[工学]第九讲ip编址课件.ppt

1、第第 6 章章 网络互连网络互连 6.1 路由器在网际互连中的作用路由器在网际互连中的作用 6.2 因特网的网际协议因特网的网际协议 IP6.3 划分子网和构造超网划分子网和构造超网6.4 因特网控制报文协议因特网控制报文协议 ICMP6.5 因特网的路由选择协议因特网的路由选择协议 6.1 路由器在路由器在网际互连中的作用网际互连中的作用 6.1.1 路由器的构成路由器的构成 当主机当主机 A 要向另一个主机要向另一个主机 B 发送数据报时，发送数据报时，先要检查目的主机先要检查目的主机 B 是否与源主机是否与源主机 A 连接在连接在同一个网络上。同一个网络上。如果是，就将数据报如果是，就将

2、数据报直接交付直接交付给目的主机给目的主机 B 而而不需要通过路由器。不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机但如果目的主机与源主机 A 不是连接在同一个不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交间接交付付。典型的路由器的结构典型的路由器的结构 路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口11133122223网络层2数据链路层

3、1物理层“转发转发”和和“路由选择路由选择”的区的区别别 “转发转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。数据报从合适的端口转发出去。“路由选择路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。选择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。路由表一般仅包含从路由表是根据路由选择算法得出的。路由表一般仅包含从目的网络到下一跳的映射。而转发表是从路由表得出的。目的网络到下一

4、跳的映射。而转发表是从路由表得出的。转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些和某些MAC地址信息地址信息(如下一跳的以太网地址如下一跳的以太网地址)的映射。的映射。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别。的区别。目的站目的站输出端口输出端口BCDE1212结点结点A的转发表的转发表目的站 下一跳1 直接2 33 34 3输出端口将交换结构传送输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路来的分组发送到线路 从交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据从交换结构传送过来的分

5、组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。部，交给物理层后发送到外部线路。物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 输出端口的处理输出端口的处理向向线线路路发发送送分分组组缓存管理交交换换结结构构对等协议主机 A主机 BISO/OSI 模型传输层应用层表示层会话层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层传输层应用层表示层会话层网络层数据链路层物理层路由器路由器路由器路由器通信子网通信子网交换结构交换结构 交换结构是路由器的关键购件。交换结构是路由器的关键购件。三种常用的交换结构

6、三种常用的交换结构:1 通过存储器进行交换通过存储器进行交换2 通过总线进行交换通过总线进行交换3 通过纵横交换结构通过纵横交换结构交换结构交换结构-通过存储器进行交换通过存储器进行交换存储器I1I2I3O1O2O3 最早使用的路由器就是普通的计算机，用计算机的最早使用的路由器就是普通的计算机，用计算机的CPU作为路作为路由器的路由选择处理机。路由器的输入和输出端口的功能和传统的由器的路由选择处理机。路由器的输入和输出端口的功能和传统的操作系统中的操作系统中的I/O设备一样。当路由器的某个输入端口收到一个分设备一样。当路由器的某个输入端口收到一个分组时，就用中断方式通知路由选择处理机。然后分组

7、就从输入端口组时，就用中断方式通知路由选择处理机。然后分组就从输入端口复制到存储器中。路由器处理机从分组首部提取目的地址，查找路复制到存储器中。路由器处理机从分组首部提取目的地址，查找路由表，再将分组复制到合适的输出端口的缓存中。由表，再将分组复制到合适的输出端口的缓存中。(Cisco Catalyst 8500)交换结构交换结构通过总线进行交换通过总线进行交换I1I2I3O1O2O3总线 数据报从输入端口通过共享的总线直接传送到合适的输出端口，数据报从输入端口通过共享的总线直接传送到合适的输出端口，而不需要路由选择处理机的干预。但是，由于总线是共享的，因此而不需要路由选择处理机的干预。但是，

8、由于总线是共享的，因此在同一时间只能有一个分组在总线上传送。当分组到达输入端口时在同一时间只能有一个分组在总线上传送。当分组到达输入端口时若发现总线忙，则被阻塞而不能通过交换结构，并在输入端口排队若发现总线忙，则被阻塞而不能通过交换结构，并在输入端口排队等待。路由器的转发带宽受总线速率的限制。等待。路由器的转发带宽受总线速率的限制。(Cisco Catalyst 1900)交换结构交换结构通过纵横交换结构进行交换通过纵横交换结构进行交换I1I2I3O1O2O3 有有2N条总线，可以使条总线，可以使N个输入个输入端口和端口和N个输出端口相连接。当输入个输出端口相连接。当输入端口收到一个分组时，就

9、将它发送端口收到一个分组时，就将它发送到与该输入端口相连的水平总线上。到与该输入端口相连的水平总线上。若通向所要转发的输出端口的垂直若通向所要转发的输出端口的垂直总线是空闲的，则在这个节点将垂总线是空闲的，则在这个节点将垂直总线与水平总线连通，然后将该直总线与水平总线连通，然后将该分组转发到这个输出端口。分组转发到这个输出端口。Cisco Catalyst 12000(60G)。分组丢弃分组丢弃 若路由器处理分组的速率赶不上分组进若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列必定减少到零，这就使后面再进入

10、队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。造成分组丢失的重要原因。互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：题需要解决，如：不同的寻址方案不同的寻址方案 不同的最大分组长度不同的最大分组长度 不同的网络接入机制不同的网络接入机制 不同的超时控制不同的超时控制 不同的差错恢复方法不同的差错恢复方法 不同的状态报告方法不同的状态报告方法 不同的路由选择技术不同的路由选择技术 不同的用户接入控制不同的用户接入控制 不同的服

11、务（面向连接服务和无连接服务）不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式不同的管理与控制方式 6.1.2 互联网与因特网互联网与因特网 中间设备又称为中间系统或中继中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。系统。物理层中继系统：转发器物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器网络层中继系统：路由器(router)。网络层以上的中继系统：网关网络层以上的中继系统：网关(gateway)。网络互相连接起来网络互相连接起来要使用一些中间设备要使用一些中间设备 当中继系统是转

12、发器或网桥时，一般并不当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。络扩大了，而这仍然是一个网络。网关由于比较复杂，目前使用得较少。网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。互联网都是指用路由器进行互连的网络。由于历史的原因，许多有关由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文的文献将网络层使用的路由器称为网关。献将网络层使用的路由器称为网关。网络互连使用路由器网络互连使用路由器 路由器与交换机的主要区别路由器与交换机的主要区别 工作层次不同工作层次不同 数据转发所依据的对象

13、不同数据转发所依据的对象不同 传统的交换机只能分割冲突域，不能传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播分割广播域；而路由器可以分割广播域域 路由器提供了防火墙的服务路由器提供了防火墙的服务 工作层次不同工作层次不同 最初的的交换机是工作在最初的的交换机是工作在OSIRM开放体系结开放体系结构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开始就设计工作在始就设计工作在OSI模型的网络层。模型的网络层。由于交换机工作在由于交换机工作在OSI的第二层（数据链路层），的第二层（数据链路层），所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在所以它的工作原

14、理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层（网络层），可以得到更多的协议的第三层（网络层），可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。数据转发所依据的对象不同数据转发所依据的对象不同 交换机是利用物理地址或者说交换机是利用物理地址或者说MAC地址来地址来确定转发数据的目的地址确定转发数据的目的地址的。而路由器则的。而路由器则是利用不同网络的是利用不同网络的ID号（即号（即IP地址）来确地址）来确定数据转发的地址定数据转发的地址的。的。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称

15、所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。为协议地址或者网络地址。MAC地址通常地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而不可更改的。而IP地址则通常由网络管理地址则通常由网络管理员或系统自动分配。员或系统自动分配。由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞洞。连接到路

16、由器上的网段会被分配成不同的广连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。流的，它们之间的交流仍然需要路由器。交换机一般用于交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机的连接，交换机是数据链路层的设备，有些交换机也可实现是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。第三层的交换。路由器用于路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解之间的连接

17、，可以解决异决异构网络之间转发分组，作用于网络层。构网络之间转发分组，作用于网络层。他们从一条线路上接收输入分组，然后向另他们从一条线路上接收输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵。但速度相对也慢，价格昂贵。6.2 因特网的网际协议因特网的网际协议 IP 网际协议网际协议 IP 是是 TCP/IP 体系结构中两个最主体系结构中两个最主要的协议之一要的协议之一。与。与 IP 协议配套使用的还

18、有协议配套使用的还有三个协议：三个协议：地址解析协议地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)因特网控制报文协议因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)网际协议网际协议 IP 及其配套协议及其配套协议 各种应用层协议 网络接口层(TELNET,FTP,SMTP 等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP6.2.1 分类的分类的 IP 地

19、址地址1.IP 地址及其表示方法地址及其表示方法 我们把整个因特网看成为一个单一的、抽我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的界范围是惟一的 32 bit 的标识符。的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。进行分配。为什么要为什么要IP地址地址 已有网络设备的物理地址（网卡

20、地址，已有网络设备的物理地址（网卡地址，MAC地址）作为最地址）作为最底层通信地址，为何还要底层通信地址，为何还要IP地址：地址：物理地址只在两个设备在同一物理网络中时才使用。物理地址只在两个设备在同一物理网络中时才使用。IP地址提供了对远程网络中的设备进行寻址和访问的方法，地址提供了对远程网络中的设备进行寻址和访问的方法，它使得网关能容易决定数据报是留在本地网还是传输到它使得网关能容易决定数据报是留在本地网还是传输到其它网络其它网络 并非所有的网络主机都有网卡，拨号上网的主机无需网并非所有的网络主机都有网卡，拨号上网的主机无需网卡。利用卡。利用IP地址可使拨号主机连接上地址可使拨号主机连接上

21、IP网络网络 物理地址地址包括供应商代码物理地址地址包括供应商代码(24位位)和设备和设备ID(24位位)两部两部分，用户使用不友好。分，用户使用不友好。IP地址可使得地址逻辑上有序，地址可使得地址逻辑上有序，易于理解和组织易于理解和组织 最重要的是：最重要的是：IP地址实际上是一种组织网络的方式，与地址实际上是一种组织网络的方式，与物理地址的作用物理地址的作用(区别不同的硬件设备区别不同的硬件设备)完全无关。完全无关。IP地址表示地址表示(IPv4)二进制表示：二进制表示：32位位 11001010 01110000 01101100 10011110 点分十进制表示：由二进制变化而来。点分

22、十进制表示：由二进制变化而来。32位二进制数位二进制数分成分成4个个8位组，每位组，每8位二进制用相应的十进制表示位二进制用相应的十进制表示 202.112.108.158 一个一个IP地址可分为两部分：地址可分为两部分：前一部分为网络前一部分为网络ID，标识主机所在的网络，即标识，标识主机所在的网络，即标识一个网络一个网络 后一部分为主机后一部分为主机ID，标识一台主机，标识一台主机 两部分分界位置的不同分别对应了不同种类的两部分分界位置的不同分别对应了不同种类的IP地址，地址，并相应地适合不同种类的网络并相应地适合不同种类的网络IP地址的两级结构地址的两级结构网络 ID主机 IDnet-i

23、d24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD

24、类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-i

25、d8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1

26、1 001A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16

27、 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节IP地址种类地址种类 种类种类 IP地址地址网络网络ID主机主机ID Aw.x.y.zwx.y.z Bw.x.y.zw.xy.z Cw.x.y.zw.x.yz D EA类地址类地址 前前8位为网络位为网络ID,且首位总为且首位总为0，01111111 为回送地址，用于测试为回送地址，用于测试 因此只能有因此只能有126个个A类网络类网络 后后24位用作主机地址，位用作主机地址，因此每个因

28、此每个A类网络可以有类网络可以有16777214个具有不同个具有不同IP的主机的主机B类地址类地址 前前16位为网络位为网络ID,且最高两位总为且最高两位总为10，因此有，因此有16384个个B类网络类网络 后后16位用作主机地址，位用作主机地址，因此每个因此每个B类网络可以有类网络可以有65535个具有不同个具有不同IP的主机的主机C类地址类地址 前前24位为网络位为网络ID,且最高两位总为且最高两位总为110，因此有，因此有2097152个个C类网络类网络 后后8位用作主机地址，位用作主机地址，因此每个因此每个C类网络可以有类网络可以有254个具有不同个具有不同IP的主机的主机D类地址类地

29、址 用于多播，高位总是用于多播，高位总是1110，不能分给主机，不能分给主机E类地址类地址 保留保留A 类类C 类类B 类类0 xxx xxxx网络网络ID(8位位)主机主机ID10 xx xxxx.xxxx xxxx 网络网络ID(16位位)主机主机ID110 x xxxx.xxxx xxxx.xxxx xxxx 网络网络ID(24位位)主机主机ID各类网络中主机各类网络中主机IP的有效范围的有效范围 起始起始IP 终止终止IP A类类 1.0.0.1126.255.255.254 B类类 128.0.0.1 191.255.255.254 C类类 192.0.0.1223.255.255.

30、254IP 分配的几点准则分配的几点准则 网络网络ID唯一唯一 网络网络ID不能全为不能全为1（全为（全为1为广播地址）为广播地址）网络网络ID不能全为不能全为0（全为（全为0表示本地网）表示本地网）网络网络ID不能以不能以127开头（开头（127是为回送测试而预是为回送测试而预留的）留的）两个路由器之间的连接（即使没有主机）也是两个路由器之间的连接（即使没有主机）也是一个网络，也需要一个惟一的网络一个网络，也需要一个惟一的网络ID 同一网络上的每台主机必须有相同的网络同一网络上的每台主机必须有相同的网络ID 同一网络上的每台主机必须分配有唯一的主机同一网络上的每台主机必须分配有唯一的主机ID

31、特殊的特殊的 IP 地址地址 直接广播地址直接广播地址 主机号全主机号全 1 的的 IP 地址向指定的网络进行广播。地址向指定的网络进行广播。有限广播地址有限广播地址 255.255.255.255表示用于在本网络中广播的有限广播地址。表示用于在本网络中广播的有限广播地址。0 地址地址 IP 地址中网络号为全地址中网络号为全 0 表示本网络，用于本网通信表示本网络，用于本网通信 IP 地址全地址全 0 表示本主机。表示本主机。回送地址回送地址(loopback address)网络号为网络号为 127 的的 A 类地址（如类地址（如127.0.0.1）应用软件使用回送地址发送数据时，网络协议软

32、件将立刻应用软件使用回送地址发送数据时，网络协议软件将立刻返回，不进行任何网络传输返回，不进行任何网络传输类型网络前缀主机号 全“1”表表1 一般不使用的特殊一般不使用的特殊IP地址地址net-idhost-id 0 0 不可不可 0host-id 不可不可 全全1 全全1 不可不可 全全1 不可不可对对net-id上的所有主机进上的所有主机进 行广播行广播 任何数任何数源地址源地址 使用使用目的地目的地址使用址使用代表的意思代表的意思可以可以在本网络上的本主机在本网络上的本主机可以可以可以可以可以可以可以可以可以可以net-id127在本网络上的某个主机在本网络上的某个主机只在本网络上进行广

33、播只在本网络上进行广播(各路由器均不转发各路由器均不转发)用作本地软件回送测试用作本地软件回送测试之用。之用。常用的三种类别的常用的三种类别的 IP 地址地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,384(214)128.0 191.255 65,534 C 2,097,152(221)192.0.0 223.255.255 254131.255.255.18127.21.19.109220.103.256.56240.9.12.12192.5

34、.91.255129.9.255.25410.255.255.254确定下列确定下列IP是否有效：是否有效：IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：的好处是：第一，第一，IP 地址管理机构在分配地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组

35、（而不考虑目的主机号），这样就可以转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。由表所占的存储空间。IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(2)实际上实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机必须是不同的。这种主

36、机称为多接口主机(multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。地址。路由器和多穴主机的路由器和多穴主机的 IP 地址地址一类特殊的结点：具有多个物理接口、连接到多个网络上一类特殊的结点：具有多个物理接口、连接到多个网络上路由器、多穴主机（路由器、多穴主机（multi-homed host）该结点同时属于它所连接的多个网络该结点同时属于它所连接的多

37、个网络对应于结点所连接的每一个网络，给该结点分配一个对应于结点所连接的每一个网络，给该结点分配一个 IP 地址地址结点具有多少网络连接就拥有多少结点具有多少网络连接就拥有多少 IP 地址地址可见，可见，IP 地址实际上是对结点上网络连接的标识地址实际上是对结点上网络连接的标识网络网络 110.0.0.0/8网络网络 2192.0.1.0/24主机接接口口A接接口口B10.0.0.1192.0.1.1IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络

38、号同样的网络号 net-id。(4)所有分配到网络号所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。围的广域网，都是平等的。IP 地址与硬件地址地址与硬件地址 TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址1 开始时开始时 MAC帧首部地址帧首部地址 HA1 HA22 FDDI网网 HA3 HA43 以太网以太网2 HA5 HA6路由器路由器R1和和R2都各有两个都各有两个IP地址和硬件地址。地址和硬件地址

39、。地址解析协议地址解析协议 ARP 和和逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP 不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。每一个主机都设有一个每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地地址到硬件地址的映射表。址到硬件地址的映射表。当主机当主机 A 欲向本局域网上的某个主机欲向本局域网上的某个主机 B 发送发送 IP 数数据报时，就先在其据报时，就先在其

40、ARP 高速缓存中查看有无主机高速缓存中查看有无主机 B 的的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将帧，然后通过局域网将该该 MAC 帧发往此硬件地址。帧发往此硬件地址。ARPARP消息的标志：消息的标志：ARPARP消息在发送前封装在一个底层的数据帧中，在帧头，有一个消息在发送前封装在一个底层的数据帧中，在帧头，有一个类型域标识类型域标识ARPARP消息，其值在以太网中是消息，其值在以太网中是0806(160806(16进制进制)ARPARP格式，格式，ARPARP分组没有固定的头

41、格式，这取决于各种网络中物理分组没有固定的头格式，这取决于各种网络中物理地址的长度，在以太网中的格式为：地址的长度，在以太网中的格式为：HLENPROTOCOL TYPEHARDWARE TYPEOPERATIONPLENSENDER HA(octets0-3)SENDER HA(octets4-5)SENDER IP(octets2-3)TARGET HA(octets2-5)SENDER IP(octets 0-1)TARGET HA(octets 0-1)TARGET IP(octets0-3)0 8 16 24 31bit HARDWARE TYPEHARDWARE TYPE：硬件接口

42、类型，需要由目的主机回应：硬件接口类型，需要由目的主机回应的，的，1 1是以太网是以太网 PROTOCOL TYPEPROTOCOL TYPE：高层协议地址的类型，由源主机提供，：高层协议地址的类型，由源主机提供，IPIP协议为协议为08000800 HLENHLEN：指定硬件地址长度：指定硬件地址长度 PLENPLEN：指定高层协议地址长度：指定高层协议地址长度 OPERATIONOPERATION：指定：指定ARPARP数据类型：数据类型：1=ARP1=ARP请求，请求，2=ARP2=ARP响应，响应，=RARP=RARP请求，请求，=RARP=RARP响应响应 SENDER HASEND

43、ER HA：源主机硬件地址：源主机硬件地址 SENDER IPSENDER IP：源主机：源主机IPIP地址地址 TARGET HATARGET HA：目的主机硬件地址，如果是：目的主机硬件地址，如果是ARPARP请求，则此请求，则此需要由目的主机回应的需要由目的主机回应的 TARGET IPTARGET IP：目的主机：目的主机IPIP地址，如果是地址，如果是RARPRARP请求，则此请求，则此需要由目的主机回应的需要由目的主机回应的 目标主机在收到请求后，填上源主机请求的地址，交换目标主机在收到请求后，填上源主机请求的地址，交换源和目的地址送回。源和目的地址送回。ARP 高速缓存的作用高速

44、缓存的作用 为了减少网络上的通信量，主机为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送在发送其其 ARP 请求分组时，就将自己的请求分组时，就将自己的 IP 地址地址到硬件地址的映射写入到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。请求分组。当主机当主机 B 收到收到 A 的的 ARP 请求分组时，就请求分组时，就将主机将主机 A 的这一地址映射写入主机的这一地址映射写入主机 B 自己自己的的 ARP 高速缓存中。这对主机高速缓存中。这对主机 B 以后向以后向 A 发送数据报时就更方便了。发送数据报时就更方便了。应当注意的问题应当注意的问题 ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器是解决同一个局域网上的

45、主机或路由器的的 IP 地址和硬件地址的映射问题。地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。个网络来做。应当注意的问题应当注意的问题 从从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种

46、地址解析过程是不知道的。主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知知 IP 地址的主机或路由器进行通信，地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所地址解析为链路层所需要的硬件地址。需要的硬件地址。逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP 逆地址解析协议逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件使只知道自己硬件地址的主机能够知道其地址的主机能够知道其 IP 地址。地址。这种主机往往是无盘工作站。这种主机往往是无盘工作站。因此因此 RARP协议目前已很少使用。协议目前已

47、很少使用。子网划分子网划分 子网划分：子网划分：把单一把单一IP网络划分为几个物理网络。网络划分为几个物理网络。为何要做子网划分：为何要做子网划分：提高地址的利用率：提高地址的利用率：A类、类、B类网络地址空间太大，类网络地址空间太大，一个网络不可能用完所有地址，为有效使用地址空一个网络不可能用完所有地址，为有效使用地址空间，有必要把它们分配给更多较小的网络使用间，有必要把它们分配给更多较小的网络使用 易于网络管理：小的网络易于管理，大型网络按其易于网络管理：小的网络易于管理，大型网络按其中各主机的工作联系或地理位置划分成一些小的网中各主机的工作联系或地理位置划分成一些小的网络更易于管理络更易

48、于管理 提高网络性能：通过划分成不同的物理网络，使得提高网络性能：通过划分成不同的物理网络，使得网络通信量尽可能局部化，减少广播风暴的出现。网络通信量尽可能局部化，减少广播风暴的出现。提高安全性：通过子网来隔离网络或对于特殊要求提高安全性：通过子网来隔离网络或对于特殊要求独立组网。独立组网。划分子网的基本思路划分子网的基本思路 划分子网纯属一个划分子网纯属一个单位内部的事情单位内部的事情。单位对外仍。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。然表现为没有划分子网的网络。从主机号从主机号借用借用若干个比特作为若干个比特作为子网号子网号 subnet-id，而主机号而主机号 host-id 也就相应减

49、少了若干个比特。也就相应减少了若干个比特。IP地址地址:=,可以看到：为子网可以看到：为子网ID保留的位数越多，则该网络可保留的位数越多，则该网络可以划分成的子网就越多，但相应地每个子网中可容以划分成的子网就越多，但相应地每个子网中可容纳的主机就越少。纳的主机就越少。网络前缀主机号网络前缀子网号 主机号二级地址层次二级地址层次三级地址层次三级地址层次 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，数据报，仍然是根据仍然是根据 IP 数据报的数据报的目的网络号目的网络号 net-id，先找到，先找到连接在连接在本单位网络上的路由器本单位网络上的路由器。然

50、后然后此路由器此路由器在收到在收到 IP 数据报后，再按目的网络号数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号和子网号 subnet-id 找到目的子网。找到目的子网。最后就将最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。数据报直接交付给目的主机。划分子网的基本思路（续）划分子网的基本思路（续）145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器我的网络地址是 145.13.0.0R1R3R2网