1、数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 网络层位于OSI体系结构的第三层，介于数据链路层和运输层之间。它在数据链路层提供的两个相邻端点之间数据帧传送功能的基础上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从信源经过若干个中间结点传送到信宿，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。本章将从网络互连的基本概念入手，讨论网络层的核心协议IP及其附属协议，以及它们的应用。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络第1节 网络互连的基本概念数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 简单地说，网络互连的目的就是使一个网络上的某一台主机能够与另一个网络上的主机进行通信。为了实现这个目标，人们提出了许多不同
2、的方法来提供网络互连服务，所有这些服务一般都要满足以下几条要求：（1）提供网络之间的通信链路。（2）提供不同网络中进程间的数据路由选择和传递。（3）提供记账服务，跟踪各个网络和路由器的使用情况，并记录这些状态信息。（4）能够适应网络间的差异，而不需要改变所连接网络的体系结构。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 显然，为了满足这些要求，就必须要有一个合适的网络连接设备。这个设备就是路由器。路由器是互连网络的枢纽，是广域网中连接各局域网的设备。它会根据信道的情况自动选择和设定一条最佳的传输路径，并沿着设定好的路径将数据发送出去。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络直接交付与间接交付间接交
3、付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络Internet几个名词internetintranet专有名词，特指“因特网”。通用名词，泛指互连网络。指“企业内部网”。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络第2节 网际协议IP 网际协议IP是TCP/IP体系结构中最重要的两个协议之一，也是最重要的因特网协议之一。与大多数旧的网络协议不同，它就是为了网络互连的目的而设计的。与IP协议配套使用的还有4个协议，分别是：地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网控制报文协议ICMP以及网际组管理协议IGMP
4、。其中，ARP和RARP是为IP协议服务的，ICMP和IGMP是利用IP协议为高层服务的。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络分类的IP地址 每一个连接在Internet的上主机和路由器都至少拥有一个IP地址，因此IP地址是IP协议中一个基本的概念。IP地址由32bit组成，为了保证其在全世界范围内的唯一性，IP地址由因特网名字与号码指派公司ICANN（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers）统一进行分配。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IP地址的查询方法 查询本机的IP地址可以
5、采用与查询MAC地址同样的方式。若计算机使用的是Windows操作系统，可以在命令提示符下输入“ipconfig/all”查询；若计算机使用的是Linux/Unix操作系统，可以通过命令“ifconfig”查询。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 当然，Windows操作系统下也可以通过“网上邻居属性本地连接属性Internet协议”查询。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IP地址的分类 所谓“分类的IP地址”就是将IP地址划分为若干个固定类别，每一类地址都由两个固定长度的字段组成。其中前一个字段称为网络号（net-id），它标识了终端所连接的是哪一个网络；后一个字段称为主机号（h
6、ost-id），它标识了具体的终端。在IPv4中，将IP地址分为A、B、C、D、E五大类。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bit0A 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 1 001数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 虽然计算机只认识这种二进制的IP地址，但人们为了书写和记忆方便，常用“点分十进制记法”来表示IP地址。顾名思义，它就是将IP地址以字节为单位用点
7、隔开，并将每一个字节记为十进制数的方法。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 在实际使用中，有些IP地址在一般情况下是不用的。网络号主机号作为源地址作为目的地址含 义00可用不可用本网络的本主机0host-id可用不可用本网络上的某个主机host-id全1全1不可用可用进在本网络进行广播（路由器不转发）net-id全1不可用可用对net-id上所有主机进行广播127非全0或全1可用可用用于本地软件的环回测试数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 根据因特网的观点，具有相同网络号的主机被认为属于同一个网络。因此，用集线器或交换机扩展的局域网仍然属于同一个网络，因为它们具有相同的网络号。不同
8、网络号的网络必须通过路由器才能进行互连。对于路由器而言，无论网络的规模大小，每个网络均对应一条路由。因此，可以认为所有的网络（无论是小范围的局域网，还是大范围的广域网）都是平等的。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IP地址与MAC地址 在TCP/IP体系结构中，网络层通过IP地址来描述信息的收发两端。但信息却是通过下层的物理网络来传输的，这就需要使用MAC地址来进行相互通信。因此，通信最终还是要把IP地址转换为MAC地址。当然，这个过程对用户来说是透明的。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络ARP协议 ARP协议解决了在实际通信中IP地址到MAC地址的转换问题，其具体方式为：在每一个
9、主机内部设置一个ARP高速缓存（ARP Cache），里边存放本局域网内所有主机和路由器的IP地址到MAC地址的映射关系表。在发送数据时，通过查表来完成IP地址到MAC地址的转换。这样操作虽然简单，但有一个问题：若ARP缓存表中没有目的IP地址的映射关系，该如何处理？数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络解决方案：数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IPv4数据报格式固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部
10、 分数 据 部 分首 部传送IP 数据报首部数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据
11、 部 分数 据 部 分首 部传送IP 数据报固定部分可变部分数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 bit，指IP协议的版本。对于IPv4来讲，本字段为 0100(即 IPv4)数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目
12、 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)。因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特固定部分可变部分服务类型占 8 bit，用来获得更好的服务。这个字段以前一直没有被人
13、们使用。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 IP 地 址目 的 IP 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地
14、 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification)占 16 bit，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag)占 3 bit，目前只有2个bit有意义,分别是最低位MF,中间位DF。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生
15、存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(12 bit)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络片偏移举例：数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存
16、时间(8 bit)记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中的寿命，其单位为秒。目前是指“跳数限制”。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分协议(8 bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数
17、据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程协议ICMPIGMPEGPIGPOSPFIPv6TCPUDP字段值12898941617数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部检验和(16 bit)字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络首部048161
18、92431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）比特首部长度数 据 部 分固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IPv6分组格式 IPv6是互联网工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）设计的用于替换现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。虽然IPv4在目前得到了非常广泛的应用，但随着网络技术的不断进步以及网络规模的不断扩大，IPv4暴露出了许多问题。其中最主要的问题就是32bit的
19、IP地址不够用。IPv6与IPv4一样，仍然支持无连接的传输，但IPv6将协议数据单元称为分组，而不是IPv4的数据报。但在实际使用中，很多参考文献上仍然沿用数据报这一名词。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 可以看出，IPv6与IPv4数据报最明显的不同就是多了扩展首部字段。在IPv6中，基本首部是必须存在的，而扩展首部是任选项，可以没有，也可以有多个。数据部分依然用于存放上层协议数据单元的内容。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字
20、段 （长 度 可 变）比特首部长度固 定部分20字节可变部分IPv4首部取消有变化上面是 IPv4 数据报的首部IPv6与IPv4首部的对比数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24扩展首部/数据IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）
21、有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24扩展首部/数据IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效载荷（至 64 KB）数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B版本(version)4 bit。它指明了协议的版本，对 IPv6 该字段总是 6。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128
22、 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B通信量类(traffic class)8 bit。指的是IPv6分组的类别或优先级。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B流标号(flow label)20 bit。“流”是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列分组。所有属于同一个流的分组都具有同样的流标号。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的
23、 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B有效载荷长度(payload length)16 bit。指的是IPv6分组除了基本首部以外的字节数（包括扩展首部）。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B下一个首部(next header)8 bit。它相当于 IPv4 的协议字段或可
24、选字段。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B跳数限制(hop limit)8 bit。相当于IPv4数据报中的生存时间字段。当跳数限制的值为零时，就要将此数据报丢弃。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B源
25、地址 128 bit。是IPv6分组发送站的IP地址。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络041631版 本比特目 的 地 址源 地 址下 一 个 首 部流 标 号12通 信 量 类（128 bit）（128 bit）有 效 载 荷 长 度跳 数 限 制24IPv6的基本首部40 B目的地址 128 bit。是IPv6分组接收站的IP地址。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IPv6地址的记法 由于IPv6地址较长，因此采用点分十进制记法就不是很方便了。例如，一个用点分十进制记法表示的IPv6地址为：218.192.255.255.255.255.0.0.0.0.64.82.130.8
26、8.200.198 为了使IP地址表示的更简洁些，IPv6采用冒号分十六进制记法来描述IPv6地址。例如，上边的IPv6地址可以记为：DAC0:FFFF:FFFF:0:0:4052:8258:C8C6 数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 另外，在冒号分十六进制记法中允许采用“零压缩”技术，即可以将一连串的0用一对冒号表示。例如，86C1:0:0:0:0:0:8065:A4F3可以压缩为86C1:8065:A4F3。为了保证零压缩有一个确切的解释，IPv6规定在一个地址中，仅能使用一次零压缩。此外，冒号分十六进制记法允许结合点分十进制记法的后缀。例如，0:0:0:0:0:0:218.198
27、.48.36是合法的，若再使用零压缩技术可以将其写为:218.198.48.36。这种点分十进制记法与冒号分十六进制记法的结合在IPv4向IPv6的过渡阶段会用到。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IPv6的扩展首部 IPv6把原来IPv4首部中选项的功能放在了扩展首部中，并把扩展首部留给路径两端的源站和目的站来处理，这样路由器就可以不再处理IPv6分组中的扩展首部（逐跳选项扩展首部除外），从而提高了路由器的处理效率。RFC 2460中定义了六种扩展首部，他们在首部中出现的顺序如下（每一个扩展首部都是可有可无的）：逐跳选项、路由选择、分片、鉴别、封装安全有效载荷、目的站选项。数据通信与计
28、算机网络数据通信与计算机网络 IPv6的每一个扩展首部都由若干个字段组成，它们的长度和内容也各不相同。但所有扩展首部的第一个字段都是8bit的“下一个首部”字段，它指出了在该扩展首部后面的字段类型。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络从IPv4向IPv6的过渡双协议栈数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络IPv6数据链路层物理层数据链路层物理层IPv6IPv4/IPv6 双协议栈IPv4IPv4IPv6TCP 或 UDP应用层TCP 或 UDP应用层TCP 或 UDP应用层数据链路层物理层IPv4和 IPv4 通信和 IPv6 通信数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络隧道技术数据通信
29、与计算机网络数据通信与计算机网络IPv4 网络IPv6IPv6ABCDEFIPv4 数据报IPv4 数据报IPv4网络 IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B目的地址：EIPv6分组双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4IPv4 网络流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6分组流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 分组源地址：B目的地址：EIPv6分组数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络地址/协议转换（NAT-PT）该技术适用于过渡的初始阶段，使得基于双协议栈的主机能够让IPv4与IPv6的应用程序相
30、互通信。它要求主机必须是双栈的，同时要在协议栈中插入3个特殊的扩展模块：域名解析服务器、IPv4/IPv6地址映射器和IPv4/IPv6翻译器。NAT-PT处于IPv6和IPv4网络的交界处，可以实现IPv6主机与IPv4主机之间的互通。协议转换的目的是实现IPv4和IPv6协议首部之间的转换；地址转换则是为了让IPv6和IPv4网络中的主机能够相互识别对方。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络第3节 划分子网与构造超网 虽然IPv6可以解决大部分关于IPv4存在的问题，但目前处于IPv4到IPv6的过渡阶段，IPv4依然在用户中占据主导地位。为了更有效的利用IPv4地址，人们提出了划分子
31、网和构造超网的办法。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络划分子网的具体思路 目前，可用的IP地址有A、B、C三类。虽然从数量上来看，这些IP地址的总数超过了37.2亿个，网络数也超过了211万个，好像足够全世界用户的使用，但由于IP地址设计的不合理，导致IP地址很早就不够用了。（1）大量的IP地址被浪费（2）网络数过多导致路由表过大（3）两级的IP地址不够灵活这些不合理性体现在以下几个方面：数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络划分子网的具体思路是：（1）划分子网是从IP地址的主机号中借用前边的若干位构成子网号，后边剩下的依然为主机号。因此，划分子网纯属一个单位内部的事情，它们对外仍然表
32、现为同一个网络。（2）凡是从其他网络传送到本网络上的IP数据报，仍然按照IP数据报的目的网络地址找到连接在本网络上的路由器。该路由器收到IP数据报后，再按照目的网络号和子网号找到目的子网，并将IP数据报交付给目的主机。也就是说，只有与各子网直接相连的那个路由器才可以看到子网。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络划分子网概念举例划分子网前数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络划分子网后数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络子网掩码 由于32bit的IP地址本身不包含任何关于子网的信息，因此为了反映出目的IP地址所包含的子网信息，必须采用额外的方式，这种方式就是子网掩码（subnet ma
33、sk）。所谓子网掩码，就是用比特“1”掩盖三级IP地址中的网络号和子网号，用比特“0”掩盖主机号。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 子网掩码最重要的作用是帮助路由器提取目的IP地址所对应子网的网络地址，以便路由器能顺利的将IP数据报发到目的子网上。这种提取方法非常简单，只需要将IP地址和子网掩码逐比特相“与”，得到的就是子网的网络地址。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址1 1 1 1
34、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0AND数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络举例数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络A、B、C类IP地址的默认子网掩码net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码255.0.0.0网络地址B类地址默认子网掩码255.255.0.0网络地址C类地址默认子网掩码255.255.255.01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0
35、 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0host-id 为全 0host-id 为全 0数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 在划分子网时，子网号并不一定要是整数个字节。下表给出了B类IP地址划分子网时的全部方式。子网号的位数子网掩码子网数每个子网包含的主机数2255.255.192.02163823255.255.224.0681904255.255.240
36、.01440945255.255.248.03020466255.255.252.06210227255.255.254.01265108255.255.255.02542549255.255.255.12851012610255.255.255.19210226211255.255.255.22420463012255.255.255.24040941413255.255.255.2488190614255.255.255.252163822数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 已知IP地址为160.50.68.94，子网掩码为255.255.224.0。问该IP地址所在的网络是否划分了
37、子网，并求出网络地址与主机号。例题 使用了子网掩码以后，不管网络有没有划分子网，只要用IP地址“与”子网掩码，就可以得到子网的网络地址。这为路由器的转发提供了重要依据。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络路由器的分组转发步骤 路由器在收到IP数据报后，执行的分组转发步骤如下：（1）提取IP数据报首部中的目的IP地址。（2）判断目的IP地址所在的网络是否与本路由器直接相连。如果是，就直接交付给目的网络；如果不是，执行（3）。（3）检查路由表中是否有目的IP地址的特定主机路由。如果有，按特定主机路由转发；如果没有，执行（4）。（4）逐条查找路由表。若找到匹配的路由，则按照路由表进行转发；若所有
38、路由均不匹配，则执行（5）。（5）若路由表中设置有默认路由，则按照默认路由进行转发；否则，执行（6）。（6）向源主机报错。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络例题 已知图所示的网络及路由器R1的路由表。若主机H1向H2发送数据，试分析IP数据报的传输过程。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网
39、掩码 255.255.255.128128.30.33.130R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络主机 H1 要发送分组给 H2 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.12
40、8255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138请注意：H
41、1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是128.30.33.138因此 H1 首先检查主机 128.30.33.138 是否连接在本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 25
42、5.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“与”(AND 操作)255.255.255.128 AND 128.30.33.138 的计算255 就是二进制的
43、全 1，因此 255 AND xyz=xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128.30.33.138128.30.33.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.2
44、55.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 128
45、.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3
46、128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138=128.30.33.128不匹配!（因为128.30.33.128 与路由表中的 128.30.33.0 不一致）R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138不一致数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.3
47、0.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.122
48、55.255.255.128 AND 128.30.33.138=128.30.33.128匹配!这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138一致!数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络练习题 已知下图所示的网络及路由器R1的路由表。若主机H1向H2发送数据，试分析IP数据报的传输过程。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络无类别域间路由CIDR 划分子网在一定程度上缓解了由于IP地址设计不合理所引起的一些问题，但IP地址的枯竭问题依然显得非常严重，而且随着网络数的不断增多，因特网主干网上路由表的项目数急剧增长，这极大的影响
49、了网络的性能。CIDR取消了传统的IP地址分类及划分子网的概念，利用不同长度的网络前缀（network prefix）来代替分类IP地址中的网络号和子网号，而主机号依旧保持不变。这样，IP地址从三级又重新回到了两级，即“网络前缀”字段和“主机号”字段。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络 CIDR使用的是“斜线记法”（slash notation），即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数。例如，148.68.136.0/21表示在此IP地址中，网络前缀占21bit，那么显然可以算出主机号占11bit（32bit-21bit=11bit）。此外，CIDR还可以把网络前
50、缀相同的IP地址组成“地址块”。只需要知道地址块中的任意一个IP地址，就可以推断出该地址块的起地址和终地址，以及该地址块所包含IP地址的个数。数据通信与计算机网络数据通信与计算机网络例题 已知148.68.136.86/21是某CIDR地址块中的一个IP地址，试求该IP地址块所包含的地址总数、起地址和终地址。解：由于148.68.136.86/21中网络前缀的个数为21bit，因此主机号的个数为11bit。因此，该地址块所包含的地址总数为211（主机号为全0或全1的IP地址一般不使用）。148.68.136.86/21=1001010001000100100011001010001000100
