计算机网络概论第七章 TCP IP协议

四、可变长子网掩码（VLSM）
子网掩码（Subnet Mask）技术可以实现将一个大的网络划分成若于子网， 且各子网大小相同，也就是各子网所能容纳的主机数相同。而VLSM（Variable Length Subnet Mask, 可变长子网掩码）技术可以实现将一个大的网络分成多个不 同大小的子网，也就是说各子网所能容纳的主机可以不同。VLSM技术对IP地址的高 效分配及减少路由表大小都非常重要，但必须路由协议支持VLSM技术才能发挥作用。 能够支持VLSM技术的路由协议主要有RIP2，OSPF，EIGRP和BGP。
未分配
链路本地单点传送地址 节点本地单点传送地址
1111 1110 0
1111 1110 10 1111 1110 11
1/512
1/1024 1/1024
多点传送地址
1111 1111
1/256
2、IPv6地址语法
IPv6的地址表示方法与IPv4不同，IPv4采用点号分十进制格式，而IPv6采用 的是冒号分十六进制格式。IPv6地址表示方法中，将长度为128位二进制位地址分 成每16位二进制位作为一组的形式，并将16位二进制位分组写成4位十六进制数， 中间用冒号分隔，这就是我们所说的冒号分十六进制格式。

IP地址的格式为：IP地址=网络地址+主机地址。
二、特殊的IP地址
1、直接广播地址和有限广播地址
2、多播地址
3、网络地址
4、回环地址
5、本地链路地址
6、公有地址和私有地址
三、IP地址的规划
为了便于网络的管理，提高网络安全性能，降低网络流量，我们可以把一个 大网络分成更小的网络，称为子网。IP协议支持用户根据自己网络的实际需要，创 建子网络。这样，不仅可以把位于不同物理位置的主机组合在一起，还可以分离关 键设备或者优化数据传送。子网编址技术是将IP地址中主机地址部分进一步划分为 “子网”部分和“主机”部分。这样，IP地址格式为：IP地址＝网络地址＋子网地 址＋主机地址。 子网编址技术中不可缺少的就是子网掩码（Subnet Mask），子网掩码与IP 地址一样，其长度也是32位（4个字节），可以用二进制形式，也可以使用十进制 的形式。例如：255.255.252.0就是一个有效的十进制子网掩码，其对应的二进制 形式的子网掩码为11111111.11111111.11111100.00000000。子网掩码中用1代表网 络部分，0代表主机部分。通常A类地址的默认子网掩码为255.0.0.0，B类地址的默 认子网掩码为255.255.0.0，C类地址的默认子网掩码为255.255.255.0。利用子网 掩码可以确定IP地址的网络号和主机号，并可以判定网络中的主机是否属于同一子 网。若将IP地址与子网掩码进行按位与，便可以得出网络号；若将IP地址与子网掩 码的反码（即将子网掩码按位取反所得的二进制数）进行按位与，便可以得出主机 号。
二、IPv6地址类型
IPv6地址是独立接口的标识符，所有的IPv6地址都被分配到接口，而非节点。
由于每个接口都属于某个特定节点，因此节点的任意一个接口地址都可用来标识 一个节点。IPv6有三种类型地址：
4、IPv6地址前缀 前缀是地址中具有固定值的位数部分或表示网络标识的位数部分。IPv6的 子网标识、路由器和地址范围前缀书写格式为：地址/前缀长度。例如 21DA:D3::/48是一个路由器前缀，而21DA:D3:0:2F3B::/64是一个子网前缀。 注意：IPv4中普遍使用的被称为子网掩码的点分十进制网络前缀表示法在 IPv6中已不再使用，IPv6仅支持前缀长度表示法。 （http://www.ccw.com.cn/htm/center/net/02_5_15_2.asp）
为主要目的，不仅可以解决IP地址资源枯竭问题，并且可以实现高速路由。
一、IPv6地址
IPv6最显著的特征就在于它的巨量的地址空间。IPv6采用128位的地址长 度，是IPv4的四倍。
当地址长度为32位时，最多可有2^32或4,294,967,296个可能的IP地址；而当地址
长 度 为 1 2 8 位 时 ， 则 将 有 2 ^ 1 2 8 或
目前，Internet普遍采用的IP协议是IPv4 ，IPv4地址类别的划分主 要是针对网络规模的大小，依据IP地址最左边4个二进制位的值决定具体的
网络类型，其IP地址分为五类，即A类、B类、C类、D类、E类。

一个IP地址主要由两部分组成：一部分是用于标识该地址所从属
的网络号；另一部分用于指明该网络上某个特定主机的主机号。
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1/256 1/128 1/128 1/128 1/32 1/16 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/8 1/16 1/32 1/64 1/128
IPv6的单点传送
地址包括可聚集全 球单点传送地址、 链路本地单点传送
地址、节点本地单
点传送地址，共计 占IPv6寻址总空间 的15%。
340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456个可能的IP地址，相当于全
球
人
均
可
分
配
1
.
8
×
1
百度文库
0
1
9
个
I
P
v
6
地
址
。
1、IPv6地址空间的分配
分 配 状 况 格 式 前 缀 占 寻 址 空 间 的 比 例
IPv6地址的前 几位二进制位用于 指定地址类型，我 们把用于指定地址 类型的二进制位称 为格式前缀。
保留
未分配 预留给NSAP分配 未分配 未分配 未分配 未分配 可聚集全球单点传送地址 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配 未分配
0000 0000
0000 0001 0000 001 0000 010 0000 011 0000 1 0001 001 010 011 100 101 110 1110 1111 0 1111 10 1111 110
六、网络地址翻译（NAT）
CIDR技术的应用使现有的IP地址得到了更有效的使用，而NAT（Network Address Translation，网络地址翻译）技术可以将网络内部的私有地址翻译成 Internet上使用的合法公有IP地址，这样便可以解决内部网络大量主机访问 Internet的需求问题，可以有效地减少对公有IP地址的注册需求。 NAT技术可以实现一个私有网络可以通过注册一个合法公有IP地址，通过这 个公有IP连接到Internet上，位于内部网络和外部网络之间的NAT路由器在发送数 据包之前，负责把内部私有IP地址翻译成外部合法IP地址。 NAT的翻译的方法有两种： 静态翻译（static translation） ——将网络内部私有IP地址和Internet上的合 法IP地址一对一对应，完成内部IP地址的翻译，这种翻译方法并不能解决公有IP 地址的需求问题。 动态翻译（dynamic translation） ——首先NAT会确认哪个地址需要翻译，然后
图7.1 TCP/IP协议和OSI参考模型之间的对应关系图
7.2 IP地址
Internet网络地址简称IP地址，是整个IP协议的核心，也是网络实现互连
互通及网络路由选择的基础。IP地址是网络数据传输的依据，连接在网络中的 所有设备和计算机都必须有一个唯一的IP地址，这样才能够实现相互通信。
一、IP地址的分类
五、无类别域间路由（CLDR）
IP地址的耗尽促成了CIDR（Classless Inter-Domain Routing, 无类别域间 路由）技术的开发，该技术引入“网络前缀”的概念来代替网络“类”的概念。由 于A类地址已经分配完毕，B类地址也趋于枯竭, 只有剩下的C类地址可以被分配， 然而C类地址的大量使用会造成路由表的爆炸性增长。CIDR技术可以把多个C类地址 合并起来，作为B类地址进行分配，采用这种分配方案，可以将路由表中的多个路 由表合并起来，以减少路由表的路由信息，也就是说CIDR技术可以实现路由聚合， 这样便可以达到限制Internet主干路由器中必要路由信息的增长。但传统的路由协 议都采用了“类”的，目前只有如RIPv2、OSPF、IS-IS、BGP这些较新的路由协议， 采用无类路由技术，才能支持CIDR技术。
第七章
7.2 IP地址 7.3 IPv6
TCP/IP协议
7.1 OSI参考模型与TCP/IP协议参考模型
7.4 互联网层协议
7.5 传输层协议
7.6 应用层协议
7.7 Socket网络编程
7.1 OSI参考模型与TCP/IP协议参考模型
由于各种不同网络技术的发展和应用，出现了众多不同类型的局域网和广域网， 为了实现网络之间的互操作性，就需要预先制定一套通信双方相互了解和共同遵
再查看相应的地址池，可以实现将多个内部私有的IP地址翻译成一个公有的合法
IP地址，这种翻译方法有效的解决了对公有IP地址的需求问题。 NAT也有缺点，如NAT技术的应用会降低网络吞吐量，影响网络的性能等。
7.3 IPv6
IPv6是继IPv4之后的新一代IP协议，也可以说是下一代互联网协议，
IPv6采用了长度为128位的IP地址，IPv6是以扩充地址空间和减轻路由器负担
3、IPv6地址的零压缩 某些类型的地址中可能包含很长的零序列，为进一步简化表示法，IPv6 还可以将冒号十六进制格式中相邻的连续零位进行零压缩，用双冒号“：：” 表示。 例如链路本地地址FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2可压缩成 FE80::2AA:FF:FE9A:4CA2；多点传送地址FF02:0:0:0:0:0:0:2压缩后，可表 示为FF02::2。 要想知道“：：”究竟代表多少个“0”，我们可以做这样的计算：用8 去减压缩后的分组数，再将结果乘以16。例如，在地址FF02::2中，有两个 分组（“FF02”分组和“2”分组），那么被压缩掉的“0”共有 （8-2）*16 = 96位。 注意：在一个特定的地址中，零压缩只能使用一次，也就是说，在任意一 个冒号分十六进制格式中只能出现一个双冒号“：：”，否则我们就无法 知道每个“：：”所代表的确切零位数了。
例：一个以二进制形式表示的IPv6地址：
0010000111011010000000001101001100000000000000000010111100111011 0000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011010 该128位地址以16位为一分组可表示为： 0010000111011010 0000000011010011 0000000000000000 0010111100111011 0000001010101010 0000000011111111 1111111000101000 1001110001011010 每个16位分组转换成十六进制并以冒号分隔： 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A IPv6可以将每4个十六进制数字中的前导零位去除做简化表示，但每个分组必须至 少保留一位数字。去除前导零位后，上述地址可写成： 21DA:D3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A
TCP/IP协议族中，TCP协议和IP协议是网络中使用的最基本的通信协议，是保证
数据完整传输的两个基本的重要协议。
OSI参考模型共分为七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、表 示层、会话层和应用层，它们之间相互关联又相互独立。
TCP/IP协议参考模型共有四层：网络接口层、互联网层、传输层、应用层。
守的格式和约定，以实现网络的相互通信，我们称之为网络协议。
1979年，国际标准化组织（ISO）提出了开放系统互联的体系结构(Open
Systems Interconnection，OSI)，即OSI参考模型。OSI参考模型是计算机网络的
基本体系结构基础，OSI参考模型只给出了一些原则性的说明，并不是一个具体的 网络协议。 Internet之所以能够获得成功，其关键在于Internet使用了TCP/IP协议作为网 络的标准连接协议。TCP/IP协议不是单一的协议，而是一个包含着成千上万个协 议的分层的协议族，我们把这个协议族的分层模型称之为TCP/IP参考模型。在