网络技术(第7章)

A类、B类、C类IP地址默认的子网掩码
地址类型
点分十进制表 示 255.0.0.0 11111111
子网掩码的二进制位
A
00000000
00000000
00000000
B
255.255.0.0
11111111
11111111
00000000
00000000
C
255.255.255.0
11111111
举例
答：（1）用划分子网的方法，划分四个子网； （2）借3位，子网掩码为255.255.255.224； （3）每个子网的网络地址为： 220.168.1.0 、220.168.1.32、220.168.1.64、 220.168.1.96、 220.168.1.128、 220.168.1.160、 220.168.1.192 220.168.1.224 ； （4）每个子网主机IP的范围为： 220.168.1.33~220.168.1.62 220.168.1.65~220.168.1.94 220.168.1.99~220.168.1.126 220.168.1.129~192.168.1.158
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分

私有地址：私有IP地址是一段保留的IP地址。只 是使用在局域网中，在Internet上是不使用的。

私有地址也能和公有地址在企业内混合使用。 私有地址网络上的主机需要访问 Internet服务， 私有地址网络需要通过网络地址转换 NAT路由 器连接到Internet。
net-id
net-id
127
任意
本地软件回送测试，Internet上不能出现这种地址
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分
2、划分子网
子网划分技术可以将一个大型网络分为由若干个 相互连接的子网构成，这些物理网络统称为子网。 划分子网的好处？有利于IP地址的充分使用，也 便于整个网络的管理和提高网络性能，增强网络的安 全性。 划分子网思想：将主机号中的前若干位划分出来 作为子网号，在本网络内使用路由器将各子网互连。 子网号使用多少位，根据需要决定。划分的子网和子 网中的主机，不使用全0和全1的子网号和主机号，称 为变长子网划分，相当于使用了三级地址。
7.2.4 IP数据报转发
路由表中目的地址只使用网络前缀（网络号） 的信息，这使路由表大大减小。 路由表中还包括一些其它信息，如转发数据报 的端口，到达目的网络的跳数。 3、默认路由与指定主机路由 IP在路由表中查找目的网络，若没有，则把数 据报发到默认路由。 路由表中一般使用目的主机所在的网络，但也 允许特定主机路由。
路由器的结构
NIC：网络接口即端口。
转发引掣：根据IP数据报首部的信息，查路由表，决策 转发路径。
交换结构：实现分组从输入端口到输出端口的转发。
路由选择：路由器间交换信息，动态更新优化路由表。
7.1.3 网际层的服务和协议

网际层负责将分组从源主机传送到目的主机，提供无 连接的、不可靠的但尽力而为的分组传送服务。 网际层实现这种服务的分组传送机制为网际协议，通 常称为IP协议，它主要提供3个方面的内容：

有3块私有的IP地址空间(1个A类地址段，16个B 类地址段，256个C类地址段)
类别 A
地址块 1
地址范围 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
B C
16 256
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
7.2.2 IP数据报格式

统一的IP数据报转发流程： for 每一个路由表的表项 do 把目的站IP地址D与该项子网掩码进 行“与”得到目的网络地址N 将N和该表项中的目的网络地址进行 匹配测试 if 匹配成功 then 把数据报发送到该表项下一跳 地 址指定的结点 else 循环进入下一个路由表表项 if 在路由表中找不到匹配成功的表项 then 宣布数据报转发出错

4、基本的IP数据报转发流程
从数据报中提取目的站 IP 地址 D ，并计算其网络前缀 N ， 查找路由表。 if N与任何直接相连的网络的地址匹配 then 通过该网络把数据报交付到目的地 D （其中涉及 到把D转换成一个物理地址、封装数据报并发送该帧） else if 路由表中包含一个到D的指定主机路由 then 把数据报发送到表中指定的下一跳 else if 路由表中包含到网络N的一个路由 then 把数据报发送到表中指定的下一跳 else if 路由表中包含一个默认路由 then 把数据报发送到表中指定的默 认路由器 Else 宣布数据报转发出错


7.2.4 IP数据报转发

子网IP数据报转发
1 2
3
4
R0 路由表 目的网络 128.5.0.0 ··· 下一跳 R1端口1 ···
目的网络 128.5.1.0 128.5.3.0 ···
R1 路由表 子网掩码 下一跳 255.255.255.0 直接（端口2） 255.255.255.0 ··· R2端口1 ···
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分


IP地址分为五类：A，B，C，D，E 。 二级的IP地址有如下特点： net-id 可用于将数据报路由到目的网络； host-id可用于将数据报交付到本网络上的主 机； 简化了路由表。 采用点分十进制记法。
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分 IP地址格式


IP定义了网际层的PDU，规定了它的格式；

IP 软件实现数据报转发功能，选择发送的路由并 转发；
IP 还包括了一组体现了不可靠、尽力分组传送的 规则。

7.2 网际协议
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分
1、分类IPv4地址 32比特（4字节）长度的二级地址，包括 3个 字段： 类别字段； 网络号字段net-id； 主机号字段host-id。
7.2.4 IP数据报转发
5、子网IP数据报转发流程

基本路由表中要增加子网掩码：
目的网络IP地址，子网掩码，下一跳IP地址 子网 IP数据报转发的处理是：将 IP数据报的目的 IP地址和子网掩码进行布尔“与”运算，将得到 的地址和表项中的目的网络地址进行匹配测试， 若匹配成功，则由该表项得到下一跳 IP地址。若 不成功，则进入下一个表项进行测试。 只用于目的网络地址在本网络内的情况。对于外 部网络，虽然划分了子网，但视为一个整体。
7.3 地址解析协议
7.3.1

IP地址与物理地址
IP层及以上使用IP地址寻址，数据链路层使用物 理地址(MAC地址，硬件地址)寻址。
IP地址和物理地址的使用
7.3.2 ARP地址解析机制
地址解析协 议ARP用动态绑 定方式进行IP地 址到物理地址的 转换。 ARP缓存：存 放最近获得的IP 地址和物理地址 的映射。
B
16382
128.1~191.254
65534
0.1~255.254
C
2097150
192.0.1~ 223.255.254
254
1~254
判断以下IP地址的类型：

特殊形式的IP地址
IP地 址 网络号 主机号 全为0
用
途
全为0 表示本主机，只作源地址，启动时用，之后获得了IP 地址不再使用
全为0 host-id 本地网络上主机号为host-id的主机，只作源地址 全为1 全为1 本地网络上有限广播，各路由器都不转发，只作目的 地址 全为1 向net-id标识的网络定向广播，只作目的地址 全为0 标识一个网络

7.2.3 IP数据报分片与重组（略）
2、IP数据报分片 数据报分片示例
20B
20B
？
7.2.3 IP数据报分片与重组（略）
因此，分片必须满足2个条件： 1）各片尽可能大，但片长≤MTU； 2）片大小（B）必须为8的倍数。 3、片重组 在目的站进行重组。缺点：可能浪费带宽；一个 分片丢失，全部不能重组。 4、分片与重组控制 分片和重组控制有关的字段有3个，即标识字段、 标志字段和片偏移字段。 重组定时器：收到第一个分片后启动，倒计时。
7.2.4 IP数据报转发
6、统一的IP数据报转发流程：子网IP数据报转发处 理可以兼容基本IP数据报转发处理。 需对子网掩码形式进一步规定： · 划分了子网的网络，子网掩码规定不变； · 不划分子网的网络，其子网掩码形式规定为IP地 址的host-id部分对应的比特为“0”，其余为 “ 1 ”； · 指定主机路由，子网掩码规定为全“1”； · 默认路由，其IP地址记为0.0.0.0，子网掩码则 规定为全“0”。
第7章 网络互联
曹
晶



7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
概述 网际协议 地址解析协议 因特网控制报文协议 无类别域间路由 路由协议 IP多播 下一代网际协议IPv6 IP主干网
7.1.1 Internet构造基础－网络互联

跨越使用不同标准的异构的网络进行通信，即实现 网络互联，是构造互联网的基础。 实现网络互联是网络层的核心功能，网络层的协议 实现了分组跨越互联网的传输。
11111111
11111111
00000000
举例：
设某公司需要创建内部的网络，该公司包括 工程技术部、市场部、财务部和办公室等四大部 门，每个部门约有20~30台计算机。 （1）若要将几个部门从网络上进行分开。如果分配 该公司使用的地址为一个C类地址，网络地址为 220.168.1.0，如何划分网络，将几个部门分开？ （2）确定各部门的网络IP地址和子网掩码，并写出 分配给每个部门网络中的主机IP地址有效范围。
7.4 因特网控制报文协议ICMP(略） 7.5 无类别域间路由CIDR（略）
7.6
ห้องสมุดไป่ตู้
路由协议
7.6.1 路由协议简介
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分

IP地址的范围
网络号范围
1~126
类别
A
最大 网络数
126
每个网络中 最大主机数
16777214
主机号范围
0.0.1~255.255.254
IP地址范围
1.0.0.1~ 126.255.255.254 128.1.0.1~ 191.254.255.254 192.0.1.1~ 223.255.254.254
64KB
7.2.3 IP数据报分片与重组（略）
1、IP数据报封装中的问题

IP数据报（最大64KB）是封装在底层网络的帧中传 送的，最大传输单元 MTU。不同网络，MTU不一样大 小。如以太网 1500B ， X.25 是 576B ，光纤分布数据 接口4500B。
IP的做法是：选择一个合适的初始数据报大小，使 其在源站所在网络上能进行最大限度的封装。 IP 协议提供一种分片机制，在路径中如果经过 MTU 较小的网络，就将数据报分片进行传输。分片 总是出现在网络的交界处，由路由器负责。分片到 达目的站后，IP协议将分片重组。
划分子网的方法是：
两级IP地址在本网络内部就变为三级IP地址， 即网络号、子网号和主机号。 通过网络号确定了一个网络，通过子网号确定 一个物理子网，而通过主机号则确定了与子网相连 的主机地址。
网络号 主 机号
网络号
子网号 图7-12 子网划分
主机号
7.2.1 分类IPv4地址及子网划分
子网掩码：是一个32位的二进制串，将对应于IP地 址中网络地址(网络号和子网号)的所有位都设置 为1，对应于主机地址(主机号)的所有地址都设 置为0。
7.2.4 IP数据报转发
1、直接交付和间接交付：前者是指直接交到目的站， 如在同一个网络，或者是最后一个路由器。 2、路由表： 最基本的IP路由表包含了如下的序偶： （目的网络IP地址，下一跳IP地址） 路由表仅仅指明了到达目的网络路径上的下一跳， 转发结点并不知道到达目的网络的全部路径。 IP的数据报转发机制是基于路由表的下一跳转发 , 整个传送过程是逐跳进行的。每个结点只负责转 发到下一跳。

7.1.1 Internet构造基础－网络互联
网络层实现分组跨越互联网的传输
7.1.2 网络互联的关键设备－路由器



路由器是网络互联的关键设备，路由器系统构成了 互联网基本的交通网络系统。 第 3 层交换机也称作交换路由器，使用专用集成电 路ASIC对分组进行更迅速的处理。 高速交换路由器：吉比特交换路由器 GSR 和太比特 交换路由器TSR。