2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義1網(wǎng)絡(luò)層

—協(xié)議、IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第2頁內(nèi)容概述網(wǎng)絡(luò)層基本概念I(lǐng)P協(xié)議基礎(chǔ)IP包結(jié)構(gòu)包結(jié)構(gòu)IP分片IP地址地址格式子網(wǎng)劃分其他協(xié)議介紹ARP協(xié)議RARP協(xié)議ICMP協(xié)議2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第3頁TCP/IP模型基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第4頁發(fā)展歷史1969年，ARPANET使用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議（NCP）1973年，引進(jìn)傳輸控制協(xié)議（TCP)1981年，引進(jìn)網(wǎng)際協(xié)議（IP)1982年，標(biāo)準(zhǔn)化為TCP/IP協(xié)議組1983年，取代NCP，作為標(biāo)準(zhǔn)組件進(jìn)入BSDUNIX1992年，成立因特網(wǎng)協(xié)會(ISOC),下分若干職能組，因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)組(IAB)是ISOC的技術(shù)顧問組.基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第5頁網(wǎng)絡(luò)層TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)中正式定義的第一層主要功能：投遞分組編址尋址－路由主要協(xié)議：網(wǎng)際協(xié)議(IP)地址解析協(xié)議(ARP)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)網(wǎng)際組管理協(xié)議(IGMP)基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第6頁網(wǎng)際層的IP協(xié)議及配套協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)接口層(HTTP,FTP,SMTP等)物理硬件運(yùn)輸層TCP,UDP應(yīng)用層ICMPIPRARPARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）IGMP2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第7頁網(wǎng)際協(xié)議(IP)IP中的數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)報(bào)主要功能負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)報(bào)交付給主機(jī)IP不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交付的可靠性IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭每一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)都有一個(gè)報(bào)頭，用于標(biāo)記數(shù)據(jù)報(bào)以及控制該數(shù)據(jù)報(bào)的管理方式IP報(bào)頭格式及其內(nèi)容基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第8頁地址解析協(xié)議ARP要實(shí)現(xiàn)最終通信，IP地址是不夠的，需要知道雙方的物理（硬件）地址，ARP用于獲得指定IP地址的目標(biāo)主機(jī)的物理地址使用ARP：主機(jī)在網(wǎng)上發(fā)送帶有目標(biāo)主機(jī)IP地址的廣播，只有具有此IP地址的目標(biāo)主機(jī)會響應(yīng)該請求，并發(fā)回含有其物理地址的響應(yīng)。基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第9頁網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)由于IP的交付是不可靠的，ICMP提供一種機(jī)制，用以向源主機(jī)報(bào)告IP數(shù)據(jù)報(bào)在交付時(shí)出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤。ICMP消息包含在IP數(shù)據(jù)報(bào)之內(nèi)，因而能找到回主機(jī)的路徑常見的ICMP：源停止，目標(biāo)不可訪問等等使用ICMP協(xié)議的應(yīng)用程序?qū)嵗? ping、traceroute基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第10頁網(wǎng)際組管理協(xié)議(IGMP)IGMP提供帶有多播組標(biāo)識的路由，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都支持多播TCP/IP支持下面三種類型的數(shù)據(jù)發(fā)送：廣播：把目標(biāo)地址設(shè)為FFFFFFFFFFFF而發(fā)送到網(wǎng)上所有主機(jī)多播：數(shù)據(jù)被交付到網(wǎng)上的一組主機(jī)，每臺主機(jī)必須注冊多播地址，才能接收指定多播地址的數(shù)據(jù)單播：數(shù)據(jù)只被交付到一個(gè)指定地址的主機(jī)IGMP消息位于IP數(shù)據(jù)報(bào)中IGMP消息的格式和內(nèi)容基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第11頁常用網(wǎng)絡(luò)診斷應(yīng)用程序arp:顯示和修改IP-物理地址轉(zhuǎn)換表。ipconfig:列出使用該命令的主機(jī)上所有當(dāng)前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)配置。nslookup:顯示域名系統(tǒng)名稱服務(wù)器的有關(guān)信息。netstat:顯示協(xié)議統(tǒng)計(jì)信息以及當(dāng)前的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接。ping:證實(shí)與一臺或多臺遠(yuǎn)程主機(jī)的連接。route:操縱網(wǎng)絡(luò)路由表。tracert:跟蹤本地主機(jī)與目標(biāo)主機(jī)之間的連接。.....基本概念2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義12IP協(xié)議基礎(chǔ)－網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第13頁網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運(yùn)輸層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長期的爭論。爭論焦點(diǎn)的實(shí)質(zhì)就是：在計(jì)算機(jī)通信中，可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第14頁電信網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)

讓網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)可靠交付面向連接的通信方式建立虛電路(VirtualCircuit)，以保證雙方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第15頁應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層虛電路服務(wù)H1H2虛電路H1

發(fā)送給H2

的所有分組都沿著同一條虛電路傳送2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第16頁虛電路是邏輯連接虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第17頁因特網(wǎng)采用的設(shè)計(jì)思路網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（即IP數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)（不進(jìn)行編號）。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然也不保證分組傳送的時(shí)限。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第18頁盡最大努力交付的好處由于傳輸網(wǎng)絡(luò)不提供端到端的可靠傳輸服務(wù)，這就使網(wǎng)絡(luò)中的路由器可以做得比較簡單，而且價(jià)格低廉（與電信網(wǎng)的交換機(jī)相比較）。如果主機(jī)（即端系統(tǒng)）中的進(jìn)程之間的通信需要是可靠的，那么就由網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)中的運(yùn)輸層負(fù)責(zé)（包括差錯(cuò)處理、流量控制等）。采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。因特網(wǎng)能夠發(fā)展到今日的規(guī)模，充分證明了當(dāng)初采用這種設(shè)計(jì)思路的正確性。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第19頁應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)H1H2IP數(shù)據(jù)報(bào)丟失H1

發(fā)送給H2

的分組可能沿著不同路徑傳送2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第20頁虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的對比對比的方面虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)思路可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保證連接的建立必須有不需要終點(diǎn)地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路號每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作出故障的結(jié)點(diǎn)可能會丟失分組，一些路由可能會發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)處理和流量控制可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義21IP協(xié)議基礎(chǔ)－IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第22頁網(wǎng)際協(xié)議(IP)IP提供無連接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，是Internet數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)IP提供的是最底層的、最基礎(chǔ)的一部分這種服務(wù)是不提供服務(wù)保證的，分組可能丟失、延遲，也不通知發(fā)送方或接受方。一個(gè)分組序列有可能沿著不同的路徑發(fā)送。服務(wù)是全力轉(zhuǎn)發(fā)，不因?yàn)橘Y源耗盡或網(wǎng)絡(luò)故障而停止，因而會引起丟失等不可靠的情形出現(xiàn)。應(yīng)用服務(wù)可靠的傳輸服務(wù)無連接的分組轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第23頁IP協(xié)議中提供的三種重要的內(nèi)容基本的數(shù)據(jù)傳送單元，為之指定了精確的數(shù)據(jù)格式如何實(shí)現(xiàn)路由功能，為數(shù)據(jù)發(fā)送選擇路徑IP還包含一套規(guī)則描述主機(jī)和路由器應(yīng)如何處理數(shù)據(jù)，出錯(cuò)數(shù)據(jù)應(yīng)何時(shí)以及如何產(chǎn)生，丟棄分組的條件IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第24頁互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(a)互連網(wǎng)絡(luò)(b)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)路由器

虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第25頁虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用IP協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡稱為IP網(wǎng)。使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第26頁5432154321主機(jī)H1

主機(jī)H2R1R4R5R2R3R1R2R3H1R5H2R4間接交付間接交付間接交付間接交付間接交付直接交付3221132211322113221132211分組在互聯(lián)網(wǎng)中的傳送2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第27頁從網(wǎng)絡(luò)層看IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳送如果我們只從網(wǎng)絡(luò)層考慮問題，那么IP數(shù)據(jù)報(bào)就可以想象是在網(wǎng)絡(luò)層中傳送。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)報(bào)H1R1R2R3R4R5H22025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第28頁IP數(shù)據(jù)報(bào)和幀結(jié)構(gòu)一樣，IP數(shù)據(jù)報(bào)也分為兩個(gè)部分IP數(shù)據(jù)報(bào)在傳送時(shí)封裝在幀的數(shù)據(jù)域，硬件不能識別IP格式。詳細(xì)的數(shù)據(jù)報(bào)頭，見下頁：IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第29頁IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第30頁VERS:4個(gè)比特，版本號HLEN:4個(gè)比特，數(shù)據(jù)報(bào)頭的長度(以多少個(gè)32位比特來度量)，一般除了IPOPTIONS以及相應(yīng)的PADDING字段可變，其它字段都是固定長，最常見的數(shù)據(jù)報(bào)頭是無IPOPTIONS及PADDING字段，則總長為160bit，HLEN的值為5（20字節(jié)）TOTALLENGGTH:為IP數(shù)據(jù)報(bào)的總長度(包括頭和數(shù)據(jù)，以多少個(gè)8位組來衡量)，其為16比特，因此一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)可能的最大長度為65535個(gè)8位組SERVICETYPE(TOS):指定應(yīng)如何處理該數(shù)據(jù)報(bào)，它又分為5個(gè)子字段，見下頁圖：IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第31頁頭3位用于優(yōu)先級(0-7)，指定數(shù)據(jù)報(bào)的優(yōu)先級，可用于擁塞控制，但目前幾乎所有的主機(jī)和路由器都忽略此信息。D:設(shè)置后表示要求低延遲T:設(shè)置后表示要求高吞吐量R:設(shè)置后表示要求高可靠C:設(shè)置后表示要求費(fèi)用更低廉的路由都用來給路由選擇提供建議，但不是一定要執(zhí)行的。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第32頁IDENTIFICATION、FLAGS和FRAGMENTOFFSET三個(gè)字段控制IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片(fragmentation)和組合(reassembly)IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片和組合：IP數(shù)據(jù)報(bào)是由軟件處理，與硬件無關(guān)，因而在不同版本的協(xié)議中可規(guī)定其最大長度。但由硬件處理的低層的數(shù)據(jù)幀長度是由硬件限定的，例如，以太網(wǎng)最大可傳送的幀長為1500個(gè)8位組，而FDDI為4470個(gè)8位組，這些限定值稱為最大傳送單元(MTU)。而IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝在低層的數(shù)據(jù)幀中，如果數(shù)據(jù)報(bào)需要通過一個(gè)具有較小的MTU的物理網(wǎng)絡(luò)，那么為了適合物理網(wǎng)絡(luò)MTU的要求，就必須把較大的數(shù)據(jù)報(bào)分片成較小的數(shù)據(jù)報(bào)，分片由路由器來完成，但不提供保證。（路由器處理的最小數(shù)據(jù)單元為576個(gè)8位組）而把較小的數(shù)據(jù)報(bào)組合回原始的數(shù)據(jù)報(bào)在目的主機(jī)進(jìn)行。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第33頁例如，一個(gè)包，其數(shù)據(jù)長度為2200字節(jié)，通過一個(gè)MTU為820字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，路由器分片情況(IP頭部為20字節(jié))

:R1R2ABLAN1LAN2MTU=820IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第34頁R1R2ABLAN1LAN2MTU=820800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

包頭為20字節(jié)IP數(shù)據(jù)報(bào)總長度為2220字節(jié)總長度為820字節(jié)總長度為820字節(jié)總長度為620字節(jié)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第35頁800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

如果再通過一個(gè)MTU為420的網(wǎng)絡(luò)，路由器(R2)可再進(jìn)一步分片,情況如何?R1R2ABLAN1LAN2MTU=820MTU=420IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第36頁800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

R1R2ABLAN1LAN2MTU=820MTU=420片頭1400字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片頭2400字節(jié)片2，偏移量為50，MF＝1

IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第37頁800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

R1R2ABLAN1LAN2MTU=820MTU=420片頭1400字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片頭2400字節(jié)片2，偏移量為50，MF＝1

片頭3400字節(jié)片3，偏移量為100，MF＝1

片頭4400字節(jié)片4，偏移量為150，MF＝1

IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第38頁800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

R1R2ABLAN1LAN2MTU=820MTU=420片頭1400字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片頭2400字節(jié)片2，偏移量為50，MF＝1

片頭3400字節(jié)片3，偏移量為100，MF＝1

片頭4400字節(jié)片4，偏移量為150，MF＝1

片頭5400字節(jié)片5，偏移量為200，MF＝1

IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第39頁800字節(jié)600字節(jié)800字節(jié)包頭片頭1800字節(jié)片頭2800字節(jié)片頭3600字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片2，偏移量為100，MF＝1

片3，偏移量為200，MF＝0

R1R2ABLAN1LAN2MTU=820MTU=420片頭1400字節(jié)片1，偏移量為0，MF＝1

片頭2400字節(jié)片2，偏移量為50，MF＝1

片頭3400字節(jié)片3，偏移量為100，MF＝1

片頭4400字節(jié)片4，偏移量為150，MF＝1

片頭5400字節(jié)片5，偏移量為200，MF＝1

片頭6200字節(jié)片6，偏移量為250，MF＝0IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第40頁2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第41頁在TCP/IP中，數(shù)據(jù)報(bào)一旦被分片，則在到達(dá)目的主機(jī)之前就一直以單獨(dú)的數(shù)據(jù)報(bào)存在，在到達(dá)主機(jī)后，才組合成原始的數(shù)據(jù)報(bào)。這樣做的缺點(diǎn)：都到接受端主機(jī)組合，效率不高，且在MTU大的網(wǎng)絡(luò)中仍以小的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸，效率不高接受端主機(jī)會設(shè)置一個(gè)組合計(jì)時(shí)器，若超過一個(gè)定時(shí)，則不再組合為原始數(shù)據(jù)報(bào)，這樣只要有一個(gè)小的分組不能到達(dá)目的，則整個(gè)的原始數(shù)據(jù)報(bào)就出錯(cuò)，這就有可能增大了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸出錯(cuò)的概率。這也可能是優(yōu)點(diǎn)，各個(gè)小的數(shù)據(jù)報(bào)可以獨(dú)立路由，均衡負(fù)載。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第42頁在分片后，每一片都與原始的數(shù)據(jù)報(bào)有相同的頭格式。TOTALLENGTH字段設(shè)置為分片的長度，而非原始數(shù)據(jù)報(bào)的長度IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第43頁IDENTIFICATION字段（標(biāo)識）每一個(gè)原始數(shù)據(jù)報(bào)的IDENTIFICATION字段包含一個(gè)唯一的標(biāo)識數(shù)據(jù)報(bào)的整數(shù)，在分片時(shí)，這個(gè)整數(shù)拷貝到所有分片，以便使主機(jī)知道每個(gè)分片是屬于哪一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)FRAGMENTOFFSET字段（片偏移）通過指定各個(gè)分片在原始數(shù)據(jù)報(bào)中的偏移量而指定各個(gè)分片在原始數(shù)據(jù)報(bào)中的位置,以8個(gè)字節(jié)作為單位.FLAGS字段（標(biāo)志）3位FLAGS的低兩位控制分片其中頭一位(不要分片)設(shè)為1時(shí)表示不要分片，當(dāng)某個(gè)路由器認(rèn)為一個(gè)設(shè)為不要分片的數(shù)據(jù)報(bào)需要分片時(shí)，路由器放棄該數(shù)據(jù)報(bào)并向源主機(jī)發(fā)送一個(gè)出錯(cuò)消息。低一位(更多的分片)指定分片是否是一個(gè)原始數(shù)據(jù)報(bào)的中間部分或結(jié)束部分。若其設(shè)置為0，則表明該分片是最后一個(gè)分片，再通過檢查各分片的偏移量，目的主機(jī)就可以重新組合回原始數(shù)據(jù)報(bào)。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第44頁TIMETOLIVE(TTL)字段(以秒為單位)指定數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)上的保留時(shí)間。每個(gè)處理該數(shù)據(jù)報(bào)的路由器都會根據(jù)已過去的時(shí)間減少這個(gè)字段的值，當(dāng)其值為零時(shí)，就丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)，并發(fā)回一個(gè)出錯(cuò)消息。這樣就不會使一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)總在網(wǎng)絡(luò)中占用資源。但在沒有時(shí)鐘同步時(shí)，一般路由器并不能知道精確的時(shí)間，一種簡易的途徑是：當(dāng)路由器處理一個(gè)未經(jīng)長時(shí)等待的數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，只把TTL字段減一，而如果該路由器負(fù)載較大，數(shù)據(jù)報(bào)等待時(shí)間長，則減去其從達(dá)到路由器到得到處理這一段的秒數(shù)。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第45頁P(yáng)ROTOCOL字段指定數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)是由那種高層協(xié)議創(chuàng)建的，因而也就相應(yīng)地指定了數(shù)據(jù)域的格式HEADERCHECKSUM字段檢校和，確保數(shù)據(jù)頭(而非整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào))值的完整性，這就使得封裝的高層協(xié)議數(shù)據(jù)需要自己的檢校和。SOURCEIPADDRESS字段源主機(jī)32位IP地址DESTINATIONIPADDRESS字段目的主機(jī)32位IP地址PADDING字段由于IPOPTIONS的字段長度依據(jù)所選定的選項(xiàng)而有所不同，PADDING字段的作用是根據(jù)IPOPTIONS字段的長度把兩個(gè)字段的長度和補(bǔ)到32位。IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第46頁運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù)據(jù)部分IP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個(gè)進(jìn)程2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第47頁IPOPTIONS字段在一般數(shù)據(jù)報(bào)中并不需要，主要用于網(wǎng)絡(luò)測試和調(diào)試。記錄路由選項(xiàng)：允許源主機(jī)建立一個(gè)空列表，并讓每一個(gè)處理了數(shù)據(jù)報(bào)的路由器添加其IP地址到表中。時(shí)間戳選項(xiàng)：允許源主機(jī)建立一個(gè)空列表，并讓每一個(gè)處理了數(shù)據(jù)報(bào)的路由器向列表添加一個(gè)項(xiàng)，這個(gè)項(xiàng)包含兩部分：其IP地址，時(shí)間戳（整數(shù)）這樣可以使源主機(jī)知道更精確的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸路徑IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第48頁IP協(xié)議基礎(chǔ)－IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第49頁為什么要IP地址已有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理地址（網(wǎng)卡地址，MAC地址）作為最底層通信地址，為何還要IP地址：物理地址只在兩個(gè)設(shè)備在同一物理網(wǎng)絡(luò)中時(shí)才使用。IP地址提供了對遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備進(jìn)行尋址和訪問的方法，它使得網(wǎng)關(guān)能容易決定數(shù)據(jù)報(bào)是留在本地網(wǎng)還是傳輸?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)并非所有的網(wǎng)絡(luò)主機(jī)都有網(wǎng)卡，撥號上網(wǎng)的主機(jī)無需網(wǎng)卡。利用IP地址可使撥號主機(jī)連接上IP網(wǎng)絡(luò)物理地址地址包括供應(yīng)商代碼(24位)和設(shè)備ID(24位)兩部分，用戶使用不友好。IP地址可使得地址邏輯上有序，易于理解和組織最重要的是：IP地址實(shí)際上是一種組織網(wǎng)絡(luò)的方式，與物理地址的作用(區(qū)別不同的硬件設(shè)備)完全無關(guān)。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第50頁IP地址表示(IPv4)二進(jìn)制表示：32位1100101001110000100001011110111點(diǎn)分十進(jìn)制表示：由二進(jìn)制變化而來。32位二進(jìn)制數(shù)分成4個(gè)8位組，每8位二進(jìn)制用相應(yīng)的十進(jìn)制表示202.112.133.119一個(gè)IP地址可分為兩部分：前一部分為網(wǎng)絡(luò)ID，標(biāo)識主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，即標(biāo)識一個(gè)網(wǎng)絡(luò)前一部分為主機(jī)ID，標(biāo)識一臺主機(jī)兩部分分界位置的不同分別對應(yīng)了不同種類的IP地址，并相應(yīng)地適合不同種類的網(wǎng)絡(luò)IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第51頁常用的三種類別的IP地址IP地址的使用范圍

網(wǎng)絡(luò)最大第一個(gè)最后一個(gè)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)類別網(wǎng)絡(luò)數(shù)可用的可用的中最大的網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號主機(jī)數(shù)

A126(27–2)112616,777,214B16,383(214

1)128.1191.25565,534C2,097,151(221

1)192.0.1223.255.2552542025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第52頁IP地址的一些重要特點(diǎn)(1)IP地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級的好處是：第一，IP

地址管理機(jī)構(gòu)在分配

IP

地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號，而剩下的主機(jī)號則由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。這樣就方便了

IP

地址的管理。第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第53頁IP地址的一些重要特點(diǎn)(2)實(shí)際上IP地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號net-id必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)(multihomedhost)。由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將IP數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的IP地址。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第54頁特殊IPIP地址功能127．x．x．x回送（Loopback）0．0．0．0缺省路由網(wǎng)絡(luò)位全為0本機(jī)IP地址的主機(jī)部份主機(jī)位全為0代表本網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址所有位（或主機(jī)位）全為1廣播地址IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第55頁保留IP一個(gè)機(jī)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)要連入Internet，必須申請公用IP地址。但是考慮到網(wǎng)絡(luò)安全和內(nèi)部實(shí)驗(yàn)等特殊情況，在IP地址中專門保留了三個(gè)區(qū)域作為私有地址，其地址范圍如下：

/8：～55/12：～55/16：～55

IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第56頁使用保留地址的網(wǎng)絡(luò)只能在內(nèi)部進(jìn)行通信，而不能與其他網(wǎng)絡(luò)互連。因?yàn)楸揪W(wǎng)絡(luò)中的保留地址同樣也可能被其他網(wǎng)絡(luò)使用，如果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連，那么尋找路由時(shí)就會因?yàn)榈刂返牟晃ㄒ欢霈F(xiàn)問題。但是這些使用保留地址的網(wǎng)絡(luò)可以通過將本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的保留地址翻譯轉(zhuǎn)換成公共地址的方式(NAT)實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的互連。

2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第57頁確定下列IP是否有效：809220.103.256.562555454IP地址127為回送地址256〉28240組播地址主機(jī)部分全1表示本網(wǎng)絡(luò)廣播地址10為保留內(nèi)部地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第58頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是IP地址中的net-id2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第59頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是IP地址中的net-id2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第60頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是IP地址中的net-id2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第61頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是IP地址中的net-id2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第62頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第63頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第64頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的IP地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號的IP地址。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第65頁互聯(lián)網(wǎng)中的IP地址B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明IP地址。如指明IP地址，則這一段連線就構(gòu)成了一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)”。現(xiàn)在常不指明IP地址。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第66頁IP地址與硬件地址TCP報(bào)文IP數(shù)據(jù)報(bào)MAC幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網(wǎng)絡(luò)層及以上使用IP地址IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第67頁HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)通信的路徑H1→經(jīng)過R1轉(zhuǎn)發(fā)→再經(jīng)過R2轉(zhuǎn)發(fā)→H2查找路由表查找路由表2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第68頁HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第69頁HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)從虛擬的

IP

層上看

IP數(shù)據(jù)報(bào)的流動2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第70頁HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1硬件地址路由器R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)在鏈路上看

MAC幀的流動2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第71頁IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報(bào)圖中的IP1→IP2

表示從源地址IP1

到目的地址IP2

兩個(gè)路由器的IP地址并不出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部中2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第72頁IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC幀IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行路由選擇2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第73頁IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC幀從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見MAC幀而看不見IP數(shù)據(jù)報(bào)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第74頁IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī)H1主機(jī)H2路由器R1IP層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2MAC幀從HA1

到HA3從HA4

到HA5從HA6

到HA2MAC幀MAC幀IP數(shù)據(jù)報(bào)IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié)在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的IP地址研究主機(jī)和主機(jī)或主機(jī)和路由器之間的通信2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第75頁網(wǎng)絡(luò)掩碼

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的每一臺主機(jī)都需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)掩碼。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)掩碼或者是一個(gè)默認(rèn)的掩碼值，或者是一個(gè)自定義的網(wǎng)絡(luò)掩碼。默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)掩碼用在未被劃分為子網(wǎng)的情況；而自定義的網(wǎng)絡(luò)掩碼用在網(wǎng)絡(luò)被劃分為子網(wǎng)的情況中。網(wǎng)絡(luò)掩碼：格式同IP地址（四個(gè)字節(jié)、每個(gè)字節(jié)間以點(diǎn)分隔），網(wǎng)絡(luò)位設(shè)置為1、主機(jī)位設(shè)置為0。網(wǎng)絡(luò)掩碼與IP地址進(jìn)行與運(yùn)算可獲得網(wǎng)絡(luò)位進(jìn)址。 下圖是A、B、C三類地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼

IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第76頁NetworkAddressingwithoutSubnets…...5354IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第77頁網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃子網(wǎng)劃分：將主機(jī)位的前n位（子網(wǎng)數(shù)=2n–2）作為網(wǎng)絡(luò)位（即子網(wǎng)ID派生自高位），這樣，就出現(xiàn)了多個(gè)子網(wǎng)。IP子網(wǎng)通常用于解決IP資源不足（網(wǎng)絡(luò)數(shù)不足）或重新定向網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流和減少網(wǎng)絡(luò)的擁擠程度。現(xiàn)在，有些路由器廠家支持2n個(gè)子網(wǎng)

IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第78頁NetworkAddressingwithSubnetsIP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第79頁DecimalEquivalents

ofBitPatterns0 0 0 0 0 0 0 0 = 01 0 0 0 0 0 0 0 = 1281 1 0 0 0 0 0 0 = 1921 1 1 0 0 0 0 0 = 2241 1 1 1 0 0 0 0 = 2401 1 1 1 1 0 0 0 = 2481 1 1 1 1 1 0 0 = 2521 1 1 1 1 1 1 0 = 2541 1 1 1 1 1 1 1 = 255128 64 32 16 8 4 2 1IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第80頁16NetworkHost172001010110011111111101011000001000011111111000100000000000000000000101000000000000000000000Subnetsnotinuse—thedefault00000010SubnetMaskwithoutSubnets60

Network

NumberIP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第81頁NetworknumberextendedbyeightbitsSubnetMaskwithSubnets16NetworkHost60

255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010SubnetNetwork

Number128192224240248252254255IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第82頁SubnetMaskwithSubnetsNetworkHost60

255.255.255.192101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010SubnetNetworknumberextendedbytenbits161722128Network

Number128192224240248252254255128192224240248252254255IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第83頁SubnetMaskExerciseAddressSubnetMaskClassSubnet002IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第84頁SubnetMaskExerciseAnswersAddressSubnetMaskClassSubnet002BAAIP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第85頁AddressingSummaryExample16172216010101100000100001010000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst60921IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第86頁AddressingSummaryExample1010110011111111000100001111111111111111101000001100000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst609212161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第87頁AddressingSummaryExample1010110011111111000100001111111111111111101000001100000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst60921237161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第88頁101011001111111100010000111111111111111110100000110000001000000000000010HostMaskSubnetBroadcastLastFirst60921234161722160AddressingSummaryExampleIP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第89頁AddressingSummaryExample10101100111111110001000011111111111111111010000011000000100000000000001010111111HostMaskSubnetBroadcastLastFirst609212345161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第90頁AddressingSummaryExample1010110011111111000100001111111111111111101000001100000010000000000000101011111110000001HostMaskSubnetBroadcastLastFirst6092123456161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第91頁AddressingSummaryExample101011001111111100010000111111111111111110100000110000001000000000000010101111111000000110111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst60921234567161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第92頁AddressingSummaryExample101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010101011000001000000000010101111111010110000010000000000101000000110101100000100000000001010111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst609212345678161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第93頁AddressingSummaryExample101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000110000001000000000000010101011000001000000000010101111111010110000010000000000101000000110101100000100000000001010111110HostMaskSubnetBroadcastLastFirst609228912990123456789161722160IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第94頁例子已有網(wǎng)絡(luò)地址：，欲分為6個(gè)子網(wǎng)，如何規(guī)劃？IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第95頁例：將網(wǎng)絡(luò)分成6個(gè)子網(wǎng)

1）確定所需位數(shù)：23-2=6，需要3位

2）確定子網(wǎng)掩碼：11111111.11111111.11100000.00000000，即,可以容納主機(jī)數(shù)目為213-2=8190 3）列出所有可能的子網(wǎng)組合

00000000=0（不可用）

00100000=32 01000000=64 01100000=96 10000000=128 10100000=160 11000000=192 11100000=224（不可用）IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第96頁4）畫出子網(wǎng)連接圖IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第97頁子網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分：把單一IP網(wǎng)絡(luò)劃分為幾個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。為何要做子網(wǎng)劃分：提高地址的利用率：A類、B類網(wǎng)絡(luò)地址空間太大，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)不可能用完所有地址，為有效使用地址空間，有必要把它們分配給更多較小的網(wǎng)絡(luò)使用易于網(wǎng)絡(luò)管理：小的網(wǎng)絡(luò)易于管理，大型網(wǎng)絡(luò)按其中各主機(jī)的工作聯(lián)系或地理位置劃分成一些小的網(wǎng)絡(luò)更易于管理提高網(wǎng)絡(luò)性能：通過劃分成不同的物理網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)通信量盡可能局部化，減少廣播風(fēng)暴的出現(xiàn)。提高安全性：通過子網(wǎng)來隔離網(wǎng)絡(luò)或?qū)τ谔厥庖螵?dú)立組網(wǎng)。減少Internet核心路由的數(shù)目。所有子網(wǎng)對外只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號，子網(wǎng)對網(wǎng)外部是不可見的，只有子網(wǎng)內(nèi)部的路由知道子網(wǎng)劃分。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第98頁子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID的劃分是通過給子網(wǎng)中的每臺主機(jī)指定子網(wǎng)掩碼來實(shí)現(xiàn)的，子網(wǎng)掩碼的功能：指定網(wǎng)絡(luò)ID與主機(jī)ID的分界。子網(wǎng)掩碼的設(shè)置：對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址的所有位都設(shè)為1，而對應(yīng)于主機(jī)地址的所有位都設(shè)為0，子網(wǎng)掩碼的例子：IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第99頁例1：B類單一網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)掩碼沒有屏蔽出子網(wǎng)結(jié)構(gòu)。該子網(wǎng)掩碼為默認(rèn)子網(wǎng)掩碼。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第100頁例2：IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第101頁B類單一網(wǎng)絡(luò)，被子網(wǎng)掩碼屏蔽出子網(wǎng)結(jié)構(gòu)。主機(jī)ID的前一個(gè)八位組用于子網(wǎng)ID,后一個(gè)八位組為主機(jī)ID。這樣可配置的子網(wǎng)數(shù)目為255每個(gè)子網(wǎng)可含254臺主機(jī)（全1為廣播）IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第102頁子網(wǎng)ID為全零或全1的：按標(biāo)準(zhǔn)RFC-950，全零或全1的子網(wǎng)ID是禁止的，主要原因是早期的路由協(xié)議RIPv1不能攜帶掩碼或者網(wǎng)絡(luò)ID的長度，因此不能區(qū)分一些情況：例如全零時(shí)：網(wǎng)絡(luò)：a)11000001.00000001.00000001.00000000(C類網(wǎng)絡(luò)())b)11000001.00000001.00000001.xxx|00000(ID前三比特為子網(wǎng)ID)路由：a)網(wǎng)絡(luò)路由：11000001.00000001.00000001.00000000(/24)b)當(dāng)三位均為零時(shí)的子網(wǎng)路由：11000001.00000001.00000001.000|00000(/27)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)前綴長度不知時(shí)(路由協(xié)議不能攜帶子網(wǎng)掩碼），兩者不可區(qū)分。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第103頁全1時(shí)，例如：a)11000001.00000001.00000001.11111111(C類網(wǎng)絡(luò)(24))b)11000001.00000001.00000001.xxx|11111(ID前三比特為子網(wǎng)ID)a)表示在網(wǎng)絡(luò)11000001.00000001.00000001.00000000(/24)中廣播。b)當(dāng)三位均為1時(shí)變?yōu)椋?1000001.00000001.00000001.111|11111表示在子網(wǎng)11000001.00000001.00000001.xxx|00000(/27)中廣播當(dāng)網(wǎng)絡(luò)前綴長度不知時(shí)，兩者不可區(qū)分。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第104頁在兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，IP可以通過子網(wǎng)掩碼來斷定源主機(jī)與目標(biāo)主機(jī)是否處于同一個(gè)子網(wǎng)，從而決定是否要轉(zhuǎn)給路由器。方法:分別把源IP地址和目標(biāo)IP地址與各自的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“邏輯位與”運(yùn)算。如果得到的網(wǎng)絡(luò)ID值相同，則認(rèn)為兩個(gè)主機(jī)是在同一子網(wǎng)，而無須路由。如果得到的網(wǎng)絡(luò)ID值不同，則認(rèn)為兩個(gè)主機(jī)不在同一子網(wǎng)，而把數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同一子網(wǎng)的主機(jī)必須配置相同的子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼錯(cuò)誤將導(dǎo)致錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的路徑。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第105頁劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而在

1992

年因特網(wǎng)仍然面臨三個(gè)必須盡早解決的問題，這就是：B類地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長（從幾千個(gè)增長到幾萬個(gè)）。整個(gè)IPv4的地址空間最終將全部耗盡。無分類編址CIDR

1.網(wǎng)絡(luò)前綴

2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第106頁1987年，RFC1009就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進(jìn)一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進(jìn)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第107頁CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。IP地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。CIDR最主要的特點(diǎn)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第108頁無分類的兩級編址的記法是：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機(jī)號>}CIDR還使用“斜線記法”(slashnotation)，它又稱為CIDR記法，即在IP地址面加上一個(gè)斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的位數(shù)（這個(gè)數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中1的個(gè)數(shù)）。CIDR把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

無分類的兩級編址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第109頁CIDR地址塊/20表示的地址塊共有212個(gè)地址（因?yàn)樾本€后面的20是網(wǎng)絡(luò)前綴的位數(shù)，所以這個(gè)地址的主機(jī)號是12位）。這個(gè)地址塊的起始地址是。在不需要指出地址塊的起始地址時(shí)，也可將這樣的地址塊簡稱為“/20地址塊”。/20地址塊的最小地址：/20地址塊的最大地址：55全0和全1的主機(jī)號地址一般不使用。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第110頁/20表示的地址（212個(gè)地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00101111111110111000000000001110

00101111111111001000000000001110

00101111111111011000000000001110

00101111111111101000000000001110

0010111111111111

所有地址的20位前綴都是一樣的最小地址最大地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第111頁一個(gè)CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合，它使得路由表中的一個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)（例如上千個(gè)）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。對于

/20

地址塊，它的掩碼是

20

個(gè)連續(xù)的1。斜線記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個(gè)數(shù)。路由聚合(routeaggregation)2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第112頁CIDR記法的其他形式/10可簡寫為10/10，也就是把點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。/10隱含地指出IP地址

的掩碼是。此掩碼可表示為

1111111111000000000000000000000025519200掩碼中有10個(gè)連續(xù)的12025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第113頁CIDR記法的其他形式/10可簡寫為10/10，也就是將點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。/10相當(dāng)于指出IP地址

的掩碼是，即

11111111110000000000000000000000網(wǎng)絡(luò)前綴的后面加一個(gè)星號*的表示方法如0000101000*，在星號*之前是網(wǎng)絡(luò)前綴，而星號*表示IP地址中的主機(jī)號，可以是任意值。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第114頁構(gòu)成超網(wǎng)前綴長度不超過23位的CIDR地址塊都包含了多個(gè)C類地址。這些C類地址合起來就構(gòu)成了超網(wǎng)。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡(luò)前綴變長。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第115頁假設(shè)已有如下8個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)：要把它們合并成一個(gè)超網(wǎng)。IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第116頁對這8個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用子網(wǎng)掩碼，則有：IP地址2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第117頁可以看到，通過使用一個(gè)子網(wǎng)掩碼，使后15位作為主機(jī)地址，而把8個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)邏輯上組成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)，IP地址為2的主機(jī)會認(rèn)為IP地址為4的主機(jī)在同一個(gè)子網(wǎng)上。因此，這8個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)就可以用同一個(gè)入口。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第118頁CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23

單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)/2211001110.00000000.010001*1024

一系/2311001110.00000000.0100010*512

二系/2411001110.00000000.01000110.*256

三系/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系28/2511001110.00000000.01000111.1*1282025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第119頁CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)/22/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系28/2692/26/2528/25/2528/25/264/2628/2692/26/24/25/264/2628/25/23這個(gè)ISP共有64個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個(gè)路由器的路由表中，就需要有64個(gè)項(xiàng)目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個(gè)項(xiàng)目/18就能找到該ISP。2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第120頁2.最長前綴匹配使用CIDR時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會得到不止一個(gè)匹配結(jié)果。應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體(morespecific)

。最長前綴匹配又稱為最長匹配或最佳匹配。

2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第121頁最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=28路由表中的項(xiàng)目：/22（ISP）

28/25（四系）查找路由表中的第1個(gè)項(xiàng)目ANDD=206.0.01000100.0第1個(gè)項(xiàng)目/22的掩碼M

有22個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D

的第3個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111110000000000206.0.01000100.0與/22匹配2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第122頁最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=28路由表中的項(xiàng)目：/22（ISP）

28/25（四系）再查找路由表中的第2個(gè)項(xiàng)目ANDD=206.0.71.10000000第2個(gè)項(xiàng)目28/25的掩碼M

有25個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111111110000000因此只需把D

的第4個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111111110000000206.0.71.10000000與28/25匹配2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第123頁最長前綴匹配DAND(11111111111111111111110000000000)=/22匹配DAND(11111111111111111111111110000000)=28/25匹配選擇兩個(gè)匹配的地址中更具體的一個(gè)，即選擇最長前綴的地址。

2025/4/13計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義第124頁3.使用二叉線索查找路由表當(dāng)路由表的項(xiàng)目數(shù)很大時(shí)，怎樣設(shè)法減小路由表的查找時(shí)間就成為一個(gè)非常重要的問題。為了進(jìn)行更加有效的查找，通常是將無分類編址的路由表存放在