本號(hào)，目前版本號(hào)為4。首部長(zhǎng)度，IP報(bào)頭分為固定部分和選項(xiàng)部分，固定部分長(zhǎng)20個(gè)字節(jié)，而選項(xiàng)部分為變長(zhǎng)。服務(wù)類(lèi)型，8bit，規(guī)定了對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)的處理方式。前3個(gè)比特表示優(yōu)先級(jí)；第4比特D，表示要求低時(shí)延；第5比特T，表示要求高吞吐量；第6比特R，表示要求高可靠性；第7比特C，表示要求低廉路由?？傞L(zhǎng)度，指首部和數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，16bit，IP數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為64K。標(biāo)識(shí)，標(biāo)志，片位移IP數(shù)據(jù)報(bào)的分段和重組不同物理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的最大長(zhǎng)度(即最大傳送單元MTU)不同。因此，當(dāng)IP數(shù)據(jù)報(bào)穿過(guò)較小幀長(zhǎng)的物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需進(jìn)行分段。到達(dá)目的主機(jī)后再重組。主機(jī)AMTU＝1500R1R2主機(jī)BMTU＝1500MTU＝620標(biāo)識(shí)，使得目的主機(jī)來(lái)確定新到的分段屬于哪一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)。標(biāo)志，包括“禁止分段”標(biāo)志DF=1和“還有分段”標(biāo)志MF=1。片位移，指出本分段的第一個(gè)字節(jié)在IP數(shù)據(jù)報(bào)中的偏移值，以8字節(jié)為單位。例：設(shè)IP數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度為4000字節(jié)，其中數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)3800字節(jié)，需穿過(guò)MTU為1420字節(jié)的物理網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)如何分片？因IP數(shù)據(jù)報(bào)的固定首部長(zhǎng)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)度不超過(guò)1400字節(jié)。DF=1禁止分段MF=1后面還有分片生存時(shí)間TTL（TimeToLive），為了防止路由表狀態(tài)出錯(cuò)而導(dǎo)致報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中無(wú)休止地傳輸，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器，TTL值減1，直到為0，丟棄該報(bào)文。協(xié)議，指示上層協(xié)議，接收端根據(jù)協(xié)議類(lèi)型確定應(yīng)該把IP報(bào)文交給那一個(gè)上層協(xié)議處理。（如：TCP6，UDP17等）首部校驗(yàn)和，用于校驗(yàn)頭部數(shù)據(jù)的完整性。IP協(xié)議沒(méi)有提供對(duì)數(shù)據(jù)部分的校驗(yàn)。源地址，源站的IP地址。目的地址，目的的IP地址。IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分，是一個(gè)選項(xiàng)字段。7.2.5IP層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程在路由表中，最主要的內(nèi)容是：

（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址）路由器的處理過(guò)程：（１）從IP數(shù)據(jù)報(bào)中提取目的IP地址，得到其目的網(wǎng)絡(luò)地址。（２）根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址查找路由表，得到下一跳(即下一個(gè)路由器)（3）當(dāng)?shù)竭_(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)，向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。當(dāng)路由器得出下一跳路由器的IP地址后，再將下一跳路由器的IP地址轉(zhuǎn)換成MAC地址?！?.3劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)7.3.1子網(wǎng)的劃分1、劃分子網(wǎng)的概念和思路

兩級(jí)IP地址不合理之處：IP地址空間的利用率有時(shí)很低。 在IP地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)IP地址變成三級(jí)IP地址。這種方法叫做劃分子網(wǎng)（subnetting）

劃分子網(wǎng)基本思路：⑴一個(gè)擁有許多物理網(wǎng)絡(luò)的單位，可將所屬的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)子網(wǎng)（subnet）。⑵劃分子網(wǎng)的方法是從主機(jī)號(hào)借用若干位作為子網(wǎng)號(hào)。

IP地址∷＝{<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>,<子網(wǎng)號(hào)>,<主機(jī)號(hào)>}⑶對(duì)本單位以外的路由器沒(méi)有影響。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)找到本單位的路由器。此路由器再按子網(wǎng)號(hào)找到目的子網(wǎng)，將IP數(shù)據(jù)報(bào)交給目的主機(jī)。圖7-17表示一個(gè)單位擁有一個(gè)B類(lèi)IP地址，網(wǎng)絡(luò)地址是145.13.0.0(net-id是145.13)?，F(xiàn)將圖7-17的網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)子網(wǎng)，如圖7-18所示。2.子網(wǎng)掩碼如何表示子網(wǎng)號(hào)的長(zhǎng)度呢？使用子網(wǎng)掩碼（mask）。子網(wǎng)掩碼的長(zhǎng)度和IP地址的長(zhǎng)度相同，也是32位，前面是連續(xù)若干個(gè)1，后面是連續(xù)若干個(gè)0。連續(xù)1的個(gè)數(shù)就代表了網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)的長(zhǎng)度，連續(xù)0的個(gè)數(shù)則代表主機(jī)號(hào)的長(zhǎng)度。舉例。掩碼：11111100000000IP地址：00000100000001

網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào) 主機(jī)號(hào)（128.168.1）（1）網(wǎng)絡(luò)地址就是：將IP地址中主機(jī)號(hào)置為全0時(shí)的地址。上例中網(wǎng)絡(luò)地址是128.168.1.0例1，IP地址為：192.168.0.1子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0,是否劃分了子網(wǎng)，如果劃分了，網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)各為多少？網(wǎng)絡(luò)地址為多少？例２，IP地址為：128.168.129.1子網(wǎng)掩碼為：255.255.255.0,是否劃分了子網(wǎng)，如果劃分了，網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)各為多少？網(wǎng)絡(luò)地址為多少？如子網(wǎng)掩碼為：255.255.192.0呢？默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼A類(lèi)B類(lèi)11…10000…011………100………08bit24bit16bit16bitC類(lèi)255.0.0.0255.255.0.0255.255.255.0默認(rèn)子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼中“1”的長(zhǎng)度就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)的長(zhǎng)度：11………100…024bit8bit注意：子網(wǎng)號(hào)不能為全0或全1。例：某單位申請(qǐng)到一個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址192.5.1.0,該單位現(xiàn)有8個(gè)分布在不同地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，若采用子網(wǎng)，則子網(wǎng)號(hào)應(yīng)占多少位？每個(gè)子網(wǎng)可容納多少臺(tái)主機(jī)，每個(gè)子網(wǎng)IＰ地址的表示范圍是多少？子網(wǎng)掩碼如何設(shè)置？7.3.2使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā)寫(xiě)出R1和R2的路由表并分析分組如何轉(zhuǎn)發(fā)到128.30.36.12目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳地址128.30.33.0255.255.255.128接口0128.30.33.128255.255.255.128接口1128.30.36.0255.255.255.0R2(128.30.33.129)R1的路由表路由器收到分組后將目的IP地址與子網(wǎng)掩碼相與，取出IP中的目的網(wǎng)絡(luò)地址，將其與路由表的目的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行比較，決定如何轉(zhuǎn)發(fā)。例：設(shè)某路由器建立了如下表所示的路由表:目的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼下一站128.96.39.0255.255.255.128接口0128.96.39.128255.255.255.128接口1128.96.40.0255.255.255.128R2192.4.153.0255.255.255.192R3*(默認(rèn))

R4

此路由器可以直接從接口0和接口1轉(zhuǎn)發(fā)分組，也可通過(guò)相鄰的路由器R2、R3和R4進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)?，F(xiàn)共收到5個(gè)分組，其目的站IP地址分別為：（１）128.96.39.10（２）128.96.40.12（３）128.96.40.151（４）192.4.153.17

（５）192.4.153.90試分別計(jì)算其下一站。7.3.3無(wú)分類(lèi)編址CIDR（構(gòu)造超網(wǎng)）1、網(wǎng)絡(luò)前綴因特網(wǎng)面臨的問(wèn)題：1）B類(lèi)IP地址已快分配完2）路由表數(shù)目急劇增長(zhǎng)方法是采用CIDR，特點(diǎn)：1）CIDR消除了IP地址分類(lèi)及劃分子網(wǎng)的概念，用網(wǎng)絡(luò)前綴來(lái)取代網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。IP地址：＝{<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機(jī)號(hào)>}

采用“/”記法，如128.14.46.34/20，表示前綴長(zhǎng)20位，后面12位為主機(jī)號(hào)。2）CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR”地址塊。如128.14.32.0/20表示的最小地址和最大地址為：最小地址128.14.32.01000000000001110001000000..0最大地址128.14.47.2551000000000001110001011111..1在不使用CIDR時(shí)，ISP向客戶(hù)分配IP地址時(shí)，只能以/8,/16,/24來(lái)分配。現(xiàn)在沒(méi)有這種限制。例某ISP已擁有地址塊206.0.64.0/18(相當(dāng)于64個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò))。現(xiàn)在某大學(xué)需要800個(gè)IP地址。在不使用CIDR時(shí)，ISP可分配一個(gè)B類(lèi)地址（浪費(fèi)很多），或4個(gè)C類(lèi)地址（路由表中有4個(gè)項(xiàng)目）。采用CIDR后ISP分配206.0.68.0/22，相當(dāng)于4個(gè)C類(lèi)地址塊。好處？IP地址的范圍是多少？各系為保證各自網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，希望采用不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，設(shè)一系有500臺(tái)計(jì)算機(jī)，二系有250臺(tái)，三系有120臺(tái)，四系有120臺(tái)，各系網(wǎng)絡(luò)前綴應(yīng)如何分配？IP地址的范圍是多少？地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)ISP206.0.64.0/1811001110.0~0.01*16384大學(xué)206.0.68.0/2211001110.0~0.010001*1024一系206.0.68.0/2311001110.0~0.0100010*512二系206.0.70.0/2411001110.0~0.01000110.*256三系206.0.71.0/2511001110.0~0.01000111.0*128四系206.0.71.128/2511001110.0~0.01000111.1*128例題一個(gè)自治系統(tǒng)有5個(gè)局域網(wǎng)，其連接圖如圖所示，LAN1至LAN5上的主機(jī)數(shù)分別為：30，91，150，3，15，該自治系統(tǒng)分配到的IP地址塊為30.138.118/23，試給出每一個(gè)局域網(wǎng)的地址塊（包括前綴）RRRLAN1LAN2LAN3LAN4LAN5§7.4因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP一、ICMP報(bào)文分類(lèi)ICMP（InternetControlMessageProtocol）是一種差錯(cuò)和控制報(bào)文協(xié)議，用于主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況。ICMP報(bào)文封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中進(jìn)行傳輸。類(lèi)型代碼檢驗(yàn)和（這4個(gè)字節(jié)取決于ICMP報(bào)文的類(lèi)型）ICMP數(shù)據(jù)部分ICMP報(bào)文IP數(shù)據(jù)部分IP首部如何識(shí)別一個(gè)IP包傳送的是ICMP報(bào)文？IP報(bào)文首部中的協(xié)議為1時(shí)表示報(bào)文的數(shù)據(jù)部分是ICMP報(bào)文。雖然ICMP報(bào)文由IP報(bào)文傳輸，但是并不能認(rèn)為ICMP是IP的上層協(xié)議，而是IP協(xié)議的補(bǔ)充。ICMP報(bào)文類(lèi)型見(jiàn)下表：ICMP報(bào)文種類(lèi)類(lèi)型值ICMP報(bào)文的含義差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文3目的站不可達(dá)4源站抑制11時(shí)間超過(guò)12參數(shù)問(wèn)題5改變路由詢(xún)問(wèn)報(bào)文8或0回送請(qǐng)求或回答13或14時(shí)間戳請(qǐng)求或回答17或18地址掩碼請(qǐng)求或回答10或9路由器詢(xún)問(wèn)或通告1、目的站不可達(dá)2、源站抑制：路由器擁塞，請(qǐng)求源站放慢發(fā)送。3.超時(shí)報(bào)告 如果路由表出現(xiàn)錯(cuò)誤，可能會(huì)出現(xiàn)循環(huán)路由，報(bào)文會(huì)無(wú)休止地傳輸。 為了避免這種情況，IP協(xié)議在報(bào)文首部中加入了TTL字段，當(dāng)TTL字段為0時(shí)產(chǎn)生一個(gè)超時(shí)報(bào)告，發(fā)送給源端。4.參數(shù)出錯(cuò)報(bào)告當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)首部中有錯(cuò)誤的情況。三、ICMP詢(xún)問(wèn)報(bào)文ICMP詢(xún)問(wèn)報(bào)文有4種：1.請(qǐng)求/應(yīng)答報(bào)文該類(lèi)報(bào)文用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性。命令：ping目的站的IP地址。

ICMP工具程序PING PING工具程序可用來(lái)發(fā)出ICMP回送請(qǐng)求包，以初步排查網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)異常。ABEchoRequestEchoReply利用PING來(lái)診斷網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

1.Ping127.0.0.1——用于測(cè)試TCP/IP協(xié)議是否運(yùn)行正常

2.Ping網(wǎng)關(guān)——測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連接是否正常

3.Ping，如果有響應(yīng)，代表DNS設(shè)置無(wú)誤。2.時(shí)間戳請(qǐng)求與應(yīng)答報(bào)文使兩臺(tái)機(jī)器上的時(shí)鐘同步。3.掩碼地址請(qǐng)求和回答報(bào)文無(wú)盤(pán)工作站從服務(wù)器獲得地址掩碼。4.路由器詢(xún)問(wèn)和通告報(bào)文主機(jī)了解本網(wǎng)絡(luò)上的路由器是否正常工作。7.5因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議7.5.1有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1、理想的路由選擇算法（1）算法必須是正確的和完整的（2）算法在計(jì)算上應(yīng)簡(jiǎn)單（3）算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?）算法應(yīng)具有穩(wěn)定性（5）算法應(yīng)是公平的（6）算法是最佳的：費(fèi)用最低路由選擇靜態(tài)路由選擇動(dòng)態(tài)路由選擇內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（RIP、OSPF）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP）靜態(tài)路由選擇缺點(diǎn)：需手工配置和修改路由表，不靈活；優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU時(shí)間，適全小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)路由選擇則相反。因特網(wǎng)采用動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議。2、分層次的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)的規(guī)模很大，如不分層的話(huà)，路由表將非常大，影響路由選擇的速度。因特網(wǎng)被劃分為許多小的自治系統(tǒng)AS。每個(gè)自治系統(tǒng)有權(quán)決定采用何種路由選擇協(xié)議。一個(gè)自治系統(tǒng)屬于一個(gè)行政單位來(lái)管轄。AS內(nèi)采用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，AS間采用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，見(jiàn)圖7－247.5.2RIP路由信息協(xié)議RIP，是基于距離向量的路由選擇協(xié)議。距離即“跳數(shù)”，指經(jīng)過(guò)的路由器的個(gè)數(shù)，RIP中最大跳數(shù)只能為15,16即為不可達(dá)。因此只適合于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP的特點(diǎn)：1）僅和相鄰路由器交換信息2）交換的信息是當(dāng)前路由器的路由表。3）按固定的時(shí)間間隔交換路由信息，例30s.RIP交換路由表的關(guān)鍵是找到到目的網(wǎng)絡(luò)的最小跳數(shù)。距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為X）的RIP報(bào)文（目的網(wǎng)絡(luò)，距離，下一跳）：1）先修改此RIP報(bào)文中的所有記錄：將“下一跳”都設(shè)為X，并將所有的距離＋1。2）重復(fù)以下步驟：若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則添加。否則，若下一跳路由器地址相同，則更新。否則，若收到的項(xiàng)目中的距離＜路由表中的距離，則更新否則什么也不做。3）若3分鐘內(nèi)沒(méi)有收到相鄰路由器的更新路由表，則認(rèn)為不可達(dá)。4）返回RIP的缺點(diǎn)：1）最大跳數(shù)15跳，限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模2）路由器之間交換完整路由表，開(kāi)銷(xiāo)大3）好消息傳得快，壞消息傳得慢。7.5.3

OSPFOSPF（OpenShortestPathFirst）即開(kāi)放最短路徑優(yōu)先，又稱(chēng)鏈路狀態(tài)協(xié)議。1、OSPF協(xié)議的基本特點(diǎn)：1）向本自治系統(tǒng)內(nèi)的所有路由器發(fā)送信息。即洪泛法。(動(dòng)畫(huà))2）發(fā)送的信息是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，即費(fèi)用、距離、時(shí)延、帶寬等。3）只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，才發(fā)送此信息。OSPF路由表的形成：鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)路由表鏈路狀態(tài)

根據(jù)分析可見(jiàn)，OSPF能看到一個(gè)全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，并且知道每一條鏈路的費(fèi)用，由此構(gòu)造出路由表。更新和收斂很快。全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2、OSPF的五種分組類(lèi)型1）問(wèn)候分組（Hello）:用于發(fā)現(xiàn)和維持鄰站的可達(dá)性。2）數(shù)據(jù)庫(kù)描述分組：向鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。用于路由器啟動(dòng)時(shí)。3）鏈路狀態(tài)請(qǐng)求分組：向?qū)Ψ秸?qǐng)求某些鏈路的狀態(tài)信息。4）鏈路狀態(tài)更新分組：用洪泛法向全網(wǎng)發(fā)送更新的鏈路狀態(tài)。5）鏈中狀態(tài)確認(rèn)分組：對(duì)鏈路更新分組的確認(rèn)。7.5.4外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。使用BGP協(xié)議的原因：1）因特網(wǎng)的規(guī)模太大，使得域間路由選擇非常困難。2）由于各自治系統(tǒng)采用不同的路由選擇協(xié)議，路徑費(fèi)用的算法也各不相同。因此，尋找最佳路由是不現(xiàn)實(shí)的。3）域間路徑選擇必須考慮有關(guān)策略。例，經(jīng)過(guò)自治系統(tǒng)C是最好路徑，但C不允許經(jīng)過(guò)。再如，自治系統(tǒng)A為了安全不希望自己的信息經(jīng)過(guò)某一自治系統(tǒng)。因此，BGP只能是力求尋找一條能夠到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)且比較好的路由，而并非要尋找一條最佳路由。每個(gè)BGP發(fā)言人除了運(yùn)行BGP外，還運(yùn)行該AS內(nèi)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。ASASASASASAS§7.6IP多播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議一、IP多播的引入多播是指向一個(gè)主機(jī)組發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)。由于有許多的應(yīng)用需要一對(duì)多的通信。例如，交互式會(huì)議，遠(yuǎn)程教學(xué)等。多播的數(shù)據(jù)報(bào)僅在傳送到路徑分岔時(shí)才將數(shù)據(jù)報(bào)復(fù)制后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)。若不是多播，源站一開(kāi)始就要發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。見(jiàn)圖7－39因此IP多播的引入節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。路由器要運(yùn)行多播協(xié)議。

IP使用D類(lèi)地址支持多播。地址前綴為1110，每個(gè)D類(lèi)地址標(biāo)識(shí)一組主機(jī)，可以標(biāo)識(shí)228個(gè)主機(jī)組。多播的成員是動(dòng)態(tài)的。四、IGMP協(xié)議IGMP（InternetGroupManagementProtocol）是在多播環(huán)境下使用的協(xié)議。它位于網(wǎng)際層。IGMP就是用來(lái)幫助多播路由器識(shí)別加入到一個(gè)多播組的成員主機(jī)。IGMP工作兩個(gè)階段：①當(dāng)某個(gè)主機(jī)加入新的多播組時(shí)，該主機(jī)應(yīng)向多播組發(fā)送一個(gè)IGMP報(bào)文，聲明自己要成為該組成員。本地的多播路由器收到IGMP報(bào)文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)到因特網(wǎng)上的其它多播路由器。②因?yàn)榻M成員關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，因此，多播路由器要周期性地向探詢(xún)，以發(fā)現(xiàn)某主機(jī)是否繼續(xù)是組的成員。主機(jī)收到詢(xún)問(wèn)后，作出響應(yīng)，報(bào)告它所屬的主機(jī)組。

隧道技術(shù)（tunneling）當(dāng)多播數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，若遇到有不運(yùn)行多播軟件的路由器或網(wǎng)絡(luò)，那么就采用隧道技術(shù)。隧道技術(shù):路由器首先對(duì)多播數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行封裝，使之成為向單一目的站發(fā)送的單播（unicast）數(shù)據(jù)報(bào)，然后通過(guò)“隧道”（tunnel）發(fā)送到對(duì)方路由器，對(duì)方路由器恢復(fù)數(shù)據(jù)報(bào)為原來(lái)的多播數(shù)據(jù)報(bào)，繼續(xù)向多個(gè)目的站轉(zhuǎn)發(fā)?！?.7下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv6是“互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版”的縮寫(xiě)。IPv6是由IETF設(shè)計(jì)的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，目的是取代現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版（IPv4)。

現(xiàn)在大多數(shù)使用的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4已有20年的歷史。IPv4在過(guò)去的應(yīng)用具有輝煌的業(yè)績(jī)，但是現(xiàn)在看來(lái)已經(jīng)露出很多弊端。最為重要的是地址短缺的問(wèn)題。IPv6特性IPv6協(xié)議的特性：更大的地址空間

簡(jiǎn)化了首部格式：將首部長(zhǎng)度固定為40個(gè)字節(jié)，稱(chēng)為基本首部，首部字段數(shù)減少為8個(gè)。靈活的協(xié)議：將IPV4的選項(xiàng)中的功能和分片功能放在可選的擴(kuò)展首部中，而路由器不處理擴(kuò)展首部，因而提高了效率。允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的預(yù)分配：以支持實(shí)時(shí)視頻允許協(xié)議繼續(xù)演變和增加新的功能：以適應(yīng)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展。IPv6數(shù)據(jù)報(bào)在基本首部的后面允許有零個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展首部(extensionheader)，再后面是數(shù)據(jù)，如圖7-32所示。IPV6數(shù)據(jù)報(bào)的格式如下：1)版本：62）通信量類(lèi)：優(yōu)先級(jí)3）流標(biāo)號(hào)：對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)，路由器上預(yù)分配的資源標(biāo)識(shí)。4）有效載荷長(zhǎng)度：除基本首部外的字節(jié)數(shù)。5）下一個(gè)首部：當(dāng)沒(méi)有擴(kuò)展首部時(shí)，指定上層協(xié)議，TCP為6