計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第19講）第5章 網(wǎng)絡(luò)層

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義1上次課主要內(nèi)容分組轉(zhuǎn)發(fā)ARP協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義2什么我們不直接使用硬件地址進(jìn)行通信？ 由于全世界存在著各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，它們使用不同的硬件地址。要使這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互相通信就必須進(jìn)行非常復(fù)雜的硬件地址轉(zhuǎn)換工作，因此幾乎是不可能的事。連接到因特網(wǎng)的主機(jī)都擁有統(tǒng)一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上那樣簡(jiǎn)單方便，因?yàn)檎{(diào)用 ARP 來(lái)尋找某個(gè)路由器或主機(jī)的硬件地址都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是看不見這種調(diào)用過(guò)程的。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義36-5 逆地址解析協(xié)議 RARP 逆地址解析協(xié)議 RARP 使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道其 IP 地址。這種主機(jī)往往是無(wú)盤工

2、作站。 因此 RARP協(xié)議目前已很少使用。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義46-6 ARP命令語(yǔ)法：arp -s inet_addr eth_addr if_addrarp -d inet_addr if_addrarp -a inet_addr -N if_addr計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義56-6 ARP命令語(yǔ)法：-a或-g：用于查看高速緩存中的所有項(xiàng)目。-a和-g參數(shù)的結(jié)果是一樣的，多年來(lái)-g一直是UNIX平臺(tái)上用來(lái)顯示ARP高速緩存中所有項(xiàng)目的選項(xiàng)，而Windows用的是arp -a，但它也可以接受比較傳統(tǒng)的-g選項(xiàng)。-a IP：如果我們有多個(gè)網(wǎng)卡，那么使用arp -a加上接口的IP地址，就可以只顯示與該接口相關(guān)

3、的ARP緩存項(xiàng)目。-s IP物理地址：我們可以向ARP高速緩存中人工輸入一個(gè)靜態(tài)項(xiàng)目。該項(xiàng)目在計(jì)算機(jī)引導(dǎo)過(guò)程中將保持有效狀態(tài)，或者在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，人工配置的物理地址將自動(dòng)更新該項(xiàng)目。-d IP：使用本命令能夠人工刪除一個(gè)靜態(tài)項(xiàng)目。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義6從 1985 年起在 IP 地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的 IP 地址變成為三級(jí)的 IP 地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting) 。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 5.2.3 劃分子網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義71-1 子網(wǎng)劃分的引入按照標(biāo)準(zhǔn)的A、B或者C類地址，可以很容易的獲得IP中包含的網(wǎng)絡(luò)地址；但按照A 、B或者C類地址進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)

4、的IP地址設(shè)置，IP地址浪費(fèi)很大。為解決此問(wèn)題，引入了子網(wǎng)劃分的概念。子網(wǎng)的劃分是為解決IP地址浪費(fèi)問(wèn)題的一個(gè)有效手段。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義8劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào) subnet-id，而主機(jī)號(hào) host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。IP地址 := , , 1-2 劃分子網(wǎng)的基本思路 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義9凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)，仍然是根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。然后此路由器在收到 IP 數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 和子網(wǎng)號(hào) subn

5、et-id 找到目的子網(wǎng)。最后就將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)。 1-3 劃分子網(wǎng)后的分組轉(zhuǎn)發(fā)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所有到網(wǎng)絡(luò) 145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是 145.13.0.0R1R3R2網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0一個(gè)未劃分子網(wǎng)的 B 類網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對(duì)外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145

6、.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8子網(wǎng) 145.13.21.0子網(wǎng) 145.13.3.0 子網(wǎng) 145.13.7.0所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0R1R3R2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義12從一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無(wú)法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。 2、子網(wǎng)掩碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義132-1 IP 地址的各字段和子網(wǎng)掩碼 145 . 13 .3 . 10兩級(jí) IP 地址子網(wǎng)號(hào)為 3 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)三

7、級(jí) IP 地址主機(jī)號(hào)子網(wǎng)掩碼net-idhost-id子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義14(IP 地址) AND (子網(wǎng)掩碼) =網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id主機(jī)號(hào) host-id兩級(jí) IP 地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí) IP 地址主機(jī)號(hào)net-idhost-idsubnet-id子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

8、 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-id0逐位進(jìn)行 AND 運(yùn)算1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 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 11 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 為全 0net-id網(wǎng)絡(luò)地址A類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.0.0.0網(wǎng)絡(luò)地址B類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩

9、碼255.255.0.0網(wǎng)絡(luò)地址C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.255.255.0host-id 為全 0host-id 為全 0默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義162-2 子網(wǎng)掩碼是一個(gè)重要屬性子網(wǎng)掩碼是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)子網(wǎng)的重要屬性。路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。路由器的路由表中的每一個(gè)項(xiàng)目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時(shí)給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。若一個(gè)路由器連接在兩個(gè)子網(wǎng)上就擁有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和兩個(gè)子網(wǎng)掩碼。141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0

10、 0 0 0 0【例1】已知 IP 地址是 141.14.72.24，子網(wǎng)掩碼是 255.255.192.0。試求網(wǎng)絡(luò)地址。 (a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP 地址(c) 子網(wǎng)掩碼是 255.255.192.00 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制(d) IP 地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

11、1 1 0 0 0 0 0【例2】在上例中，若子網(wǎng)掩碼改為255.255.224.0。試求網(wǎng)絡(luò)地址，討論所得結(jié)果。 (a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP 地址(c) 子網(wǎng)掩碼是 255.255.224.00 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制(d) IP 地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）不同的子網(wǎng)掩碼得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址。但不同的掩碼的效果是不同的。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義19在不劃分子網(wǎng)的兩級(jí) IP 地址下，從 IP 地址得

12、出網(wǎng)絡(luò)地址是個(gè)很簡(jiǎn)單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從 IP 地址卻不能唯一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址取決于那個(gè)網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報(bào)的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動(dòng)。 3、劃分子網(wǎng)后的分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程課件制作人：謝希仁20在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和 相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。 否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將 分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4

13、)。(4) 對(duì)路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”， 若其結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送 給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表 中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳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子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0 子網(wǎng)掩碼 255.255

14、.255.128128.30.33.130R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0128.30.36.12【例3】已知互聯(lián)網(wǎng)和路由器 R1 中的路由表。主機(jī) H1 向 H2 發(fā)送分組。試討論 R1 收到 H1 向 H2 發(fā)送的分組后查找路由表的過(guò)程。 主機(jī) H1 要發(fā)送分組給 H2 128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30

15、.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（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.012

16、8.30.36.12要發(fā)送的分組的目的 IP 地址：128.30.33.138請(qǐng)注意：H1 并不知道 H2 連接在哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。H1 僅僅知道 H2 的 IP 地址是128.30.33.138因此 H1 首先檢查主機(jī) 128.30.33.138 是否連接在本網(wǎng)絡(luò)上如果是，則直接交付；否則，就送交路由器 R1，并逐項(xiàng)查找路由表。128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0

17、 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0128.30.36.12主機(jī) H1 首先將本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128與分組的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“與”(AND 操作) 255.255.255.128 AND 128.30.33.138 的計(jì)算2

18、55 就是二進(jìn)制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，這里只需計(jì)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 的網(wǎng)絡(luò)地址因此 H1 必須把分組傳送到路由器 R1然后逐項(xiàng)查找路由表128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.25

19、5.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0128.30.36.12路由器 R1 收到分組后就用路由表中第 1 個(gè)項(xiàng)目的子網(wǎng)掩碼和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 12

20、8.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳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（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128

21、.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128不匹配!（因?yàn)?28.30.33.128 與路由表中的 128.30.33.0 不一致）R1 收到的分組的目的 IP 地址：128.30.33.138不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 個(gè)項(xiàng)目的子網(wǎng)掩碼和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳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（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.33.128 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址 128.30.36.0 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138