1、计算机网络红河学院工学院红河学院工学院第三章第三章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构本章要点 计算机网络分层设计思想 OSI和TCP/IP体系结构 计算机体系结构中的重要概念 TCP和IPv4协议 子网划分和子网掩码 IPv6协议本章学习目标本章学习目标 了解计算机网络分层设计思想；理解OSI和TCP/IP体系结构中的主要内容；理解计算机体系结构中的重要概念；了解TCP和UDP协议主要内容；了解IPv4协议的主要内容；理解IP地址；掌握子网划分方法和子网掩码，会计算子网、子网中的主机数目。了解IPv6协议主要内容内 容 3.1 计算机网络的体系结构 3.2 体系结构中的重要概念 3.3 T
2、CP协议 3.4 IP协议 3.5 ARP（地址解析协议）3.6 IPv6协议3.1 3.1 计算机的体系结构计算机的体系结构 为了对体系结构与协议有一个初步了解，我们先分析一下实际生活中的邮政系统，如图3.1a所示。图3.1a 3.1.13.1.1 层次型的体系结构层次型的体系结构 人类思维能力不是无限的，如果同时面临的因素太多，就不可能做出精确的思维。处理复杂问题的一个有效方法，就是用抽象和层次的方式去构造和分析。同样，对于计算机网络这类复杂的大系统，亦可如此。如图3-1所示，可将一个计算机网络抽象为若干层。其中，第n层是由分布在不同系统中的处于第n层的子系统构成。3.1.13.1.1层次
3、型的体系结构层次型的体系结构2 2网络协议主要包括以下三个重要的元素：网络协议主要包括以下三个重要的元素：（1）语法 规定协议元素（数据和控制信息）的格式（2）语义 规定通信双方如何操作（3）同步 规定通信事件发生的顺序及详细的说明分层应当遵循以下几个主要的原则：分层应当遵循以下几个主要的原则：（1）每层的功能明确（2）层间接口清晰（3）层数应适中3.1.13.1.1层次型的体系结构层次型的体系结构3 3采用分层设计的方法带来的好处，主要有:各层相对独立设计灵活各层都可以采用最合适的技术来实现易于实现和维护易于标准化3.1.2 OSI3.1.2 OSI体系结构体系结构1.三级抽象之间的 关系如
4、图3-2所示2.计算机网络标准制定组织(1)国际标准化组织ISO（OSI）(2)电气电子工程师协会IEEE（802.3、802.5）(3)美国国防部高级研究计划署（TCP/IP）包括所有可能的实现包括所有可能的实现包括所有可能的服务、协议及包括所有可能的服务、协议及其实现其实现包括所有可能的包括所有可能的协议及其实现协议及其实现图图3-2 OSI的三级抽象示意图的三级抽象示意图OIS协议规范协议规范包括所有可能的实现包括所有可能的实现包括所有可能的服务、协议及包括所有可能的服务、协议及其实现其实现包括所有可能的包括所有可能的协议及其实现协议及其实现OSI协议规范协议规范OSI参考模型参考模型O
5、SI服务定义服务定义OSIOSI参考模型参考模型1.1.物理层物理层 物理层传送数据的单位：比特物理层的作用是尽量屏蔽具体物理设备或传输媒体的差异，为上层（数据链路层）提供统一的服务。物理层具体考虑的问题如下：1、如何表达“1”或“0”。2、确定连接介质，确定连接器引线的数目及定义、接头的几何尺寸和锁紧装置。3、指出一比特信息占用多长时间。4、采用何种传输方式。5、初始连接如何建立。6、结束通信时如何拆除连接。OSI参考模型2.2.数据链路层数据链路层 数据链路层传送数据的单位：帧（标志位 地址信息位 控制信息位 数据位 校验信息位 标志位）数据链路层的作用是实现在不太可靠的物理链路上实现可靠
6、的数据传输。数据链路层具体考虑的问题如下：1、数据透明性问题。将物理层的比特流分组装成数据帧，怎样分割比特流？识别标志位。2、流量控制问题。协调收发速率。3.3.网络层网络层 网络层传送数据的单位：分组（或包packet）网络层的作用：利用地址信息将源端发出的分组经过各种途径（结点和链路）送到目的端。（无连接的服务，不可靠）网络层具体考虑的问题如下：路由选择问题。最佳路径 流量控制问题。解决拥塞问题（供不应求）网络寻址问题。网络互连问题。4.4.传输层传输层 传输层传送数据的单位：报文传输层的作用是承上启下，在源端和目的端提供可靠的端到端的服务，实现通信子网的透明传输。（面向连接的服务，可靠！
7、）传输层具体考虑的问题如下：分割和重组数据 提供可靠的端到端服务 流量控制问题5.5.会话层会话层 会话层传送数据的单位：报文会话层的作用是网络到用户应用程序的入口，向表示层提供建立连接，在连接上有序的传输数据（进程间的会话）。会话层具体考虑的问题如下：会话控制问题。通信方式（令牌机制）会话管理问题。同步管理6.6.表示层表示层 表示层传送数据的单位：报文表示层的作用是表示数据，对数据结构和类型进行编码（解码），同时进行，并压缩（解压缩），送到会话层（应用层）表示层具体考虑的问题如下：编码（解码）加密（解密）压缩（解压缩）7.7.应用层应用层 应用层传送数据的单位：报文应用层的作用是为网络用户
8、通信提供专用的程序，即各种应用协议。应用层具体协议如下：虚拟终端协议 FTP 电子邮件收发协议 HTTP网 络 层数据链路层物 理 层数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层 物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层传输介质传输介质CCPCCP网 络 层APAAPBO OS SI I环环境境B B传输介质计算机B计算机AA应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层 数据链路层物 理 层应 用 层表 示 层会 话 层传 输 层网 络 层数据链路层物 理 层APAAPB比特序列帧分组报文数据单元数据单元AP数
9、据AP数据传输介质3.1.3 TCP/IP3.1.3 TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol,Transfer Control Protocol/Internet Protocol,传输控制传输控制/网际）协议网际）协议 正如介绍OSI/RM体系结构一样，协议分层模型包括层次结构和各层功能描述两个部分。与OSI/RM不同的是，TCP/IP没有相对正式的协议模型。然而，根据已经开发的标准协议，可以将TCP/IP协议族归纳成一个相对独立的五层结构，如图3-4所示，（1 1）物理层）物理层 该层是数据传输设备与传输媒质或网络之间的物理接口
10、，它定义了传输媒质、传输速率以及信号编码机制的特性。（2）网络接入层（Network Access Layer）该层是端系统和通信子网之间的逻辑接口，实现端系统与网络的数据交换。因此，源端系统必须向网络提供目的端系统的地址（MAC地址），以便网络沿着合适的路由将数据送往正确的目的地。当然，源端系统也可提出要求网络提供的服务类别。该层使用的协议与应用网络的类型有关TCP/IP（3 3）互联网层（）互联网层（Internet LayerInternet Layer）该层使用网际协议（IP）实现穿越多个网络的路由选择功能。网际协议不仅仅在端系统上执行，同时在路由器上也是执行。路由器是连接多个网络的处
11、理器，其主要功能是数据从源端系统向目的端系统传输的路径中，正确地从一个网路传送到另外一个网络。（4）传输层（Transport Layer）该层提供端到端系统的数据传输服务。传输层不仅提供了可靠性机制，还要解决不同应用程序的识别问题。传输控制协议（TCP）是传输层目前使用最广泛的协议。TCP/IP（5 5）应用层（）应用层（Application LayerApplication Layer）该层向用户提供一组常用的应用程序（如文件传输协议、电子邮件等），为不同主机上的进程或应用之间提供通信。TCP/IP协议族为常用的应用程序制定了相应的协议标准，并把他们作为TCP/IP的内容。因此，用户可以
12、根据自己的实际需要，在传输层以上建立自己的专用程序，调用TCP/IP，但它不属于TCP/IP。TCP/IPTCP/IPTCP/IP协议分层协议分层 OSI模型最基本的技术就是分层，TCP/IP也采用分层体系结构，每一层提供特定的功能，层与层间相对独立，因此改变某一层的功能就不会影响其他层。这种分层技术简化了系统的设计和实现，提高了系统的可靠性及灵活性。TCP/IP也采用分层体系结构，共分四层，即网络接口层、Internet层、传输层和应用层。每一层提供特定功能，层与层之间相对独立，与OSI七层模型相比，TCP/IP没有表示层和会话层，这两层的功能由应用层提供，OSI的物理层和数据链路层功能由网
13、络接口层完成。TCP/IP参考模型及协议族如图3.5所示。TCP/IP3.1.3 TCP/IP3.1.3 TCP/IP协议协议网络接口层以太网令牌环帧中继ATMInternet层IP传输层TCPUDP应用层FTPDNSRIPSNMPSMTPTelnetARPIGMPICMPT TC CP P/I IP P模模型型T TC CP P/I IP P协协议议族族图图3.5TCP/IP参考模型 TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型 TCP/IP体系分四层：网络接口层、网络层、传输层、应用层。网络接口层：不是TCP/IP协议的一部分，是TCP/IP与各种通信网的接口。网络层：IP协议将数据封装成分组
14、、路由、提供不可靠的非连接数据传输服务。传输层：TCP提供可靠的面向连接的数据传输服务，UDP是无连接的协议。应用层：Telnet、FTP、SMTP、DNS。返回返回3.2 3.2 体系结构中的重要概念体系结构中的重要概念3.2.1 开放系统互联环境3.2.2 3.2.2 层、子系统与实体层、子系统与实体3.2.33.2.3服务、协议与服务访问点服务、协议与服务访问点3.2.33.2.3服务、协议与服务访问点服务、协议与服务访问点2 2 必须指出的是，一个（N）实体向上一层（N+1）实体所提供的（N）服务是由以下三个部分组成的：（N）实体自身提供的某些功能 由（N+1）层及其以下各层以及本地系
15、统环境提供的服务 与处于另一开放系统中的对等（N）实体的通信而提供的服务 所以，（N）服务是（N）层以及下各层向（N+1）层提供服务的一种综合能力。但是，（N+1）层对于（N-1）层及其各层提供的服务却是看不见的。另外，（N）服务是（N+1）层所能看得见得功能，但并非是在（N）层内完成全部功能。3.2.33.2.3服务、协议与服务访问点服务、协议与服务访问点3 33.2.4 3.2.4 服务原语服务原语 请求（Request）由（N+1）实体发往（N）实体，表示（N+1）实体请求（N）实体提供指定的（N）服务。如建立连接，请求数据传递等。表示（Indication）由（N）实体发往（N+1）实
16、体，用来通知（N+1）实体发生了某些事件。如收到一个远端对等实体发来的数据。响应（Response）由（N+1）实体发往（N）实体，表示对（N）实体最近一次送来的指示的响应。认证（Confirm）由（N）实体发往（N+1）实体，表示（N+1）实体所请求的服务已经完成，予以确认。3.2.5 3.2.5 数据单元数据单元3.2.5.13.2.5.1 服务数据单元服务数据单元SUDSUD（Service Data UnitService Data Unit）OSI模型把相邻层实体间传送信息的数据单元称为服务数据单元，并将（N+1）层与（N）层之间传输信息的服务单元标记为SUD。（N）服务数据单元实际
17、上是确保（N）服务传输需要的逻辑单元。3.2.5.23.2.5.2 协议数据单元协议数据单元PDUPDU（Protocol Data UnitProtocol Data Unit）OSI模型把对等实体间传送的数据单元称为协议数据单元，并将（N）层的协议数据单元标记为（N）PDU，它由两部分组成：（N）用户数据（记为（N）UD），（N）协议控制信息（记为（N）PCI）。如果某层的协议数据单元只用于控制，则协议数据单元中的用户数据可以省略，此时只有该层的PCI。3.2.5.33.2.5.3 接口数据单元接口数据单元IDUIDU（Interface Data UnitInterface Data U
18、nit）OSI模型把相邻层实体通过层间服务访问点一次交互信息的数据单元称为接口数据单元，并将（N）层的接口数据单元记为（N）IDU。（N）IDU也由两部分组成：（N+1）实体与（N）实体交互的数据，称为接口数据（记为（N）ID）；为了协调（N+1）实体与（N）实体的交互操作而附加的控制信息，这些控制信息称为接口信息（记为（N）ICI）。由于接口控制信息只在交互信息通过访问点时才起作用，所以，当接口数据通过访问服务点后就可以取消。3.2.6 3.2.6 对等实体的通信对等实体的通信3.2.6.1 建立连接阶段 建立一个（N）连接应包括下列内容：指出为（N+1）实体提供通信服务的（N）实体名指出（
19、N）实体向（N+1）实体提供服务的访问点，即（N）SAP指出（N+1）实体要求（N）实体提供服务的服务质量，以及其他有关性能（如流量控制、加速服务等）当然，在建立连接时，两个实体均应处于能够连接的协议状态。另外，（N）层的对等实体间的通信也可以借助于建立（N-1）连接来实现，而且这样的过程可以一直递归利用到互连的传输介质为止。在建立连接过程中，很可能出现需要经过其他对等的实体进行转接的情况，此时，从源到宿的连接中将存在多个连接端点，这称为多端点的连接。3.2.6.2 数据交换阶段 数据交换是（N）层为（N+1）提供的一种服务。其实，这种服务是（N）层及以下各层所提供的一种综合服务能力。但由于（
20、N）层以下提供的服务被（N）层所屏蔽，应此，（N+1）层及以下各层所提供的服务对（N+1）实体是透明的。实际上，可以将（N）连接看成是为（N+1）实体间提供服务的一条逻辑链路，而（N+1）实体间的数据交换就是通过这条逻辑链路来进行的。为了提高数据交换的速度，这种（N）数据交换服务通常是非证实型服务。3.2.6.3 释放连接阶段中止通信联系，这一过程称为正常释放连接。释放连接也是一种服务。正常释放（N）连接是一种非证实型服务。在执行断连的过程中，当接受方（N）实体收到同等（N）实体发来的断连请求后，处了向上一层的（N+1）实体发送断连指示服务原语外，还必须在（N）实体内部随即产生一个（N）协议数
21、据单元，作为对收到的断连请求的确认返回给发送方的（N）实体，从而完成释放（N）连接的协议交换工作。除了正常释放连接之外，还存在有序释放连接和异常释放连接两种情况，有序释放连接是通信双方协商式的连接，而异常释放连接是因服务用户和服务提供者发现了异常情况，不能保持连接上的数据交换，要求立即释放连接的一种断连过程。返回3.3 TCP3.3 TCP协议协议3.3.1 TCP3.3.1 TCP简介简介IP主要负责在计算机之间搬运数据包，TCP主要负责传输数据的正确性。TCP/IP有3个主要的特性：功能丰富开放性普遍性。随着新的网络服务不断的出现，TCP/IP也在不断的修改和扩充。TCP是面向连接的全双工
22、的协议，它为应用层和网络层上的IP提供许多的服务，其中3个最重要的服务是：可靠地传输消息 流量控制 拥挤控制3.3.2 TCP3.3.2 TCP报文段的格式报文段的格式3.3.2 TCP3.3.2 TCP报文段的格式报文段的格式2 2 TCP报文段中由很多域组成，在此将对几个比较重要的域作一简单介绍。(1)源端口号（Source Port Number）域和目的地端口号（Destination Port Number）域(2)顺序号（Sequence Number）域和确认号（Acknowledgment Number）域(3)校验和（Checksum）域(4)URG（Urgent Point
23、er，紧急指针）(5)窗体大小（Windows Size）域(6)标题长度域（Length）域3.3.3 TCP3.3.3 TCP连接管理连接管理建立连接时需要解决三个问题：每一端都能确知对方的存在允许通信双方协商可选参数对运输实体资源进行分配 连接的建立采用客户服务器（C/S）方式。主动发送连接的运输实体的进程为客户（client），而被动等待连接的运输实体的进程称为服务器（server）。在连接建立过程中，存在两种方式：由运行客户进程的运输实体，先向其TCP发出主动打开（active open）命令，表示要向某个IP地址的某个端口建立运输连接。由运行服务器进程的运输实体，先向它的TCP发出
24、一个被动打开（passive）命令，要求它准备接收客户进程的连接请求。接着，服务器进程就处于“监听”（listen）的状态，从而不断检测是否有客户进程连接请求的到来。如有，则予以响应。3.3.3 TCP3.3.3 TCP连接管理连接管理2 2如图3-13所示，表示出连接建立的全过程，其操作步骤如下（三次握手）：如图3-133.3.3 TCP连接管理连接管理3 运输实体A向运输实体B发出连接报文，其首部中的SYN1，ACK0，同时选择一个发送序号SNi，这表明在即将传送的数据的第一个字节的序号为i；运输实体B收到连接请求报文后，如同意连接，则回答确认报文，确认报文首部中的SYN1，ACK1，其发
25、送序列号SNj，确认序列号ANi+1；运输实体A收到确认报文后，向运输实体B回答确认，其确认序列号为ANj+1。此时，运输客户进程的实体运输实体A向上层应用进程告知连接已建立，而运行服务器进程的运输实体B收到A的确认后，也通知上层应用进程，连接已经建立。以上就是TCP连接建立的过程，通常称为三次握手（three-way handshake）。3.3.4 UDP3.3.4 UDP协议协议 在TCP/IP协议簇中提供两种不同的传输协议：用户数据报文传输协议（UDP）和传输控制协议（TCP），在不同的网络应用中使用不同的网络传输协议网络应用层网络应用层HTTPHTTP、FTPFTP、TelnetTe
26、lnet、SMTPSMTP、NNTPNNTP网络文件系统（网络文件系统（NFS）、简）、简单网络管理协议（单网络管理协议（SNMP）、）、域名系统（域名系统（DNS）以及简单）以及简单文件传输系统（文件传输系统（TFTP）、）、RTP：Real Time Transport Protocol（起（起TCP的作用）的作用）传输层传输层TCPTCPUDPUDP互联网层互联网层IPIP、ICMPICMP、IGMPIGMPUDPUDP报文格式报文格式在图中所示的UDP报文中，各字段的意义如下：源/目的端口（Source/Destination Port）：用来记录源端口应用程序的连接端口编号/把到达目
27、的机的报文转发到正确的应用程序端口。长度（Length）：即数据报长度。告诉计算机信息的大小。校验和（Checksum）：同TCP校验和。返回返回3.4 IP3.4 IP协议协议3.4.1 3.4.1 网际协议网际协议IPIP简介简介 IP是是TCP/IP协议簇中的一个协议，协议簇中的一个协议，IP的主要任务是将的主要任务是将TCP或者或者UDP执行执行软件配置的消息装配成数据包，负责安排数据包的传输路径软件配置的消息装配成数据包，负责安排数据包的传输路径。配套使用的还有三个协议配套使用的还有三个协议 地址解析协议地址解析协议ARPARP（Address Resolution Protocol
28、Address Resolution Protocol）逆地址解析协议逆地址解析协议RARPRARP（Reverse Address Resolution ProtocolReverse Address Resolution Protocol）因特网控制报文协议因特网控制报文协议ICMPICMP（Internet Control Message ProtocolInternet Control Message Protocol）IPIP数据报：数据报：IPIP使用的传输单元。使用的传输单元。IPIP的主要内容是定义：的主要内容是定义：数据报标题（数据报标题（Internet Protocol
29、Datagram HeaderInternet Protocol Datagram Header），它由），它由6 6个个3232位长位长度组成，结构如图度组成，结构如图3-153-15所示。如果不使用所示。如果不使用“选择（选择（optionoption）”域，最短域，最短的标题是的标题是5 5个个3232位长度的字。位长度的字。图图3-15 IP3-15 IP数据报报文结构数据报报文结构3.4.13.4.1网际协议网际协议IPIP简介简介 版本号（Version Number）：4位长的版本号包含协议软件使用的IP版本号，接收软件就可以知道如何处理标题中的其他域的内容。目前使用最为广泛的版
30、本号是V4。标题长度（Header Length）：4位长，包含由发送端创建的IP标题的总长度。最短的标题长度为20个字节，最长为24个字节。服务类型（Type Of Service）：8位长，用来引导IP如何处理数据报，格式如下：3.4.2 3.4.2 网际协议地址网际协议地址 在因特网上的每一台联网的计算机需要一个唯一的地址，这样才能在计算机之间进行通信。为此，定义了两种形式来表示计算机在因特网上的地址：(1)MAC（Media Access Control,介质访问控制。也叫物理/硬件/链路）地址(2)IP地址（Internet Protocol address，网际协议地址）MAC地址
31、 由网络设备制造商生产时写在硬件内部。长度为48位（6个字节），通常表示为12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：08:00:20:0A:8C:6D就是一个MAC地址，其中前6位16进制数08:00:20代表网络硬件制造商的编号，它由IEEE（电气与电子工程师协会）分配，而后3位16进制数0A:8C:6D代表该制造商所制造的某个网络产品（如网卡）的系列号。只要你不去更改自己的MAC地址，那么你的MAC地址在世界是惟一的。3.4.2 3.4.2 网际协议地址网际协议地址 IP地址 32位二进制数组成，而且在Internet范围内是唯一的。因特网的IP地址是由美国国家科学基金会于19
32、93年组成的因特网信息中心注册服务部门（InterNIC Registration Service）进行分配和注册，InterNIC是NSFnet（Internet）Network Information Center的缩写。IP地址在扩充之前共有32位，由类别、网络地址、和主机地址共三部分组成：对于IP地址的表示，通常采用点分十进制记法（Dotted Decimal Notation），这种方法是将IP地址用四段二进制表示（如：11000000.1010100.00000110.1000010），为便于阅读，用每段数目不多于3位的十进制表示（如：192.168.6.66，一个C类IP地址）。
33、（1 1）IPIP地址分类（地址分类（IPIP地址分为地址分为5 5类）类）1 1、A A类、类、B B类和类和C C类类IPIP地址地址A A，B B和和C C类地址是基本的因特网地址，是用户使用的地址类地址是基本的因特网地址，是用户使用的地址A A类类 （Class AClass A）：）：0.0.0.0127.255.255.255 0.0.0.0127.255.255.255 网络数较少（网络数较少（2 27 7），主机数最多可达），主机数最多可达2 22424-2-2（大型网）。（大型网）。B B类（类（Class BClass B）：）：128.0.0.0191.255.255.2
34、55128.0.0.0191.255.255.255中型网（网络数中型网（网络数2 21414）其主机数）其主机数2 21616-2-2之间之间C C类（类（Class CClass C）：）：192.0.0.0223.255.255.255192.0.0.0223.255.255.255每个网络只能容纳每个网络只能容纳2 28 8-2-2台主机的小型网，但网络数可达台主机的小型网，但网络数可达2 22121个个2 2、D D类与类与E E类类IPIP地址地址D类（Class D：用于目标多播地址，用于支持多站的传输技术）：224.0.0.0239.255.255E类（Class E：保留地址
35、，留作将来发展使用）：240.0.0.0255.255.255.255注：减2的含义：主机ID全0，则IP为网络号，主机ID全1，则IP为广播地址。（1）A类、B类和C类地址：由网络号net-id和主机号host-id两个字段组成。（2）网络地址（网络号/net-id）：因特网中所包含的网络个数（3）主机地址（主机号/host-id）：每个网络中所能容纳的主机数。3、寻、寻 址址 1、先判断是网内还是网外。2、网内：按host-id找到目的主机。3、网外：先按IP地址的net-id找到主机所在的网络，再按host-id找到目的主机。A类、B类、C类地址的net-id字段分别是1、2和3个字节，
36、在该字节端的前面有13bit的类别表示，其数值分别规定为0、10和110。host-id字段则分别为3、2和1个字节长。这三种地址格式即照顾了网络的大小和主机的多少，又方便了网络号和主机号的识别。（2 2）特殊的）特殊的IPIP地址（一般是不使用，表地址（一般是不使用，表3-23-2所示）所示）TCP/IP协议规定：网络地址：主机ID全为0的网络（或子网）代表网络本身。回送地址（loopback address）：A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本机进程间通信。因此任何程序中一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即将其返回，不作任何网络传输。广播地址：主机地址所有位全为 1
37、，代表广播地址，这些地址用于多点广播消息和服务公告。Net-idNet-idHost-idHost-id源地址源地址目的地址目的地址表示意思表示意思0 00 0可用可用不可用不可用本网络上的主机本网络上的主机0 0Host-idHost-id可用可用不可用不可用本网络上的某个主机本网络上的某个主机全全1 1全全1 1不可用不可用可用可用只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）N e t-N e t-idid全全1 1不可用不可用可用可用对对Net-id网络上的所有主机进行广播网络上的所有主机进行广播127127任何数任何数可用可用可用可用用作本机软件环回
38、路测试之用用作本机软件环回路测试之用（3 3）私有）私有IPIP地址地址 私有IP地址是非接入Internet的地址(即Internet中无法识别！)：A类：10.0.0.010.255.255.255 （一个A类，共224-2台主机）B类：172.16.0.0172.31.255.255 （16个B类，最多16*(216-2)台主机）C类：192.168.0.0192.168.255.255（256个C类网络，最多256*(28-2)台主机 由于这些IP地址不会分配给连接到因特网上的任何网络，因此局域网可以将这些IP地址作为自己的网络地址。（4 4）IPIP地址的特点地址的特点 IP IP地
39、址是一种非等级的逻辑地址结构，不反映任何有关位置的地理信息。地址是一种非等级的逻辑地址结构，不反映任何有关位置的地理信息。当一个主机同时连接到两个网络上时，应为网络号当一个主机同时连接到两个网络上时，应为网络号net-idnet-id不同，该主机不同，该主机就必须具有相应的两个就必须具有相应的两个IPIP地址。这种主机称为多接口主机（地址。这种主机称为多接口主机（multihomedmultihomed hosthost）。）。（实例：（实例：2 2块网卡）块网卡）由于由于IPIP地址中还有网络号，因此，严格来讲，地址中还有网络号，因此，严格来讲，IPIP地址不仅仅是指明一个地址不仅仅是指明一
40、个主机，而是指明一个主机到网络的连接。主机，而是指明一个主机到网络的连接。在在IPIP地址中，凡是分配到网络号地址中，凡是分配到网络号net-idnet-id的网络都是平等的。的网络都是平等的。IP IP地址有时也可以用来指明某个网络的地址，此时只要该地址有时也可以用来指明某个网络的地址，此时只要该IPIP地址主机号地址主机号字段置为全字段置为全0 0即可，例如，即可，例如，110.0.0.0110.0.0.0，175.99.0.0175.99.0.0和和210.50.26.0210.50.26.0这三个这三个IPIP地址分别属于地址分别属于A A类、类、B B类和类和C C类，他们均表示单个
41、网络的地址。类，他们均表示单个网络的地址。网络互连时，具有相同网络号的局域网仍为同一网络，无论其物理布局网络互连时，具有相同网络号的局域网仍为同一网络，无论其物理布局如何。如何。3.4.3 3.4.3 子网划分和子网掩码子网划分和子网掩码 3.4.3.1 3.4.3.1 子网的划分子网的划分 3.4.3.2 3.4.3.2 子网掩码子网掩码 3.4.3.3 CIDR 3.4.3.3 CIDR（classless inter-domainclassless inter-domain router router）无类域间路由）无类域间路由 3.4.3.4 3.4.3.4 子网间的通信子网间的通信3
42、.4.3.13.4.3.1子网的划分子网的划分 子网是因特网中的一个逻辑网络，可将任一（A、B、C类）网络划分为多个逻辑子网（出于管理、性能和安全方面的考虑）。对于A类、B类地址来说，每个IP网络中包含了巨大的主机地址，都存在着巨大的IP地址浪费，一旦IP网络ID为某个机构或区域所申请，由于网络ID的唯一性，其他就不能再使用。为了更有效地使用地址空间，解决IP地址的浪费问题，采用了子网划分技术，将标准的A类、B类或C类的网络再划分成子网。IP地址可分为网络地址与主机地址，把IP地址中的主机ID部分划成几部分，就能够建立另外的子网地址，如图3-17所示，子网地址由网络ID、子网ID和主机ID组成
43、。图3-19 IP子网地址的构造 3.4.3.23.4.3.2子网掩码子网掩码 子网掩码是用来判断任意两台主机（计算机）的IP地址是否属于同一子网络的根据，其表示方式与IP地址相同，是一个32位地址，它用于屏蔽IP地址的一部分。其表示是：网络网络/子网标识部分，用二进制数子网标识部分，用二进制数1 1表示。表示。主机标识部分，用二进制数主机标识部分，用二进制数0 0表示。表示。用二进制或十进制数表示用二进制或十进制数表示 如表3-3所示 A、B、C类网络的标准（默认）子网掩码（一般不使用的特殊IP地址）类别类别二进制子网掩码二进制子网掩码十进制子网掩码十进制子网掩码A A11111111.00
44、000000.00000000.0000000011111111.00000000.00000000.00000000255.0.0.0255.0.0.0B B11111111.11111111.00000000.00000000255.255.0.0255.255.0.0C C11111111.11111111.11111111.00000000255.255.255.0255.255.255.03.4.3.2 3.4.3.2 子网掩码子网掩码 定长子网掩码FLSM（fixed length subnet mask）为使用标准子网掩码的网络。判断网络中两台主机是否属于同一个网络，只需要使用子
45、网掩码分别与他们的IP地址进行与（AND）运算即可，如果运算结果相同，这两个IP地址就属于同一个子网络。即 若：A主机IP”and”子网掩码=B主机IP”and”子网掩码 则A主机与B主机属于同一网络 问题：如果一个网络仅有100台主机，若将一个C类网络可用的254个IP分配给它，则浪费了一些IP地址，HOW we do？用可变长子网掩码VLSM（variable length subnet mask）问题可迎刃而解。3.4.3.2可变长子网掩码可变长子网掩码可变长子网掩码VLSM：当借用IP地址主机部分的高位作为子网编号时，子网就可以在某类地址中划分出更多的子网。设主机标志部分借用n位给子网
46、，剩下m位作为主机标志（n+m=主机标志部分的位数），则有：子网数2n 每个子网具有的主机数量2m-2（台）其具体的划分过程为：（1）确定需要多少个子网，每个子网需要多少台主机。可确定子网位数和主机位数。（2）求出相应的子网掩码。即用默认的子网掩码数加上从主机标志位借用的n位组成新的掩码。（3）子网的部分写成二进制，列出所有子网和主机地址；除去全0和全1地址。默认子网掩码（默认子网掩码（c c类）类）从主机标志部分所借从主机标志部分所借n n位子网掩码位子网掩码剩下剩下m m位作为主机标志位作为主机标志11111111.11111111.11111111.11111111.11111111.1
47、1111111.11111100000000003.4.3.2 子网掩码子网掩码3注：对于VLSM不能使用RIPv1.0(Routing information Protocol,路由协议)或IGRP(Interior Gateway Routing Protocol)的网络，在此协议下，子网数2n-2，即子网掩码是128和254的子网是不能用的，或子网划分中的第一个和最后一个子网是不能使用的，如子网掩码为192划分的子网只能使用中间的两个。而RIPv2.0和增强版IGRP则允许使用VLSM，请读者注意书籍的新旧。例：一个C类地址192.168.10.0需要划分成6个子网，每个子网能容纳30台
48、主机，给出子网掩码和对应的地址空间划分。因为需要用6个子网，根据公式：子网数2n 每个子网具有的主机数量2m-2（台）有：n=3，因为2n=8，m=5（n+m=主机标志部分的位数）,而每个子网可以容纳的主机数量为28-3-2=30，能够满足需要。子网掩码为:默认子网掩码（默认子网掩码（c c类）类）从主机标志部分所借从主机标志部分所借n n位子网掩码位子网掩码剩下剩下m m位作为主机标志位作为主机标志11111111.11111111.111111111111111.11111111.11111111.1.11111100000新的子网掩码为默认的新的子网掩码为默认的2424位加上位加上n n
49、为为2727位位（即（即1 1的位数个数！掩的位数个数！掩2727位），位），表示为：表示为：192.168.10/27192.168.10/27即即225.255.255.224225.255.255.224。子网、广播地址，主机地址为：（从中选子网、广播地址，主机地址为：（从中选6 6个子网即可）个子网即可）:注：全注：全0 0和全和全1 1的全部除去的全部除去 事实上，在采用事实上，在采用VLSMVLSM划分子网的时候，子网划分得越多，每个子网划分子网的时候，子网划分得越多，每个子网内可用的主机地址数量越少，并且由于内可用的主机地址数量越少，并且由于IPIP协议的规定主机地址全部为协议的
50、规定主机地址全部为0 0时时标识网络，主机地址全标识网络，主机地址全1 1时为广播地址，子网划分的越多，时为广播地址，子网划分的越多，IPIP地址的资源地址的资源浪费就越多。因此，子网划分并不是越多越好。浪费就越多。因此，子网划分并不是越多越好。子网地址（子网号）子网地址（子网号）广播地址广播地址主机地址主机地址192.168.10.0192.168.10.0192.168.10.31192.168.10.31192.168.10.1192.168.10.1192.168.10.30192.168.10.30192.168.10.32192.168.10.32192.168.10.63192.
